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Note speciali ● Lo sviluppo e l’innovazione sono tra i principali obbiettivi del gruppo fischer. La continua evoluzione tecnica dei prodotti comporta variazioni ed aggiornamenti dei dati che il presente Manuale Tecnico riporta aggiornati alla data di edizione. Ovviamente i dati raccolti nel presente testo sono applicabili solo utilizzando ancoranti fischer. ● Tutti i prodotti devono essere utilizzati ed installati in stretta osservanza alle istruzioni d’uso pubblicate da fischer Italia (es. cataloghi, istruzioni tecniche, manuali, istruzioni di montaggio, manuali di installazione ecc). ● I supporti di ancoraggio come pure le condizioni ambientali (temperatura, umidità,…) variano in misura molto ampia. L’utilizzatore perciò deve verificare tali parametri al fine di scegliere l’ancoraggio più adatto. Soprattutto per i dubbi riguardanti la resistenza del supporto contattare il servizio tecnico di fischer Italia. ● Le informazioni e le raccomandazioni fornite in questo Manuale Tecnico si basano su principi, equazioni e fattori di sicurezza definiti nelle istruzioni tecniche di fischer Italia, manuali operativi, istruzioni di montaggio o altre informazioni ritenute corrette al momento della sua redazione. I valori sono il risultato della valutazione dei risultati di prova in condizioni di laboratorio. L’utilizzatore ha la responsabilità di verificare se le condizioni presenti in sito e gli ancoranti, le attrezzature ecc che si intende utilizzare sono conformi alle condizioni fornite nel Manuale Tecnico. La responsabilità finale sulla scelta del prodotto per la singola applicazione spetta al cliente. ● In nessun caso fischer Italia sarà responsabile per danni, diretti o indiretti, accidentali e/o conseguenti, per le perdite e le spese in relazione o derivanti dall’uso o dall’impossibilità di utilizzo dei prodotti. Garanzie implicite di commerciabilità e di idoneità sono espressamente escluse. © 2006 fischerwerke Artur Fischer GmbH & Co. KG D - 72178 Waldachtal Stampato in Italia


Introduzione ____________________________________________________ Principi di base di tecnologia del fissaggio _______________________ Scelta ancorante _______________________________________________ Progettazione degli ancoranti ____________________________________ Dimensionamento secondo ETA _________________________________

1 2 3 4.1 4.2

Dimensionamento secondo specifiche fischer ____________________

4.3

Ancoraggio di barre d‘armatura con ancorante chimico FIS V _____

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Tecnologie del fissaggio nella sicurezza antincendio ______________

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Corrosione ______________________________________________________

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CC-method (Allegato C dell‘ETAG 001) ____________________________

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Introduzione

1 Gentile Lettore, .....................................................................................4 Il Gruppo fischer ..................................................................................4 Sistemi e soluzioni per costruire in zona sismica ........................6 Facciate ventilate: estetica, funzionalità, sicurezza ....................9 Tecnolgia di installazione termosanitaria ................................... 11 fischer oltre il prodotto ................................................................... 12

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Introduzione

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Gentile Lettore,

Il Gruppo fischer

“Possiamo contare sulla migliore soluzione possibile, per garantire i migliori risultati e aiutare i nostri partner a essere competitivi e vincenti”, così dichiariamo nella mission del Gruppo fischer.

“Il potere dell’innovazione non è semplicemente la somma di tutti i brevetti”. Klaus Fischer alla guida del gruppo fischer da più di 25 anni, in qualità di presidente del consiglio di amministrazione ha creato una cultura dell’innovazione che mira a coinvolgere ogni settore e divisione della società, andando ben oltre l’effettivo sviluppo di prodotti.

Queste non sono solo parole e non significa neppure che ci limitiamo a sviluppare e lanciare sul mercato prodotti nuovi e innovativi (1.550 invenzioni solo nei sistemi di fissaggio). Al contrario il problem-solving non è un semplice motto ma un‘impegno molto più ampio: con il miglioramento continuo – noto come fischer Process System (fPS) – vogliamo essere veloci e flessibili nel soddisfare i bisogni dei nostri clienti. Per fare ciò abbiamo necessità di esprimere il massimo in termini di assistenza e servizio: consulenza, progettazione e informazione. Questo Manuale Tecnico è la prova vivente del nostro claim aziendale. Tutti i contributi e gli articoli che esso contiene si basano sull’esperienza pratica quotidiana. E’ concepito per fornirLe il miglior supporto nel lavoro di tutti i giorni e, come affermiamo nella nostra mission, offrirLe il massimo profitto.

Con uno sguardo alla salvaguardia della futura competitività internazionale, l’azienda ha aderito al Continuous Improvement Process (CIP), che internamente è stato denominato fischer Process System (fPS). Così Klaus Fischer: “Puntiamo a creare un’azienda snella e flessibile in cui gli sprechi sono ridotti al minimo e le linee guida sono indicate dai nostri clienti”. In questo contesto, ciò che viene prodotto è solo ciò che è già stato venduto. Sulla base di tali principi un‘azienda a conduzione familiare con sede a Tumlingen, nel sudovest della Germania, è diventata il gruppo affermato a livello internazionale che conosciamo oggi, con consociate e partner in più di 100 paesi nel mondo. Il Gruppo fischer è costituito da quattro divisioni: fischer Sistemi di Fissaggio: fornisce fissaggi e accessori affidabili ed efficaci per il settore delle costruzioni in tutto il mondo. fischer Automotive: produce beni di consumo e componenti multifunzionali per automobili. fischertechnik: tratta kit di costruzioni giocattolo che aiutano a sviluppare la creatività e promuove l’apprendimento attraverso il gioco. fischer Process Consulting: consente di accedere all’eccezionale conoscenza specialistica fischer per migliorare i processi operativi aziendali.

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Introduzione La nostra divisione Sistemi di Fissaggio è il leader mondiale del mercato nella tecnica del fissaggio. Ci consideriamo abili e capaci nella risoluzione dei problemi e offriamo una vasta gamma di ancoranti meccanici e chimici. Ci occupiamo dello sviluppo e della produzione in tutte e quattro le divisioni, stabilendo sempre nuovi standard. Molto recentemente, per esempio, il fischer SXS è diventato il primo tassello in nylon al mondo a godere del Benestare Tecnico Europeo per le applicazioni in calcestruzzo fessurato. Altre pietre miliari della moderna tecnica di fissaggio sono il leggendario tassello S, l‘ancorante sottosquadro Zykon, la resina vinilestere ibrida FIS V, oppure il nuovo ancorante per carichi dinamici FHB dyn. Un ulteriore importante passo in avanti è stato compiuto nel settore del rivestimento di facciate mettendo appunto affidabili sistemi a sottosquadro non solo per il fissaggio di lastre in pietra naturale, ceramica e fibrocemento ma anche per il fissaggio di vetro e moduli fotovoltaici. Ci adoperiamo per rimanere al primo posto del mercato grazie a un patrimonio di brevetti attivo e adeguato a livello internazionale.

ranti in applicazioni di prova e danno istruzioni alle squadre di lavoro. Il nostro Training Center organizza seminari per progettisti, ingegneri, architetti, strutturisti e operai specializzati, tanto per citare alcuni dei nostri interlocutori. Il presente manuale tecnico è parte integrante della nostra offerta di servizi, con i quali diamo supporto ai nostri clienti per il loro successo nel contesto concorrenziale. La nuova edizione, completamente rivista, è uno strumento più facile da consultare, le tabelle sono strutturate in modo più chiaro e il dimensionamento risulta essere molto più semplice che in precedenza. Per quanto riguarda il contenuto, offriamo di nuovo un ampio spettro di temi che vanno dalle basi della tecnica di fissaggio, al supporto nella scelta dell’ancorante e suo dimensionamento, ai collegamenti di rinforzo, fino al comportamento al fuoco, passando per i fattori che determinano la corrosione delle connessioni. Il nostro obbiettivo è sempre lo stesso: rendere più facile il Suo lavoro, farLa sentire sicuro e tutelato in tutte le questioni che hanno a che fare con il fissaggio.

