Manuale Inserti (2006 prelim.)

Inserti per calcestruzzoMANUALE DI PROGETTAZIONE E UTILIZZO

ASSOBETONAssociazione Nazionale Industrie Manufatti Cementizi

Edizione PRELIMINARE

Gruppo inserti per calcestruzzo

2006



Inserti per calcestruzzoMANUALE DI PROGETTAZIONE ED UTILIZZOHanno collaborato alla stesura del manuale: Marco di Prisco Marcello Scola Silvia Locatelli Giorgio Luitprandi Marcello Maffioletti Paolo Novello Enrico Nusiner Roberto Ragozzini Modesto Vigo Paolo Cervesato Alessandra BiloniPolitecnico di Milano Politecnico di Milano

GL Locatelli Edilmatic Officine Maffioletti Chryso Italia Halfen - Deha Ruredil Tecnogrip

Assobeton Assobeton

Progettazione e realizzazione grafica: SGS Communication (RE)

Edizione preliminareMAGGIO 2006

Prefazione

Gli inserti nelle strutture prefabbricate giocano un ruolo sempre pi importante nella progettazione poich rappresentano, come avviene nelle connessioni degli elementi strutturali di acciaio, i punti deboli della costruzione, ove spesso il progettista non in grado di assicurare il livello di sicurezza che contraddistingue lintera struttura. Come nel caso dei particolari costruttivi, la filosofia finora seguita si orientata al rispetto di disposizioni costruttive che, facendo uso di un sovradimensionamento, fossero in grado di scongiurare il collasso del dettaglio costruttivo, dato che il costo di tale sovradimensionamento risultava per lintera costruzione poco determinante. La pratica costruttiva avvalendosi dellesperienza solita nel tempo limare tale sovradimensionamento ed il risultato di questo processo pone spesso il progettista nellimpossibilit di quantificare il livello di sicurezza confrontandolo con quello richiesto dallintera opera.

TUBAZIONI IN CALCESTRUZZO MANUALE DI PROGETTAZIONE E UTILIZZO

Va inoltre sottolineato che, mentre le connessioni delle strutture metalliche si avvalgono in generale di un materiale simmetrico elastoplastico in grado di assicurare la duttilit necessaria per fare collaborare tutti i meccanismi disposti nella connessione, il generico inserto opera al contrario avvalendosi della resistenza a trazione del conglomerato che, come noto, risulta accoppiata ad un meccanismo di propagazione della frattura caratterizzato dal susseguirsi di una fase stabile ed una instabile, ma il cui collasso risulta in generale fragile. Lampio lavoro sperimentale condotto dalla scuola di Stoccarda e diretto dal Prof. Eligehausen ha permesso tuttavia di mettere a punto alcune formule semiempiriche aventi lespressione di produttorie, ed inserite nel quadro semiprobabilistico agli Stati Limite degli Eurocodici.

LO SCOPOG R U P P O

Il gruppo inserti di ASSOBETON ha lavorato alacremente per produrre un documento di sintesi che indichi al progettista quale attivit di progettazione, sperimentazione e controllo sia necessaria per assicurare alla generica connessione ladeguato livello di sicurezza, coerente con quello accettato per lintera struttura. Dopo alcuni capitoli incentrati sullesame delle soluzioni offerte oggi dal mercato con riferimento ai sistemi di fissaggio, supporto e sollevamento, il documento si propone introduce i meccanismi resistenti sui quali si basa il calcolo di tali sistemi ed i relativi criteri di progettazione. Vengono infine proposte alcune recenti sperimentazioni al fine di mostrare i passi che conducono il prototipo della generica connessione al prodotto offerto nel mercato della prefabbricazione, evidenziandone gli aspetti pi critici, i modelli utilizzati per lindagine e laffidabilit delle previsioni teoriche. Va infine sottolineato che, alla luce della nuova Normativa sismica, esistono prevalentemente tre approcci differenti alla progettazione della generica connessione prefabbricata. La connessione pu essere pensata esterna alla zona critica, interna alla zona critica, ma sovradimensionata nello spirito del capacity design o infine interna alla zona critica e sede di significative dissipazioni energetiche. Mentre finora le connessioni si pongono spesso nella seconda ipotesi, credo che presto verranno proposte nel mercato vari tipi di connessione che mirino a soddisfare il terzo requisito, diventando punti deboli della struttura a duttilit garantita. Nello stesso manuale vengono infine proposti alcuni recenti sistemi innovativi creati per soddisfare esigenze specifiche e che si avvalgono dei medesimi criteri di progettazione e di calcolo. Marco di Prisco



I

N

S

E

R T

I

P

E

R

C

A

L

C

E

S

T

R

U

Z

Z

O

Aziende del Gruppo Inserti per Calcestruzzo

CHRYSO ITALIA SPA VIA MADONNA 24040 LALLIO - BG Tel. 035/693331 - Fax 035693463 www.chrysoitalia.com [email protected]

EDILMATIC SRL VIA GONZAGA 11 46020 PEGOGNAGA - MN Tel. 0376/558225 - Fax 0376558672 www.edilmatic.it [email protected]

GL LOCATELLI SRL VIA DANTE 66 22078 TURATE - CO Tel. 02/96480721 - Fax 029682795 www.gllocatelli.it [email protected]

HALFEN-DEHA SRL VIA DEI CURTI 1117 24059 URGNANO - BG Tel. 035/893029 - Fax 035893071 www.halfen.it [email protected]

I N S E RT I P E R C A L C E S T R U Z Z O M A N U A L E D I P R O G E T TA Z I O N E E U T I L I Z Z O

OFF. MECC. MAFFIOLETTI DARIO SRL VIA DEGLI ARTIGIANI 23 24060 BRUSAPORTO - BG Tel. 035/681244 - Fax 035676030 www.maffioletti.it [email protected]

RUREDIL SPA VIA BRUNO BUOZZI 1 20097 SAN DONATO MILANESE - MI Tel. 02/5276041 - Fax 025272185 www.ruredil.it [email protected]

TECNOGRIP SRL VIA MATTEOTTI 8/C 10040 SAN GILLIO - TO Tel. 011/9840707 - Fax 0119840499 www.tecnogrip.it [email protected]

ATLANTEASSOBETONAssociazione Nazionale Industrie Manufatti Cementizi

G

R

U

P

P

O

RUREDIL SPA San Donato Milanese - MI

OFF. MECC. MAFFIOLETTI DARIO SRL Brusaporto - BG CHRYSO ITALIA SPA Lallio - BG

GL LOCATELLI SRL Turate - CO

HALFEN-DEHA SRL Urgnano - BG

TECNOGRIP SRL San Gillio - TO Como Bergamo MILANO EDILMATIC SRL Pegognaga - MN

TORINO

Pegognaga

I

N

S

E

R T

I

P

E

R

C

A

L

C

E

S

T

R

U

Z

Z

O

Contenuti del manuale1.0 2.0 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 3.0 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.4 3.5 4.0 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.3 4.4 4.5 5.0 5.1 5.2 5.3 INTRODUZIONE SISTEMI DI FISSAGGIO Dove lavora il sistema Requisiti ingegneristici Portata Vincolo di scorrimento Dimensioni Posizionamento Comportamento a fatica Schema di vincolo Meccanismi resistenti Collasso del sistema di ancoraggio (profilo) Collasso per slabbramento del profilo Collassi del connettore e del collegamento profilo - ancoraggio Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristici SISTEMI DI SUPPORTO Dove lavora il sistema Requisiti ingegneristici con valutazione delle tolleranze Requisiti ingegneristici Valutazione delle tolleranze Schema di vincolo Meccanismi resistenti Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristici SISTEMI DI SOLLEVAMENTO Dove lavora il sistema Requisiti ingegneristici Portata Dimensioni Posizionamento Comportamento a fatica Usura e danneggiamento Schema di vincolo Meccanismi resistenti Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristici ALTRI SISTEMI Sistemi di sicurezza nelle fasi di montaggio Sistemi di fissaggio per facciate ventilate Sistemi per la realizzazione di pannelli a taglio termico 8 10 16 20 20 21 21 21 22 22 22 23 26 27 27 30 31 33 33 35 37 37 38 46 48 50 50 52 52 53 53 53 54 54 60 61 64 65


INDICEG R U P P O

5.4 5.5 5.6 5.7 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.4.4 6.4.5 6.4.6 6.4.7 6.4.8 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Sistemi di sicurezza antiscoppio Sistemi di connessione pilastro-plinto o pilastro-pilastro (column shoes) Ancoraggi per mensole tozze Sistemi di connessione per elementi strutturali MECCANISMI RESISTENTI E MODELLI DI CALCOLO Aspetti introduttivi Meccanismi per la trasmissione dell'azione assiale Meccanismi per la trasmissione dell'azione di taglio Formulazione dei meccanismi resistenti Collasso per formazione del cono del calcestruzzo Collasso per spacco (splitting) Collasso per spinta a vuoto (blow-out) Collasso per sfilamento (pull out) Collasso per formazione del cono laterale Dowel action (Effetto biella) Collasso per pry-out Meccanismi di aderenza CRITERI DI PROGETTAZIONE Aspetti introduttivi Definizione dei coefficienti di sicurezza Determinazione delle azioni di calcolo Determinazione delle resistenze di calcolo Stati limite Ultimi di Esercizio Altre condizioni di carico: fatica, durabilit, resistenza al fuoco, resistenza al sisma

66 67 68 69 70 71 75 81 86 86 87 87 88 88 89 90 90 92 93 95 95 98 101 104

8.0 PROVE SPERIMENTALI 8.1 Esecuzione 8.1.1 Linee guida ETAG N 0001 - 1997 Metal anchors for use in concrete Annex A: details of tests 8.2 Progettazione di una prova sperimentale 8.3 Esempi 8.3.1 Profili di ancoraggio 8.3.2 Connessione trave - pilastro 8.3.3 Connessione pilastro - pannello 9.0 CONCLUSIONI NORME TECNICHE - BIBLIOGRAFIA SCHEDE PRODOTTO

106 107 107 109 110 110 113 117 122 123 124 - 223

I

N

S

E

R T

I

P

E

R

C

A

L

C

E

S

T

R

U

Z

Z

O

CAPITOLO 1.0I N S E RT I P E R C A L C E S T R U Z Z O M A N U A L E D I P R O G E T TA Z I O N E E U T I L I Z Z O PAGG. 8/9

