Il fissaggio mediante ancoraggi meccanici e chimici: campi di applicazione, principi di funzionamento e criteri di scelta dei sistemi di fissaggio

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1 Il fissaggio mediante ancoraggi meccanici e chimici: campi di applicazione, principi di funzionamento e criteri di scelta dei sistemi di fissaggio Fabrizio Tofoni Field Engineer Lazio Roma, 30 Aprile

2 Indice Classificazione dei sistemi di ancoraggio La corretta scelta di un ancorante La normativa tecnica Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi 2

3 Applicazioni: Fissaggio di ripetitori per telecomunicazioni Ancoraggio con resina chimica HIT RE-500 3

4 Applicazioni: Fissaggio di carpenteria pesante Ancoraggio con fiala chimica HIT HVZ 4

5 Applicazioni: Ristrutturazioni di solai Ancoraggio con resina chimica HIT HY-70 5

6 Applicazioni: Fissaggio di antenna parabolica Ancoraggio con resina chimica HIT HY-150 6

7 Applicazioni: Fissaggio copertura in legno lamellare Ancoraggio su calcestruzzo con fiale HVU 7

8 Applicazioni: Fissaggio di tralicci e macchinari pesanti Ancoraggio su calcestruzzo per traliccio di cavi elettrici e per carichi dinamici 8

9 Applicazioni: fissaggio barriere per viadotto autostradale 9

10 Applicazioni: fissaggi in ambito stradale e ferroviario 10

11 Applicazioni: ferri di ripresa post-installati Ancoraggio su calcestruzzo con resina HIT 11

12 Indice Classificazione dei sistemi di ancoraggio La corretta scelta di un ancorante La normativa tecnica Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi 12

13 Classificazione dei sistemi di ancoraggio Gettate in opera tirafondi Ancoranti post installati Meccanici Chimici Sottosquadro Espansione Tenuta per forma,compressione nella parte inferiore Tenuta per attrito Tenuta per adesione lungo tutta la superficie 13

14 Classificazione: Funzionamento per attrito Il Il carico N viene trasmesso al al materale base tramite la la forza di diattrito R. R. Affinchè ciò ciò avvenga è necessario esercitare la la forza di di espansione Fexp Ancorante a controllo di coppia (l espansione aumenta col carico) HSL-3 HSA Ancorante a controllo di spostamento (l espansione non aumenta col carico) HKD Fexp > 3 N 14

15 Classificazione: come si genera la forza di espansione Ancorante a controllo di coppia (l espansione aumenta col carico) Coppia applicata N Analisi delle tensioni agli elementi finiti R R Fexp Fexp Fexp > 3 N 15

16 Classificazione: come si genera la forza di espansione Ancorante a controllo di spostamento (l espansione non aumenta col carico) Forza applicata N R R Fexp Fexp Fexp > 3 N 16

17 Forma - Incastro Il Il carico carico applicato N viene viene equilibrato dalle dalle forze forze di di reazione R prodotte dall incastro creato creato nel nel materiale base base Hilti. Passione. Performance. Classificazione: Funzionamento per forma (Sottosquadro) L installazione crea incastro N R R N R 17

18 Classificazione: come si genera l incastro Ancorante sottosquadro (funzionamento molto simile ai tirafondi gettati in opera) Installazione tramite rotopercussione 18

19 Classificazione: come si genera l incastro Ancorante sottosquadro (funzionamento molto simile ai tirafondi gettati in opera) Meccanismo di tenuta per forma nel materiale base N Analisi delle tensioni agli elementi finiti R R 19

20 Classificazione: Funzionamento per forma e attrito La resistenza è dovuta alla azione combinata della componente per forma (R) e per attrito (A) N Analisi delle tensioni agli elementi finiti R A 20

21 Classificazione: Funzionamento per Adesione Hilti. Passione. Performance. Ancorante Chimico: La resistenza è dovuta al generarsi delle forze di adesione su tutta la superficie cilindrica del foro Adesione Il Il carico carico applicato N viene viene trasmesso al al materiale base base per per mezzo mezzo di di adesione chimica 21

22 Classificazione: Funzionamento per Adesione Reazione alle sollecitazioni R = τ N = 0 N 0 R = τ = 0 R 0 con N τ max τ 22

23 Classificazione: Principi di funzionamento a confronto N = 10kN N = 10kN Forza resistente concentrata Forza resistente distribuita R R τ = 10kN Fexp = 30 kn Fexp = 30kN Ancorante meccanico ad espansione Ancorante Chimico 23

