Dimensionamento sismico degli ancoranti:
Nuova Linea Guida Europea EOTA TR045
Ing. Marco Natale
Field Engineer
Hilti Italia S.p.A.
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Seminario Ordine Ingegneri Lecco | 11,04.2014
Agenda
L’importanza del dimensionamento sismico
L’influenza del sisma sulla sicurezza degli ancoranti
Test e approval per carichi sismici
Progettazione di ancoranti soggetti a carichi sismici
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Terremoti importanti sono molto più frequenti di
quanto si pensi usualmente
1906 San Francisco earthquake
2009
2010
2011
2012
New Zealand M7.8
Chile M8.8
Japan M9.0
Sumatra M8.6
Indonesia M7.6
Mexico M7.2
New Zealand M6.3
China M5.5
Italy M6.3
Haiti M7.0
Spain M5.3
Iran M6.4
Samoa M8.1
New Zealand M7.0
Turkey M7.1
Chile M7.1
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Terremoti importanti in Europa non sono
avvenuti solo in un passato remoto
Terremoti avvenuti nel periodo 1976–2009:
Source: NEIC catalog
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Molti stati europei richiedono una progettazione
sismica, in accordo alle normative nazionali
The map above is based on national earthquake data (for ordinary buildings and ground type A) and provides perspective on
the relevance of the new ETA guidelines in various countries. For more precise information see national regulations.
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Anche per progetti internazionali si deve
prestare attenzione alla progettazione sismica
World seismic hazard map: peak ground accelerations for design (PGA)
Source: Global Seismic Hazard Assessment Program
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Agenda
L’importanza del dimensionamento sismico
L’influenza del sisma sulla sicurezza degli ancoranti
Test e approval per carichi sismici
Progettazione di ancoranti soggetti a carichi sismici
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Data la natura dell’azione sismica gli ancoranti
sono posizionati in calcestruzzo fessurato
• Quando si formano le fessure nel calcestruzzo, vi è un’alta probabilità
che esse intercettino gli ancoranti per via di:
-
Stati tensionali derivanti dal serraggio e dal carico sull’ancorante
-
Concentrazione delle tensioni dovuta alla presenza del foro nel
calcestruzzo (effetto di intaglio)
[Prove eseguite nei laboratori di Stoccarda confermano queste ipotesi]
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L’apertura di fessure nel calcestruzzo modifica
la performance dell’ancorante
• Quando una fessura intercetta l’ancorante, cambia il modo di
trasferimento del carico per via di una distribuzione non simmetrica
di carichi sull’ancorante.
crack plane
Distribuzione di sforzi in
calcestruzzo non fessurato
Distribuzione di sforzi in
calcestruzzo fessurato
• Questa influenza è già considerata nelle linee guida, ma solo alcuni
ancoranti sono idonei per calcestruzzo fessurato.
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Carichi sismici inducono condizioni molto
severe sugli ancoranti
• Durante un terremoto gli ancoranti devono far fronte a:
Carico variabile nel tempo
Tension
Crack width
Shear
Aperture di fessura con
ampiezza variabile nel tempo
� Campagne specifiche di test devono essere eseguite per valutare:
1) Adeguatezza di un ancorante per condizioni sismiche
2) Resistenza di progetto a taglio e a trazione
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Solo strutture ed elementi costruttivi progettati
per carichi sismici garantiscono la sicurezza
•
Connessioni strutturali realizzate con ancoranti devono essere attentamente
studiate al fine di garantire che, in caso di sisma, la struttura si comporti nella
maniera prevista da progetto.
•
Gli ancoranti sono spesso utilizzati per il fissaggio di componenti non strutturali. Il
loro corretto dimensionamento è essenziale per minimizzare i rischi alle persone e I
costi di riparazione.