9Tutte le aziende che fanno parte del Gruppo Inserti per manufatti in calcestruzzo di ASSOBETON sono orgogliose di presentare questo manuale tecnico, che riassume lo stato attuale delle conoscenze e della produzione degli inserti per calcestruzzo. Il nostro gruppo raccoglie le esperienze imprenditoriali e professionali di sette tra le aziende che rappresentano il meglio in termini di qualit in questo settore. Ci sembrato utile ed importante presentare i nostri prodotti e i nostri sistemi a tutti gli interessati: siano essi tecnici progettisti, ingegneri o architetti, ovvero gli utilizzatori finali, quali prefabbricatori, imprese di costruzione, installatori, rivendite o altro. Da citare come questo testo verr anche diffuso in ambito universitario nei corsi di specializzazione. Gli inserti per calcestruzzo rappresentano una componente importante nel processo di industrializzazione edilizia, che sempre maggiormente va imponendosi anche in Italia nellambito del mondo delle costruzioni. Sono prodotti che, per definizione, quali inserti devono essere pensati e valutati gi in fase progettuale, e questo riteniamo sia lo scopo principale di questo manuale: diffondere cultura tecnica circa i nostri prodotti, su come vengono progettati, sulle loro caratteristiche prestazionali e di qualit, sui loro ambiti di utilizzo. I concetti base a cui si ispira la nostra attivit sono volti al raggiungimento delle seguenti caratteristiche, comuni a tutte le categorie dei nostri prodotti: Sicurezza Efficienza statica e prestazionale Facilit di utilizzo Economicit Regolabilit e flessibilit

Siamo convinti che mediante l utilizzo degli inserti, a fronte di un minimo sforzo in pi in sede progettuale sia possibile ottenere significativi ed indubbi vantaggi in fase di cantiere. Questo manuale diviso in due parti. La prima parte, redatta dal Prof. Marco di Prisco, docente di Strutture Prefabbricate ed Ordinario di Tecnica delle Costruzioni e dallIng. Marcello Scola (Dipartimento di Ingegneria Strutturale del Politecnico di Milano), una presentazione completa di tutti gli aspetti tecnici, normativi e sperimentali che sono alla base del nostro lavoro. Le nostre aziende svolgono costantemente attivit di ricerca e sviluppo, in collaborazione con le Universit. Per arrivare agli obiettivi sopra descritti sono necessarie risorse ed esperienza, ed alcuni esempi del lavoro che svolgiamo sono bene illustrati in queste pagine. Vi poi una seconda parte in cui ciascuna azienda fornisce una breve descrizione di alcuni dei prodotti di cui si occupa. Siamo sicuri che lo sforzo fatto costituisca un valido strumento di consultazione e supporto per chi si occupa di industrializzazione edilizia. Invitiamo comunque chi ci legge a contattarci per fornire suggerimenti e proposte, di cui terremo senzaltro conto. Enrico Nusiner

INTRODUZIONE

10

Sistemi di Fissaggio2.1 2.22.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5

Dove lavora il sistema Requisiti ingegneristiciPortata Vincolo di scorrimento Dimensioni Posizionamento Comportamento a fatica

2.3 2.42.4.1 2.4.2 2.4.3

Schema di vincolo Meccanismi resistentiCollasso del sistema di ancoraggio (profilo) Collasso per slabbramento del profilo Collassi del connettore e del collegamento profilo - ancoraggio

2.5

Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristici


11rivestono una posizione di notevole importanza nellambito delle strutture prefabbricate poich attraverso il loro impiego vengono realizzate le connessioni tra gli elementi strutturali che costituiscono ledificio. Tali connessioni sono soggette ad azioni che derivano principalmente da carichi che agiscono in direzione orizzontale, in particolare il vento e il sisma. Questi dettagli costruttivi devono quindi essere progettati in modo da garantire la trasmissione delle sollecitazioni, impedendo cedimenti o assestamenti non espressamente previsti in sede progettuale. Inoltre, data la sempre pi crescente attenzione riservata ai carichi di tipo sismico riveste un particolare rilievo il comportamento del sistema nei confronti delle sollecitazioni dinamiche da sisma, soprattutto con riferimento alle richieste di spostamenti ammissibili (Stato Limite di Danno). Le connessioni devono essere calcolate e realizzate considerando le condizioni di carico peggiori, nel rispetto delle normative vigenti in ambito strutturale, e considerando gli effetti delle tolleranze di montaggio e di realizzazione. La soluzione progettuale deve tenere in conto la resistenza sia degli elementi da connettere, sia degli apparecchi di appoggio o di ritegno facenti parte del sistema di fissaggio, computando anche gli effetti legati alle variazioni termiche, alla deformabilit della struttura e agli eventuali fenomeni lenti. Oltre alla capacit di assorbire i carichi di progetto, i sistemi di fissaggio devono rispondere a molteplici e diverse esigenze: Facilit e velocit di messa in opera Bloccaggio pressoch immediato dellelemento da connettere Possibilit di successivi aggiustamenti della posizione relativa degli elementi nelle direzioni di interesse Libert di assestamenti legati a deformazioni termiche, senza danneggiamento degli elementi connessi Durabilit Secondo la terminologia delle istruzioni CNR 10025/98 il sistema di fissaggio composto da tre elementi fondamentali, con riferimento al tipo di connessione pi frequentemente adottata: Profilo incavo Connettore Infisso

I dispositivi di fissaggio

a) connessione di pannelli di tamponamento

b) connessione cordolo - colonna

c) fissaggio vie di corsa

d) facciate ventilate Figura 2.1 Sistemi di fissaggio: applicazioni

e) elementi per ascensori e montacarichi

f) fissaggio tubazioni per impianti

SISTEMI DI FISSAGGIO

Va tuttavia precisato che, sia il profilo incavo, che linfisso sono in realt inserti che vanno posizionati prima del getto negli elementi prefabbricati da connettere (generalmente pannelli, pilastri e travi, ma anche elementi di copertura). Il mercato propone varie tipologie di inserti che si differenziano tra loro per forma, dimensioni, tecnologia di produzione e trattamenti superficiali. Lofferta commerciale dunque molto variegata, proponendo soluzioni spesso simili tra loro, ma differenziate nei dettagli e negli accessori (Fig. 2.1 a,b,c), e talvolta soluzioni molto particolari, dedicate a specifiche esigenze (Fig 2.1 d,e,f) (profili calandrati, accoppiati tramite saldature, piastre per connessioni con elementi in acciaio). Concettualmente comunque possibile suddividere in tre grandi gruppi i sistemi di fissaggio presenti sul mercato: Connessione elemento portante con elemento portato Connessione elemento portato con elemento portato Connessione per impiantistica possibile anche suddividere i sistemi in base alle modalit di impiego: Connessione pannello elementi strutturali orizzontali Connessione pilastro pannello Connessioni pannello pannello Connessione per impiantistica Connessione di supporto per facciate In questo capitolo saranno trattati in particolare i sistemi di fissaggio sullo schema proposto delle Istruzioni CNR 10025/98 (quindi basati su un profilo annegato nel conglomerato). Il mercato propone anche altri sistemi, diversi dai precedenti, ma che possono essere definiti anchessi di fissaggio. In questa sede tali sistemi saranno soltanto descritti, senza approfondirne le metodologie di dimensionamento e le tecniche di costruzione e di installazione. Componenti del sistema Profili I profili commerciali possono essere laminati a caldo, oppure formati a freddo (Figura 2.2).

Laminati a caldo Figura 2.2 Tipologie di profili: laminati a caldo e formati a freddo

Formati a freddo

Come descritto in maniera pi approfondita nel seguito, i profili possono essere realizzati in acciaio inossidabile, oppure nero, con o senza trattamenti di zincatura. Al profilo generalmente associato un sistema di ancoraggio (zanche, profili a I oppure pioli), salvo alcuni casi particolari nei quali la forma stessa del profilo (Figura 2.3) fornisce una resistenza sufficiente per lapplicazione specifica (profili autozancanti).

Figura 2.3 Profilo senza ancoraggi

CAPITOLO 2.0I N S E RT I P E R C A L C E S T R U Z Z O M A N U A L E D I P R O G E T TA Z I O N E E U T I L I Z Z O

Connettori Il connettore pi semplice la vite a testa sagomata (Figura 2.4), che collega linfisso al profilo.

13

Vite testa a martello Figura 2.4 Tipologie di viti di connessione

Vite testa ad ancora

Per esigenze pi evolute, sono disponibili connettori che affiancano le viti per realizzare collegamenti adatti al montaggio dellinfisso a distanza variabile dal profilo, oppure progettati per particolari giunti. (figura 2.5). Nelle immagini mostrate in figura 2.5 sono evidenti le asolature introdotte per garantire le tolleranze di posizionamento.

Figura 2.5 Elementi di connessione (Piastrine e squadrette di connessione)


Normativa di riferimento Gli inserti sono parte dellelemento prefabbricato in calcestruzzo e devono quindi soddisfare la normativa attualmente in vigore (DM 09.01.96 e relative circolari). A causa della grande incertezza sulla cura dellinstallazione e sulleffettivo uso nel cantiere di montaggio, le verifiche di resistenza adottano un coefficiente di sicurezza supplementare g2 (vedi cap. 7.2) che associato al coefficiente gm (coefficiente di sicurezza relativo al materiale). Esempi di valori suggeriti dalle istruzioni CNR 10025/98 con riferimento al tipo di carico agente sono mostrati in tabella 2.1Tabella 2.1 Coefficienti di sicurezza supplementari (CNR 10025 / 98) Coefficiente di sicurezza parziale Carichi di trazione

g2 = 1,0 g2= 1,2 g2= 1,4 g2= 1,0 g2= 1,2 g2= 1,4 g2= 1,0

Sistemi con alto livello di precisione di montaggio Sistemi con normale livello di precisione di montaggio Sistemi con basso livello di precisione di montaggio Carichi di compressione Sistemi con alto livello di precisione di montaggio Sistemi con normale livello di precisione di montaggio Sistemi con basso livello di precisione di montaggio Carichi di taglio Per ogni livello di precisione di montaggio

La tabella riferita, secondo le Istruzioni CNR 10025/98, ad ancoraggi realizzati con profili dotati di due o pi zanche e dove siano rispettate le seguenti limitazioni: interasse zanche profondit' zanche distanza dai bordi interasse profili

250 mm 65 mm 60 mm 250 mm

Se gli ancoranti sono posizionati in zone di possibile fessurazione del calcestruzzo, i coefficienti devono essere aumentati del 10%. Se si prevedono fenomeni di fatica i coefficienti di sicurezza devono essere ulteriormente aumentati del 30% per tutti i tipi di inserti. Si ricorda che lo Stato Limite di Fatica considerato uno Stato Limite Ultimo, ma con coefficienti di amplificazione dei carichi ridotti. E disponibile, in sede europea presso il comitato tecnico CEN/TC 250 SC 2/WG 2, il documento Technical Specification Design of fastenings for use in concrete che riguarda il progetto degli ancoraggi nel conglomerato cementizio. La parte 3 tratta direttamente i profili di fissaggio ed identifica le azioni sugli ancoraggi e i meccanismi di collasso possibili per il calcolo della capacit portante. In aggiunta, la produzione dei profili comunemente utilizzati per la realizzazione dei sistemi di fissaggio regolamentata da un ampio corpus normativo relativo al materiale acciaio: UNI EN 10142 Lamiere e nastri di acciaio a basso tenore di carbonio, zincati a caldo in continuo, per formatura a freddo UNI EN 10025 Prodotti laminati a caldo di acciai non legati per impieghi strutturali UNI EN 10147 Lamiere e nastri di acciaio per impieghi strutturali zincati a caldo in continuo UNI EN 10088 Acciai inossidabili UNI EN 10263:2003 Vergella, barre e filo di acciaio per ricalcatura a freddo ed estrusione a freddo UNI 7344 Profilati di acciaio formati a freddo. Prescrizioni e tolleranze UNI ISO 2081 Rivestimenti metallici. Rivestimenti elettrolitici di zinco su ferro e acciaio UNI EN ISO 1461 Rivestimenti elettrolitici di zincatura per immersione a caldo su prodotti finiti ferrosi e articoli di acciaio UNI EN 729 Qualit nelle costruzioni saldate

CAPITOLO 2.0


Trattamenti superficiali Il mercato propone trattamenti di zincatura a caldo con metodo Sendzimir, zincatura a freddo e zincatura a caldo per immersione. Con queste tecnologie si ottiene uno spessore di zinco che varia dai 275 ai 700 gr/m2 sui due lati. In alternativa possibile utilizzare sistemi realizzati in acciaio inossidabile (generalmente AISI 304 secondo UNI EN 10088). Le scelta della tipologia di protezione dagli agenti aggressivi deve essere effettuata in base alla definizione del livello di aggressivit dellambiente di esercizio. In generale, la zincatura indicata per ambienti umidi, mentre il ricorso ad acciai inossidabili suggerito in situazioni di ambienti aggressivi dal punto di vista chimico. Altri sistemi Profili per fissaggio con viti autoperforanti Sono profili incavi da annegare nel getto per formare una superficie metallica a vista, utile per il fissaggio di elementi (per esempio, lamiera grecata) a mezzo di viti. (Figura 2.6).