Ottenere il meglio per i nostri clienti: questo è il principio che determina le nostre azioni. E questa è la ragione per la quale non solo offriamo una vasta gamma di prodotti di assoluta qualità e soluzioni convenienti per qualsiasi problema di fissaggio immaginabile, ma anche trasmettiamo l’esperienza e la competenza nel fissaggio che abbiamo messo insieme negli ultimi sessant’anni. Il nostro software di calcolo COMPUFIX o il nostro competente servizio di consulenza interno ed esterno operante a livello internazionale, sono il pratico esempio di un forte orientamento ai bisogni dei nostri clienti. I tecnici e ingegneri fischer si recano quotidianamente negli uffici tecnici o direttamente in cantiere e lì eseguono prove di estrazione, installano gli anco-

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Introduzione

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Sistemi e soluzioni per costruire in zona sismica L’Ordinanza del Presidente del Consiglio numero 3274 del 20 marzo 2003 ha aperto una stagione di vivaci discussioni, di corsi di aggiornamento, di valutazioni della sicurezza di strutture, di sviluppo di tecniche e attenzione alle problematiche sismiche nel mondo delle costruzioni. Il Gruppo fischer da sempre all’avanguardia con soluzioni progettuali a tutti i livelli si è posto da tempo come interlocutore privilegiato nell’ambito sismico nell’intento di supportare i Professionisti del mondo delle costruzioni. La nuova normativa lascia il Progettista senza prescrizioni definite e tuttavia sottolinea l’importanza non solo della parte strutturale dell’edificio, ma anche di tutto ciò che è “non strutturale” a corredo dell’edificio stesso. Nella progettazione antisismica viene infatti generalmente dedicata maggior attenzione alle connessioni strutturali che sono fortemente legate alla sicurezza e salvaguardia della vita umana. Il danneggiamento riportato da componenti e sistemi non strutturali, negli edifici strategici

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o in altre strutture in conseguenza di eventi sismici ha costituito per molto tempo un serio problema a livello mondiale. E’ necessario tenere in considerazione il fatto che i danni causati da un terremoto alle installazioni non strutturali possono rendere la struttura inutilizzabile per molto tempo. L’ancoraggio ed il controventamento corretti dei componenti e dei sistemi non strutturali è cruciale in strutture predisposte alla gestione dell’emergenza come ad esempio gli ospedali, in modo che questi servizi possano continuare ad essere agibili e funzionanti anche dopo un sisma. Per fischer si trattava soprattutto di approfondire il concetto di forza sismica e valutare accuratamente il comportamento del supporto durante l’evento sismico. Per quanto riguarda la sollecitazione sismica, essa ha un andamento a metà strada tra un carico di tipo impulsivo, pur non avendone la stessa intensità ma conservandone il carattere casuale, e un carico di tipo ciclico, caratterizzato da alternanza di carico ma, non dalla stessa durata. Da questo punto di vista infatti per carichi di tipo ciclico ci si riferisce ad un carico a fatica,

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Introduzione completo, studiando e fornendo risposte il più possibile esaustive nei seguenti campi applicativi: ▯ Rinforzo strutturale ▯ Rivestimenti di facciata ▯ Impiantistica ▯ Controsoffitti caratterizzato da 2.000.000 di cicli di carico.

▯ Prefabbricati

Sia per il caso di carichi impulsivi, sia per carichi di tipo ciclico fischer dispone già a catalogo di prodotti che hanno ottenuto certificazioni in merito: in particolare shock approval per carichi di tipo impulsivo ed endurance test per carichi a fatica.

Nell’ambito del rinforzo strutturale sono stati trattati metodi di adeguamento sismico che vanno dall’utilizzo di ancoranti chimici per la realizzazione di riprese di getto, sino all’utilizzo di materiali compositi per il rinforzo strutturale.

Per quanto riguarda poi il comportamento del supporto, la gamma fischer può contare su numerosi prodotti che hanno ottenuto la massima certificazione per applicazione su calcestruzzo fessurato: l’ETA Opzione 1.

Relativamente ai rivestimenti di facciata sono disponibili esperienze significative, case history e prove sperimentali in laboratorio, che pongono fischer un passo avanti rispetto alla concorrenza.

Da queste basi si è partiti per sviluppare soluzioni che possano rispondere alle esigenze di sicurezza necessarie nel mondo delle costruzioni.

L’importanza dell’impiantistica, soprattutto in

Queste informazioni e molti altri approfondimenti sono contenuti nel volume “Sistemi e soluzioni per costruire in zona sismica”, il primo Manuale sul fissaggio in zona sismica edito in Italia. Il testo è il risultato di un intenso anno di lavoro e collaborazione tra gli ingegneri del Gruppo fischer e i massimi esperti del campo in ambito internazionale tra cui l’ Eucentre, l’Università di Pavia, il Politecnico di Milano e l’Università di Padova. L’impegno fischer, non fermandosi alla certificazione del semplice prodotto, si è spinto alla ricerca della garanzia di sicurezza di un sistema

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Introduzione sostegno ad impianti e corpi illuminanti, rivestono un ruolo di fondamentale importanza. E’ per questo che si è voluta approfondire la tematica fornendo preziose indicazioni anche in termini di montaggio e scelta del corretto fissaggio in relazione al tipo di supporto. Infine l’ambito dei prefabbricati, decisamente sconvolto dalla rivoluzione normativa, all’interno del quale fischer è sempre stata presente e per il quale ha sviluppato delle soluzioni dedicate.

Un attenzione particolare meritano elementi non strutturali il cui crollo può costituire un serio danno per cose o persone. Tra questi sicuramente i controsoffitti, sempre più elemento non solo estetico, ma vero e proprio

Tabella 3.1: Prodotti fischer e relative certificazioni. � ��� �����

Ancorante

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edifici considerati strategici come gli ospedali, in termini di resistenza e soprattutto di funzionalità, ha allo stesso modo reso necessario approfondire l’effetto di una sollecitazione sismica sugli staffaggi industriali e sulle diverse soluzioni adottabili in funzione di ogni singola situazione.

Marcatura europea

Certificazione americana

Shock approval

Impianti nucleari

FZA

 (4)

(7)

18 x 80 M12

FH

 (4)

 (2)

FAZ II FHB II

 (4)  (4)

(1)  (6)

(FIS HB 345 S + FHB II A-L)

Dinamico

FHB dyn

(FIS HB 345 S + FHB A dyn)

FZEA

(5)

 (2)

FIS V

 (3)

FIS EM

1) prove sperientali in corso. 2) prove ufficiali condotte in un istituto indipendente in accordo alla ICC-ES (AC 193). 3) certificazione opzione 7 per calcestruzzo non fessurato. 4) certificazione opzione 1 per calcestruzzo fessurato e non fessurato. 5) certificazione tedesca, la progettazione è conforme all’allegato C dell’ETAG. 6) test condotto presso laboratorio italiano ISMES (vedi cap. 3.2). 7) certificazione non più valida.

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Introduzione Sistemi e soluzioni per l’Involucro Edilizio Qualità del Costruire, Benessere, Sicurezza sono i valori che fischer mette in campo quando si parla di Involucro Edilizio. Sistemi di fissaggio per facciate ventilate, fissaggi per il vetro e prodotti per l’ isolamento rispondono al meglio alle esigenze di progettisti e imprese di installazione di sistemi di rivestimento esterno per edifici ad uso residenziale, commerciale e terziario. Le facciate ventilate oltre a qualità architettonica e raffinatezza d’impatto assicurano confort ambientale, efficienza energetica e una manutenzione semplice, poco invasiva e dai costi contenuti. Consentono infatti da un lato una libertà progettuale quasi senza confini e dall’ altro una grande facilità di installazione.

menti in pietra naturale, marmo, ceramica e vetro di spessore ridotto. I tipi di fissaggio per rivestimenti di facciata non trovano nella normativa sismica indicazioni esaustive né sui criteri progettuali né sulle sperimentazioni da effettuare nelle zone indicate più a rischio. Il progettista e l’installatore possono però trovare un riferimento procedurale e progettuale importante nel manuale fischer “Sistemi e soluzioni per costruire in zona sismica” che dedica alle facciate un intero capitolo. La facciata ventilata è infatti un elemento delicato dell’edificio che deve essere opportunamente calcolata e fissata per garantire la tenuta in caso di evento sismico.

Nell’applicazione di lastre di rivestimento a mezzo di ancoraggio meccanico fischer propone due metodologie costruttive: il fissaggio puntiforme Fischer F10 e il fissaggio con tassello FZP e sottostruttura fischer Structure Easy. Nell’ambito dei sistemi di fissaggio con sottostruttura il tassello FZP è il risultato della continua ricerca volta alla realizzazione di prodotti sempre più sofisticati per il fissaggio di rivesti-

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fischer F10

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Introduzione

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fischer Structure Easy

fischer FZP-G

fischer FZP

fischer Structure Easy con fissaggio FZP ha superato i test su tavola vibrante presso l’Eucentre di Pavia volti a verificarne la resistenza al sisma. Il Know how e la garanzia dei fissaggi fischer vengono estesi anche alle strutture in vetro. fischer FZP-G è un tipo di fissaggio meccanico a foro non passante che prevede il montaggio della lastra su una sottostruttura che permettendo l’universalità di applicazione è di volta in volta adattata al progetto specifico.

Fissaggi per isolanti

di fissaggi per pannelli isolanti applicabili su differenti tipologie di muratura. Con uno staff di ingegneri altamente qualificati fischer propone un servizio completo dalla progettazione al cantiere.

La superficie non forata della lastra offre numerosi vantaggi dal punto di vista strutturale ed applicativo e garantisce una maggiore resistenza alle sollecitazioni sia in fase di montaggio che in loco.

