Il fissaggio mediante ancoraggi meccanici e chimici: campi...

1www.hilti.it Seminario Università di Tor Vergata, 30.04.2009

Hilti. Passione. Performance.

Il fissaggio mediante ancoraggi meccanici e chimici: campi di applicazione, principi di

funzionamento e criteri di scelta dei sistemi di fissaggio

Fabrizio TofoniField Engineer Lazio

Roma, 30 Aprile 2009



Indice

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



Applicazioni: Fissaggio di ripetitori per telecomunicazioniAncoraggio con resina chimica HIT RE-500



Applicazioni: Fissaggio di carpenteria pesanteAncoraggio con fiala chimica HIT HVZ



Applicazioni: Ristrutturazioni di solaiAncoraggio con resina chimica HIT HY-70



Applicazioni: Fissaggio di antenna parabolicaAncoraggio con resina chimica HIT HY-150



Applicazioni: Fissaggio copertura in legno lamellareAncoraggio su calcestruzzo con fiale HVU



Ancoraggio su calcestruzzo per traliccio di cavi elettrici e per carichi dinamici

Applicazioni: Fissaggio di tralicci e macchinari pesanti



Applicazioni: fissaggio barriere per viadotto autostradale



Applicazioni: fissaggi in ambito stradale e ferroviario



Applicazioni: ferri di ripresa post-installati

Ancoraggio su calcestruzzo con resina HIT



Indice




Tenuta per forma,compressione nella parte inferiore

Classificazione dei sistemi di ancoraggio

Gettate in opera“tirafondi”

Ancoranti post installati

Sottosquadro

Tenuta per attrito

Espansione

Tenuta per adesione lungo tutta la superficie

ChimiciMeccanici



Il carico N viene trasmesso al materale base tramite la forza di attrito R. Affinchè ciò avvenga è necessario esercitare la forza di espansione FexpIl carico N viene trasmesso al materale base tramite la forza di attrito R.

Affinchè ciò avvenga è necessario esercitare la forza di espansione Fexp

Classificazione: Funzionamento per attrito

Ancorante a controllo di coppia(l’espansione aumenta col carico)

Ancorante a controllo di spostamento

(l’espansione non aumenta col carico)

HKDHSA

Fexp > 3 N

HSL-3



Ancorante a controllo di coppia (l’espansione aumenta col carico)

Classificazione: come si genera la forza di espansione

Coppia applicata N

Fexp

R

Fexp

R

Analisi delle tensioni agli elementi finiti

Fexp > 3 N



Ancorante a controllo di spostamento (l’espansione non aumenta col carico)

Fexp > 3 N

Classificazione: come si genera la forza di espansione

Forza applicata N

Fexp

R

Fexp

R



Il carico applicato N viene equilibrato dalle forze di reazione R prodotte dall’incastro creato nel materiale base

Il carico applicato N viene equilibrato dalle forze di reazione R prodotte dall’incastro creato nel materiale base

Forma - Incastro

Classificazione: Funzionamento per forma (Sottosquadro)

N

R

R

N ≤ RL’installazione crea incastro



Classificazione: come si genera l’incastroAncorante sottosquadro (funzionamento molto simile ai tirafondi gettati in opera)

Installazione tramite roto-percussione



Classificazione: come si genera l’incastroAncorante sottosquadro (funzionamento molto simile ai tirafondi gettati in opera)

Analisi delle tensioni agli elementi finitiN

RR

Meccanismo di tenuta per forma nel materiale

base



Classificazione: Funzionamento per forma e attrito

R

N

A

La resistenza è dovuta alla azione combinata della componente per forma (R) e per attrito (A)

Analisi delle tensioni agli elementi finiti



Il carico applicato N viene trasmesso al materiale base per mezzo di adesione chimica

Il carico applicato N viene trasmesso al materiale base per mezzo di adesione chimica

Adesione

Classificazione: Funzionamento per AdesioneAncorante Chimico: La resistenza è dovuta al generarsi delle forze di adesione su tutta la superficie cilindrica del foro



N = 0

R =

∑τ

= 0

N ≠ 0

τ

R ≠

0 co

n N

≤∑

τm

ax

R = ∑τ

Classificazione: Funzionamento per AdesioneReazione alle sollecitazioni



Classificazione: Principi di funzionamento a confronto

Ancorante ChimicoAncorante meccanico ad espansione

R

N = 10kN

Fexp = 30 kN

N = 10kN

∑τ = 10kNR

Fexp = 30kN

Forza resistente concentrata

Forza resistente distribuita



Ancorante meccanico Ancorante chimico

Classificazione: Sollecitazioni sul calcestruzzo a confronto



Ancoranti in generale




Calcestruzzo

Mattone foratoMattone pieno

Cartongesso

La corretta scelta di un ancorante:

Legno

1. Materiale base

Non fessurato

Fessurato

Altri materiali



2. La geometria di posa La corretta scelta di un ancorante:

ccs

ss

2,2

12

3

n-1sc2,1

h >1,5 c

Interasse ancoranti

Distanza bordi

Spessore materiale base



Profondità di posa insufficiente Spessore materiale di base insufficiente

2. La geometria di posa La corretta scelta di un ancorante:

Posa correttaRidotta distanza dal bordo

Ridotto interasse tra gli ancoraggi



Tassello meccanico HSA-K M16 Tassello chimico HIT HY 150 M16

Trazione:

2150 KgTrazione:

1780 KgSe l’interasse tra i tasselli è 10cm la trazione ammissibile si riduce a:

1500 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

2. La geometria di posa: come influenza gli ancorantiLa corretta scelta di un ancorante:



Tassello chimico HIT HY 150 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

Tassello chimico HVU M16

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

2. La geometria di posa: come influenza gli ancorantiLa corretta scelta di un ancorante:



Applicazioni strutturaliF > 5 kNCarico pesante

Installazioni impianti meccanici1 kN < F < 5kNCarico medio

Applicazioni leggereF < 1 kNCarico leggero

3. Entità del carico La corretta scelta di un ancorante:



SHOCKSISMICOFATICA

Urto, esplosioneTerremotiTraffico,vento,ondeEsempi

10-3<ε<10-110-5<ε<10-210-6<ε<10-3Tasso di deformazione

1<N<20101<N<104104<N<108Cicli di carico

Carico impulsivoFatica dopo n ridotto di cicliFaticaclassificazione

DINAMICO

Conosciuto e stabile nel tempoSTATICO

4. Tipo di carico La corretta scelta di un ancorante:



La resistenza di progetto FRd deve essere maggiore del carico applicato FSd

5. Azioni sollecitanti e interazione La corretta scelta di un ancorante:



•Galvanizzato5-20μ(Zincatura)

• Galvanizzato a caldo• Sherardizzato

A2 AcciaioInox

A4 AcciaoInox HCR

Con

dizi

oniA

mbi

enta

liR

acco

man

date

• Interni senzaumidità

• Esterni solo per applicazionitemporanee

• Interni con umidità

• Esterno, atmosferaleggermente corrosiva

• Esposizione occasionalealla condensa

• Ambienti altamentecorrosivi come tunnel stradali o in piscine coperte

• Fissaggi interni, esposti ad elevatacondensazione

• Esterni, non espostiai cloruri

Bassa AltaResistenza alla corrosione

6. Condizioni ambientali (classi di esposizione secondo EC2)

• Fissaggi interni, esposti ad elevatacondensazione

• Esterni, non espostiai cloruri

La corretta scelta di un ancorante:



Test in accordo alla curva standard internazionale (ISO834, DIN4102 T.2)

1000°C

0

5

10

15

20

25

30

0 30 60 90 120

Tempo esposizione al fuoco (min)

Car

ico

di ro

ttura

(kN

) HST M 10HST M 10 Inox

500°C

Tem

pera

tura

T (°

C)

0 30 60 90 120 180Tempo t (min)

150

7. Resistenza al fuoco La corretta scelta di un ancorante:

36

7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HSA

La corretta scelta di un ancorante

37

Resistenza in funzione dei minuti di esposizione al Fuoco

7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HSA

38

7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HIT-RE 500+HAS


39

Resistenza in funzione dei minuti di esposizione al

Fuoco

7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HIT-RE 500+HAS



Materiale base

Influenza della tipologia e consistenza del substrato

Entità del carico

Influenza derivante dalla tipologia, dall’intensità e dalla direzione

GeometriaInfluenza derivante dallo spessore del substrato, dalla distanza dei bordi e dagli interassi

Variazione nel tempo della resistenza sotto differenti condizioni di carico ed in

particolari condizioni ambientali

Sono fattori che influenzano la scelta e la capacità portante di un ancorante

Condizioni AmbientaliInfluenza derivante dal grado di temperatura ed aggressività dell’ambiente di posa


Tipo di carico

Certificazioni richieste

Nasce l’esigenza di valutarne il comportamento nel tempo DURABILITA’



Indice




NTC 2008 – NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONID.M. 14 Gennaio 2008Art. 11.1 - [...] 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 diqualificazione, nonché mediante eventuali prove sperimentali di accettazione.In particolare, per quanto attiene l’identificazione e la qualificazione, possono configurarsi iseguenti 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 allaMarcatura 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 diaccettazione, 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.