15

Figura 2.6 Profili di fissaggio per viti autoperforanti

Profili per il collegamento con strutture in muratura Questi sistemi sono una variante dei sistemi tradizionali di fissaggio. In questo caso cambia il connettore che deve adattarsi al materiale base da collegare al calcestruzzo. (Figura 2.7). La forma del connettore studiata per garantire laderenza alla malta tra gli elementi in muratura.


Figura 2 7 Connessioni tra muratura e conglomerato cementizio

2.1 Dove lavora il sistemaI sistemi di fissaggio sono utilizzati, come detto, per realizzare connessioni tra elementi strutturali di una costruzione, generalmente prefabbricata. Ambito naturale di utilizzo il capannone prefabbricato ad uso industriale o terziario, per la connessione di pannelli di rivestimento alle travi e ai pilastri, ma non mancano casi di impiego in condizioni particolari, sia in situazioni di prefabbricazione, sia in realizzazioni in opera. Connessione pannello elementi strutturali orizzontali Nellelemento orizzontale annegato un profilo parallelo allelemento da fissare, mentre nel pannello inserito un profilo il cui asse risulta verticale. In questo modo garantita la possibilit di regolazione in due direzioni del pannello. Il connettore una piastrina, che pu essere zigrinata per impedire scorrimenti, con unestremit a martello per linserimento nel profilo del pannello e fornita di asola per la regolazione in aggetto del pannello. I gradi di libert gestibili sono quindi tre; lasola permette spostamenti dellordine dei 50 mm, mentre nelle altre due direzioni, gli spostamenti ammessi dipendono dalla lunghezza dei profili annegati (Figura 2.8).

Figura 2.8 Connessione con piastrina antislittamento

Una soluzione alternativa mostrata in Figura 2.9: il connettore ora una squadretta che unisce le viti a testa quadra di collegamento con i profili annegati negli elementi. La connessione risulta in questo modo pi rigida rispetto alla soluzione che impiega la piastrina, contrastando la rotazione relativa tra i due elementi e, grazie allattrito, lo spostamento verticale. Se si modifica la disposizione del profilo annegato nellelemento verticale (pannello di tamponamento, figura 2.10), si pu pensare di bloccare lo spostamento verticale dopo il posizionamento facendo uso di apposite piastre zigrinate.

Figura 2.9 Connessione con squadretta con singola zigrinatura

Figura 2.10 Connessione con squadretta a doppia zigrinatura


Connessione pannello pilastro Questo collegamento pu essere realizzato in diversi modi: linserto nel pilastro sempre un profilo annegato parallelamente allasse dellelemento, mentre varia la modalit realizzativa del sistema di fissaggio inserito nel pannello. Una soluzione ricorrente mostrata in Figura 2.11: in corrispondenza della sommit del pannello inserita una scatola di sostegno ancorata tramite barre di armatura sagomate oppure tramite zanche di lamiera. Lunione realizzata con vite a testa quadra ed il pannello pu essere montato a contatto oppure a distanza tramite apposito connettore. (Figura 2.12)

17

Figura 2.11 Connessione tramite scatola di sostegno o profilo autozancante


Figura 2.12 Regolazione della distanza di ritenuta

La scatola fornita con inserti in polistirolo (o schiuma poliuretanica oppure tamponi in gomma) che permettono di ricavare gli spazi allinterno dellelemento necessari per la messa in opera della connessione successiva al getto. I gradi di libert possibili anche in questo caso sono tre: in senso verticale la regolazione garantita dal profilo sul pilastro, in orizzontale dallasola ricavata nella scatola, mentre la scelta della lunghezza della vite permette di regolare la distanza tra gli elementi. Unalternativa rappresentata dallimpiego delle squadrette di collegamento, come mostrato in Figura 2.13, ove previsto linserimento di un profilo anche nel pannello.

Figura 2.13 Connessione pilastro - pannello

Connessione pannello-pannello La risoluzione di questo nodo pu essere affrontata ancora una volta attraverso diversi approcci. Una prima soluzione si realizza impiegando le medesime scatole descritte per la connessione pannellopilastro (Figura 2.14); il profilo inserito verticalmente nel pannello e viene fissato con un connettore alla scatola alloggiata nellaltro elemento. Anche in questo caso sono garantite le regolazioni nei tre assi, compatibilmente con la lunghezza degli elementi del sistema.


19

Figura 2.14 Connessione pannello - pannello

Figura 2.15 Connessione d'angolo

Tale soluzione trova applicazione anche per completare la chiusura in corrispondenza dei pilastri (Figura 2.15). La connessione testa-testa di pannelli pu essere realizzata anche tramite il solo utilizzo delle scatole (Figura 2.16); in questo caso si presenta linconveniente di non permettere alcuna regolazione della posizione relativa orizzontale dei pannelli.

Figura 2.16 Connessione pannello - pannello

Alternativamente, lutilizzo dei soli profili permette di realizzare nodi di continuit come in Figura 2.17 oppure nodi dangolo come in Figura 2.18. In entrambi i casi, sono possibili le regolazioni di interesse per il corretto posizionamento degli elementi.

Figura 2.17 Connessione pannello - pannello tramite profili

Figura 2.18 Connessione d'angolo


2.2 Requisiti ingegneristiciLa progettazione di un sistema di fissaggio deve tener conto delle prestazioni richieste dallutilizzatore del sistema. Queste richieste orientano usualmente le scelte progettuali su una certa soluzione piuttosto che su unaltra. I dati di progetto in generale sono: portata vincolo di scorrimento dimensioni geometria di installazione comportamento a fatica

2.2.1 Portata un parametro legato innanzitutto ai carichi agenti, allo schema strutturale della costruzione, alla posizione allinterno della struttura degli elementi da connettere, ed infine al numero di inserti utilizzati per la connessione. In generale alle connessioni di fissaggio non viene richiesta la capacit di sostenere il peso di un elemento (per esempio un pannello), compito che riservato ai sistemi di supporto come le mensole (Capitolo 3). Scopo prevalente di questo tipo di connessioni la resistenza alle azioni orizzontali derivanti generalmente da sollecitazioni legate al vento oppure a fenomeni sismici. Le azioni esterne si traducono nella connessione in sollecitazioni di trazione, di taglio e di scorrimento lungo lasse del profilo (Figura 2.19). In questultimo caso generalmente le portate sono ridotte rispetto ai casi di trazione e taglio.

Figura 2.19 Forza di scorrimento

Il carico si considera di pura trazione, o di puro taglio se forma un angolo minore di 15 con riferimento rispettivamente, alla perpendicolare al profilo o al piano tangente lo gola del profilo (Figura 2.20). Per altri angoli, si considera uninterazione dei carichi.

15 15 15 Figura 2.20 Sollecitazioni di taglio e trazione Trazione

15 Taglio

il caso di sottolineare che il carico associabile ad un particolare tipo di ancoraggio non dipende soltanto dalle caratteristiche dellinserto, ma influenzato anche dal calcestruzzo nel quale linserto stesso annegato. Nelle schede tecniche dei prodotti generalmente riportata una portata massima di esercizio dellancoraggio per una situazione di carico (trazione, taglio, scorrimento oppure una combinazione dei tre) riferita ad una particolare classe di resistenza del calcestruzzo. possibile comunque, attraverso le formule di riferimento per i vari meccanismi di collasso, calcolare la portata dellancoraggio per qualsiasi tipo di conglomerato cementizio.

CAPITOLO 2.0


2.2.2 Vincolo di scorrimentoI sistemi di fissaggio spesso garantiscono il bloccaggio degli spostamenti degli elementi connessi, dopo che la loro posizione relativa sia stata definita con la precisione necessaria alle esigenze di montaggio. Se sono richiesti spostamenti lungo lasse del profilo, il mercato propone alcuni particolari accessori (rondelle anti-scorrimento) che permettono il serraggio della vite allinterno del profilo, senza compromettere la capacit di scorrimento. possibile richiedere lavorazioni superficiali degli elementi di connessione (piastrine, squadrette) se la connessione richiede che siano impediti gli scorrimenti.

21

2.2.3 DimensioniLe dimensioni geometriche del sistema di ancoraggio possono essere oggetto di particolari requisiti, in quanto non sempre lo spazio a disposizione per linserimento dellancoraggio permette ampia libert. Linserto nel calcestruzzo pu avere vincoli dimensionali se lelemento da connettere ha dimensioni sottili, come nel caso di pannelli. Inoltre, la disposizione costruttiva dellarmatura potrebbe limitare il posizionamento dellinserto oppure richiedere una forma particolare. La progettazione e la scelta dellelemento deve quindi tenere in considerazione questi requisiti dimensionali, che si configurano in realt pi come vincoli che come prestazioni richieste.

2.2.4 PosizionamentoIl posizionamento degli inserti per il fissaggio richiede il rispetto di alcune distanze dai bordi dellelemento in calcestruzzo e di uno spessore minimo. I valori indicati sui cataloghi per queste misure sono calcolati in modo da garantire la portata nominale degli inserti nelle condizioni di armatura standard definite e con classe di resistenza del calcestruzzo definita dal produttore. Rimane in ogni caso la facolt al progettista di ridurre, se necessario, tali valori, predisponendo provvedimenti adeguati alla situazione (armatura integrativa) e/o riducendo il carico di lavoro. A titolo indicativo si riportano (Figura 2.21) i valori minimi per quanto riguarda linstallazione di un profilo di fissaggio:db [cm] 5 - 10 do [cm] 7 - 50 dv [cm] 4 - 20 df [cm] 7 - 45 D [cm] 10 - 20

D

dv

df

dv

do Figura 2.21 Distanze minime di installazione db


db

2.2.5 Comportamento a faticaLe istruzioni CNR 10025/98, come gi ricordato, prescrivono un coefficiente di sicurezza aggiuntivo pari a 1,3 per sistemi di ancoraggio soggetti a problemi di fatica.