E’ disponibile gratuitamente su richiesta il Cd Rom “Sistemi e soluzioni di fissaggio per rivestimenti”. Completo e di facile consultazione è ricco di dati tecnici, tabelle di prodotto, consigli progettuali.

L’offerta è infine completata dalla nuova gamma

sistemidirivestimento@fischeritalia.it

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Introduzione Tecnologia di installazione termosanitaria Sta diventando sempre più importante il ruolo dell’impiantistica – intesa come progettazione, realizzazione, e componenti – all’interno di ogni progetto che metta in gioco i valori di sostenibilità ambientale, risparmio energetico, funzionalità e comfort. La sfida è quella di realizzare questi valori per l’intero ciclo di vita dell’opera. Questo vuol dire progettare nell’impianto: ▯ sicurezza ▯ durabilità ▯ flessibilità ▯ manutenibilità. La metodologia per raggiungere questi valori aggiunti è quella della progettazione integrata dell’impianto e del suo collegamento all’opera edile. Lo staffaggio si inserisce a pieno titolo in questo collegamento e, se studiato preventivamente ed appositamente, può dare un contributo essenziale alle caratteristiche dell’impianto nel suo ciclo di vita futuro. Nel campo dell’impiantistica civile ed industriale fischer propone, con la linea SaMontec, un sistema completo di collari, profilati, mensole, viti preassemblate ed accessori per sostenere e fissare alle strutture edili tutti gli elementi che compongono impianti termoidraulici ed elettrici.

i tempi di applicazione ed effettuare in modo veloce e razionale ogni montaggio, con importante risparmio di tempo e fatica e con la possibilità di ampliare e manutenere facilmente l’impianto già realizzato. Il programma è completato dai prodotti in acciaio inox per il montaggio di impianti in condizioni ambientali chimicamente aggressive. La linea SaMontec è strutturata per rispondere anche alle esigenze delle applicazioni in ambito sismico e propone una serie di accessori studiati e dimensionati ad hoc. Le Norme Tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici (OPCM 3274) dedicano uno specifico paragrafo alla tematica impiantistica: “La progettazione degli elementi strutturali, che sostengono e collegano i diversi elementi funzionali costituenti l’impianto tra loro e alla struttura principale, dovrà seguire le stesse regole adottate per gli elementi strutturali degli edifici (…) Gli impianti potranno essere collegati all’edificio con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili. Dovranno essere soggetti a verifica sia i dispositivi di vincolo che gli elementi strutturali o non strutturali cui gli impianti sono fissati, in modo da assicurare che non si verifichino rotture o distacchi per effetto dell’azione sismica di progetto.” “Lo scopo delle Norme è di assicurare che in caso di evento sismico sia protetta la vita umana, siano limitati i danni e rimangano fun-

I prodotti si contraddistinguono per la qualità elevata ed hanno la caratteristica di essere versatili, facili da utilizzare ed adattabili alle diverse tipologie costruttive. Non è necessario saldare o forare: questo significa notevoli vantaggi per l’installatore che può ottimizzare

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Introduzione intuitivo e previene inevitabili errori d’ordine che possono occorrere quando si opera con sistemi particolarmente ricchi di componentistica. Il programma effettua la verifica sull’intera struttura fornendo la migliore soluzione e applicazione dei prodotti.

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Una divisione dedicata offre consulenza professionale in azienda o direttamente in cantiere con prove di tenuta del fissaggio sui diversi materiali da costruzione presso i propri laboratori e prove di resistenza meccanica (distruttive e non) direttamente in cantiere, proponendo soluzioni personalizzate nel campo dell’impiantistica.

zionanti le strutture essenziali agli interventi di protezione civile”. Da qui l’esigenza di garantire le prestazioni richieste agli elementi non strutturali (ed in particolare agli impianti) tramite staffaggi adeguati; gli ancoraggi saranno dimensionati considerando numerosi fattori quali la zona sismica, l’altezza dell’installazione rispetto al suolo, l’importanza dell’edificio ecc. L’offerta fischer Samontec si completa con il manuale “Sistemi e soluzioni per costruire in zona sismica”, dove è possibile approfondire l’argomento in un capitolo dedicato all’impiantistica, e con la possibilità di contattare un team di tecnici a disposizione per fornire dati ed assistenza sul dimensionamento dei sostegni in ambito sismico. Il software di calcolo SaMontec, disponibile gratuitamente, permette un dimensionamento corretto dei sistemi di sostegno per l’impiantistica civile ed industriale ed emette in automatico (anche in formato excel) la distinta dei materiali. L’output è completo ed

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Introduzione fischer oltre il prodotto

Soluzioni concrete, risposte chiare, aggiornamento costante: fischer è fortemente consapevole dell’importanza e del valore del Servizio e, oltre ad offrire sistemi e soluzioni all’avanguardia, garantisce assistenza sia in fase di progettazione che in cantiere, attraverso:

trazione in cantiere documentando con report di prova ogni specifico progetto.

Consulenza progettuale

Supporto al progettista con tutta l’assistenza specialistica necessaria in termini di consulenza in fase di progettazione, scelta e dimensionamento dei sistemi di fissaggio;

L’offerta dei servizi di fischer italia va ancora oltre con:

Formazione

Assistenza in Cantiere

A fianco del progettista, dell’impresa e dell’installatore, con lo scopo di fornire supporto specialistico per il corretto utilizzo ed installazione di sistemi e soluzioni di fissaggio, anche in contesti applicativi particolarmente complessi e specialistici quali grandi opere, applicazioni in ambito sismico, tunnel e gallerie. L’Assistenza Tecnica fischer effettua prove di

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Attività di informazione e formazione continua per ogni Professionista attraverso fischerformazione, l’area formativa di fischer Italia. Un ampio e articolato programma di corsi e seminari tecnici affronta i temi del fissaggio in chiave normativa, teorica e applicativa ponendo l’attenzione sulle specifiche necessità dei professionisti del settore.

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Introduzione

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Servizio Informazioni Tecniche

di ordine progettuale: i professionisti fischer sono a disposizione per dimensionamenti e calcoli più complessi. Design Software si può gratuitamente richiedere sul sito www.fischeritalia.it da cui è possibile anche effettuare l’aggiornamento con l’ultima versione del programma.

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Fornisce risposte rapide e competenti per i professionisti, garantite da tecnici dell’azienda già al primo contatto telefonico inoltre attiva il supporto progettuale e l’assistenzain cantiere.

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Applicativi, Manuali Tecnici, Software dedicati Il know how e l’esperienza di fischer � sono raccolti in numerose pubblica����� ���� ����� � zioni tecniche. Solo alcuni esempi: ����� il manuale “L’ancoraggio strutturale nelle costruzioni”, il volume “Involucro e costruzione – tecnologie di rivestimento per le facciate” e il manuale “Sistemi e soluzioni per costruire in zona sismica”, unico in Italia nell’ambito del fissaggio. Design Software è tra i più importanti applicativi che fischer mette a disposizione del pro������������������� ����������������������������� gettista a integrazione dell’offerta dei propri prodotti. Nell’ottica della continua innovazione il CD Rom è di aiuto per valorizzare e semplificare il processo di progettazione di sistemi di fissaggio e consente in maniera rapida ed intuitiva di ottenere un risultato facilmente condivisibile dai vari protagonisti del processo progettuale e realizzativo. Il software contiene il programma di progettazione Compufix® e l’archivio dei disegni CAD specifici per i sistemi di fissaggio fischer. Scrivendo a progettare@fischeritalia.it è possibile richiedere informazioni e chiarimenti ������� ������

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Principi di base di tecnologia del fissaggio

N

hef s = 3 hef

2.1

Generalità ............................................................................... 16

N

2.2

Materiali da costruzione ...................................................... 16

2.3

Installazione ........................................................................... 20

2.4

Classificazione delle azioni ................................................. 22

2.5

Principi di funzionamento ................................................... 24

2.6

Ancoranti meccanici ............................................................ 27

2.7

Ancoranti chimici .................................................................. 30

2.8

Tipologie di rottura ............................................................... 34

2.9

Parametri influenti ................................................................ 36

a)

s < 3 hef

b) N

c)

s=0

2.10 Test sugli ancoranti .............................................................. 46 2.11 Fonti bibliografiche .............................................................. 50

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Principi di base di tecnologia del fissaggio 2.1

Generalilà

Figura 2.1: Membratura inflessa

La tecnologia del fissaggio ha conosciuto un notevole sviluppo connesso alla diffusione delle nuove tecniche costruttive.

