La progettazione dei ferri di ripresa post- installati secondo EC2/TR023

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1 La progettazione dei ferri di ripresa post- installati secondo EC2/TR023 Ing. Alessandro Ferraro Field Engineer - Lazio Roma, 30 aprile

2 I ferri di ripresa post-installati sono largamente usati nel processo costruttivo delle strutture in calcestruzzo armato E possibile ottenere strutture monolitiche anche se gettate per parti 2

3 Ferri post-installati nella riqualifica strutturale Rinforzo muri portanti Realizzazione nuovi solai Rinforzo nodi strutturali Realizzazione nuovi aggetti 3

4 Ferri post-installati nella riqualifica dei viadotti Ampliamento impalcato Rinforzo strutturale Consolidamento impalcato Ripristino parapetto 4

5 Ferri post-installati nel processo edilizio Ancoraggio su diaframmi Connessione impalcati Ripristino armatura Connessioni verticali 5

6 Diverse tecnologie sono disponibili sul mercato per la realizzazione dei ferri di ripresa Connettori meccanici Resine chimiche Barre piegate Malte (cementizie o epossidiche) Casseforme forate Demolizione e ripristino 6

7 Le resine chimiche sono la tecnologia preferibile per l ancoraggio dei ferri di ripresa post-installati Cartuccia morbida Mixer Porta-cartucce Dispenser perchè massimizzano: capacità di carico produttività e comfort lavorativo flessibilità progettuale e di utilizzo affidabilità in esercizio perchè minimizzano: sollecitazioni a struttura esistente errori di installazione tolleranze costo per applicazione 7

8 Le diverse tipologie di resine chimiche soddisfano le diverse esigenze applicative Resina ibrida a indurimento rapido Resina epossidica a elevato tempo di lavoro HIT-HY 150 FR HIT-RE 500 Massima capacità di carico comparabile al calcestruzzo Carico di progetto raggiunto in meno di un ora (a 20 C) Ideale per calcestruzzo asciutto e fori realizzati con roto-percussione Massima capacità di carico superiore al calcestruzzo Elevato tempo di lavoro per elevate profondità di ancoraggio Adatto anche per calcestruzzo bagnato e perforazione a diamante 8

9 La teoria del cemento armato è preferibile per la progettazione dei ferri post-installati Teoria dell ancoraggio Teoria del cemento armato Modalità di rottura fragile (estrazione del cono di cls) Trasferimento del carico tramite capacità a trazione del cono di cls Interasse e distanze dai bordi sono decisivi Modalità di rottura duttile (snervamento della barra) Trasferimento del carico conforme alle barre gettate in opera Interasse e distanze dai bordi non sono decisivi 9

10 I ferri post-installati con resine chimiche si comportano come se fossero gettati in opera Quali sono le evidenze teoriche e sperimentali? F 1. La lunghezza base di ancoraggio è inferiore ai valori riportati dai principali codici per la progettazione del calcestruzzo armato. l b 2. La distribuzione delle tensioni nelle barre post-installate con resine chimiche è paragonabile alle barre gettate in opera. 3. La nuova normativa EOTA TR 023 stabilisce un metodo comune per la qualifica delle resine chimiche conforme a EC2. 4. L ETA (European Technical Approval), in accordo con quanto stabilito dal TR 023, permette di utilizzare i metodi di progettazione dettati da EC2 escludendo comunque la progettazione per la resistenza al fuoco, carichi dinamici e sismici 10

11 Studi sperimentali congiunti ETH-Hilti hanno determinato la lunghezza base di ancoraggio CEDIMENTO ADESIONE RESINA / CALCESTRUZZO CEDIMENTO ADESIONE ACCIAIO / RESINA CEDIMENTO LATO ACCIAIO R cd R bd R sd Resistenza di progetto, R d = MIN { R cd ; R bd ; R sd } > S d Lunghezza base di ancoraggio, lb = f [MAX (R sd = R cd ; R sd = R bd )] 11

12 La lunghezza base di ancoraggio nel caso di resine chimiche è inferiore ai valori dei principali codici Lunghezza base di ancoraggio 200 cm 180 cm 160 cm 140 cm 120 cm 100 cm 80 cm 60 cm 40 cm 20 cm C 20/25 Fy 500 Hilti HIT-HY 150 SIA 162 ACI DIN 1045 EC 2 BS 8110 φ8 φ10 φ12 φ14 φ16 φ18 φ20 φ22 φ24 φ26 φ28 φ30 φ32 φ34 φ36 φ38 φ40 12

