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Seminario ESEB | 2015
Ancoraggio su calcestruzzo:
Il fissaggio mediante ancoranti
chimici e meccanici
Ing. Marco Natale
Field Engineer
Hitli Italia S.p.A.
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Argomenti
1.
Inquadramento
2.
Materiali base
3.
Tipologie di ancoranti
4.
Principi di trasferimento dei carichi
5.
Metodo di calcolo e inquadramento normativo
6.
Esempio di calcolo (Hilti Profis Anchor)
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1. Inquadramento
Il fissaggio è presente in tutte le principali fasi del cantiere:
Rilevamento
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Demolizione
Fissaggio
Rifinitura
Sigillatura
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1. Inquadramento
Che cos‘è un ancorante?
Meccanismo di fissaggio:
Materiale
base
Ancoranti
V
N
Trasferimento delle forze dall'elemento da
fissare al materiale di base per mezzo di
ancoranti
Elemento da fissare
V
Sollecitazioni (N, V, M)
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1. Inquadramento
Applicazioni: fissaggio di carpenteria
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1. Inquadramento
Applicazioni: fissaggi in ambito stradale e ferroviario
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1. Inquadramento
Applicazioni: inghisaggio di ferri da ripresa di getto
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1. Inquadramento
Applicazioni: fissaggi di facciate ventilate e continue
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1. Inquadramento
Applicazioni: fissaggi di impianti
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2. Materiale Base
Calcestruzzo
Pietra naturale
Blocchi di cls
Cls alleggerito
Mattone pieno
Cartongesso
Mattone forato
Differenti materiali base → differenti caratteristiche e resistenze
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2. Materiale Base
Muratura (piena/forata)
Mattone pieno – zone differenti
33 KN
Muratura mista
33 KN - 46 KN
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46 KN
Mattone pieno – prove a taglio
33 KN
-
61 KN
Mattone pieno – Meccanico/Chimico
4 KN
-
16 KN
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2. Materiale Base
Calcestruzzo (Fessurato/Non-Fessurato)
Ancorante chimico in situazioni ‘critiche’
155 KN
77 KN
Ancorante chimico a pavimento
24 KN
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52 KN
Chimico/Meccanico
spessore 4-7cm
62 KN
2 KN – 12 KN
Ancorante chimico confinato/non-confinato
180 KN
92 KN
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3. Tipologie di ancoranti
Meccanici
Chimici
Gli ancoranti meccanici trasferiscono le sollecitazioni
attraverso il funzionamento per forma o attrito.
Gli ancoranti chimici trasferiscono
le sollecitazioni attraverso
adesione chimica.
Metallici
Plastici
La scelta è principalmente legata al tipo di APPLICAZIONE (sollecitazioni)
e al tipo di MATERIALE BASE (supporto)
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3. Tipologie di ancoranti
Ancoranti meccanici:
Vantaggi (in generale):
• Capacità di carico immediata dopo l’installazione
• Differenti livelli di protezione alla corrosione
• Nessuna restrizione per la salute (VOC)
• Nessuna scadenza per lo stoccaggio
Svantaggi (in generale):
• Rispetto agli ancoranti chimici, interasse di posa e distanza
dal bordo maggiori del 50%
• Più soggetti a corrosione nel caso di fori riempiti con l'acqua
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3. Tipologie di ancoranti
Ancoranti chimici:
Vantaggi (in generale):
• Performance elevate (soluzioni per ogni livello di carichi)
• Ridotti interasse e distanza dal bordo
• Flessibilità del fissaggio (dimensioni, resitenza alla corrosione...)
• Ripristino dell’impermeabilità
• Applicazioni flessibili per differenti materiali base
Svantaggi (in generale):
• Impossibilità di applicazione immediata dei carichi
(Tfix da 30 min a 4 h)
• Scandenza per i prodotti immagazzinati
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4. Principi di trasferimento dei carichi
2 tipologie di ancoranti = 3 principi di traferimento dei carichi + Combinazioni
N
• Espansione
RNR
NRR
N
• Forma
• Adesione
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D
D
N
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.1 Espansione
Il carico (N) viene trasmesso al materale
Elementi di
espansione
base tramite la forza di attrito (R).
