La progettazione delle connessioni mediante ancoranti in zona … in... · duttile dell’elemento...

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

Hilti. Passione. Performance.

La progettazione delle connessioni mediante ancoranti in zona sismica

ing. Alberto Casagrande Responsabile Divisione Tecnica Hilti Italia S.p.A.

Roma, 30 aprile 2009



Indice

Introduzione

Inquadramento normativoLa normativa nazionale ed europeaLa normativa negli Stati Uniti

La progettazione degli ancoranti in zona sismicaGeneralitàI requisiti degli ancoranti installati in zona sismicaLa simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2Le certificazioni ICC-ES ReportIl concetto di duttilitàLa corretta scelta dell‘ancorante

Esempio di calcolo


Hilti. Passione. Performance.L’Aquila 2009(foto: Corriere della Sera)



L’Aquila 2009(foto: Corriere della Sera)



Kobe (Great Hanshin) earthquake, Japan, January 17, 1995, 5:46 amKarl V. Steinbrugge Collection - NISEE



(photos courtesy of M. Ohkubo )

Air conditioning unit1995 Kobe earthquake



“The Hyogo-Ken Nanbu Earthquake of January 17, 1995 – NRC/DOE Reconnaissance Report – Draft”, Chokshi, N.C, et al., U.S. Nuclear Regulatory Commission, Rockville, Maryland, 1996.



Northridge earthquake, Southern California, January 17, 1994, 4:31 amKarl V. Steinbrugge Collection - NISEE



Karl V. Steinbrugge Collection - NISEE



Indice

Introduzione



Esempio di calcolo



Art. 2 - Condizioni di immissione sul mercatoI prodotti possono essere immessi sul mercato solo se idonei all’impiego previsto. Sono idonei i prodotti dotati di caratteristiche tali da rendere le opere sulle quali devono essere incorporati o comunque installati, se adeguatamente progettate e costruite, conformi ai requisiti essenziali di cui all’allegato A, se e per quanto tali requisiti sono prescritti.I prodotti che recano il marchio si presumono idonei all’impiego previsto.

DIRETTIVA EUROPEA SUI PRODOTTI PER LE COSTRUZIONI

Gli Stati Membro devono prendere tutte le misure necessarie per assicurare che i prodotti di cui all‘art.1 [prodotti realizzati per essere installati in modo permanente nelle opere civili, includendo in tal senso tutte le costruzioni e le opere dell‘ingegneria civile] siano inseriti nel mercato unicamente se idonei per il loro specifico impiego [...].

REGOLAMENTO DI ATTUAZIONE DELLA DIRETTIVA 89/106/CEE

CPD 89/106/CEE

DPR n°246/93

L’eventuale AZIONE SISMICA non viene mai considerata

ETAG 001

Inquadramento nomativo



NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI (D.M. 14 Gennaio 2008)NTC 2008

Art. 1 – Le presenti Norme Tecniche per le costruzioni definiscono i principi per il progetto, l‘esecuzione e il collaudo delle costruzioni, nei riguardi delle prestazioni loro richieste in termini di requisiti essenziali di resistenza meccanica e stabilità [...] trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale delle opere. Circa le indicazioni applicative per l‘ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non espressamente specificato nel presente documento, ci si può riferire a normative di compravata validità [...].

La normativa americana sull‘impiego strutturale dei sistemi di ancoraggio post-installati, così come la linea guida ETAG 001, si basa sul Concrete Capacity Design. Risulta quindi possibile impiegare tali norme nel caso si voglia fare una valutazione della resistenza degli ancoranti soggetti ad azioni sismiche.

ICC-ES(AC193 & AC308) ETAG 001

CCD Concrete Capacity Design



CertificazioneProgettazione

Progettazione e certificazione dei prodotti – Europa

European Committee for Standardization (CEN)

European Organization for Technical Approval (EOTA)

European Technical Approval (ETA)

Applicazione

European Technical ApprovalGuideline (ETAG) a)

OrganizzazioneLinea GuidaCodice / StandardCertificazione

a) ETAG per carichi sismici in fase di sviluppo

Eurocodici



CertificazioneProgettazione

American Concrete Institute

(ACI)

ASCE 7(Loads)

International Code Council Evaluation Services (ICC-ES)

Evaluation Services Report (ESR)

Applicazione

ACI 355.2 (Anchorage)

ICC-ES Acceptance Criteria (AC193 & AC308)

OrganizzazioneLinea GuidaCodice / StandardCertificazione

ACI 318(RC design)

American Society of

Civil Engineers

(ASCE)

International Code Council

(ICC)

IBC

Progettazione e certificazione dei prodotti – U.S.A



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Introduzione



Esempio di calcolo



Struttura secondaria

Struttura primaria

Durante un terremoto l’ancorante è sottoposto a:1) Cicli di carico2) Variazione dell’ampiezza delle fessure

Tagl

io

Ampiezzafessure

Traz

ione

Carichi

L’azione sismica sull’ancorante

Terremoto Struttura Ancorante



Le azioni sismiche conducono a:

(1) Test addizionali per qualificare gli ancoranti verificando la risposta ad azioni sismiche

(2) Modifiche alle procedure “standard” di progettazione degli ancoranti:i. Restrizioni circa il campo di utilizzo di un ancoranteii. Riduzione della resistenza di progetto di un ancoranteiii. Regole di progettazione che prevengano rotture degli

ancoranti e che eventualmente impongano una specifica modalità di rottura

Azioni sismiche sugli ancoranti



essere certificato per l’impiego in

essere progettato appicando ulteriori coefficienti di sicurezza che riducano le resistenzedi progetto

essere certificato mediante un non precedente al 2007

superare i test di simulazione sismica secondo l’

garantire che il sistema di ancoraggio abbia i necessari requisiti di

Qualora l’ancorante non possa garantire che il suo meccanismo critico sia la rottura duttile dell’elemento metallico, è necessario che il nodo nel suo complesso sia progettato in modo da consentire un meccanismo di rottura duttile con un carico inferiore a quello di progetto dell’ancorante stesso.