13 La distribuzione delle tensioni è simmetrica e omogenea su tutta la lunghezza di ancoraggio Barre gettate in opera Utilizzo di resina ibrida Utilizzo di resina epossidica steel stress [Mpa] cast-in-place Hilti HIT-RE embedment depth [mm] F=20kN F=40kN F=60kN F=100kN Fmax=116kN 13

14 Attenzione! Non tutte le resine chimiche si comportano allo stesso modo Barre gettate in opera Utilizzo di resina poliestere Utilizzo di rigida resina epossidica 14

15 La nuova normativa EOTA TR 023 stabilisce un metodo comune per la qualifica delle resine chimiche conforme a EC2. Le resine chimiche devono soddisfare i requisiti di un predefinito diagramma a scalini per le diverse classi di calcestruzzo Resina in linea con EC2, senza limitazioni Resina in linea con EC2, con limitazioni Le resine Hilti sono qualificate con l approvazione DIBt, in linea con TR023 15

16 Valori di aderenza laterale in accordo con certificazione ETA Tensioni di aderenza laterale in N/mm² secondo ETA in caso di buone condizioni di applicazione per fori realizzati in roto-percussione, con perforatori ad aria compressa e fori carotati asciutti Diametro barra (mm) C12/15 C16/20 C20/25 Classe del calcestruzzo C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 8 2,7 3,0 4,3 10 2,7 3,0 4,3 12 2,7 3,0 4,3 14 2,7 3,0 4,3 16 2,7 3,0 4,3 18 2,7 3,0 4,3 20 2,7 3,0 4,3 22 2,7 3,0 4,3 24 2,7 3,0 4,3 25 2,7 3,0 4,3 26 2,7 3,0 4,3 28 2,7 3,0 4,3 30 2,7 3,0 4,3 32 2,7 3,0 4,3 34 2,6 2,9 3,3 3,6 3,9 4,2 36 1,5 1,9 2,2 2,6 2,9 3,3 3,6 3,8 4,1 40 1,5 1,8 2,1 2,5 2,8 3,1 16

17 Certificazione ETA per resina HILTI HIT-RE

18 Le regole progettuali del cemento armato (es. EC2) si applicano ai casi di ancoraggio Determinazione della lunghezza di ancoraggio base l b,rqd = (d s / 4) x (σ sd / f bd ) Determinazione della lunghezza di ancoraggio di progetto l bd = α 1 α 2 α 3 α 4 α 5 l b,rqd l b,min l b,min = max {0.3 l b,rqd ; 10 d s ; 100 mm} l b,min = max {0.6 l b,rqd ; 10 d s ; 100 mm} in trazione in compressione 18

19 Fattore di influenza Tipo di ancoraggio Barra di rinforzo In tensione In compressione Forma delle barre Dritte α 1 = 1.0 α 1 = 1.0 Copriferro Dritte α 2 = (c d d s )/ d s α 2 = 1.0 Confinamento da armatura trasversale Dritte α 3 = 1 Kλ α 3 = 1.0 Confinamento dato da saldatura delle barre Dritte α 4 = 1.0 α 4 = 1.0 Confinamento da pressione trasversale Dritte α 5 = p dove: λ = (ΣA st - ΣA st,min )/ A s ΣA st area delle barre dell armatura trasversale lungo la lunghezza di ancoraggio di progetto l bd ΣA st,min area del minimo di armatura di rinforzo trasversale pari a 0.25 A s per le travi e 0 per le solette A s area delle singola barra di ancoraggio con il massimo diametro K valori mostrati nella figura p pressione transversale [MPa] allo stato limite ultimo lungo l bd 19

20 Le regole progettuali del cemento armato (es. EC2) si applicano ai casi di giunzioni per sovrapposizione Determinazione della lunghezza di ancoraggio base l b,rqd = (d s / 4) x (σ sd / f bd ) Determinazione della lunghezza di sovrapposizione l bd = α 1 α 2 α 3 α 5 α 6 l b,rqd l b,min l o,min = max {0.3 α 6 l b,rqd ; 15 d s ; 200 mm} Percentuale di barre sovrapposte relative all intera sezione trasversale < 25% 33% 50% > 50% a