Affinché ciò avvenga è necessario esercitare
la forza di espansione (Fexp).
Esempi di ancoranti con questo principio di funzionamento:
HSA (metallico)
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HKD (metallico)
HRD (plastico)
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.1 Espansione (controllo di spostamento)
Ancorante a
controllo di
spostamento
Diagramma delle
forze
Distribuzione delle tensioni
N
NR
R F R
NR
Analisi agli elementi finiti
HKD
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NR > 3 x N
Compressione max.
Trazione max.
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.1 Espansione (controllo di coppia)
Ancorante a
controllo di
coppia
Diagramma delle
forze
Distribuzione delle tensioni
N
NR R
HSL-3
R NR
NR > 3 x N
Analisi agli elementi finiti
Compressione max.
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Trazione max.
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.2 Forma
Il carico applicato (N) viene equilibrato dalle
R
forze di reazione (R) prodotte dall’incastro
N
creato nel materiale base.
R
Esempi di ancoranti con questo principio di funzionamento:
HDA (sotto squadro)
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HUD-L (plastico)
HIT-HY 70 (chimico)
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.2 Forma (Ancorante Sottosquadro)
Diagramma delle
forze
Distribuzione delle tensioni
N
D
HDA
D
Analisi agli elementi finiti
Compressione max.
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Trazione max.
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.2 Forma (Ancorante Sottosquadro)
Tirafondo pre-installato
Ancorante sottosquadro
HDA
Analisi agli elementi finiti
Compressione max.
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Trazione max.
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.2 Forma (Vite per calcestruzzo)
Vite per
calcestruzzo
Diagramma delle
forze
Distribuzione delle tensioni
N
��D
��D
D
N
R
Analisi agli elementi finiti
HUS
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Compressione max.
Trazione max.
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.3 Adesione (Ancorante chimico)
Il carico applicato (N) viene trasmesso al
materiale base per mezzo di adesione chimica
tra l’ancorante e la parete del foro.
É principio unico degli ancoranti chimici.
Esempi di ancoranti con questo principio di funzionamento:
HIT-RE 500 + Rebar
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HVZ (chem.)
HVU + HAS (chem.)
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.3 Adesione (Epossidica/Vinilestere)
Ancorante
chimico
Diagramma delle
forze
Distribuzione delle tensioni
Adesione tensile load N
Forma
Ancorante ad iniezione
+
elemento metallico
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Analisi agli elementi finiti
Compressione max.
Trazione max.
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4. Principi di trasferimento dei carichi
4.3 Adesione (Forma+Espansione)
Ancorante Hilti
Diagramma delle
forze
Distribuzione delle tensioni
N
Sp
Analisi agli elementi finiti
HVZ
HY200
+ HIT-Z
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Compressione max.
Trazione max.
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Evoluzione normativa sugli ancoranti
� 1982: 1º Metodo di calcolo per ancoranti nel calcestruzzo pubblicato a livello mondiale
� 1989: Nasce l’ EOTA (European Organisation for Technical Approvals)
� 1997: EOTA pubblica la linee guida ETAG No. 001: “Linea guida per il benestare
tecnico europeo di Ancoranti metallici da utilizzare nel calcestruzzo”
� 2007: EOTA pubblica Technical Report 029 “Metodo di progettazione per Ancoranti
Chimici”
� 2009: Il CEN (Comitée Europeèn de Normalisation) pubblica il CEN-TS 1992-4, che
diverrà diverrà parte integrante dell’EC2
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
I riferimenti ad oggi
Normative
Italiane
Organismo
Europeo
Linee Guida
Europee
NTC 2008
European organization for technical
approval
