Hilti. Passione. Performance.
La progettazione delle connessioni
mediante ancoranti in zona sismica
ing. Alberto Casagrande
Responsabile Divisione Tecnica Hilti Italia S.p.A.
Roma, 30 aprile 2009
www.hilti.it
Seminario Università di Tor Vergata, 30.04.2009
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Hilti. Passione. Performance.
Indice
Introduzione
Inquadramento normativo
La normativa nazionale ed europea
La normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismica
Generalità
I requisiti degli ancoranti installati in zona sismica
La simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2
Le certificazioni ICC-ES Report
Il concetto di duttilità
La corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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Hilti. Passione. Performance.
L’Aquila 2009
(foto: Corriere della Sera)
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Hilti. Passione. Performance.
L’Aquila 2009
(foto:www.hilti.it
Corriere della Sera)
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Karl V. Steinbrugge Collection - NISEE
Kobe (Great Hanshin) earthquake, Japan, January 17, 1995, 5:46 am
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Air conditioning unit
1995 Kobe earthquake
(photos courtesy of M. Ohkubo )
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“The Hyogo-Ken Nanbu Earthquake of January 17, 1995 – NRC/DOE Reconnaissance Report –
Draft”, Chokshi, N.C, et al., U.S. Nuclear Regulatory Commission, Rockville, Maryland, 1996.
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Karl V. Steinbrugge Collection - NISEE
Northridge earthquake, Southern California, January 17, 1994, 4:31 am
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Karl V. Steinbrugge Collection - NISEE
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Indice
Introduzione
Inquadramento normativo
La normativa nazionale ed europea
La normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismica
Generalità
I requisiti degli ancoranti installati in zona sismica
La simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2
Le certificazioni ICC-ES Report
Il concetto di duttilità
La corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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Inquadramento nomativo
CPD 89/106/CEE
DIRETTIVA EUROPEA SUI PRODOTTI PER LE COSTRUZIONI
Gli Stati Membro devono prendere tutte le misure necessarie per assicurare che i
prodotti di cui all‘art.1 [prodotti realizzati per essere installati in modo permanente
nelle opere civili, includendo in tal senso tutte le costruzioni e le opere dell‘ingegneria
civile] siano inseriti nel mercato unicamente se idonei per il loro specifico
impiego [...].
DPR n°246/93
REGOLAMENTO DI ATTUAZIONE DELLA DIRETTIVA 89/106/CEE
Art. 2 - Condizioni di immissione sul mercato
I prodotti possono essere immessi sul mercato solo se idonei all’impiego previsto.
Sono idonei i prodotti dotati di caratteristiche tali da rendere le opere sulle quali
devono essere incorporati o comunque installati, se adeguatamente progettate e
costruite, conformi ai requisiti essenziali di cui all’allegato A, se e per quanto tali
requisiti sono prescritti.
I prodotti che recano il marchio
si presumono idonei all’impiego previsto.
ETAG 001
L’eventuale AZIONE SISMICA non viene mai considerata
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ICC-ES
(AC193 & AC308)
ETAG 001
CCD Concrete Capacity Design
La normativa americana sull‘impiego strutturale dei sistemi di ancoraggio post-installati,
così come la linea guida ETAG 001, si basa sul Concrete Capacity Design. Risulta quindi
possibile impiegare tali norme nel caso si voglia fare una valutazione della resistenza
degli ancoranti soggetti ad azioni sismiche.
NTC 2008
NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI (D.M. 14 Gennaio 2008)
Art. 1 – Le presenti Norme Tecniche per le costruzioni definiscono i principi
per il progetto, l‘esecuzione e il collaudo delle costruzioni, nei riguardi delle
prestazioni loro richieste in termini di requisiti essenziali di resistenza
meccanica e stabilità [...] trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale
delle opere. Circa le indicazioni applicative per l‘ottenimento delle prescritte
prestazioni, per quanto non espressamente specificato nel presente
documento, ci si può riferire a normative di compravata validità [...].