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Test e approval per carichi sismici
Progettazione di ancoranti soggetti a carichi sismici
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Sono state definite due campagne di test per
valutare la performance sismica degli ancoranti
• Ogni ancorante per applicazioni sismica dovrà essere testato
secondo il nuovo ETAG 001 Annex E e sarà così classificato:
Requisiti del test sismico
Categoria di
performance
sismica C1
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Categoria di
performance
sismica C2
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Categoria sismica C1: cicli di carico e
calcestruzzo con fessure di ampiezza 0,5mm
• Test severi, ma meno di quelli richiesti per la categoria C2
Trazione
Neq = 0.5 Nu,m,ref
Ni = 0.375 Nu,m,ref
Nm = 0.25 Nu,m,ref
Nu,m,ref = normalized
mean tension capacity
(C20/25, ∆w = 0.3 mm)
Taglio
Veq = 0.5 Vu,m,ref
Vi = 0.375 Vu,m,ref
Vm = 0.25 Vu,m,ref
Vu,m,ref = normalized
mean shear capacity
(C20/25, ∆w = 0.8 mm)
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Categoria sismica C2: aperture di fessura molto
più severe
• Test in cls fessurato con w = 0,8 mm e rilevamento delle deformazioni
Trazione
Nmax � 0,75 � Nu,m,ref
Crack cycling
Nw 1 � 0,4 � Nu,m,ref
Nw 2 � 0,5 � Nu,m,ref
Nu,m,ref = normalized
mean tension capacity
(C20/25, ∆w = 0.8 mm)
Requires a highly
sophisticated test frame:
Taglio
Vmax � 0,85 � Vu,m,ref
Vu,m,ref = normalized
mean shear capacity
(C20/25, ∆w = 0.8 mm)
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Gli ancoranti certificati a sisma sono identificati
nella 1a pagina della cert. ETA e nelle tab. interne
• Sulla base della tipologia di test effettuato, all’ancorante testato è
assegnata una categoria di performance sismica (C1 o C1&C2)
ETA – prima pagina
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ETA seismic tech. data
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Test e approval per carichi sismici
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La progettazione sismica degli ancoranti
richiede un nuovo metodo di progettazione
Carichi statici
Resistenza
Pre-qualifica
Dati tecnici
ETAG 001, Annex E
European Technical Approval: ETA
Metodo progettazione
Carico
ETAG 001
Carichi sismici
Valtuazione carichi
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ETAG 001, Annex C
EOTA TR029
Eurocodice 1,…
EOTA TR045
Eurocodice 8
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Valutazione dello spettro di risposta di progetto
in accordo all’Eurocodice 8 (EN1998)
Stato limite ultimo (SLU)
Stato limite di danno (SLD)
Azioni sismiche considerate
10% di probabilità di essere superate
in 50 anni (Tr = 475 anni)
10% di probabilità di essere superate
in 10 anni (Tr = 95 anni)
Accelerazione di picco al suolo di riferimento agR
agR per Tr = 475 anni (in accordo alla
zonizzazione dello stato)
agR per Tr = 95 anni (in accordo alla
zonizzazione dello stato)
Spettro di risposta di progetto
Si corregge agR mediante la classe di
importanza e si disegna lo spettro per
la corretta tipologia di terreno
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Si corregge agR mediante la classe di
importanza e si disegna lo spettro per
la corretta tipologia di terreno
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Azioni sismiche valutate allo SLU e SLD in
accordo all’Eurocodice 8 (EN1998)
• Forma tipica dello spettro di progetto
1. Periodo proprio (T1)
2. Accelerazione spettrale
2
3. Azione sismica
4. Distribuzione delle azioni
1
� Azioni sismiche agenti sull’ancoraggio valutate allo SLU e SLD
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Metodo semplificato di valutazione delle azioni
sismiche su elementi non-strutturali con TR045
• Spesso è difficile valutare corretamente il periodo proprio Ta
dell’elemento non strutturale (Eurocodice 8)
• Per risolvere questa difficoltà, il documento EOTA TR045 fornisce:
• Casistica più ampia di fattori di struttura qa per elementi non
strutturali
• Ri-arrangiamento equazione 4.25, EN1998-1
• Approccio pratico, fornendo un fattore di amplificazione sismica
Aa per diversi elementi non-strutturali
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Prescrizioni generali per la progettazione
sismica degli ancoranti con EOTA TR045
• Configurazioni di ancoraggio indicate in ETAG Annex C and TR029.
• Non è coperto il caso di fissaggio distanziato (con/senza malta).
• Sono utilizzabili solo ancoranti testati in accordo a ETAG Annex E.
• Se la percentuale di carico sismico rispetto alla totalità del carico
previsto dalla combinazione di carico è ≤ 20% non è necessario
effettuare un dimensionamento sismico, ma si devono comunque
utilizzare ancoranti certificati secondo ETAG Annex E.
• Si deve considerare il CLS fessurato, salvo diversamente dimostrato.
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Scelta dell’ancorante in funzione della
categoria di performance sismica (C1, C2)
• Indicazioni riportate nel EOTA TR045
Elementi non-strutturali
ag.S
Importance
Class II or III
< 0.05g
0.05g to 0.1g
Importance
Class IV
Not seismic
C2
C1
> 0.1g
C2
Elementi strutturali
ag.S
Importance Class II, III or IV
< 0.05g
Not seismic
0.05g to 0.1g
> 0.1g
C2
Building importance I for >0.05g requires C1 | Member states can chose to adopt different recommendations
Importance class II or III
Ordinary buildings and buildings of importance in view of the consequences
associated with a collapse (e.g. schools, assembly halls, cultural institutions)
Importance class IV
Buildings whose integrity is of vital importance for civil protection,
e.g. hospitals, fire stations, power plants, etc.