2.3 Schema di vincoloLe connessioni di fissaggio permettono il trasferimento di forze al calcestruzzo secondo i modelli di comportamento presentati nel seguito. Le sollecitazioni agenti sono generalmente di trazione e di taglio, anche se i profili permettono di assorbire anche forze parallele allasse del profilo (scorrimento), ma in questo caso con portate limitate. Per la natura stessa dei connettori utilizzati (viti a testa quadra, oppure viti in accoppiamento con boccole filettate), risulta problematico assorbire momenti allinterno di un nodo di fissaggio. Il connettore si pu infatti schematizzare come una biella. Discende da questo modello anche la difficolt ad assorbire forze di compressione, legata a problemi di instabilit che possono presentarsi soprattutto in presenza di grandi distanze di ritenuta (Figura 2.12). Le forze di compressione sono ben assorbite nel caso di fissaggi a contatto, nei quali il vincolo a compressione si realizza per contatto diretto degli elementi in calcestruzzo. In questo caso anche lassorbimento delle forze taglianti pu giovarne, potendo usufruire del contributo della forza di attrito. Per quanto riguarda le sollecitazioni flettenti, lutilizzo di squadrette (Figura 2.5) permette di realizzare delle connessioni ad incastro, il cui grado dipende dalla costruzione della squadra metallica (elementi pi rigidi permettono di assorbire momenti maggiori).

2.4 Meccanismi resistentiI meccanismi resistenti agenti nei sistemi di fissaggio a canale possono distinguersi in meccanismi resistenti di base e meccanismi resistenti specifici. I meccanismi resistenti di base che permettono il trasferimento delle forze al calcestruzzo attraverso il sistema sono riconducibili a tipologie differenti a seconda che il carico sia di trazione oppure di taglio: Carico di trazione Meccanismi di ancoraggio diretto (Anchor bolt) Formazione del cono del calcestruzzo Spacco del calcestruzzo (Splitting) Spinta a vuoto (Blow-out) Sfilamento (Pull-out) Azione di spinotto (Dowel action) Rottura dellancoraggio Carico di taglio Azione di spinotto (Dowel action) Formazione del cono laterale Distacco localizzato (Pry-out) Mentre i meccanismi di rottura specifici, legati cio al particolare sistema di ancoraggio, sono:

Collasso sistema di ancoraggio (profilo) Slabbramento del profilo Distacco del profilo dallancoraggio Collasso del connettore Per una descrizione pi approfondita dei meccanismi di collasso di base, si rimanda al capitolo 6, mentre nel seguito saranno introdotti i meccanismi specifici dellancoraggio trattato in questo capitolo.

CAPITOLO 2.0


2.4.1 Collasso del sistema di ancoraggio (profilo)Collasso del sistema di ancoraggio trascurando il contributo resistente del profilo In accordo con quanto suggerito dal documento CEN/TC 250/SC 2/WG 2 Design of fastenings for use in concrete Part 3: Anchor channel, la reazione del generico ancoraggio si calcolano adottando il seguente modello semplificato:

23

Figura 2.22 CEN/TC250: modello di calcolo

Le forze agenti su ciascun ancoraggio sono calcolate assumendo una distribuzione lineare lungo la lunghezza li (lunghezza di influenza): NEd, i = k A' NEd i 1 A' ia

con A definito come in figura 23 e k =

Il valore della lunghezza di influenza definita come li = 13 l0.05 s0.5 s con ly momento di inerzia y del profilo e s interasse tra i chiodi. Nel caso di un profilo di ancoraggio con cinque chiodi (figura 2.23), le azioni sugli ancoraggi sono le seguenti:

A1 = 2 A1 = 3 A1 = 4 k=

l - 1,25s 1 = l 6 5 l - 0,25s = 6 l 1 l - 0,75s = 2 l A1 2 1 2 1 1 = + A3 + A4 3

a a N sd, 1 = N sd, 5 = 0 a N sd, 2 = a N sd, 3 = a N sd, 4 =

1 1 2 N= N sd 9 6 3 5 2 5 N= N sd 6 3 9 1 2 1 N= N sd 2 3 3


Collasso del sistema di ancoraggio considerando il contributo resistente del profilo A differenza di quanto proposto nel documento CEN/TC 250/SC 2/WG 2 Design of fastenings for use in concrete Part 3: Anchor channel e seguendo quanto suggerito nella proposta di modifica al documento da parte del gruppo di lavoro italiano dello stesso comitato tecnico, si suggerisce un approccio al problema della flessione che tenga in conto la deformabilit del profilo. Il collasso per flessione pu avvenire con diverse modalit in funzione della posizione del carico rispetto ai chiodi di ancoraggio. Tali modalit considerano la formazione di cerniere plastiche lungo lasse del profilo tenendo conto delleventuale imbozzamento della porzione di sezione compressa. A titolo di esempio si considera il caso del profilo ancorato con tre chiodi. Si evidenziano tre possibili meccanismi di collasso: Meccanismo 1: snervamento del chiodo centrale e formazione di cerniere plastiche in corrispondenza dei chiodi laterali e del punto in cui il carico applicato; un meccanismo che coinvolge lintero sistema di connessione. Meccanismo 2: formazione di cerniere plastiche nel punto di applicazione del carico e del chiodo centrale e laterale; un meccanismo che impegna solo una porzione del sistema di connessione, lasciando scarica laltra. Meccanismo 3: formazione di una cerniera plastica in corrispondenza del chiodo centrale e snervamento del chiodo laterale; come il meccanismo 2, il meccanismo 3 impegna solo meta dello sviluppo del profilo, lasciando inalterata laltra. I tre meccanismi possibili sono mostrati in Figura 2.23

Figura 2.23 Collasso per flessione del profilo

Meccanismo 1 Per unazione di trazione N applicata a distanza x dal punto medio dello sviluppo del profilo si ipotizza che il meccanismo che si instaura sia del tipo indicato in Figura 2.24.

Figura 2.24 Meccanismo di collasso con snervamento del chiodo centrale

Con riferimento alla figura: Dc=aL= DL L+x N c = fy As Mpl, 1 Mpl, 2 lo spostamento verticale del profilo in corrispondenza del chiodo centrale lazione di trazione agente sul chiodo C, supponendo che il meccanismo avvenga con snervamento del chiodo centrale momento di plasticizzazione relativo al profilo con ali compresse (relativo dunque alla situazione che si verifica in corrispondenza dei chiodi di ancoraggio) momento di plasticizzazione relativo al profilo con ali tese (relativo dunque alla situazione che si verifica in corrispondenza del bullone di carico)


possibile, facendo uso del principio dei lavori virtuali, descrivere la relazione tra lazione NRd che determina linnesco del meccanismo di collasso in funzione della distanza x della forza N dal chiodo centrale: 2L L N = Mpl,1 + Mpl,2 + Nc Rd 2 2 L -x L+x A questo punto, imponendo lequilibrio alla traslazione verticale e alla rotazione attorno al punto A, possibile determinare le azioni di trazione a cui sono soggetti gli elementi di ancoraggio: NA = NRd NB = NRd L-x 2L L+x 2L Nc 2 Nc 2

25

Meccanismo 2 Per unazione di trazione N applicata a distanza x dal punto medio dello sviluppo del profilo si ipotizza che il meccanismo di plasticizzazione che si instaura sia del tipo riportato in Figura 2.25.

Figura 2.25 Meccanismo di collasso senza snervamento dei chiodi

La relazione tra lazione che determina linnesco del meccanismo di collasso in funzione della distanza x dal chiodo centrale risulta: L N = Mpl,1 + Mpl,2 Rd x L-x e, dallequilibrio, le azioni di trazione cui sono soggetti gli elementi di ancoraggio risultano: NC = NRd NB = NRd L-x L x

L Meccanismo 3 Per una generica azione di trazione N applicata a distanza x dal punto medio dello sviluppo del profilo, si ipotizza che il meccanismo che si instaura sia del tipo indicato in Figura 2.26.

Figura 2.26 Meccanismo di collasso con snervamento del chiodo laterale

Mentre lazione di trazione Nc risulta: NC = NRd - NB


dove, in aggiunta alle quantit gi definite, si ponga come azione di trazione agente sul chiodo B: NB = fy As , supponendo che il meccanismo avvenga con snervamento del chiodo laterale. Lazione NRd che determina linnesco del meccanismo di collasso in funzione della distanza x dal chiodo centrale risulta: 1 L NRd = Mpl,1 + NB x x

2.4.2 Collasso per slabbramento del profiloLa slabbramento del profilo il meccanismo di collasso pi caratteristico per questa tipologia di connessioni. Esso fortemente influenzato dalle caratteristiche meccaniche di materiali utilizzati per la realizzazione del sistema e dallo spessore della lamiera utilizzata. Lo slabbramento consiste nella formazione di cerniere plastiche cilindriche sulle ali del profilo, come descritto in figura 2.27.

Figura 2.27 Collasso per slabbramento del profilo

Con lipotesi che il collasso avvenga con la massima eccentricit possibile tra vite e profilo e che linterazione tra taglio e momento non modifichi la geometria del meccanismo di collasso, n riduca la capacit resistente flessionale del profilo, il carico massimo esprimibile come segue: Nmax = 2 2x+ t 2 12 2 c + b mpl

dove (Figura 2.28): x la tolleranza tra la testa della vite e le pareti del profilo t lo spessore del profilo c la larghezza delle labbra del profilo b la larghezza della testa della vite mpl il momento plastico lungo le cerniere pari a mpl =Figura 2.28 Slabbramento del profilo: geometria del problema

t2 f 4 y

Con eccentricit poco elevate, il collasso pu avvenire anche per tranciamento delle labbra (Figura 2.29). Si pu considerare tale interazione definendo una tensione resistente ridotta srid a partire dalla tensione ideale corrispondente al criterio di Von Mises: sid = il momento plastico in questo caso diventa mpl =2 f y - 3 t2

t2 sid 4


27

Figura 2.29 Tranciamento del profilo

Supponendo lazione di taglio distribuita solo sulla cerniera cilindrica che si sviluppa tra lanima e lala del profilo (lunghezza b + 2c 2, si ottiene un carico Nmax ridotto pari a: Nmax = 2 2 c + b srid + 4 2 srid c2 t 2c 4 2x+ t 2

(

)

Si noti come la formula contenga il valore di srid funzione della t che dipende dal carico, quindi la Nmax risoluzione deve essere effettuata iterativamente (t = ). 2 2c 2 + b t

(

)

2.4.3 Collassi del connettore e del collegamento profilo - ancoraggioQueste modalit di collasso riguardano la resistenza dellacciaio utilizzato per lancoraggio e la resistenza del collegamento tra il profilo e i chiodi di ancoraggio. In generale, data lalta resistenza dellacciaio nei confronti della resistenza sia a trazione, sia a compressione del calcestruzzo, le verifiche verso queste modalit di collasso non sono mai critiche.