21 L irruvidimento della superficie di contatto garantisce il trasferimento degli sforzi di taglio Trave in semplice appoggio 3 mm profondità Superficie di contatto Bielle compresse (cls) Il modello a traliccio puó essere adotato nella schematizzazione di calcolo Bielle tese (acciaio) 21

22 Scelta opportuna della zona di ancoraggio Hilti. Passione. Performance. Sezioni compresse Sezioni in cui si è esaurita l azione di trazione Sezioni in cui è necessario trasferire la trazione per assicurare continuità strutturale 22

23 Alcune considerazioni aggiuntive devono essere seguite nella progettazione dei ferri post-installati 1. Per ragioni legate all installazione, le barre non possono essere progettate come barre piegate 2. In seguito alle tolleranze legate alla perforazione il copriferro puó risultare maggiore che per barre gettate in opera 40mm 100 cm 60mm 3. La resistenza ad adesione dei ferri post installati dipende dalla temperatura. E necessario un apposito controllo dei valori di progetto rispetto alla resistenza in caso di incendio. 23

24 METODO DI PERFORAZIONE DIAMETRO BARRA d s SENZA GUIDA ALLA PERFORAZIONE CON GUIDA ALLA PERFORAZIONE < 25 mm 30mm+0,06 l v 2 d s 30mm+0,02 l v 2 d s PERFORAZIONE CON ROTO-PERCUSSIONE 25 mm 40mm+0,06 l v 2 d s 40mm+0,02 l v 2 d s < 25 mm 50mm+0,08 l v 50mm+0,02 l v PERFORAZIONE CON ARIA COMPRESSA 25 mm 60mm+0,06 l v 2 d s 60mm+0,02 l v 2 d s CAROTATURA CON CORONA < 25 mm 30mm+0,02 l v 2 d s DIAMANTATA AD ARIA E AD Il supporto alla perforazione corrisponde alla guida ACQUA 25 mm 40mm+0,02 l v 2 d s 24

25 La valutazione della lunghezza di ancoraggio in caso di incendio Curva tempo-temperatura (in accordo con ISO 834) E obbligatorio verificare la connessione agli Stati Limite Ultimi in condizioni a freddo. dove con: F s,t (l inst c f ) Φ p t T (l inst c f ) l s l s = l unghezza di sovrapposizione; Φ = diametro nominale della barra; (l inst c f ) = lunghezza di sovrapposizione nel nodo 80 Φ (l inst c f ) l s t T = tensione di aderenza in caso di incendio 25

26 La valutazione della resistenza singola barra di ancoraggio in caso di incendio Massima forza nella rebar in nodi realizzati con resina HIT-RE 500 in relazione alla profondità di ancoraggio e alle classi di resistenza al fuoco da F30 a F240 (tensione di snervamento dell acciaio f yk = 500 N/mm²) in accordo a EC2 Barra Foro Max. F s,t l inst Resistenza al fuoco della barra in [kn] [mm] [mm] [kn] [cm] F30 F60 F90 F120 F180 F ,59 9,42 5,30 3,61 1,56 0, ,17 21,33 11,95 8,15 3,65 2, ,76 37,92 24,45 17,25 7,35 4, ,75 48,98 36,51 27,53 11,29 6, , ,75 53,10 64,75 44,12 57,94 20, ,04 17, , , ,75 44, ,75 I valori intermedi possono essere interpolati mentre non è possibile estrapolare i dati. 26

27 Test su scala reale dimostrano il comportamento monolitico della struttura finale 2φ12 1,50 m 1,50 m 1,50 m F/2 F/2 l inst = 30 cm 2φ12 C 20/25 Fe 510 copriferro 2 cm h = 25 cm b = 40 cm 2φ20 l inst = 120 cm 2φ20 S joint S centre S 70 kn 60 kn 50 kn 40 kn 30 kn 20 kn 10 kn F s join s centre s mm s (freccia) 27

28 Riassumendo 1. I ferri di ripresa post-installati con resine chimiche sono una pratica costruttiva conveniente e affidabile 2. I ferri post-installati con resine chimiche si comportano come se fossero gettati in opera 3. Le comuni regole progettuali del cemento armato sono applicabili anche ai ferri post-installati con resine chimiche (Riferimento EC2-TR 023) 4. L elevata adesione delle resine chimiche consente addirittura la riduzione della lunghezza di ancoraggio 28