2

Molto spesso il Progettista incontra delle difficoltà nella scelta del fissaggio adatto alla sua applicazione, in quanto non è necessario conoscere solo le prestazioni del singolo tassello, ma si devono considerare una serie ulteriore di parametri, come l’influenza delle distanze assiali, delle distanze dal bordo ed anche delle dimensioni dei componenti strutturali. Lo stato del calcestruzzo (fessurato o non fessurato) richiede inoltre di pensare il fissaggio già durante il progetto. Nelle seguenti sezioni sono considerati, assieme alle spiegazioni dei termini tecnici specifici, i parametri più importanti che influenzeranno il comportamento meccanico dei sistemi di fissaggio. 2.2

Materiali da costruzione

Nel processo di costruzione vengono impiegati numerosi materiali diversi. La varietà nelle differenti tipologie di mattoni, calcestruzzo e materiali in pannelli e lastre e i loro rispettivi valori di resistenza sono caratteristiche determinanti per la scelta del tipo di fissaggio da utilizzare. Tali requisiti significano, per esempio, che un

fissaggio per materiali pieni può non essere adatto per l’applicazione in un supporto forato. 2.2.1

Calcestruzzo

Il calcestruzzo è una miscela di tre componenti: cemento, acqua e aggregati lapidei di varia origine. In condizioni ordinarie presenta un peso specifico di 2500 kg/m3. La forma e la sagomatura possono essere date in cantiere dalle casseforme: si parla in questo caso di calcestruzzo gettato in opera. In altri casi invece i pezzi vengono prefabbricati e uniti solo in seguito in cantiere. I calcestruzzi sono classificati secondo l’Eurocodice 2 (EC 2) con la lettera C seguita da due numeri (ad esempio C20/25): il primo numero rappresenta la resistenza caratteristica a compressione misurata su cilindri di diametro 150 mm e altezza 300 mm, mentre il secondo numero corrisponde alla resistenza caratteristica alla compressione di un

Table 2.1: Classi di resistenza del calcestruzzo secondo EC 2

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classe di resistenza del calcestruzzo secondo EC 2

classe di resistenza del calcestruzzo secondo DIN 1045

C12/15 C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60

B15 B25 B35 B45 B55

resistenza caratteristica a compressione di un provino cilindrico di ø 150 mm e altezza 300 mm fck, cilindro¹⁾ 12 16 20 25 30 35 40 45 50

resistenza caratteristica a compressione di un provino cubico di lato 150 mm fck,cubo²⁾ 15 20 25 30 37 45 50 55 60

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Principi di base di tecnologia del fissaggio cubo di lato 150 mm. Quindi, l’abbreviazione C20/25 secondo l’EC 2 (B25 secondo DIN 1045) descrive una resistenza caratteristica a Tabella 2.2: Motivi della fessurazione nel calcestruzzo (fonte: Beeby 1988)

Dopo indurimento

FISICO: ritiro aggregati, ritiro per essicazione, microfessurazione superficiale; CHIMICO: corrosione barre di rinforzo, reazioni aggregati alcalini, carbonatazione cemento; TERMICO: cicli caldo/freddo, variazioni termiche stagionali, contrazione termica prematura;

Prima indurimento

STRUTTURALE: sovraccarico accidentale, creep, carico di progetto. PLASTICO: danneggiamento per raffreddamento, ritiro plastico, assestamento plastico; MOVIMENTI COSTRUTTIVI: movimenti della casseratura, movimenti sottolivello.

Figura 2.2: Fessurazione parallele

Figura 2.3: Fessurazione in direzioni perpendicolari

Figura 2.4: Fessurazione parallele

compressione del calcestruzzo di 25 N/mm2 su cubetti da 150 mm (tabella 2.1). La resistenza caratteristica è quella raggiunta dal 95% dei provini testati. Il calcestruzzo è un materiale da costruzione eterogeneo con una particolare caratteristica: la sua resistenza a trazione è molto inferiore alla sua resistenza a compressione. La scarsa resistenza a trazione del calcestruzzo rende necessario l’inserimento di un’armatura di acciaio in grado di assorbire le forze di trazione che si manifestano. In questo caso si parla di calcestruzzo armato. 2.2.1.1 I fissaggi su calcestruzzo Per la tecnica del fissaggio la resistenza a compressione del calcestruzzo ed il suo stato fessurativo sono fattori determinanti; la resistenza a compressione è in qualche modo collegata con la capacità del supporto di assorbire le sollecitazioni indotte dall’ancoraggio. In generale gli Istituti ufficiali certificano gli ancoranti solo a partire dalla classe di resistenza C20/25 che, essendo la classe di resistenza minima per applicazioni strutturali, è quella che nella pratica si incontra con maggior frequenza. Altro fattore caratterizzante è l’eventuale presenza di uno stato fessurativo del supporto: in seno alla massa di calcestruzzo, per lo più a causa delle sollecitazioni di trazione e di ritiro del materiale (vedi tabella 2.2), si possono formare sottilissime fessure, larghe in genere non più di 0.5 mm. Ciò significa che nelle zone tese del calcestruzzo sono necessari ancoranti progettati specificamente per continuare a garantire stabilità all’ancoraggio anche al manifestarsi di fessurazioni. Gli ancoranti installati in zona tesa presentano un decadimento della loro capacità portante,

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Figura 2.5: Curva carico-spostamento: a) ancorante in zona non fessurata b) ancorante in zona fessurata

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Se l’ancorante è situato in una zona fessurata non può essere trasmessa alcuna forza di trazione agente in direzione perpendicolare al piano della fessura; di qui l’interruzione dell’anello e la riduzione dell’area disponibile per la trasmissione delle forze di trazione (figura 2.7). 2.2.2

Figura 2.6: Supporto non fessurato

Figura 2.7: Supporto fessurato

Materiali edili leggeri

Il concetto di materiali edili leggeri comprende un gruppo eterogeneo di materiali da costruzione molto diversi tra loro; la caratterizzazione comune risiede nel fatto che possiedano resistenze a compressione inferiori ai 120 kg/ cm2. A questa categoria appartengono i laterizi, il gasbeton, il tufo e altre pietre naturali. Volendo proporre una classificazione dei laterizi, ci si scontra con una grande varietà morfologica degli stessi; questa, unitamente alla notevole diversità delle caratteristiche fisiche e meccaniche, comporta la possibilità di classificare in molti modi diversi. La classificazione che viene proposta è quella operata sulla base dello specifico impiego in edilizia dei singoli componenti. In questo senso si distinguono:  laterizi per murature (portanti o di tamponamento);  laterizi per solai e coperture;  laterizi per pavimentazioni;  laterizi per tramezzature o pareti divisorie;

qualitativamente descritta in figura 2.5. Tale riduzione è dovuta all’azione di disturbo creata dalla fessurazione allo stato delle tensioni nel calcestruzzo; infatti in un supporto non fessurato le tensioni sono distribuite in maniera continua attorno all’ancorante, essendo l’equilibrio garantito dall’anello delle forze tensionali nel calcestruzzo (figura 2.6).

18

All’interno di queste categorie sono poi individuabili una serie di ulteriori classificazioni sia su base tipologica - morfologica che funzionale. Il gasbeton (o calcestruzzo cellulare) è invece un materiale da costruzione con resistenza a compressione nell’ordine di 33 kg/cm2 che si caratterizza per una elevata porosità che gli conferisce ottime doti di isolamento termico e di resistenza a fuoco. È un materiale molto leggero (500 kg/m3) e trova interessanti applica-

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Principi di base di tecnologia del fissaggio zione soprattutto nell’ambito del recupero e restauro. Il tufo è un materiale da costruzione di origine vulcanica generato da un’emulsione gassosa di cristalli, scorie, pomici e lapilli allo stato semifuso, emessa dal vulcano ad alte temperature, nella quale, all’atto della deposizione, gli elementi solidi si autocementano in una pasta di elementi cineritici di vetro vulcanico. Data la sua formazione, il tufo mantiene intrappolata al suo interno una quantità di bolle d’aria pari a circa il 45% del suo volume. La porosità di questa pietra e l’elevato coefficiente d’assorbimento d’acqua sono tra i responsabili principali degli effetti di degrado che si manifestano con il passare del tempo, legati agli agenti atmosferici e alle variazioni di temperatura e umidità. Il fenomeno più evidente è quello dell’alveolizzazione, con la formazione di buchi e cavità ben visibili negli strati superficiali. La porosità consente di ottenere risultati eccellenti in termini di resistenza a fuoco: una parete di spessore 15 cm consente di attribuire una resistenza a fuoco di 180 minuti (REI 180). Le principali caratteristiche meccaniche di questo materiale sono riportate in tabella 2.3. La pietra naturale infine individua le rocce in generale; a seconda della struttura elementare, si possono individuare le seguenti categorie:  rocce a struttura granulare (es. granito)  rocce a struttura compatta (es. basalto)  rocce a struttura porosa (es. tufo). 2.2.2.1 I fissaggi su materiali edili leggeri A parte il fissaggio su pietra naturale a struttura granulare e compatta, l’ancoraggio strutturale su materiali edili leggeri presenta una serie di criticità connessi alla scarsa resistenza a compressione del materiale di base. Inoltre il differente stato conservativo del supporto introduce una ulteriore variabile. In generale

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Tabella 2.3: Caratteristiche meccaniche del tufo peso specifico

1300 kg/m3

porosità totale

45÷48%

imbibizione 72 h

23.3%

resistenza a compressione

73.0 kg/m2

resistenza a trazione

10.6 kg/m2

modulo elastico dinamico

48600 kg/m2

2

Tabella 2.4: Caratteristiche meccaniche del legno lamellare (secondo DIN 1052) σamm 1ª categoria

140 kg/cm2

σamm 2ª categoria

110 kg/cm2

τamm

12 kg/cm2

peso specifico*

470 N/mm2

* Si noti che il valore del peso specifico è minore rispetto a quello del legno massiccio: tale differenza è da imputarsi a un contenuto inferiore di umidità.