24 Classificazione: Sollecitazioni sul calcestruzzo a confronto Ancorante meccanico Ancorante chimico 24

25 Ancoranti in generale Classificazione dei sistemi di ancoraggio La corretta scelta di un ancorante La normativa tecnica Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi 25

26 La corretta scelta di un ancorante: 1. Materiale base Mattone pieno Mattone forato Non fessurato Calcestruzzo Altri materiali Fessurato Cartongesso Legno 26

27 La corretta scelta di un ancorante: 2. La geometria di posa Interasse ancoranti Spessore materiale base c 2,1 s n-1 s 3 s 2 s 1 c 2,2 c Distanza bordi h >1,5 c 27

28 La corretta scelta di un ancorante: 2. La geometria di posa Posa corretta Ridotta distanza dal bordo Ridotto interasse tra gli ancoraggi Profondità di posa insufficiente Spessore materiale di base insufficiente 28

29 La corretta scelta di un ancorante: 2. La geometria di posa: come influenza gli ancoranti Tassello meccanico HSA-K M16 Tassello chimico HIT HY 150 M16 Trazione: 2150 Kg Se l interasse tra i tasselli è 10cm la trazione ammissibile si riduce a: 1500 Kg Trazione: 1780 Kg Se l interasse tra i tasselli è 10cm la trazione ammissibile si riduce a: 1250 Kg Se il bordo del cls è a 7cm: Non si consiglia il fissaggio Se il bordo del cls è a 7cm: 850 Kg 29

30 La corretta scelta di un ancorante: 2. La geometria di posa: come influenza gli ancoranti Tassello chimico HIT HY 150 M16 Tassello chimico HVU M16 Trazione : 1780 Kg Se l interasse tra i tasselli è 10cm la trazione risulta : 1250 Kg Se il bordo del cls è a 7cm : 850 Kg Trazione : 2890 Kg Se l interasse tra i tasselli è 10cm la trazione risulta : 2000 Kg Se il bordo del cls è a 7cm : 1370 Kg 30

31 La corretta scelta di un ancorante: 3. Entità del carico Carico leggero F < 1 kn Applicazioni leggere Carico medio 1 kn < F < 5kN Installazioni impianti meccanici Carico pesante F > 5 kn Applicazioni strutturali 31

32 La corretta scelta di un ancorante: 4. Tipo di carico STATICO Conosciuto e stabile nel tempo classificazione Fatica Fatica dopo n ridotto di cicli Carico impulsivo Cicli di carico 10 4 <N< <N<10 4 1<N<20 DINAMICO Tasso di deformazione 10-6 <ε< <ε< <ε<10-1 Esempi Traffico,vento,onde Terremoti Urto, esplosione FATICA SISMICO SHOCK 32

33 La corretta scelta di un ancorante: 5. Azioni sollecitanti e interazione La resistenza di progetto F Rd deve essere maggiore del carico applicato F Sd 33

34 La corretta scelta di un ancorante: 6. Condizioni ambientali (classi di esposizione secondo EC2) Condizioni Ambientali Raccomandate Galvanizzato 5-20μ (Zincatura) Interni senza umidità Esterni solo per applicazioni temporanee Galvanizzato a caldo Sherardizzato Interni con umidità Esterno, atmosfera leggermente corrosiva Esposizione occasionale alla condensa A2 Acciaio Inox Fissaggi interni, esposti ad elevata condensazione Esterni, non esposti ai cloruri A4 Acciao Inox Fissaggi interni, esposti ad elevata condensazione Esterni, non esposti ai cloruri HCR Ambienti altamente corrosivi come tunnel stradali o in piscine coperte Bassa Resistenza alla corrosione Alta 34

35 La corretta scelta di un ancorante: 7. Resistenza al fuoco 30 Carico di rottura (kn) HST M 10 HST M 10 Inox Temperatura T ( C) 1000 C 500 C Tempo t (min) Tempo esposizione al fuoco (min) Test in accordo alla curva standard internazionale (ISO834, DIN4102 T.2) 35

36 La corretta scelta di un ancorante 7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HSA 36

37 7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HSA Resistenza in funzione dei minuti di esposizione al Fuoco 37

38 La corretta scelta di un ancorante 7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HIT-RE 500+HAS 38

39 7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HIT-RE 500+HAS Resistenza in funzione dei minuti di esposizione al Fuoco 39