EOTA - EUROPEAN ORGANIZATION FOR TECHNICAL APPROVALS

DPR 20.04.93 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 Europeoper prodotti innovativi per le

costruzioni

Il marchio CE può essere concesso ai prodotti conformi al Benestare Tecnico Europeo



Una guida ETAG è un documento preparato da e per gli Organismi di Approvazione

CHE COS’È UNA LINEA GUIDA ETAG

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



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



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)



Indice




VERIFICA DEI MECCANISMI DI COLLASSO

Inizio

Trazione

Acciaio Calcestruzzo

Con

o ca

lces

tr.

estra

z.

Spl

ittin

g

Trovare le minima resistenza di progetto

Taglio


Tagl

io p

uro

Fles

sion

e

Col

lass

o de

l bor

do

pry-

out

Trovare la minima resistenza di progetto

Azione combinata



Carico (o Azione)

Valore di progetto del carico agente:

Fkd SS γ⋅=

Sk - sollecitazione caratteristica

γF - coefficiente di sicurezza parziale per i carichi

Resistenza

Valore di progetto della resistenza:

RR

dk

M=

γ

Rk - resistenza caratteristica

γM - coefficiente di sicurezza parziale per la resistenza

S Rd d≤

VERIFICA: COEFFICIENTI DI SICUREZZA PARZIALI



Trazione


Con

o ca

lces

tr.

estra

z.

Spl

ittin

g

Trovare le minima resistenza di progetto

1) VERIFICA A TRAZIONE



Rottura conica del calcestruzzo Rottura per sfilamento

VERIFICA: AZIONE ASSIALE RESISTENTE



Rottura lato acciaio dell’ancoranteRottura per splitting

VERIFICA: AZIONE ASSIALE RESISTENTE



VERIFICA: CRISI LATO ACCIAIO

ukSs,Rk fAN ⋅=

Resistenza caratteristica per rottura lato acciaio:

AS = area della sezione sollecitatafuk = resistenza ultima caratteristica dell’acciaio

N

Resistenza a trazione di progetto dell’acciaio:

NN

Rd sRk s

Ms,

,=γ

γMs = coefficiente parziale di sicurezza relativo al tipo di acciaio



Taglio


Tagl

io p

uro

Fles

sion

e

Col

lass

o de

l bor

do

pry-

out

Trovare la minima resistenza di progetto

2) VERIFICA A TAGLIO



Rottura lato acciaio dell’ancorante, taglio con flessione

Rottura lato acciaio dell’ancorante

VERIFICA: AZIONE RESISTENTE A TAGLIO



Rottura del bordo di calcestruzzo

Rottura per Pryout del calcestruzzo

VERIFICA: AZIONE RESISTENTE A TAGLIO



VERIFICA AD AZIONE COMBINATA TAGLIO-TRAZIONE

α

N

V

F

NSd

NRd

VSd

VRd

01

01

.VV

.NN

Rd

Sd

Rd

Sd

≤

≤1,

0,

0, 1 2

2

2

2 ,

2.1≤+⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

RdVSdV

RdNSdN

,

,

01

1 0

α = 2.0 per il collasso dell’acciaioα = 1.5 per tutti gli altri tipi di collasso

1≤+⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ αα

RdVSdV

RdNSdN



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



PECULIARIETA’ DEGLI ANCORANTI CHIMICI

TR 029:

-Il metodo di progettazione considera profondità di infissione variabili da 4 φfino a 20 φ;-Verifica per cedimento combinato di pull-out e rottura conica;-Rappresenta il più avanzato stato dell’arte attuale.



hef

Profondità di infissionestandard

ETAG 001, Annex C

hefhef

hef

Profondità di infissionevariabile

EOTA TR 029



Cedimentolato acciaio

Rottura conicadel calcestruzzo

Cedimento combinato dipull-out e rottura conica

Resistenza alla trazione – modalità di cedimento

Infis

sion

e va

riabi

le

N NN



Esempio di calcolo

Fabrizio TofoniField Engineer Lazio

Roma, 30 Aprile 2009



Il metodo di progettazione secondo il Manuale di Tecnologia del Fissaggio

Nel manuale di tecnologia del fissaggio è presente il metodo Hilti CC che èuna versione semplificata dell’ETAG Annesso C, ed è stato studiato in mododa conservare il più possibile del metodo precedentemente illustrato.



Metodi a confronto



Esempio di calcolo

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