2.5 Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristiciLa progettazione di un ancoraggio basato sulla scelta di un meccanismo resistente critico. Il progettista pu fissare tale meccanismo operando una opportuna scelta di alcuni parametri che regolano la capacit resistente dei vari meccanismi potenzialmente tra loro interagenti. Tali parametri verranno nel seguito chiamati parametri ingegneristici. La variazione e la combinazione dei valori numerici dei parametri permette lottimizzazione del sistema in funzione di specifiche esigenze prestazionali. Il mercato presenta unampia gamma di sistemi di fissaggio adeguati a molteplici esigenze. In questa sezione vengono presentate le tipologie pi comuni con evidenziati i parametri ingegneristici ed i valori estremi reperibili sul mercato. I carichi P indicati come parametri ingegneristici nelle tabelle seguenti sono riferiti allesercizio, ovvero sono da considerarsi come carichi ammissibili. Caratteristiche della sezione del profiloe

b a

t

a: larghezza del profilo b: altezza del profilo t: spessore del profilo e: distanza tra le ali

a [mm] 28 - 74

b [mm] 15 - 48

e [mm] 12 - 33

t [mm] 1.5 - 6


Profilo con chiodi di ancoraggio (ancoraggio diretto)L

hef d1 i i d2,s

L: lunghezza del profilo i: interasse ancoraggi hef: profondit ancoraggi (profondit efficace) d1: parametro dimensionale della sezione della barra d2,s : parametri caratteristici della testa di ancoraggio (es. diametro e spessore del piattello di estremit)

Il sistema realizzato collegando il profilo metallico ad alcuni chiodi punzonati o saldati sul dorso del profilo. Lestremit inferiore del chiodo (piattello) realizza un ancoraggio diretto.

Ptrazione [kN] 3 30

Ptaglio [kN] 3 - 30

L [mm] 100 5800

i [mm] 50 - 250

hef [mm] 50 250

d1 [mm] 6 - 11

d2 [mm] 12 - 24

s [mm] 4-6

Profilo con ancoraggio sagomato a I (ancoraggio diretto)L

d i i

hef

t

L: lunghezza del profilo i: interasse ancoraggi hef: profondit ancoraggi d: larghezza del profilo ad I t: spessore del profilo ad I

Ptrazione [kN] 3 30

Ptaglio [kN] 3 - 30

L [mm] 100 5800

i [mm] 50 - 250

hef [mm] 50 - 250

d [mm] 10 - 50

t [mm] 5-7

Profilo con ancoraggio a zanca sagomata a VL t a

d i i

hef

L: lunghezza del profilo i: interasse ancoraggi hef: profondit ancoraggi d: larghezza della zanca t: spessore della zanca a: angolo di piegatura della zancad [mm] 20 a [] 20 t [mm] 1.5-2

Ptrazione [kN] 2 12

Ptaglio [kN] 2 - 12

L [mm] 100 3000

i [mm] 250

hef [mm] 120


Profilo con barre ad aderenza migliorata (ancoraggio indiretto)L

29 L: lunghezza del profilo i: interasse ancoraggi hef: profondit ancoraggi f: diametro della barra di ancoraggio

f i Ptrazione [kN] 40 i Ptaglio [kN] 32

hef

L [mm] 100 5800

i [mm] 250

hef [mm] *

f [mm] 14

* dipende dal tipo di applicazione e dal tipo di elemento

Profilo con ancoraggio a zanca ricurva (ancoraggio diretto)L d2 hef e

d1

L: lunghezza del profilo i: interasse ancoraggi hef: profondit ancoraggi d1,d2: parametri della sezione della zanca e: dimensione dellala della zancad2 [mm] 30 d1 [mm] 5 e [mm] 16

Ptrazione [kN] 20

Ptaglio [kN] 20

L [mm] 100 3000

i [mm] 200

hef [mm] 100

Profilo autozancante a: altezza del profilo b: larghezza del profiloa

b

a [mm] 51-100

b [mm] 42


30

Sistemi di Supporto3.1 3.23.2.1 3.2.2

Dove lavora il sistema Requisiti ingegneristici con valutazione delle tolleranzeRequisiti ingegneristici Valutazione delle tolleranze

3.3 3.4 3.5

Schema di vincolo Meccanismi resistenti Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristici


3.1 Dove lavora il sistemaI dispositivi di supporto interessano essenzialmente il sostegno di elementi prefabbricati in calcestruzzo da parte di altri elementi prefabbricati (per es. pannelli orizzontali montati su pilastri, pannelli veletta sorretti da pannelli verticali o ancora pannelli appoggiati a travi) e pu essere realizzato con diversi tipi di inserti che consentono di collegare in maniera rapida e sicura i due manufatti.

31

Figura 3.1 Edificio industriale interamente prefabbricato

Figura 3.2 Collegamento pilastro-pannello

Figura 3.3 Pannello sovraportone

SISTEMI DI SUPPORTO

Figura 3.4 Pannello sovraporta

Figura 3.5 Collegamento trave - pannello

Non esistono normative di riferimento specifiche. Il sistema generalmente costituito da tre parti distinte: un elemento da annegare nel manufatto portante (C) un elemento da inserire nel manufatto portato (P) che funga da alloggiamento necessario al dispositivo di supporto (mensola) e da ripartitore del carico un elemento di collegamento o dispositivo di supporto (D) in grado di trasferire il carico da un manufatto allaltro e che consenta le regolazioni nelle tre direzioni.

Figura 3.6 Elementi costituenti un sistema di supporto


3.2 Requisiti ingegneristici con valutazione delle tolleranze3.2.1. Requisiti ingegneristiciPer studiare i requisiti ingegneristici del sistema di supporto prendiamo in considerazione il caso pi comune di collegamento tra elementi prefabbricati ovvero il sostegno di un pannello orizzontale montato esternamente ad un pilastro portante. Naturalmente i requisiti indicati nel seguito sono estendibili agli altri casi. Il sistema di supporto innanzitutto caratterizzato da una portata nominale che rappresenta il carico di esercizio, ovvero il carico ammissibile. Ciascuno dei tre elementi (C,P,D) deve garantire la portata nominale ed inoltre rispettare le specifiche dimensionali nel seguito indicate. Poich lelemento di collegamento deve essere posto in opera da un operatore che in genere non si avvale di sistemi di sollevamento meccanici ausiliari, il peso diventa un parametro critico per agevolare linstallazione. Elemento da annegare nel manufatto portante (pilastro o pannello portante) Lelemento da annegare nel pilastro, di dimensioni in pianta bx e by, pu essere genericamente schematizzato come una scatola di dimensioni lx, ly, lz , posizionata ad una distanza ax e az dai bordi esterni.

33

Figura 3.7 Dimensioni e vincoli dimensionali

Tali dimensioni devono rispettare alcune limitazioni che nascono dalla necessit di non alterare lintegrit e la stabilit del manufatto portante. Qualora non fosse possibile garantire tali requisiti si render necessario intervenire sul manufatto per il loro ripristino. Le distanze dai bordi esterni del pilastro devono essere tali da evitare rotture locali del calcestruzzo nelle zone vicine ai bordi (rotture per splitting, blow-out o spalling, fig.6.7, 6.14, 6.21). La distanza ax deve inoltre rispettare la seguente limitazione: ax > c + s + l dove c = copriferro s = diametro della staffa l = diametro dell armatura longitudinale.

Figura 3.8 Vincoli dimensionali: distanza dai bordi

Figura 3.9 Vincoli dimensionali:altezza della scatola

SISTEMI DI SUPPORTO

Laltezza lz della scatola deve risultare inferiore al passo ps delle staffe nel pilastro: lz < ps, in modo da non interferire con la staffatura. Qualora non fosse possibile rispettare questo vincolo (lz > ps), la staffa interessata andr sostituita con un altro tipo di staffa avente una sagomatura opportuna come nellesempio riportato in figura 3.10.

Figura 3.10 Staffatura alternativa

La dimensione ly dovr in generale rispettare la limitazione ly < by/2 - l/2 - s.

Figura 3.11 Vincoli dimensionali: dimensione della scatola

La sezione del pilastro interessata dallinserimento di tale elemento dovr poi essere opportunamente verificata, considerando la cavit prodotta da tale aggiornamento. In presenza di due sistemi di sostegno accoppiati va naturalmente valutata la distanza tra i due sistemi ix in modo tale da rispettare la seguente limitazione: 2ax + 2lx + ix < bx

Figura 3.12 Vincoli dimensionali: posizionamento di due supporti

Elemento da annegare nel manufatto portato (pannello) Le stesse considerazioni possono essere fatte per lelemento da annegare nel pannello. Anchesso pu essere schematizzato come una scatola di dimensioni lx, ly, lz posizionata ad una distanza ax e az dai bordi esterni. In genere si tratta di una scatola sagomata che consente di ottenere una cavit allinterno del manufatto per lalloggiamento del dispositivo di supporto. Tale elemento viene in genere posizionato alle estremit inferiori del pannello e, a seconda del tipo di applicazione, le sue dimensioni dovranno essere inferiori allo spessore del pannello stesso.


Caso 1 (pannello appoggiato al pilastro) ly < sp + c + db ove c il copriferro e db il diametro dellarmatura di parete dellelemento di calcestruzzo.

35

Figura 3.13 Pannello appoggiato al pilastro

Caso 2 (pannello veletta o sopraportone appoggiato a pannelli laterali portanti) lx < sp + 2(c+db) lx < sp + 2(c+db)

Figura 3.14 Pannello veletta

Elemento di collegamento (dispositivo di sostegno) Lelemento di unione o dispositivo di sostegno svolge la funzione di appoggio per lelemento portato. In genere costituito da una mensola vera e propria soggetta ad un momento flettente pari al carico verticale P per leccentricit e. Il suo ingombro teorico pu essere valutato attraverso le 3 dimensioni lx, ly, lz.

3.2.2 Valutazione delle tolleranzeIl sistema di supporto deve essere studiato per permettere possibilit di regolazione lungo i tre assi cartesiani. In questo paragrafo vengono valutate le tolleranze di montaggio mx, my, mz, nelle tre direzioni del sistema.

SISTEMI DI SUPPORTO

Regolazione orizzontale (direzione x mx)

Figura 3.15 Tolleranze: regolazione orizzontale

E affidata essenzialmente allelemento annegato nel manufatto portato munito generalmente di un ripartitore di carico sufficientemente largo (dimensione lx ) in modo da poter regolare orizzontalmente la posizione del manufatto stesso. Regolazione verticale (direzione z: mz) E affidata essenzialmente al dispositivo di supporto tramite le corse di bulloni o opportuni spessoramenti.