è opportuno concordare con il Servizio Tecnico di fischer Italia una serie di prove per determinare l’idoneità e la capacità portante dell’ancorante stesso. Come linea generale è opportuno progettare un fissaggio che non comporti sforzi elevati concentrati in pochi punti; oltre a ciò si considera la metrica M16 come limite superiore per fissaggi di tipo ordinario. Metriche maggiori possono essere utilizzate solo in presenza di spessori di materiale di base importante. La tipologia di fissaggio da indicare è sicuramente di tipo chimico da accoppiare a dispositivi di contenimento in caso si riscontri presenza di vuoti o di stati fessurativi importanti. 2.2.3

Legno

Materiale “naturale” per eccellenza, lo si incontra frequentemente sia nei recuperi e restauri (legno massiccio) sia nelle nuove costruzioni (legno lamellare). Tra le sue caratteristiche principali spicca la resistenza al fuoco: le superfici esposte all’azione del fuoco carbonizzano in modo uniforme così da formare uno strato che risulta essere un pessimo conduttore di calore proteggendo lo strato sottostante; questo per-

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Principi di base di tecnologia del fissaggio mette una combustione lenta ed uniforme senza il pericolo di cedimenti improvvisi delle strutture.

2

Il legno massiccio si caratterizza per una varietà di essenze fra la quali occorre individuare quella con le caratteristiche più indicate alla struttura che si intende realizzare. Nell’ambito delle costruzioni vengono utilizzate soprattutto conifere e latifoglie che accoppiano ottime caratteristiche meccaniche ed una forte resistenza agli attacchi di meccanismi xilofagi. Tra le conifere troviamo essenze quali abete e larici che si caratterizzano per compattezza e leggerezza. In particolare il legno di larice ha una elevatissima resistenza a compressione dovuta all’estrema compattezza delle sue fibre. Tra le latifoglie il rovere rappresenta un’essenza di grande pregio e di notevole valore estetico. È un legno molto duro e accoppia elevata resistenza a flessione e compressione ad un elevata durabilità. Il legno lamellare è un materiale da costruzione ottenuto con un procedimento tecnologico di incollaggio di pannelli, fogli, tavole ..., che consente di ottenere un prodotto in grado di superare i difetti propri del legno massiccio. In particolare, la produzione industriale del legno lamellare consente di ottenere un’eliminazione sia dei difetti macroscopici del legno massiccio, attraverso l’eliminazione delle sezioni difettose, sia la compensazione dei difetti minori attraverso la composizione delle travi con tavole statisticamente non provenienti dallo stesso tronco. Come conseguenza è possibile ottenere un significativo miglioramento delle caratteristiche statiche (vedi tabella 2.4) e una limitazione della fessurazione. Quest’ultima situazione consente un significativo aumento della capacità di resistenza al fuoco. Inoltre il legno lamellare consente di realizzare geometrie non ottenibili nel legno massiccio, sia per dimensioni che per forma. Da un punto

20

di vista normativo, in attesa della definitiva adozione dell’EuroCodice 5, si seguono le prescrizioni riportate nella normativa tedesca DIN 1052. 2.2.3.1 I fissaggi su legno I fissaggi su legno mostrano criticità intermedie tra quelle relative al calcestruzzo e quelle relative ai materiali leggeri. L’ancoraggio può essere eseguito sia con ancoranti meccanici omologati secondo la DIN440 e caratterizzati da una significativa lunghezza del gambo e da una rondella maggiorata, sia con ancoranti chimici che devono presentare doti di tixotropia e di insensibilità all’umidità notevoli. Vanno inoltre esaminati le particolari tipologie strutturali in cui il legno si trova a “collaborare” con altri materiali da costruzione quali calcestruzzo e acciaio. 2.2.4

Materiali da rivestimento

I materiali da rivestimento quali pannelli in cartongesso, in trucciolare, compensato e lastre in cemento hanno basse resistenze e spesso si incontrano durante la costruzione o il rinnovamento delle costruzioni. Questi materiali richiedono dei fissaggi che funzionano sprofondando in una cavità o contro il lato posteriore del materiale di rivestimento. 2.3 2.3.1

Installazione Profondità del foro

La profondità h0 del foro dipende dal tipo e dalle dimensioni del fissaggio. Nella maggior parte dei casi, la profondità del foro è più grande della profondità di ancoraggio. In alcuni casi una punta speciale quale la punta universale del fischer FZUB per uso con l’ancoraggio Zykon (FZA) produce il foro alla profondità richiesta. In tutti gli altri casi fare riferimento alle tabelle “caratteristiche dell’ancoraggio” del manuale tecnico fischer.

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Principi di base di tecnologia del fissaggio 2.3.2

Profondità di ancoraggio

La profondità di ancoraggio hef ha un’influenza importante sulla capacità portante del fissaggio. Con gli ancoraggi ad espansione o sottosquadro questa è misurata generalmente dalla distanza fra la superficie portante e l’estremità della superficie di espansione dell’ancorante (figura 2.8a). Con gli ancoranti chimici la profondità di ancoraggio è misurata dall’estremità dell’asta filettata (figura 2.8b) e con ancoranti di nylon dall’estremità del manicotto di nylon (figura 2.8c). Le profondità di ancoraggio per i differenti sistemi di fissaggio possono essere trovate nelle tabelle tecniche al 4.3 di progetto del manuale fischer: “Rottura del cono e splitting per l’ancoraggio più sfavorevole”.

Figura 2.8: Definizione di profondità di ancoraggio hef

2 hef

hef

a) Ancorante meccanico

b) Ancorante chimico

hef

2.3.3

Spessore del dispositivo

Lo spessore del dispositivo tfix (spessore fissabile) si riferisce allo spessore massimo dell’oggetto da fissare. Quando è presente uno strato non-portante, questo deve essere incluso nello spessore dell’oggetto da fissare (figura 2.9).

c) Ancorante in nylon

Figura 2.9: Spessore del dispositivo con lo strato non-portante (per esempio intonaco). strato non portante

Per gli ancoraggi internamente filettati lo spessore del dispositivo è determinato da una vite di lunghezza adatta, tuttavia, con tutti gli altri tipi di ancoraggio tfix è generalmente limitato. 2.3.4

Distanze dal bordo e assiali, spessore componente

La distanza fra gli assi “s” e la distanza dal bordo “c” per i fissaggi sono definiti rispettivamente dalla distanza fra gli assi degli ancoranti e dalla distanza da un bordo libero. Lo spessore h del supporto è definito dallo spessore dell’elemento strutturale secondo le indicazioni di figura 2.10.

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elemento fissato

h ef

t fix

Figura 2.10: Definizione delle distanze del bordo (s1, s2) e assiali (c1, c2) e dello spessore h

s2

s1 h

c2

c1

21


Principi di base di tecnologia del fissaggio Affinché il fissaggio possa portare il massimo carico possibile, è necessario definire le distanze assiali critiche scr,N, scr,sp e le distanze dal bordo critiche ccr,N, ccr,sp.

2

Per evitare la rottura, che può scheggiare, spezzare e spaccare il materiale base durante l’installazione devono essere osservati i valori minimi di smin, cmin e il hmin. Tali valori sono riportati nella parte rispettiva del manuale tecnico fischer, “caratteristiche dell’ancoraggio”. I valori di scr,N, ccr,N, scr,sp e ccr,sp sono dati nella parte rispettiva del manuale tecnico fischer, “rottura del cono di calcestruzzo” alle tabelle 4.3.2 e dello “splitting nel calcestruzzo” alle tabelle 4.3.3. 2.3.5

(C) Installazione distanziata L’elemento da collegare viene fissato ad una certa distanza dalla base di ancoraggio. In questo tipo di montaggio gli ancoranti sono sollecitati anche a flessione. Per installazioni di questo tipo si utilizzano ancoranti a filetto prolungato o a filetto interno con barre di lunghezza variabile, su cui fissare gli elementi con dado e controdado. 2.3.6

Procedura di installazione

La procedura di installazione per i differenti tipi di fissaggio è illustrata nella parte rispettiva del manuale tecnico fischer.