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Il metodo di progettazione permette 3 approcci:
a) si trascura la duttilità dell’ancorante
a1) Capacity Design
• Gli ancoranti devono garantire una resistenza
tale da permettere lo snervamento dell’elemento
portato
a2) Elastic Design
• La resistenza degli ancoranti deve essere tale da
sopportare i carichi derivanti da un’analisi
sismica elastica
• Elementi strutturali � q = 1,0
• Elementi non-strutturali � qa sulla base
dell’elemento non-strutturale
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Il metodo di progettazione permette 3 approcci:
b) si considera la duttilità dell’ancorante
b) Ductile anchor
• Valido solo per categorie C2
• Requisiti aggiuntivi per garantire la duttilità
(p.e. allungamento di 8d)
• Raccomandato per strutture secondarie e per
elementi non-strutturali. Potrebbe non essere
idoneo per membrature principali (si consideri la
possibilità di grandi deformazioni permanenti)
• Per garantire il cedimento lato acciaio devono
essere eseguite ulteriori verifiche (percentuale di
sfruttamento maggiore: lato acciaio)
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Resistenze di progetto derivate dalla cert. ETA
o in accordo a ETAG 001 Annex C / TR029
TRAZIONE
Ref. values N0Rk,seis
ETA values
(C1 or C2)
Calculated as per ETAG
Steel
N0Rk,s,seis
-
Pull-out
N0Rk,p,seis
-
�Rk,seis
N0Rk,p,seis
-
N0Rk,c,seis
Combined pull-out and
concrete cone
Concrete cone
NRk,seis = �gap ∙ �seis ∙
N0Rk,seis
Nd,seis = Nk,seis / �M,seis
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001 Annex C and TR029
�seis – provided by the TR
�gap = 1.0 (annular gap just affects shear)
�M,seis – provided by the ETA
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Resistenze di progetto derivate dalla cert. ETA
o in accordo a ETAG 001 Annex C / TR029
TAGLIO
Ref. values V0Rk,seis
ETA values
(C1 or C2)
Calculated as per ETAG
V0Rk,s,seis
-
Pry-out
-
V0Rk,cp,seis
Concrete edge
-
V0Rk,c,seis
Steel
VRk,seis = �gap ∙ �seis ∙
V0Rk,seis
001 Annex C and TR029
�seis – provided by the TR
�gap = 1.0 filled annular gap � Dynamic Set
= 0.5 with annular gap not filled
Vd,seis = Vk,seis / �M,seis
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�M,seis – provided by the ETA
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Dominio di resistenza per carico combinato
Trazione-Taglio
• In assenza di test approfonditi sul comportamento combinato, si
sono utilizzate le seguenti formule per la valutazione del dominio di
resistenza per carico combinato Trazione-Taglio:
�N
�V �
VSd
� � 1.0
VRd,seis V
�N �
NSd
� � 1.0
NRd,seis N
NSd
VSd
�
�1
NRd,seis VRd,seis
1,0
�V
0,2
0,2
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1,0
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Ulteriori requisiti possono essere richiesti per
lo Stato Limite di Danno (SLD)
• Per garantire il funzionamento dell’elemento ancorato, si devono
considerare anche gli spostamenti dell’ancorante.
• E’ un dovere del progettista definire il massimo spostamento
ammissibile.
• Verifica eseguibile solo per ancoranti testati per categoria C2
Se l’ancorante presenta spostamenti maggiori degli spostamenti
ammissibili (trazione e/o taglio) si devono ridurre I valori di resistenza
secondo il rapporto “spostamento ammissibile” / “spostamento senza
riduzione di resistenza”.
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Procedura di dimensionamento a sisma degli
ancoranti
Valutare la categoria di performance sismica richiesta (C1 o C2) in
funzione dell’accelerazione al suolo e della classe di importanza.
Scegliere un ancorante idoneo con la classe identificata.
Valutare i carichi in accordo all’opzione di progettazione più opportuna.
Valutare le resistenze di progetto, utilizzando le resistenze caratteristiche
derivate dall’ETA del prodotto
Se necessario, effettuare la verifica allo SLD dell’ancoraggio
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Calcolo con Hilti Profis Anchor
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Grazie per l’attenzione.
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