40 La corretta scelta di un ancorante Materiale base Influenza della tipologia e consistenza del substrato Entità del carico Condizioni Ambientali Influenza derivante dal grado di temperatura ed aggressività dell ambiente di posa Tipo di carico Influenza derivante dalla tipologia, dall intensità e dalla direzione Geometria Certificazioni richieste Influenza derivante dallo spessore del substrato, dalla distanza dei bordi e dagli interassi Sono fattori che influenzano la scelta e la capacità portante di un ancorante Nasce l esigenza di valutarne il comportamento nel tempo DURABILITA Variazione nel tempo della resistenza sotto differenti condizioni di carico ed in particolari condizioni ambientali 40

41 Indice Classificazione dei sistemi di ancoraggio La corretta scelta di un ancorante La normativa tecnica Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi 41

42 NTC 2008 NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI D.M. 14 Gennaio 2008 Art [...] I materiali e prodotti per uso strutturale devono essere: - identificati univocamente a cura del produttore, secondo le procedure applicabili; - qualificati sotto la responsabilità del produttore, secondo le procedure applicabili; - accettati dal Direttore dei lavori mediante acquisizione e verifica della documentazione di qualificazione, nonché mediante eventuali prove sperimentali di accettazione. In particolare, per quanto attiene l identificazione e la qualificazione, possono configurarsi i seguenti casi: A) materiali e prodotti per uso strutturale per i quali sia disponibile una norma europea [...]; B) materiali e prodotti per uso strutturale per i quali non sia disponibile una norma armonizzata [...]; C) materiali e prodotti per uso strutturale innovativi o comunque non citati nel presente capitolo e non ricadenti in una delle tipologie A) o B). In tali casi il produttore potrà pervenire alla Marcatura CE in conformità a Benestare Tecnici Europei (ETA) [...]. Per i materiali e prodotti recanti la Marcatura CE sarà onere del Direttore dei Lavori, in fase di accettazione, accertarsi del possesso della marcatura stessa e richiedere ad ogni fornitore, per ogni diverso prodotto, il Certificato ovvero Dichiarazione di Conformità alla parte armonizzata della specifica norma europea ovvero allo specifico Benestare Tecnico Europeo, per quanto applicabile. 42

43 EOTA - EUROPEAN ORGANIZATION FOR TECHNICAL APPROVALS DPR n.246 Regolamento ed attuazione della direttiva 89/106/CE relativo ai prodotti da costruzione Fissa gli Enti Nazionali cui è affidata la partecipazione ai lavori dell EOTA (European Organization for Technical Approvals) EOTA: organizzazione che predispone le Guide Tecniche (ETAG) per il rilascio del Benestare Tecnico Europeo per prodotti innovativi per le costruzioni Il marchio CE può essere concesso ai prodotti conformi al Benestare Tecnico Europeo 43

44 CHE COS È UNA LINEA GUIDA ETAG Una guida ETAG è un documento preparato da e per gli Organismi di Approvazione Stabilisce criteri per la valutazione di caratteristiche/requisiti di un prodotto o di una famiglia di prodotti (Benestare Tecnici Europei) Contiene: elenco Documenti Interpretativi applicabili requisiti specifici dei prodotti nell ambito del significato dei Requisiti Essenziali procedure di prova metodi di valutazione ed interpretazione dei risultati di prova procedure di Attestazione di Conformità periodo di validità dell approvazione 44

45 Riepilogando NTC 14/01/2008: Affidano al Direttore Lavori l onere di verificare il possesso del marchio CE nei prodotti e materiali per uso strutturale. Il marchio CE può essere concesso ai prodotti conformi al Benestare Tecnico Europeo (ETA) Le ETA vengono rilasciate da organismi accreditati seguendo le indicazioni previste dalle Linee Guide ETAG Le ETAG vengono redatte da un organismo internazionale (EOTA) composto da Enti Nazionali che rappresentano i diversi Stati Membri ETAG 001 (1997): Ancoranti metallici per applicazioni su calcestruzzo 45

46 LE LINEE GUIDA ETAG 001: ANCORANTI METALLICI PER IL CALCESTRUZZO Parte 1: Ancoranti in generale (Anchors in general) Parte 2: Ancoranti ad espansione a controllo di coppia (Torque-controlled expansion anchors) Parte 3: Ancoranti sottosquadro (Undercut anchors) Parte 4: Ancoranti ad espansione a controllo di spostamento (Deformation-controlled expansion anchors) Parte 5: Ancoranti chimici (Bonded anchors) Parte 6: Ancoranti in applicazioni multiple per impieghi non strutturali (Anchors for multiple use for non-structural applications) Allegato A: Procedure di prova (Details of tests) Allegato B: Prove relative alle condizioni di servizio ammissibili (Tests for admissible service conditions - Detailed information) Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi (Design methods for anchorages) 46