Le tipologie di installazione

(A) Ancoranti non passanti In questo caso gli ancoranti vanno installati a filo parete. Il diametro del foro nella struttura muraria di ancoraggio è più grande di quello del foro di montaggio dell’oggetto da collegare. Per l’installazione: ▯ riportare le misure delle distanze dei fori dell’oggetto da fissare sul fondo di ancoraggio; ▯ eseguire il foro, pulire, inserire il tassello ed avvitare la vite fissando l’oggetto stesso. (B) Ancoranti passanti È il caso degli ancoranti che sbordano dal filo parete per poter contenere lo spessore degli oggetti da fissare. Per l’installazione ▯ utilizzare come dima i fori dell’elemento da fissare (in quest’ultimo il diametro del foro è infatti almeno della stessa misura di quello da effettuare nel materiale di ancoraggio); ▯ pulire il foro, inserirvi il tassello attraverso

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l’oggetto da fissare e portare all’espansione il tassello.

2.4

Classificazione delle azioni

Una classificazione dei carichi agenti sulle costruzioni può risultare di pratica utilità ai fini delle combinazioni da esaminare nella valutazione dei margini di sicurezza. In linea di massima le Normative sono orientate verso l’accettazione di ragionevoli riduzioni dei coefficienti di sicurezza quando le diverse azioni esaminate contemporaneamente danno luogo ad una condizione di carico di carattere eccezionale. La valutazione dei carichi da assumere in sede di verifica non può ovviamente prescindere dal metodo con il quale viene effettuato il controllo della sicurezza delle strutture. Accanto a modelli di calcolo basati sulle tensioni ammissibili si stanno sviluppando ed affermando i cosiddetti metodi semiprobabilistici agli stati limite, il cui utilizzo consente al Progettista di formulare modelli statici maggiormente aderenti alla realtà, in cui è il coefficiente di sicurezza varia in funzione della frequenza con la quale agiscono le varie azioni esterne.

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Vediamo gli elementi caratterizzanti dei due approcci. 2.4.1

Metodo alle tensioni ammissibili

Le azioni agenti sulla struttura vengono raggruppate in due sole condizioni di carico: i carichi che per loro natura agiscono in forma statica (pesi propri struttura, sovraccarichi permanenti, ecc) ed i carichi che per loro natura agiscono in forma quasi statica ( neve, vento, folla, ecc). I carichi raggruppati nei due macrogruppi devono essere combinati per ottenere il massimo valore per ogni singolo parametro della sollecitazione. Le sollecitazioni di progetto ottenute con questo procedimento, vanno confrontate con i valori massimi ammissibili per il singolo materiale. 2.4.2

Metodo agli stati limite

Si definiscono due livelli di stati limite: ▯ lo stato limite di esercizio, per il quale la struttura, pur conservando le proprie riserve di resistenza, perde la sua funzionalità per eccesso di deformazioni, di vibrazioni, di degrado corrosivo, ecc. ▯ lo stato limite ultimo, cui corrisponde l’incapacità della struttura a contrastare le azioni esterne per rottura delle sezioni, per instabilità, per fatica, ecc. L’applicazione di un criterio probabilistico comporterebbe il controllo della probabilità che sia attinto uno stato limite in relazione alle effettive resistenze dei materiali rispetto ai valori assunti in sede di progetto, in relazione alle effettive dimensioni delle membrature resistenti ed all’intensità dei carichi e delle deformazioni impresse statisticamente prevedibili. Nella pratica tecnica tale criterio risulta difficilmente applicabile vista la complessità dei

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relativi calcoli e la mancanza di dati statistici sulle variabili menzionate, mentre diventa di più agevole applicabilità il metodo semiprobabilistico: esso si basa sull’introduzione di grandezze significative dal punto di vista statistico, in particolare i valori caratteristici ed i valori di calcolo. Viene definito come valore caratteristico di una resistenza (RK) quel valore per il quale la probabilità che esso non sia raggiunto è del 5% (frattile di ordine 0,05). 2.4.3

Carichi di progetto

Secondo le normative italiane i carichi agenti su una struttura si possono dividere in: ▯ carichi statici, ▯ carichi dinamici. Nei primi l’azione è costante o stazionaria nel tempo, nei secondi l’azione varia continuamente nel tempo: al variare del tempo l’azione assume intensità e direzioni differenti. In figura 2.11 si riporta una classificazione dei carichi normalmente agenti su una struttura. Oltre a queste azioni è necessario valutare le forze inerziali; esse sono indotte da urti, terremoti e da elevate accelerazioni/decelerazioni che le masse subiscono ad esempio in situazioni di utilizzo di macchinari (si pensi ad esempio a una gru). Quando il carico è costante o alternato con ridotti gradienti di carico, allora le forze inerziali possono essere trascurate e l’azione può essere considerata quasi statica. Quando, invece, il rateo di variazione di carico è significativo ma non coinvolge effetti inerziali, l’azione viene considerata come un carico ciclico e deve essere valutato il comportamento a fatica dei materiali. In questo caso l’azione viene definita un carico ciclico. Quando invece, nelle condizioni sopra espo-

23

2


Principi di base di tecnologia del fissaggio Figura 2.11: Tipi di carico nell’ingegneria strutturale

2

ste, si ha coinvolgimento di forze inerziali, l’azione viene definita dinamica.

2.5

Volendo analizzare più in dettaglio le azioni di tipo statico e quasi statico, le normative nazionali, in generale, le dividono in azioni costanti (in genere indicate con “g”) e azioni variabili (in genere indicate con “q”).

▯ sottosquadro,

Al progettista spetta il compito di trovare la combinazione di carico che massimizza il parametro della sollecitazione che sta analizzando (figura 2.12).

Principi di funzionamento

I tre diversi principi di funzionamento sono: ▯ attrito, ▯ adesione. Nel caso di ancoranti di tipo sottosquadro (ad esempio l’ancorante fischer Zykon FZA figura 2.13a) il carico viene trasferito al supporto attraverso bloccaggio geometrico su un foro speciale che viene eseguito utilizzando una punta specifica (FZUB). Nel caso di ancoranti funzionanti per attrito il carico di trazione N viene trasmesso al materiale di base per mezzo delle forze di attrito indotte attraverso la forza di espansione

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Esistono due meccanismi di espansione:

Figura 2.12: Tipi di carico

• a controllo di coppia (torque controlled), • a controllo di spostamento (displacement controlled). Gli ancoranti a controllo di coppia vengono fatti espandere applicando una coppia definita. In questo modo il cono viene tirato all’interno della bussola che esercita una pressione contro la parete del foro (figura 2.13b). Gli ancoranti a controllo di spostamento vengono fatti espandere attraverso la percussione del cono all’interno della bussola. Esempi di ancoranti a espansione sono: • ancoranti ad alte prestazioni fischer FH, FAZ e FBN, • ancorante per fissaggi pesanti fischer GM, • ancorante a percussione fischer EA, Il terzo principio di funzionamento, tipico degli ancoraggi chimici, è l’adesione (figura 2.13c). In questo caso il carico viene trasferito dall’an-

Figura 2.13: Principi di funzionamento

a)

Sottosquadro

FZA

FIS V

FAZ

FUR

b)

Attrito

c)

Adesione

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RM

25

2


Principi di base di tecnologia del fissaggio corante al supporto tramite forze tangenziali di intefaccia tra resina-acciaio e resina-materiale di supporto.

2

2.5.1

Funzionamento a sottosquadro: fissaggi a espansione geometrica

Sono costituiti da elementi metallici e/o plastici per i quali la tenuta è realizzata dalla reazione di contrasto tra l’elemento di fissaggio e il supporto (figura 2.14a). È importante osservare che l’installazione non induce tensioni nel materiale costituente il supporto di ancoraggio, essendo il funzionamento collegato alla geometria e non all’attrito.

contrasta la fuoriuscita dell’ancorante. Risulta: Fc = f · Fr A sua volta Fr è determinato dal pretiro Fv prodotto dalla coppia di serraggio. Pertanto Fc è funzione della coppia di serraggio. La coppia di serraggio è correlata al pretiro tramite la geometria della vite ed i coefficienti di attrito interni ed esterni all’ancorante. La forza Fr può essere originata da: a) azione diretta della vite sul corpo espandente (figura 2.15b);

In presenza di supporti compatti il fissaggio a espansione geometrica si realizza attraverso una foratura opportuna la quale produce superfici in sottosquadro (figura 2.14b). Su tali superfici avviene l’azione di contrasto.

b) utilizzo di un elemento espansore (generalmente conico) agente sul corpo espandente per avvitamento (figure 2.15a, 2.15c, 2.15d, 2.15e) o per percussione (figura 2.15f). Nel primo caso il controllo dell’avvenuta espansione avviene mediante la misura della coppia Mt applicata; nel secondo caso il controllo avviene valutando la posizione dell’elemento espansore rispetto al corpo di espansione.