Figura 3.16 Tolleranze: regolazione verticale

Regolazione trasversale (direzione y: my)

Figura 3.17 Tolleranze: regolazione trasversale

CAPITOLO 3.0


Pu essere ottenuta posizionando opportunamente la scatola dellelemento portato, munita generalmente di un ripartitore di carico sufficientemente profondo (dimensione ly), sul dispositivo di supporto o mediante spessoramenti tra le scatole annegate nei due elementi (C,P)e il dispositivo di supporto. Regolazione angolare a In alcuni sistemi possibile una regolazione angolare creando, per esempio, unasola nella parte inferiore del dispositivo di supporto (vedi esempi applicativi).

37

3.3 Schema di vincoloIl vincolo che si intende realizzare una cerniera. La cerniera deve impedire la traslazione relativa degli elementi collegati, lungo le direzioni dei due assi cartesiani x e z paralleli al piano dell elemento e lungo la direzione dellasse y perpendicolare a tale piano.

Figura 3.18

3.4 Meccanismi resistentiLanalisi dei possibili meccanismi di collasso individuano linsorgere di meccanismi resistenti di base e meccanismi resistenti specifici Tra i primi risultano possibili:

Per tali meccanismi si rimanda al capitolo 6. I meccanismi specifici sono trattati nei singoli casi applicativi di seguito presentati.

SISTEMI DI SUPPORTO

Carico di trazione Meccanismi di ancoraggio diretto (Anchor bolt) Formazione del cono del calcestruzzo Spacco del calcestruzzo (Splitting) Spinta a vuoto (Blow-out) Sfilamento (Pull-out) Azione di spinotto (Dowel action) Rottura dellancoraggio Carico di taglio Azione di spinotto (Dowel action) Formazione del cono laterale Distacco localizzato (Pry-out)

3.5 Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristiciI principali parametri caratteristici del sistema di supporto che serviranno per confrontare i vari tipi di sistemi che esistono in commercio sono i seguenti: dimensioni dei due elementi inseriti nei manufatti lx, ly, lz - lx, ly, lz dimensioni del dispositivo di supporto lx, ly, lz distanza dai bordi dei manufatti ax, az tolleranze per le regolazioni nelle tre direzioni mx, my, mz, caratteristiche dei materiali (resistenza caratteristica Rck del calcestruzzo dei due manufatti - tipo di acciaio e resistenze caratteristiche dei collegamenti) portata nominale massima del dispositivo di supporto PN eccentricit del carico e. Consideriamo ora sei diverse tipologie di sistemi di supporto che possibile trovare in commercio. Tipologia A

Figura 3.19 Mensola di supporto tipo A

In questo primo sistema lelemento annegato nel manufatto prefabbricato portante costituito da una piastra di opportune dimensioni cui vengono applicate, mediante saldatura, due barre ad aderenza migliorata con filettatura e diametro variabili in funzione della portata. Tale soluzione comporta un minimo ingombro nellelemento portante.


Dimensionilx [mm] 80 140 ly [mm] 150 300 lz [mm] 90 - 260

39

Linserto da posizionare nel manufatto portato costituito da un ripartitore di carico opportunamente sagomato cui viene applicata mediante saldatura una lamiera in acciaio. Lingombro teorico di tale inserto riportato nella tabella seguente.

lx' [mm] 110 - 190

ly' [mm] 95 120

lz' [mm] 200 - 360

Lelemento di unione tra i due manufatti che svolge la funzione di appoggio costituito dalla mensola vera e propria, da dado e bullone posti sul piano dappoggio, da bulloni e rondelle per il fissaggio della mensola sulla piastra zancata. La mensola realizzata in acciaio. Lingombro teorico di tale elemento, comprensivo della quota indicativa media di regolazione del bullone :lx'' [mm] 60 110 ly'' [mm] 80 - 115 lz'' [mm] 145 - 290

Tolleranze per le regolazioniOrizzontale [mm] Verticale [mm] Trasversale [mm] Angolare []

40

30

0 - 50

5

Portata nominale massima La portata varia a seconda delle dimensioni della mensola e degli inserti nei manufatti, oscillando tra i 20 kN e i 120 kN. Eccentricit del carico Nel caso specifico alquanto contenuta risultando inferiore a 10 cm. Il carico verticale in questo sistema di supporto portato a taglio dai bulloni di fissaggio e dalle barre della piastra. Il momento flettente sulla mensola (PN e) si trasmette allelemento portante generando uno sforzo di trazione nella barra superiore della piastra la quale per aderenza trasmette sforzi di trazione al calcestruzzo; lo sforzo di compressione affidato alla porzione compressa della piastra metallica. Analizzando lo schema di funzionamento si evidenziano le seguenti possibili modalit di rottura: nel manufatto portato pu avvenire una rottura locale per compressione del calcestruzzo; nel manufatto portante pu avvenire una rottura locale del calcestruzzo per compressione (crushing) o per estrazione della zanca tesa con fenomeni di spalling, pull out o splitting; la mensola pu rompersi per flessione o per instabilit di forma; la barre della piastra possono subire una rottura per snervamento; i bulloni che collegano la mensola alla piastra possono rompersi a taglio.

SISTEMI DI SUPPORTO

Tipologia B Il secondo sistema costituito da vere e proprie scatole annegate nel calcestruzzo dei manufatti prefabbricati e da una mensola di sostegno, ottenuta tramite stampo e fusione di un unico pezzo in ghisa. La produzione per fusione garantisce una maggiore omogeneit di realizzazione e quindi un minor scarto nella portata dellelemento connettore (D).

Figura 3.20 Vista dassieme del sistema di supporto (Tipo B)

Dimensionilx [mm] 110 ly [mm] 65* lz [mm] 232-342

(*) 91 mm con la boccola

La scatola in acciaio zincato da annegare nel manufatto portato ha le dimensioni indicate in tabella:lx [mm] 150 ly[mm] 123 lz [mm] 246

Il dispositivo di supporto costituito da mensola e bulloni. La mensola, in fusione di ghisa, viene fissata alla scatola dellelemento portante tramite una vite a testa esagonali. Alla base della mensola posizionata una vite che permette di trasmettere il carico alla scatola. Lingombro teorico di questo elemento :lx [mm] 102 ly [mm] 160 lz [mm] 170

Tolleranze per le regolazioniOrizzontale [mm] -10 / +25 Verticale [mm] Trasversale [mm] Angolare [] /

20

24


Portata nominale massima La portata di questa tipologia : PN = 100 kN ed calcolata per un calcestruzzo Rck 37 MPa Esistono mensole concettualmente simili, ma con dimensioni geometriche differenti, caratterizzate dalle seguenti portate: 40 kN e 190 kN. Eccentricit del carico e ~ 73108 rappresenta la distanza teorica dal punto di applicazione del carico verticale sulla mensola allasse dei bulloni di appoggio. Il carico verticale in questo sistema di supporto portato a compressione dai bulloni di appoggio alla base della mensola che creano una compressione locale nel calcestruzzo. Il momento flettente (PN e) sulla mensola si trasmette allelemento portante generando uno sforzo di trazione nel bullone di ancoraggio, il quale trasmette sforzi di trazione al calcestruzzo. Uno sforzo di compressione si genera in direzione y nel calcestruzzo alla base della mensola. I meccanismi resistenti che si evidenziano sono: nel manufatto portato pu avvenire una rottura locale per compressione del calcestruzzo; nel manufatto portante pu avvenire una rottura locale del calcestruzzo per compressione (crushing) o per estrazione dei bulloni tesi con fenomeni di spalling, pull out o splitting; la mensola pu rompersi per flessione o per instabilit; i bulloni soggetti a trazione possono subire una rottura per snervamento;

41

Tipologia C Anche il terzo sistema di supporto costituito da scatole in acciaio annegate nel calcestruzzo dei manufatti prefabbricati e da una mensola di sostegno.

Figura 3.21 Sistema di supporto (Tipo C)

Dimensioni Le dimensioni della scatola in acciaio zincato dellelemento portante sono riportate nella tabella seguente:lx [mm] 66 - 86 ly [mm] 65 67* lz [mm] 303 365

(*) Lingombro totale nella direzione y, comprensivo della lunghezza della boccola e del ferro ad aderenza migliorata collegato alla scatola : ly = 340450 mm La scatola in acciaio zincato da annegare nel manufatto portato ha dimensioni:lx [mm] 160 - 180 ly[mm] 97 - 115 lz [mm] 300 355

SISTEMI DI SUPPORTO

Il dispositivo di supporto costituito da mensola e bulloni. La mensola, in fusione di ghisa o in acciaio Fe 510 (a secondo della portata), viene fissata alla scatola dellelemento portante tramite un bullone M24 o M30 a seconda della portata. Alla base della mensola posizionato un bullone M20 o M24 che permette di trasmettere il carico verticale alla scatola. Lingombro teorico di questo elemento :lx [mm] 60 - 80 ly [mm] 145 - 170 lz [mm] 205 267*

(*) considerando anche lingombro del bullone di appoggio nella sua posizione di regolazione media otteniamo: lz = 243305 mm Tolleranze per le regolazioniOrizzontale [mm] Verticale [mm] Trasversale [mm] Angolare [] /

20

20

10

Portata nominale massima La portata varia a seconda delle dimensioni della mensola e degli inserti nei manufatti, oscillando tra 50 kN e 120 kN. Eccentricit del carico e ~ 62.588.5 rappresenta la distanza dal punto di applicazione del carico verticale sulla mensola allasse del bullone di appoggio. Il carico verticale in questo sistema di supporto portato a compressione dal bullone di appoggio alla base della mensola che crea una compressione locale nel calcestruzzo. Il momento flettente (PN e) sulla mensola si trasmette allelemento portante generando uno sforzo di trazione nel bullone e nella barra di ancoraggio, la quale per aderenza trasmette sforzi di trazione al calcestruzzo. Uno sforzo di compressione si genera in direzione y nel calcestruzzo alla base della mensola. I meccanismi di rottura che possono essere evidenziati sono: nel manufatto portato pu avvenire una rottura locale per compressione del calcestruzzo; nel manufatto portante pu avvenire una rottura locale del calcestruzzo per compressione (crushing) o per estrazione dei bulloni tesi con fenomeni di spalling, pull out o splitting; la mensola pu rompersi per flessione o per instabilit; i bulloni soggetti a trazione possono subire una rottura per snervamento; Tipologia D Nel quarto sistema di supporto che andiamo ad analizzare la mensola gi collocata, a filo getto, allinterno della scatola annegata nel calcestruzzo dellelemento portante. Al momento di montare il manufatto portato, la mensola viene estratta per rotazione e, senza ulteriori assemblaggi di elementi metallici, si posiziona in maniera da offrire lappoggio a scomparsa al manufatto stesso.