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Progettazione e certificazione dei prodotti – Europa
Progettazione
Certificazione
European Committee for
Standardization (CEN)
European Organization for
Technical Approval (EOTA)
European
Technical Approval
Guideline (ETAG) a)
Eurocodici
European Technical Approval
(ETA)
Organizzazione
Linea Guida
Codice / Standard
Certificazione
a)
Applicazione
ETAG per carichi sismici in fase di sviluppo
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Progettazione e certificazione dei prodotti – U.S.A
Progettazione
International
Code Council
(ICC)
American
Society of
Civil
Engineers
(ASCE)
Certificazione
International Code
Council Evaluation
Services (ICC-ES)
American
Concrete
Institute
(ACI)
ICC-ES Acceptance Criteria
(AC193 & AC308)
IBC
ASCE 7
(Loads)
ACI 318
(RC design)
ACI 355.2
(Anchorage)
Evaluation Services
Report (ESR)
Organizzazione
Linea Guida
Codice / Standard
Certificazione
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Applicazione
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Indice
Introduzione
Inquadramento normativo
La normativa nazionale ed europea
La normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismica
Generalità
I requisiti degli ancoranti installati in zona sismica
La simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2
Le certificazioni ICC-ES Report
Il concetto di duttilità
La corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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L’azione sismica sull’ancorante
Ampiezza
fessure
Durante un terremoto l’ancorante è sottoposto a:
1) Cicli di carico
2) Variazione dell’ampiezza delle fessure
Struttura
primaria
Trazione Taglio
Carichi
Struttura
secondaria
Terremoto
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Struttura
Ancorante
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Azioni sismiche sugli ancoranti
Le azioni sismiche conducono a:
(1) Test addizionali per qualificare gli ancoranti verificando la
risposta ad azioni sismiche
(2) Modifiche alle procedure “standard” di progettazione degli
ancoranti:
i. Restrizioni circa il campo di utilizzo di un ancorante
ii. Riduzione della resistenza di progetto di un ancorante
iii. Regole di progettazione che prevengano rotture degli
ancoranti e che eventualmente impongano una specifica
modalità di rottura
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Requisiti essenziali di un ancorante qualificato
per l’impiego in zone sismiche
L’ancorante deve:
9essere certificato per l’impiego in calcestruzzo fessurato
9essere progettato appicando ulteriori coefficienti di sicurezza che riducano le resistenze
di progetto
9essere certificato mediante un ICC-ES Report non precedente al 2007
9superare i test di simulazione sismica secondo l’
ACI 355.2
9garantire che il sistema di ancoraggio abbia i necessari requisiti di duttilità
Qualora l’ancorante non possa garantire che il suo meccanismo critico sia la rottura duttile
dell’elemento metallico, è necessario che il nodo nel suo complesso sia progettato in modo da
consentire un meccanismo di rottura duttile con un carico inferiore a quello di progetto dell’ancorante
stesso.
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Test sismico a trazione
Resistenza del calcestruzzo: bassa
Ampiezza fessure: Δw = 0,5 mm
trazione
Ns = 50%Nu
Ni = 1/2(Ns-Nm)+Nm
Nm = 25%Nu
10
30
100
cicli
Requisiti
Tutti gli ancoranti devono passare il test e, al
termine della prova, avere una resistenza
residua a trazione non inferiore all’80% della
capacità di riferimento.
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Test sismico a taglio
Resistenza del calcestruzzo: bassa
Ampiezza delle fessure: Δw = 0,5 mm
taglio
Vs= 50%Vu
Vi = 1/2(Vs-Vm)+Vm
Vm= 25%Vu
cicli
10
100
30
Requisiti
Tutti gli ancoranti devono passare il test e, al
termine della prova, avere una resistenza
residua a taglio non inferiore all’80% della
capacità di riferimento.
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www.ucsd.edu
Test su tavola vibrante in scala 1:1
Englekirk Center
Jacobs School of Engineering
University of Calif. San Diego
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7°
4°
Pendinatura
verticale
1°
Irrigidimento
antisismico
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http://www.icc-es.org/reports
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Indice
Introduzione
Inquadramento normativo
La normativa nazionale ed europea
La normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismica
Generalità
I requisiti degli ancoranti installati in zona sismica
La simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2
Le certificazioni ICC-ES Report
Il concetto di duttilità
La corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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Il concetto di duttilità
Un sistema di ancoraggio realizzato con ancoranti post-installati deve garantire i
necessari requisiti di duttilità.