47 Indice Classificazione dei sistemi di ancoraggio La corretta scelta di un ancorante La normativa tecnica Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi 47

48 VERIFICA DEI MECCANISMI DI COLLASSO Inizio Trazione Taglio Acciaio Calcestruzzo Acciaio Calcestruzzo Cono calcestr. estraz. Splitting Taglio puro Flessione Collasso del bordo pry-out Trovare le minima resistenza di progetto Azione combinata Trovare la minima resistenza di progetto 48

49 VERIFICA: COEFFICIENTI DI SICUREZZA PARZIALI Valore di progetto del carico agente: S = d S k S k - sollecitazione caratteristica γ F - coefficiente di sicurezza parziale per i carichi γ F Carico (o Azione) S d R d Valore di progetto della resistenza: R d R = γ k M R k - resistenza caratteristica γ M - coefficiente di sicurezza parziale per la resistenza Resistenza 49

50 1) VERIFICA A TRAZIONE Trazione Acciaio Calcestruzzo Cono calcestr. estraz. Splitting Trovare le minima resistenza di progetto 50

51 VERIFICA: AZIONE ASSIALE RESISTENTE Rottura conica del calcestruzzo Rottura per sfilamento 51

52 VERIFICA: AZIONE ASSIALE RESISTENTE Rottura per splitting Rottura lato acciaio dell ancorante 52

53 VERIFICA: CRISI LATO ACCIAIO N Resistenza caratteristica per rottura lato acciaio: N Rk,s = A S f uk A S = area della sezione sollecitata f uk = resistenza ultima caratteristica dell acciaio Resistenza a trazione di progetto dell acciaio: N Rd, s NRk, s γ = Ms = coefficiente parziale di γ Ms sicurezza relativo al tipo di acciaio 53

54 2) VERIFICA A TAGLIO Taglio Acciaio Calcestruzzo Taglio puro Flessione Collasso del bordo pry-out Trovare la minima resistenza di progetto 54

55 VERIFICA: AZIONE RESISTENTE A TAGLIO Rottura lato acciaio dell ancorante Rottura lato acciaio dell ancorante, taglio con flessione 55

56 VERIFICA: AZIONE RESISTENTE A TAGLIO Rottura del bordo di calcestruzzo Rottura per Pryout del calcestruzzo 56

57 VERIFICA AD AZIONE COMBINATA TAGLIO-TRAZIONE N α F V N Sd 1, 2 N Rd 10, 0, 2 V Sd V Rd N N V V Sd Rd Sd Rd , 2 1, 0 1, 2 N N Sd Rd α + α V 1 V Sd Rd N N Sd Rd + V V Sd Rd 1.2 α = 2.0 per il collasso dell acciaio α = 1.5 per tutti gli altri tipi di collasso 57

58 CONCLUSIONE Metodo CCD Distinzione dei diversi modi di rottura e loro analisi separata Applicazione di coefficienti di sicurezza parziale funzione del modo di rottura in esame Efficiente progetto degli ancoraggi 58

59 PECULIARIETA DEGLI ANCORANTI CHIMICI TR 029: -Il metodo di progettazione considera profondità di infissione variabili da 4 φ fino a 20 φ; -Verifica per cedimento combinato di pull-out e rottura conica; -Rappresenta il più avanzato stato dell arte attuale. 59

60 ETAG 001, Annex C EOTA TR 029 h ef h ef h ef h ef Profondità di infissione standard Profondità di infissione variabile 60

61 Resistenza alla trazione modalità di cedimento Hilti. Passione. Performance. N N N Infissione variabile Cedimento lato acciaio Rottura conica del calcestruzzo Cedimento combinato di pull-out e rottura conica 61

62 Esempio di calcolo Fabrizio Tofoni Field Engineer Lazio Roma, 30 Aprile

63 Il metodo di progettazione secondo il Manuale di Tecnologia del Fissaggio Nel manuale di tecnologia del fissaggio è presente il metodo Hilti CC che è una versione semplificata dell ETAG Annesso C, ed è stato studiato in modo da conservare il più possibile del metodo precedentemente illustrato. 63

64 Metodi a confronto 64

65 Esempio di calcolo 65

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