2.5.2

2.5.3

Funzionamento per attrito: fissaggi a espansione forzata

Sono costituiti da elementi metallici e/o plastici per i quali la tenuta è realizzata per effetto della pressione dell’ancorante contro le pareti del foro. La spinta Fr ortogonale all’elemento deformabile, moltiplicata per il coefficiente d’attrito f delle superfici a contatto, origina un’azione Fc che

Funzionamento per adesione: fissaggi chimici

Sono ancoraggi costituiti da un legante chimico che espleta la funzione di connessione meccanica tra la barra metallica e il supporto: il legante chimico è costituito principalmente da una componente di resina organica che indurisce per polimerizzazione e componenti riempitivi che conferiscono varie proprietà

Figura 2.14: Fissaggi a espansione geometrica �������� ������������

������

a) tassello tipo HM su pannello in gesso rivestito

26

b) con tassello tipo FZA su calcestruzzo

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Principi di base di tecnologia del fissaggio chimico fisiche (quarzo ecc.). L’ancoraggio avviene per adesione e attrito combinati con l’accoppiamento geometrico della resina con le asperità della superficie del foro da una parte e per accoppiamento geometrico con il filetto o le rugosità della barra metallica.

Figura 2.15 Fissaggi a espansione forzata a) tassello tipo FH

b) con tassello tipo SX

c) tassello tipo FBN

d) tassello tipo GM

e) tassello tipo FAZ

f) tassello EA ������ ��������������

2.6

Ancoranti meccanici

2.6.1

Ancoranti in acciaio zincato

I tipi di materiale costituenti gli ancoranti in acciaio zincato vengono scelti in funzione della tecnologia produttiva e delle prestazioni richieste all’ancorante. A titolo di esempio, componenti di tasselli prodotti per tornitura vengono costruiti con acciaio contenente piombo, che conferisce doti di lavorabilità per asportazione di truciolo mentre per altri componenti, come bossoli espandenti ottenuti per stampaggio di lamiera, può essere impiegato un acciaio a basso tenore di carbonio per la sua attitudine alla deformabilità a freddo. I materiali costituenti la bulloneria sono caratterizzabili principalmente per la loro resistenza meccanica alla rottura: esiste a questo proposito una precisa suddivisione in classi contemplate dalla norma UNI EN ISO 898/1. ll sistema di classificazione è indicato nella tabella 2.5. Il simbolo della classe di resistenza è composto da due numeri separati da un punto: il primo numero rappresenta un centesimo del carico unitario di rottura a trazione Rm in N/mm2; il secondo numero esprime il rapporto, moltiplicato per dieci, fra il carico nominale unitario di snervamento ReL (oppure Rp 0.2) e il carico nominale di rottura Rm (rapporto di snervamento). Con la moltiplicazione di questi due numeri si ottiene quindi un decimo del valore del carico nominale unitario di snervamento in N/mm2. Per esempio: una vite che riporta il simbolo 10.9 ha una resistenza a rottura minima pari a 10x100 = 1000 N/mm2 e un carico nominale unitario a snervamento pari a 10x9x10 = 900 N/mm2.

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2


Principi di base di tecnologia del fissaggio Tabella 2.5: Caratteristiche fisiche e meccaniche delle diverse classi di resistenza n. caratteristiche fisiche e meccaniche

2

3.6

4.6

1 Carico unitario nominale di rottura Rm, nom 2 Carico unitario minimo di rottura, Rm, min d) e) 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

4.8

5.6

classe di resistenza: 5.8 6.8

8.8 d≤16c) mm 800 800 250 320 238 304 – 22 – 32

8.8 d>16c) mm 800 830 255 335 242 318 – 23 – 34

10.9

12.9

N/mm2 300 400 400 500 500 600 1000 1200 N/mm2 330 400 420 500 520 600 1040 1220 min 95 120 130 155 160 190 320 385 Durezza Vickers HV, F ≥ 98 N max 220f) 220f) 220f) 220f) 220f) 250 380 435 min 90 114 124 147 152 181 304 366 Durezza Brinell HB, F = 30 D2 f) f) f) f) f) max 209 209 209 209 209 238 361 414 min HRB 52 67 71 79 82 89 – – min HRC – – – – – – 32 38 Durezza Rockwell HR max HRB 95f) 95f) 95f) 95f) 95f) 99,5 – – max HRC – – – – – – 39 44 g) g) g) g) Durezza superficiale HV 0.3 max – – – – – – Carico unitario di snervamento** ReLh), nom. 180 240 320 300 400 480 – – – – N/mm2 min. 190 240 340 300 420 480 – – – – Carico unitario di scostamento nom. – – – – – – 640 640 900 1080 dalla proporzionalità Rp0,2i), N/mm2 min. – – – – – – 640 660 940 1100 Sp/ReL oppure Sp/Rp0,2 0,94 0,94 0,91 0,93 0,90 0,91 0,91 0,91 0,88 0,88 Carico unitario di prova Sp N/mm2 180 225 310 280 380 440 580 600 830 970 Coppia di rottura, MB Nm min. – – – – – – Vedere ISO 898-7 Allungamento dopo rottura A min. 25 22 – 20 – – 12 12 9 8 Strizione dopo rottura, Z % min. – – – – – – 52 52 48 44 Resistenza a trazione con appoggio a I valori minimi della resistenza a trazione per vite intera (viti prigioniere escluse) non devono essere inferiori ai cuneo e) valori minimi di resistenza a trazione indicati in 2. Resistenza KU J min – – – 25 – – 30 30 20 15 Tenacità della testa Nessuna rottura Alterzza nominale del filetto della zona non – – – – – – 1/2 H1 1/2 H1 2/3 H1 3/4 H1 decarburata, E Profoondità massima di decarburazione mm – – – – – – 0,015 0,015 0,015 0,015 totale G Durezza dopo rinvenimento mm – – – – – – Riduzione massima della durezza di 20 HV Difetti superificiali Secondo la ISO 6157-1 oppure la ISO 6157-3 come appropriato

a) Per viti di classe di resistenza 8.8, aventi diametro nominale di filettatura d≤16 mm esiste un maggiore rischio di strappamento del dado nel caso inavvertito di serraggio eccessivo, che determina un carico superiore al carico di prova. Si raccomanda a questo proposito di fare riferimento alla ISO 898-2. b) Vale unicamente per i diametri nominali di filettatura d≤16 mm. c) Per viti per carpenteria ad alta resistenza il limite inferiore è 12 mm. d) I valori minimi dei carichi unitari di trazione valgono per i prodotti di lunghezza nominale /≥2,5 d. Le durezze minime valgono per i prodotti di lunghezza nominale (< 2,5 d e per altri prodotti che non possono essere sottoposti a prova di trazione (per esempio, a causa delle forme della testa). e) Quando si provano viti e viti prigioniere con gambo normale, il carico di trazione, che deve essere applicato per il calcolo di Rm, deve soddisfare i valori dati nei prospetti 6 e 8. f) Una verifica della durezza effettuata sulla estremità delle viti e delle viti prigioniere deve indicare come valori massimi i seguenti: 250 HV, 238 HB oppure 99,5 HRB. g) La durezza superficiale non deve essere superiore di più di 30 punti Vickers alla durezza a cuore misurata sul prodotto, effettuando le due misurazioni con HV 0,3. Per la classe di resistenza 10.9, non è ammesso alcun aumento della durezza superficiale che superi 390 HV. h) Nel caso in cui non fosse possibile determinare il carico unitario di snervamento ReL è ammesso il carico unitario di scostamento dalla proporzionalità Rp0,2. Per le classi di resistenza 4.8, 5.8 e 6.8 i valori di Rel sonodati ai fini dei soli calcoli, essi non sono valori di prova. i) Alla provetta si applicano i rapporti unitari di snervamento in accordo con la designazione della classe di resistenza ed il carico unitario di scostamento dalla proporzionalità, Rp0,2. Questi valori, se derivanti da prove su viti con gambo normale, possono variare a causa dei metodi di produzione e dell‘effetto della dimensione.

Nella tabella 2.6 sono riportate, nel dettaglio, tutte le caratteristiche meccaniche delle diverse classi di resistenza.

In Italia la norma di riferimento è la UNI EN ISO 3506 (ex UNI 7323), Caratteristiche meccaniche degli elementi di collegamento in acciaio inox resistente alla corrosione.

2.6.2

Gli acciai inossidabili per bulloneria si identificano con sigle atte a individuare il gruppo e la qualità dei diversi materiali. Il sistema di nomenclatura prevede per la designazione una lettera e tre cifre che rappresentano il tipo di acciaio impiegato e le caratteristiche meccaniche della bulloneria in kg/mm2 (tabella 2.7). Per esempio: una vite con sigla A2-70 è

Ancoranti in acciaio inossidabile

In presenza di ambienti aggressivi l’uso di acciai autopassivanti si rende indispensabile. Gli acciai inossidabili sono classificati in base alla loro composizione chimica. In genere, vengono identificati con la denominazione statunitense AISI seguita da tre cifre (es. AISI 304).