Figura 3.22 Mensola di supporto: tipo D

CAPITOLO 3.0


Dimensioni Le dimensioni della scatola in acciaio zincato dellelemento portante sono:lx [mm] 55 - 60 lx [mm] 70 - 140 ly [mm] 176.5 ly[mm] 110 lz [mm] 285 lz [mm] 140

43

La scatola o pi propriamente la piastra da annegare nel manufatto portato ha dimensioni:

la dimensione lx = 70 mm si riferisce alla piastra utilizzata nel caso di collegamento tra pannello verticale portante e pannello orizzontale portato. Il dispositivo di supporto costituito da una mensola estraibile mediante rotazione. Lingombro teorico di questo elemento una volta estratto : Tolleranze per le regolazioniOrizzontale [mm] Verticale [mm] Trasversale [mm] Angolare [] lx [mm] 30 - 40 ly [mm] 260 lz [mm] 200

40 / 45*

25

20

5

*A seconda della portata del sistema

Se le tolleranze previste non permettono linstallazione della mensola a causa di errori di posizionamento, possibile fissare al pilastro tramite forature in opera un particolare tipo di mensola denominata di emergenza che garantisce le stesse portate (60 e 120 kN). Portata nominale PN1 = 60 kN PN2 = 120 kN La portata varia a seconda delle dimensioni della mensola., oscillando tra 60 kN e 120 kN ed calcolata per una resistenza caratteristica richiesta per il calcestruzzo del manufatto portato pari a Rck = 25MPa Eccentricit del carico e ~ 110 mm rappresenta la distanza dal punto di applicazione del carico verticale sulla mensola allasse di rotazione. Il carico verticale PN genera un momento flettente massimo Mf = PN e controbilanciato dal momento Mf = (-PN) e ( Mf = Mf ). PN la spinta verso lalto esercitata sull elemento portante dalla mensola mentre e la distanza tra il punto di applicazione di tale forza e la cerniera della mensola. La forza risultante di compressione sul calcestruzzo dellelemento portante nel punto di contatto inferiore della mensola pari a: PT = PN + (-PN). I meccanismi di rottura che possono essere evidenziati sono: nel manufatto portato pu avvenire una rottura locale per compressione del calcestruzzo; nel manufatto portante pu avvenire una rottura locale del calcestruzzo per compressione (crushing) nei due punti di contatto superiore ed inferiore della mensola. la mensola pu rompersi per flessione o per instabilit

Tipologia E Questo sistema si compone di tre elementi distinti, una scatola da annegare nel getto, la mensola che, diversamente dal caso precedente, viene inserita all'atto del montaggio ed una piastra posizionata nell'elemento portato che pogger sulla mensola.

SISTEMI DI SUPPORTO

Figura 3.23 Mensola di supporto di tipo E

Dimensioni Le dimensioni della scatola in acciaio zincato dellelemento portante sono:

lx [mm] 60 - 70 lx [mm] 70 140

ly [mm] 160 ly[mm] 110

lz [mm] 125 150 lz [mm] 140

La scatola o pi propriamente la piastra da annegare nel manufatto portato ha dimensioni:

la dimensione lx = 70 mm si riferisce alla piastra utilizzata nel caso di collegamento tra pannello verticale portante e pannello orizzontale portato. Il dispositivo di supporto ha un ingombro pari a:lx [mm] 40 ly [mm] 260 lz [mm] 120-144

Tolleranze per le regolazioni

Orizzontale [mm]

Verticale [mm]

Trasversale [mm]

Angolare []

40 /

45*

25

20

5

*A seconda della portata del sistema

Portata La portata varia a seconda delle dimensioni della mensola, oscillando tra 60 kN e 120 kN. La resistenza caratteristica richiesta per il calcestruzzo del manufatto portante : Rck = 25 MPa per PN = 60 kN Rck = 40 MPa per PN = 120 kN La resistenza caratteristica richiesta per il calcestruzzo del manufatto portato : Rck = 25 Mpa Le considerazioni presentate nel caso precedente per lanalisi dei meccanismi possibili di collasso sono da ritenersi valide anche per questa tipologia di inserto. Tipologia F In questo ultimo sistema lelemento annegato nel manufatto prefabbricato portante costituito da una piastra metallica cui vengono applicate, mediante saldatura, due elementi di ancoraggio costituiti da barre ad aderenza migliorata opportunamente sagomate con boccole filettate con diametro variabile in funzione della portata. Tale soluzione comporta un minimo ingombro nellelemento portante. Dimensionilx (mm) 120 - 140 ly (mm) 250 lz (mm) 300 - 320

Linserto da posizionare nel manufatto portato costituito da una lamiera in acciaio opportunamente sagomata. Lingombro teorico di tale inserto riportato nella tabella seguente.

lx (mm) 160 - 180

ly (mm) 90

lz (mm) 280 - 300

CAPITOLO 3.0


Lelemento di unione tra i due manufatti che svolge la funzione di appoggio costituito dalla mensola vera e propria, dalle due contropiastre dentate e dalle viti per il fissaggio della mensola sulla piastra zancata. La mensola realizzata in acciaio. Lingombro teorico di tale elemento riportato nella tabella seguente :lx (mm) 100 - 120 ly (mm) 90 lz (mm) 250 - 270

45

Tolleranze per le regolazioniOrizzontale [mm] + 0 / - 22 Verticale [mm] 30 Trasversale [mm] 30

Portata nominale massima La gamma produttiva costituita da due mensole con portata 60 kN e 120 kN. Eccentricit del carico Da 30 a 52 mm. Il carico verticale del sistema di supporto portato a taglio dai bulloni di fissaggio (attraverso lingranaggio della dentatura della mensola e quella delle contropiastre ed a una opportuna coppia di serraggio ) e dalle barre della piastra. Il momento flettente sulla mensola si trasmette allelemento portante generando uno sforzo di trazione nella barra superiore della piastra la quale per aderenza trasmette sforzi di trazione al calcestruzzo; lo sforzo di compressione affidato alla porzione compressa della piastra metallica.Portata [kN] 60 120 Classe vite 10.9 Vite [mm] 20 Ma 24 Ma Coppia di serraggio [Nm 123 220

Analizzando lo schema di funzionamento si evidenziano le seguenti possibili modalit di rottura: nel manufatto portato pu avvenire una rottura locale per compressione del calcestruzzo; nel manufatto portante pu avvenire una rottura locale del calcestruzzo per compressione (crushing) o per estrazione della zanca tesa con fenomeni di spalling, pull out o splitting; la mensola pu rompersi per flessione o per instabilit di forma; le barre di ancoraggio possono subire una rottura per snervamento; le viti che collegano la mensola alla piastra possono rompersi a taglio; slittamento verticale per cedimento dellingranaggio piastra/contropiastra e conseguente rottura a taglio delle viti.

Figura 3.24 Mensola di supporto tipo F

SISTEMI DI SUPPORTO

46

Sistemi di Sollevamento4.1 4.24.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5

Dove lavora il sistema Requisiti ingegneristiciPortata Dimensioni Posizionamento Comportamento a fatica Usura e danneggiamento

4.3 4.4 4.5

Schema di vincolo Meccanismi resistenti Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristici


47

I dispositivi di sollevamento possono essere raccoltiin tre categorie (secondo le istruzioni CNR 10025 /98): Sistemi meccanici di serie - Sistemi a singola unit consistenti in un ancorante compatibile con una vasta gamma di ganci di sollevamento - Sistemi a doppi unit consistenti in un ancorante accoppiabile solo con la sua corrispondente chiave - Inserti fabbricati dal produttore usando barre di armatura, trefolo da precompressione o altri elementi metallici Particolari di attacco come fori, scassi o rientranze realizzate nellelemento prefabbricato In questa sede si tratter dei sistemi meccanici di serie e in particolare dei sistemi a singola o a doppia unit, trascurando gli inserti realizzati con barre di armature e trefoli. Il sistema di sollevamento meccanico composto da due elementi: Ancorante: apposito inserto conglobato nel getto, che fa parte dellelemento prefabbricato, sul quale viene inserito il gancio di sollevamento, direttamente o attraverso una chiave. Chiave: attrezzo che viene accoppiato allancorante per connettervi il gancio di sollevamento (Figura 4.1) Oltre a questi elementi fondamentali, esistono alcuni elementi accessori per facilitare lutilizzo e linstallazione di un ancoraggio: Guaine di protezione dellinserto (opzionali) Sistemi di fissaggio dellinserto e delle guaine (opzionali) Le guaine servono per proteggere la parte sommitale dellancoraggio dal calcestruzzo creando un incavo sulla superficie del manufatto. Dopo il getto, la guaina pu essere rimossa e la testa dellancoraggio pronta per il collegamento con la rispettiva chiave di sollevamento. Generalmente le guaine sono realizzate in gomma (Figura 4.2). I sistemi di fissaggio permettono la disposizione dellancoraggio allinterno del cassero fornendo un collegamento tra linserto e le pareti del cassero. In commercio sono disponibili, a seconda del produttore, vari sistemi di fissaggio (piastrine magnetiche per casseri metallici e viti a baionetta sono i sistemi pi diffusi).

Figura 4.1 Chiavi di sollevamento: tipologie commerciali

SISTEMI DI SOLLEVAMENTO

Figura 4.2 Fasi di installazione di un ancoraggio

Normativa di riferimento - Coefficienti di sicurezza Gli inserti sono parte dellelemento prefabbricato in calcestruzzo e devono quindi soddisfare la normativa attualmente in vigore (DM 09.01.96 e relative circolari). Lo stesso si pu dire per le chiavi di sollevamento in acciaio (come i maniglioni o le funi). A causa delle maggiori incertezze sul modello di calcolo e sulle condizioni di utilizzo e sollevamento (queste ultime difficilmente quantificabili), le verifiche di resistenza adottano un coefficiente di sicurezza supplementare g0 che deve essere considerato in aggiunta ai coefficienti gc e gs allo stato limite ultimo:Tabella 1 Coefficienti di sicurezza supplementari (CNR 10025 / 98) Coefficiente g0 = 1,4 g0 = 1,2 Modalit di rottura Rottura dellacciaio (associato a gs) Altri modi di rottura (associato a gc)

Se gli ancoranti sono posizionati in zone di possibile fessurazione del calcestruzzo, i coefficienti devono essere aumentati del 10%. Se sono possibili fenomeni di fatica i coefficienti di sicurezza devono essere aumentati del 30% per tutti i tipi di inserti (CNR 10025/98).

4.1 Dove lavora il sistemaI sistemi di sollevamento sono utilizzati per garantire la sicurezza nella movimentazione e per preservare le prestazioni dellelemento prefabbricato nelle fasi di: scasseratura trasporto / stoccaggio montaggio in opera Durante le fasi di utilizzo del sistema, lelemento deve essere sollecitato secondo gli schemi statici previsti nel progetto, tenendo conto anche di eventuali variazioni di assetto che pu subire durante la movimentazione. Devono quindi essere considerate le forze dovute, oltre che al peso proprio, agli effetti derivanti da azioni dinamiche (tramite opportuni coefficienti di amplificazione o di riduzione nella forma 1 a). Inoltre opportuno considerare unazione trasversale valutata sulla base dellinclinazione del mezzo di trasporto e della forza centrifuga.