ETAG 001+
TR029+TR045
European technical
approval guideline
Certificazioni
Marcatura
europea
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Regolamento sui Prodotti da Costruzione CPR 305/2011:
la nuova regolamentazione europea sulla Marcatura CE
dei prodotti da costruzione per il mercato europeo
• Sostituisce la Direttiva sui Prodotti CPD (in vigore dal 1998) e diventa cogente dal
1 luglio 2013
• Diventa legge in tutta l’UE senza la necessità di una legge nazionale
• Il CPR coinvolge tutti i prodotti da costruzione “permanentemente installati in una
costruzione”
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Sistemi
innovativi
(Marcautra CE
volontaria)
Prodotti
Standardizzati
(Marcatura CE
obbligatoria)
CPR 305/2011: Nuova regolamentazione sulla marcatura CE dei prodotti da costruzione
•
•
•
DoP
hEN
EAD
(Ex ETAG)
Marcatura CE
Dichiarazione
di prestazione
ETA
La Marcatura CE può essere ottenuta secondo le procedure definite dal CPR (hEN o EAD)
Le Linee guida ETAG sono sostituite dalle EAD (si mantiene la denominazione ETA per il
Benestare)
Ogni fornitore è obbligato a consegnare in maniera proattiva un nuovo documento, la
dichiarazione di prestazione (DoP), nella lingua di riferimento
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Il DoP è un documento di una sola pagina
Ancoraggio1: HST-R
Ancoraggio 2: HSA
La dichiarazione DoP contiene le caratteristiche essenziali del prodotto, comuni
a tutti i produttori
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Contenuto dell’ETA
Nell’ ETA di un ancorante sono raggruppate tutte
le informazioni tecniche necessarie del prodotto
stesso, come:
•Modalità di posa;
•Diametri certificati;
•Profondità di posa certificate;
•Eventuale validità per calcestruzzo fessurato;
•Intervalli di temperatura di esercizio certificati;
•Interassi minimi e distanze minime dai bordi;
•Tensione caratteristica di aderenza;
•Coefficienti di sicurezza;
•Coppie di serraggio.
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Contenuto dell’ETA – Campi di utilizzo
* Estratto da Benestare ETA 98/0001, Ancorante meccanico HST
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Contenuto dell’ETA – Geometrie fissaggio e materiale base
* Estratto da Benestare ETA 98/0001, Ancorante meccanico HST
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Contenuto dell’ETA – Parametri per il calcolo della resistenza
* Estratto da Benestare ETA 98/0001, Ancorante meccanico HST
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Linea Guida Europea ETAG 001
• Parte 1: Ancoranti in generale
• Parte 2: Ancoranti ad espansione “a controllo di coppia”
• Parte 3: Ancoranti sottosquadro
• Parte 4: Ancoranti ad espansione “a controllo di spostamento”
• Parte 5: Ancoranti chimici
Allegati
• Allegato A: Procedure di prova
• Allegato B: Prove relative alle condizioni di servizio ammissibili
• Allegato C: Metodo per la progettazione degli ancoraggi
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�
propone un numero limitato di configurazioni
�
basato su coefficienti di sicurezza parziali
�
tiene conto della direzione del carico
�
tiene conto delle diverse modalità di rottura
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Linea Guida Europea ETAG 001
Annex C – Coefficienti parziali di sicurezza
mean ultimate
resistance
Partial safety factor
concept
5% fractile
environmental
conditions
(temperature,
durability)
characteristic
partial safety resistance
(ETA)
factor
Sd � Rd
design
action
characteristic
value of action
Rd
partial safety
factors
for action
action
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Sd
for material
(anchor,
base material) design
resistance
recommended
load
resistance
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Linea Guida Europea ETAG 001
Annex C – Direzione del carico
•
Direzione del carico rispetto all’asse
dell’ancorante:
•
Direzione del taglio rispetto al bordo
libero dell’elemento in calcestruzzo:
.