Requisiti essenziali di un ancorante qualificato per l’impiego in zone sismiche

L’ancorante deve:

calcestruzzo fessurato

ICC-ES Report

ACI 355.2

duttilità



Test sismico a trazione

RequisitiTutti gli ancoranti devono passare il test e, al termine della prova, avere una resistenza residua a trazione non inferiore all’80% della capacità di riferimento.

Resistenza del calcestruzzo: bassaAmpiezza fessure: Δw = 0,5 mm

trazione

30 10010

Ns = 50%Nu

Ni = 1/2(Ns -Nm )+Nm

Nm = 25%Nu

cicli



Test sismico a taglio Resistenza del calcestruzzo: bassaAmpiezza delle fessure: Δw = 0,5 mm

cicli

taglio

100

Vs = 50%Vu

Vi = 1/2(Vs -Vm )+Vm

Vm = 25%Vu

10

30

RequisitiTutti gli ancoranti devono passare il test e, al termine della prova, avere una resistenza residua a taglio non inferiore all’80% della capacità di riferimento.



Test su tavola vibrante in scala 1:1

Englekirk Center

Jacobs School of Engineering

University of Calif. San Diego

www.ucsd.edu



1°

4°

7°

Pendinatura verticale

Irrigidimento antisismico



http://www.icc-es.org/reports



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Introduzione



Esempio di calcolo



Qualora l’ancorante NON possa garantire che il suo meccanismo critico sia la rottura duttile dell’elemento metallico, è necessario che il nodo, nel suo complesso, sia progettato in modo da consentire un meccanismo di rottura duttile con un carico inferiore a quello di progetto dell’ancorante stesso.

Il concetto di duttilità

Un sistema di ancoraggio realizzato con ancoranti post-installati deve garantire i necessari requisiti di duttilità.

Un ancorante post-installato ha un comportamento duttile o fragile?

E’ necessario studiare ogni caso specifico, considerando:E’ impossibile stabilite a priori se

la rottura di un ancorante avvenga in maniera duttile o fragile. il contesto in cui è installato l’ancorante

la geometriail tipo di sollecitazione agenteil meccanismo di collassola formazione di cerniere plastiche



1. Ancoraggio progettato per rottura duttile dell’ancorante

FyFeq


Ancorante duttile

Piastra di ancoraggio rigida



2. Ancoraggio progettato per formazione di cerniera plastica nell’elemento da fissare


Cerniera plastica

Mp Feq Mp Feq

Mp



3. Ancoraggio progettato in funzione della resistenza del sistema fissato


Vult Feq

Ancorante progettato per rottura dell’elemento in legno

Distanza dal bordo troppo piccola per garantire la rottura duttile lato acciaio del tassello.



4. Ancoraggio progettato amplificando la forza sismica


Feq

Feq

FeqFv

h

sNeq

Azione sollecitante l’ancorante determinata da un multiplo dell’azione sismica di progetto.




Taglio e momento torcenteIn un sistema si ancoraggio sottoposto ad azioni di taglio, la presenza di uno o più bordi nel calcestruzzo può influire in maniera decisiva sulla modalità di rottura del sistema stesso.

Rottura duttile dell’elemento in acciaio

A favore di sicurezza, la normativa prescrive di far assorbire il taglio ai soli ancoranti più vicini al bordo, considerando non sollecitati a taglio gli altri tasselli.

Rottura fragile del bordo di calcestruzzo



Disposizione degli ancoranti nella piastra di ancoraggio

Caso realeCaso ideale

Nei gruppi di ancoranti, risulta fondamente la modalità di trasferimento dell’azione di taglio tra piastra e tassello. Può succedere che solo alcuni tasselli entrino in contatto con la piastra, rendendo così disomogenea la risposta del sistema di ancoraggio sollecitato a taglio.



L’utilizzo del Dynamic SetAl fine di distribuire l’azione di taglio su TUTTI i tasselli costituenti il sistema di ancoragio, è possibile:

1) saldare i tasselli alla piastra

2) riempire lo spazio anulare tra piastra e tassello con resina



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Introduzione



Esempio di calcolo



Tabella riassuntiva ancoranti

DenominazioneCertificazione Ancorante utilizzabile

Resistenza dell’ancoranteETA

ICC-ES

Reportin cls

fessuratoin zone a sismicità

Ancoranti meccanici

Ancorante HDASì media o alta alta

Ancorante HSL-3Sì media o alta alta

Ancorante HST--- Sì bassa media

Ancoranti chimici

Ancorante HIT-RE 500 SD

Sì media o alta alta

Ancorante HVZ

--- Sì bassa alta



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Esempio di calcolo

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