Nelle fasi di scasseratura si dovr considerare le forze di aderenza al cassero da valutare a seconda della tipologia dellelemento e del tipo di cassero utilizzato. Il posizionamento degli inserti nel calcestruzzo deve quindi tenere in considerazione: lo schema di vincolo di progetto nelle fasi considerate i carichi di progetto nelle fasi considerate la geometria dellelemento da movimentare In base a queste valutazioni, i posizionamenti usuali degli inserti negli elementi sono esemplificati in figura 4.3:

49

Vtot 30 F

Vtot F F Fb

F 120 G

Tegolo

F

G

F

Pannello

Trave

Piastra

Pilastro

Figura 4.3 Installazione dei sistemi di sollevamento


Pannello: ribaltamento

Scala

Tubo

4.2 Requisiti ingegneristiciLa progettazione di un sistema di sollevamento deve tener conto delle prestazioni richieste dallutilizzatore del sistema. In base a queste richieste, le scelte progettuali si orienteranno su una certa soluzione piuttosto che su unaltra. Questi dati di progetto sono: Portata Dimensioni Posizionamento Comportamento a fatica Usura e danneggiamento

4.2.1 Portata

E un parametro legato strettamente al peso dellelemento, alle modalit di vincolo, al tipo di movimentazione e al numero di inserti utilizzati. La progettazione dellinserto per una data portata deve tenere in conto tutte le situazioni di utilizzo che possono verificarsi: tipicamente la movimentazione in stabilimento e in cantiere. In stabilimento si deve verificare in prima istanza la fase di scasseratura, durante la quale lelemento prefabbricato viene tolto dal cassero utilizzato per il getto e stoccato in attesa del trasferimento in cantiere. In questa fase inoltre si deve considerare una classe di resistenza minore per il calcestruzzo. Eventualmente, per i pannelli, si devono tenere in conto anche le sollecitazioni legate al ribaltamento dellelemento. Per quanto riguarda la forza di aderenza che si sviluppa tra il manufatto in calcestruzzo e la cassaforma utilizzata per il getto, si possono considerare alcuni valori di riferimento qualitativi:Tabella 2 Forze di attrito tra calcestruzzo e cassaforma (CNR 10025 / 98) Tipo di cassaforma Acciaio o laminato plastico con disarmante Legno verniciato Legno oliato o ruvido Forza di attrito q = 1 kN/m2 q = 2 kN/m2 q = 3 kN/m2

Laderenza tra il manufatto e il cassero non la sola forza di interazione tra i due elementi che si deve considerare. Nella fase di scasseratura, infatti, si sviluppa una forza di adesione, detta a ventosa che tende ad impedire il distacco del manufatto dal cassero. La determinazione di questa forza di adesione e della forza di attrito pu essere ottenuta attraverso prove preliminari. Una problematica comune alle situazioni di movimentazione sia in cantiere che in stabilimento la determinazione degli effetti dinamici del sollevamento e del trasporto. I valori proposti in normativa sono presentati nelle tabelle 3 e 4:Tabella 3 Coefficiente dinamico per lamplificazione del peso proprio (CNR 10025 / 98) Sollevamento a bassa velocit cd = 1,2


Tabella 4 Coefficiente dinamico per lamplificazione del peso proprio (DIN 15018 Parte 1) Categoria di sollevamento Coefficiente dinamico cd con una velocit di sollevamento vh: sino 90 m/min H1 H2 H3 H4 1,1 + 0,0022 vh 1,2 + 0,004 vh 1,3 + 0,0066 vh 1,4 + 0,0088 vh oltre 90 m/min 1,3 1,6 1,9 2,2

51

Il valore di portata nominale di un ancoraggio dipende anche dalla direzione di applicazione della forza sollecitante. Generalmente i valori nominali forniti dai produttori si riferiscono alla forza applicata lungo lasse dellancoraggio. Se, per un qualsiasi motivo, la forza non applicata lungo lasse (per esempio, tiro obliquo dovuto allassenza di un sistema di sollevamento dotato di bilancino), la portata nominale subisce delle riduzioni oltre un dato valore di inclinazione rispetto allasse dellinserto. In questo caso potrebbe essere richiesta la disposizione di armatura supplementare atta ad assorbire le sollecitazioni derivanti dal tiro obliquo. In ogni caso oltre un valore limite di inclinazione rispetto allasse, non possibile applicare il carico soddisfando i coefficienti di sicurezza previsti. Normalmente tale valore corrisponde a circa 45. Esistono alcune aziende che propongono coefficienti di sicurezza pi ampi di quelli minimi richiesti al fine di seguire politiche commerciali esplicitamente dichiarate nei rispettivi cataloghi. Caso diverso invece rappresentato dal ribaltamento dei pannelli, nei quali lancoraggio progettato esplicitamente per questo scopo (Figura 4). Lapplicazione di forza con angoli anche di 90 rispetto allasse dellancoraggio permessa, anche se con limitazioni della portata riferita al carico assiale. Si noti che durante il ribaltamento il pannello scarica una parte del suo peso a terra, sollecitando in misura ridotta gli inserti.

90

Figura 4.4 Ribaltamento di un pannello prefabbricato

Figura 4.5 Zanca per pannello sandwich


4.2.2 DimensioniLe dimensioni geometriche del sistema possono essere oggetto di particolari requisiti, in quanto non sempre lo spazio a disposizione per linserimento dellelemento di ancoraggio permette ampia libert. La parte inserita nel calcestruzzo potrebbe avere vincoli dimensionali se lelemento da sollevare avesse dimensioni sottili, come nel caso di piastre, oppure di elementi di copertura. Inoltre, la disposizione costruttiva dellarmatura potrebbe limitare il posizionamento dellinserto oppure richiedere una forma particolare. Si consideri che anche lesigenza di un certo schema di sollevamento (a due, tre o quattro punti) determina la posizione degli inserti in particolari punti dellelemento, magari non ottimali per lo sviluppo della forza di ancoraggio. La progettazione e la scelta dellelemento deve quindi tenere in considerazioni questi requisiti dimensionali, che si configurano in realt pi come vincoli che come prestazioni richieste. In alcune applicazioni, inoltre, sono necessarie delle forme geometriche particolari per soddisfare alcune esigenze peculiari. Si pensi, ad esempio, alla movimentazione dei pannelli tipo sandwich. Tipicamente questi manufatti sono realizzati con due elementi di calcestruzzo separati dal pacchetto isolante. Uno dei due strati portante, mentre laltro portato. Il posizionamento dellinserto per la movimentazione deve avvenire nello strato portante. Lutilizzo di un inserto non progettato specificatamente per questa applicazione porta ad applicare il tiro in posizione non baricentrica. Il manufatto viene cos sollevato in posizione inclinata, facendo quindi insorgere flessione non prevista allinterno del pannello. A questo scopo sono stati progettati zanche di ancoraggio dalla forma particolare che permettono il centramento del tiro rispetto al baricentro dellelemento (figura 5).

4.2.3 PosizionamentoLa scelta dei punto di installazione dellinserto nel calcestruzzo dettata dallo schema di vincolo scelto per il sollevamento. Lo schema il risultato del processo di progettazione che considera numerosi aspetti: Peso dellelemento Forma dellelemento Tipologia della movimentazione da effettuare A partire da questi dati si determina lo schema da utilizzare e quindi la distribuzione delle forze sugli ancoraggi e le sollecitazioni indotte nellelemento. Definiti quindi i punti di inserimento degli ancoraggi, si procede alla scelta della tipologia di ancoraggio che fornisca la portata necessaria nelle condizioni al contorno previste dalla posizione scelta.

Fz Fx

x

y

Fy

Fx = Fz

y x+y x x+y

G

Fy = Fz

Figura 4.6 Distribuzione delle forze sugli ancoraggi: esempio applicativo


4.2.4 Comportamento a faticaIl problema del comportamento a fatica riguarda esclusivamente le chiavi di sollevamento (maniglioni, golfari, funi) soggette ad uso intensivo. Le istruzioni CNR 10025/98, come gi ricordato, prescrivono un coefficiente di sicurezza aggiuntivo pari a 1,3 per sistemi di ancoraggi soggetti a problemi di fatica.

53

4.2.5 Usura e danneggiamentoLe chiavi di sollevamento sono soggette a molti riutilizzi e necessitano di controlli periodici (a frequenza annuale) in modo da poter garantire i coefficienti di sicurezza adottati dai produttori (mediamente di valore compreso tra 4 e 5). I controlli da eseguire sulle chiavi differiscono a seconda che nel sistema di sollevamento siano utilizzate o meno delle funi. Se non sono presenti funi, si deve verificare in prima istanza che non ci siano deformazioni o danni evidenti della chiave (prova di una sollecitazione eccessiva). necessario poi verificare il livello di usura secondo delle tabelle fornite dal produttore del sistema che associano delle misure minime ad alcune dimensioni geometriche significative della chiave. Se il sistema di sollevamento fa usi di funi, i controlli si effettuano con riferimento ai seguenti punti critici: Piegature Rottura di un trefolo Sfilamenti nelle parti estreme lungo la fune Ammaccature lungo la fune Segni di corrosione Danneggiamenti o usura forte del collegamento tra la fune e il sistema rigido di aggancio

4.3 Schema di vincoloTipicamente i sistemi di sollevamento e movimentazione trasmettono allancoraggio inserito nel calcestruzzo un tiro variamente orientato. Lo snodo presente alla testa dellinserto impedisce il trasferimento di momento. Linserto pu quindi essere considerato come una cerniera che trasferisce una forza F (di inclinazione a rispetto alla verticale) al calcestruzzo.

F

Figura 4.7 Schema di vincolo di un ancoraggio


4.4 Meccanismi resistentiI meccanismi resistenti agenti nei sistemi di sollevamento possono distinguersi in meccanismi resistenti di base e meccanismi resistenti specifici. I meccanismi resistenti di base che permettono il trasferimento delle forze al calcestruzzo attraverso il sistema di sollevamento sono riconducibili a tipologie differenti a seconda che il carico sia di trazione oppure di taglio: Carico di trazione - Meccanismi di ancoraggio diretto (Anchor bolt) Formazione del cono del calcestruzzo Spacco del calcestruzzo (Splitting) Spinta a vuoto (Blow-out) Sfilamento (Pull-out) - Azione di spinotto (Dowel action) - Rottura dellancoraggio - Aderenza acciaio-calcestruzzo Carico di taglio - Azione di spinotto (Dowel action) - Formazione del cono laterale - Distacco localizzato (Pry-out) I meccanismi di rottura specifici, legati cio al particolare sistema di ancoraggio, riguardano le rotture legate alla chiave di sollevamento. Per una descrizione pi approfondita dei meccanismi di collasso di base, si rimanda al capitolo 6.

4.5 Sistemi alternativi e relativi parametri ingegneristiciLa progettazione di un ancoraggio basato sulla scelta di un meccanismo resistente e sui parametri che influenzano il comportamento del sistema. Tali param

Manuale Inserti (2006 prelim.)

Documents

Transcript of Manuale Inserti (2006 prelim.)