Qualora l’ancorante NON possa garantire che il suo meccanismo critico sia la rottura
duttile dell’elemento metallico, è necessario che il nodo, nel suo complesso, sia
progettato in modo da consentire un meccanismo di rottura duttile con un carico inferiore
a quello di progetto dell’ancorante stesso.
Un ancorante post-installato ha un comportamento duttile o fragile?
E’ impossibile stabilite a priori se
la rottura di un ancorante avvenga
in maniera duttile o fragile.
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E’ necessario studiare ogni caso specifico,
considerando:
9 il contesto in cui è installato l’ancorante
9 la geometria
9 il tipo di sollecitazione agente
9 il meccanismo di collasso
9 la formazione di cerniere plastiche
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Il concetto di duttilità
1. Ancoraggio progettato per rottura duttile dell’ancorante
Fy
Feq
Piastra di
ancoraggio rigida
Ancorante duttile
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Il concetto di duttilità
2. Ancoraggio progettato per formazione di cerniera plastica
nell’elemento da fissare
Mp
Feq
Mp
Feq
Cerniera plastica
Mp
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Il concetto di duttilità
3. Ancoraggio progettato in funzione della resistenza del sistema fissato
Ancorante progettato
per rottura dell’elemento
in legno
Vult
Feq
Distanza dal bordo troppo
piccola per garantire la rottura
duttile lato acciaio del tassello.
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Il concetto di duttilità
4. Ancoraggio progettato amplificando la forza sismica
Feq
Fv
Feq
h
Feq
s
Neq
Azione sollecitante l’ancorante
determinata da un multiplo
dell’azione sismica di progetto.
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Il concetto di duttilità
Taglio e momento torcente
In un sistema si ancoraggio sottoposto ad azioni di taglio,
la presenza di uno o più bordi nel calcestruzzo può influire
in maniera decisiva sulla modalità di rottura del sistema
stesso.
A favore di sicurezza, la normativa
prescrive di far assorbire il taglio
ai soli ancoranti più vicini al
bordo, considerando non
sollecitati a taglio gli altri tasselli.
Rottura duttile
dell’elemento in acciaio
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Rottura fragile del bordo
di calcestruzzo
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Disposizione degli ancoranti nella piastra di ancoraggio
Nei gruppi di ancoranti, risulta fondamente la modalità di trasferimento dell’azione di
taglio tra piastra e tassello. Può succedere che solo alcuni tasselli entrino in contatto con
la piastra, rendendo così disomogenea la risposta del sistema di ancoraggio sollecitato a
taglio.
Caso ideale
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Caso reale
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L’utilizzo del Dynamic Set
Al fine di distribuire l’azione di taglio su TUTTI i tasselli
costituenti il sistema di ancoragio, è possibile:
1) saldare i tasselli alla piastra
2) riempire lo spazio anulare tra piastra e tassello con resina
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Introduzione
Inquadramento normativo
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La normativa negli Stati Uniti
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Generalità
I requisiti degli ancoranti installati in zona sismica
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Le certificazioni ICC-ES Report
Il concetto di duttilità
La corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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Hilti. Passione. Performance.
Tabella riassuntiva ancoranti
Certificazione
Denominazione
ETA
ICC-ES
Report
Ancorante utilizzabile
Resistenza
dell’ancorante
in cls
fessurato
in zone a
sismicità
Sì
media o alta
alta
Sì
media o alta
alta
Sì
bassa
media
Sì
media o alta
alta
Sì
bassa
alta
Ancoranti meccanici
Ancorante HDA
Ancorante HSL-3
--Ancorante HST
Ancoranti chimici
Ancorante HIT-RE 500 SD
--Ancorante HVZ
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Inquadramento normativo
La normativa nazionale ed europea
La normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismica
Generalità
I requisiti degli ancoranti installati in zona sismica
La simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2
Le certificazioni ICC-ES Report
Il concetto di duttilità
La corretta scelta dell‘ancorante
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