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Linea Guida Europea ETAG 001
Annex C – Modalità di rottura a trazione
Rottura lato acciaio
Trazione
splitting
cono cls
combinata
Calcestruzzo
estrazione
Acciaio
Trovare la minima
resistenza di progetto
�Tensioni elevate
�Qualità del calcestruzzo
Rottura per estrazione
Trazione
�Tensioni elevate
�Qualità del calcestruzzo
Rottura per splitting
combinata
splitting
estrazione
Calcestruzzo
cono cls
Acciaio
Rottura conica
del calcestruzzo
Trovare la minima
resistenza di progetto
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�Posa non corretta
�Qualità del calcestruzzo
�Spessore materiale base
�Qualità del calcestruzzo
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Linea Guida Europea ETAG 001
Annex C – Modalità di rottura a taglio
Rottura lato acciaio per
taglio puro
Taglio
pry-out
rottura
bordo
Calcestruzzo
flessione
taglio puro
Acciaio
Rottura lato acciaio per
taglio con flessione
Trovare la minima resistenza
di progetto
�Qualità dell’acciaio
Rottura del bordo
Taglio
Rottura per pry-out
pry-out
rottura
bordo
Calcestruzzo
flessione
taglio puro
Acciaio
�Qualità dell’acciaio
�Eccentricità
Trovare la minima resistenza
di progetto
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�Distanza dal bordo
�Qualità del calcestruzzo
�Ancoranti corti e rigidi
�Qualità del calcestruzzo
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Linea Guida Europea ETAG 001
Annex C – Azione combinata
Inizio
Trazione
Trovare le minima
resistenza di progetto
Azione
combinata
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pry-out
Calcestruzzo
Collasso
del bordo
Flessione
Taglio puro
Acciaio
Splitting
estraz.
Calcestruzzo
Cono
calcestr.
Acciaio
Taglio
Trovare la minima
resistenza di progetto
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Progettazione degli ancoranti chimici: TR029
Profondità di posa variabile
ETAG 001, Annex C
EOTA TR 029
Cosa cambia?
Spessore minimo materiale base
•
•
•
hmin
≥ 100 mm
≥ hef + 30 mm
≥ hef + 2 d0
Interasse e distanza dal bordo critici
hef
hef
hef
hef
Modalità di rottura aggiuntiva
Profondità di infissione
standard
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Profondità di infissione
Variabile (4d<hef<20d)
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Progettazione degli ancoranti chimici: TR029
Inizio
Trazione
Azione
combinata
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pry-out
Calcestruzzo
Collasso
del bordo
Taglio puro
Trovare le minima
resistenza di progetto
Flessione
Acciaio
Rottura
combinata
Splitting
Calcestruzzo
Cono
calcestr.
Acciaio
Taglio
Trovare la minima
resistenza di progetto
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Progettazione degli ancoranti chimici: TR029
Grafico-tipo dei meccanismi di rottura delle barre filettate ancorate con resine
Rottura del cono di calcestruzzo
Rottura combinata sfilamento - cono
Carico
Rottura lato acciaio
Profondità di posa
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5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Progettazione degli ancoranti chimici: TR029
Profondità di posa variabile – esempio di calcolo
- Verifica agli SLU: Sd ≤ Rd
- Esempio: Hilti HIT-RE 500-SD con barre HIT-V, singolo ancorante, cls C 40/50
- Carico di progetto: Sd = 55 kN
140
M16, fixed
M16, bond
M16, steel
concrete cone
Profondità di posa fissa
M16 (125 mm):
Rd = 44,9 kN
M20 (170 mm):
Rd = 75,4 kN
M16 (125 mm)
design resistance [kN]
120
M20 (170 mm)
100
M20, fixed
M20, bond
M20, steel
Sd
80
60
40
122 % utilization 73 % utilization
20
0
0
50
100
150
200
250
embedment depth [mm]
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300
5. Metodo di calcolo e inquadramento normativo
Progettazione degli ancoranti chimici: TR029
Profondità di posa variabile – esempio di calcolo
- Verifica agli SLU: Sd ≤ Rd
- Esempio: Hilti HIT-RE 500-SD con barre HIT-V, singolo ancorante, cls C 40/50
- Carico di progetto: Sd = 55 kN
140
M16, fixed
M16, variable
M16, bond
M16, steel
concrete cone
Profondità variabile di posa
M16 (154 mm):
Rd = 55,3 kN
M20 (138 mm):
Rd = 55,1 kN
M16 (154 mm)
design resistance [kN]
120
M20 (138 mm)
100
M20, fixed
M20, variable
M20, bond
M20, steel
Sd
80
60
40
99,5 %utilization 99,8 utilization
20
0
0
50
100
150
200
250
embedment depth [mm]
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300
6. Esempio di calcolo
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