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Tabella 2.6: Valori di caricabilità per viti e viti prigioniere carichi di rottura minimi (daN) - filettatura metrica ISO a passo grosso (UNI EN ISO 898/1) classe acciaio inox A2-A4 classe acciaio al carbonio per bulloneria per bulloneria (UNI EN ISO 3506) dnom Sez. resistente nominale As 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9 12.9 50 70 80 mm mm2 M5 14,2 469 568 596 710 738 852 1.135 1.480 1.730 710 994 1.136 M6 20,1 663 804 844 1.000 1.040 1.210 1.610 2.090 2.450 1.005 1.407 1.608 M7 28,9 954 1.160 1.210 1.440 1.500 1.730 2.310 3.010 3.530 1.445 2.023 2.312 M8 36,6 1.210 1.460 1.540 1.830 1.900 2.200 2.920 3.810 4.460 1.830 2.562 2.923 M 10 58,0 1.910 2.320 2.440 2.900 3.020 3.480 4.640 6.030 7.080 2.900 4.060 4.640 M 12 84,3 2.780 3.370 3.540 4.200 4.380 5.060 6.740 8.770 10.300 4.215 5.901 6.744 M 14 115 3.800 4.600 4.830 5.750 5.980 6.900 9.200 12.000 14.000 5.750 8.050 9.200 M 16 157 5.180 6.280 6.590 7.850 8.160 9.400 12.500 16.300 19.200 7.850 10.990 12.560 M 18 192 6.340 7.680 8.060 9.600 9.980 11.500 15.900 20.000 23.400 9.600 13.440 15.360 M 20 245 8.080 9.800 10.300 12.200 12.700 14.700 20.300 25.500 29.900 12.250 17.150 19.600 M 22 303 10.000 12.100 12.700 15.200 15.800 18.200 25.200 31.500 37.000 15.150 21.210 24.240 M 24 353 11.600 14.100 14.800 17.600 18.400 21.200 29.300 36.700 43.100 17.650 24.710 28.240 M 27 459 15.200 18.400 19.300 23.000 23.900 27.500 38.100 47.700 56.000 22.950 32.130 36.720 M 30 561 18.500 22.400 23.600 28.000 29.200 33.700 46.600 58.300 68.400 28.050 39.270 44.880 M 33 694 22.900 27.800 29.200 34.700 36.100 41.600 57.600 72.200 84.700 34.700 48.580 55.520 M 36 817 27.000 32.700 34.300 40.800 42.500 49.000 67.800 85.000 99.700 40.850 57.190 65.360 M 39 976 32.200 39.000 41.000 48.800 50.800 58.600 81.000 102.000 120.000 48.800 68.320 78.080 Il carico a snervamento si ottiene moltiplicando il carico a rottura min (snerv/1,5; 0,7 * rottura/1,5), per n-decimi dove n è il numero dopo il punto nella sigla che definisce la classe dell’acciaio (es: barra M12 di classe 5.8: carico a rottura = 4380 daN → carico a snervamento = 4380 * 8/10 = 3504 daN) Per gli acciai inox il carico di snervamento unitario vale 2100 daN/cm2 per la classe A2-A4/50, 4500 daN/cm2 per la classe A2-A4/70, 6000 daN/cm2 per la classe A2-A4/80. Il carico ammissibile si ottiene dividendo il valore a snervamento per un fattore 1,5 (es: barra M12 di classe 5.8: carico ammissibile = 3504 / 1,5 = 2336 daN) Tabella 2.7: Identificazione di acciai inossidabili in base alle caratteristiche chimiche e meccaniche

70

80

costituita da acciaio X 5 CrNi 1810, UNI EN 10088 (AISI 304) è possiede una resistenza a rottura minima pari a 70 kg/mm2. 2.6.3

Ancoranti in acciaio inossidabile ad alta resistenza

La presenza di uno stato continuo di sollecitazione meccanica in un materiale metallico può portare a conseguenze disastrose: rottura, creep, rottura a fatica. Più drastica è la situazione se si aggiunge a questo la presenza di ambienti altamente aggressivi. Soprattutto in passato al fenomeno sono stati dati nomi particolari, a seconda delle condi-

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F1

F2

C1

C4

C3

45

60

50

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80 temprato e rinvenuto

50

A5

temprato e rinvenuto

A4

addolcito

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incrudito

A2

martensitico

addolcito

trattamento termico

A1

fortemente incrudito

classe di resistenza

ferritico

incrudito

austenitico qualità

addolcito

designazione

gruppo

zioni e dei materiali su cui si produceva: infragilimento caustico degli acciai al carbonio, cedimento stagionale degli ottoni, cracking da solfuri o da nitrati, cedimento ambientale, cracking da idrogeno ecc. Il fatto che le rotture da corrosione sotto sforzo si manifestano senza alcun preavviso rende questa forma di attacco estremamente pericolosa. Per garantire durabilità a fissaggi applicati in situazioni progettuali dove è possibile che insorgano fenomeni di stress corrosion, sono disponibili ancoranti in acciaio speciale 1.4529. Tale acciaio è caratterizzato da un tenore di molibdeno ≥6%, da un tenore di cromo compreso tra 19-21% e da un tenore di nichel tra il 24-26%.

29

2


Principi di base di tecnologia del fissaggio 2.7

2

Ancoranti chimici

Rispetto ad un inghisaggio con malta cementizia o boiacca di cemento, l’ancorante chimico offre performance nettamente superiori e ritiro nullo; oltre a questo l’efficacia del fissaggio chimico è garantita da sistemi di iniezione appositamente studiati per un corretto riempimento del foro. Volendo proporre una prima classificazione dei sistemi di ancoraggio chimico, potremmo individuare nella tipologia di confezionamento la variabile secondo la quale eseguire la classificazione stessa.

Distinguiamo tra: ▯ sistemi di fissaggio chimico ad iniezione Le resine in cartuccia prevedono una confezione (shuttle o coassiale) contenente resina e induritore in scompartimenti separati. Servendosi della pistola erogatrice i due componenti vengono spinti fuori con un rapporto di quantità fisso e miscelati omogeneamente nello speciale miscelatore statico (figura 2.16a). ▯ sistemi di fissaggio chimico in fiala Le resine in fiala prevedono una confezione

Figura 2.16a: Fissaggio con ancorante chimico a iniezione e barra filettata

Figura 2.16b: Fissaggio con ancorante chimico in fiala R e barra filettata RM

Figura 2.16c: Fissaggio con ancorante chimico in secchio

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Principi di base di tecnologia del fissaggio contenente resina e induritore in scompartimenti separati. La miscelazione avviene per inserimento in rotopercussione della barra filettata nel foro contenete la fiala. Il vetro della fiala, sbriciolandosi, va a costituire l’inerte che inglobato nella resina attivata, contribuisce ad aumentare la prestazione meccanica del fissaggio (figura 2.16b). ▯ sistemi di fissaggio chimico a colaggio. Le resine in secchio prevedono due confezioni separate contenenti rispettivamente resina ed indurente. L’attivazione della resina avviene versando l’indurente nella resina e miscelando il tutto con un’elica di miscelazione collegata ad un trapano (figura 2.16c). Indipendentemente dalla modalità di confezionamento, gli ancoranti chimici hanno alcune caratteristiche comuni che possiamo così riassumere: ▯ separazione di resina e induritore ▯ predosaggio del rapporto dei componenti; ▯ dispositivo di miscelazione. Venendo meno uno di questi fattori, si pregiudica la funzionalità del fissaggio. La tecnica del fissaggio con ancoranti chimici si può considerare una scienza multi disciplinare: per poter dimensionare un ancoraggio con resine non ci si può limitare alla conoscenza delle sole regole del fissaggio meccanico ma è doveroso tenere conto dei comportamenti dei materiali polimerici impiegati aventi questi una grande variabilità in funzione delle formulazioni chimiche di base e delle condizioni di installazione. Se è vero che la funzionalità di un fissaggio chimico non si può riferire unicamente alle

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caratteristiche intrinseche della resina ma deve tener conto del dimensionamento in funzione del tipo di supporto, è certo però che a parità di condizioni di installazione, i diversi comportamenti tra polimeri appartenenti a differenti famiglie (figura 2.17) hanno comunque una spiegazione di tipo chimico essendo sempre riconducibili alla rispettiva reattività e struttura macromolecolare. Di seguito si cercherà di fornire le relazioni tra proprietà e formulazione chimica con l’obiettivo di semplificare l’interpretazione delle molte variabili che entrano in gioco nell’ampio ricettario di resine bicomponente attualmente sul mercato. 2.7.1

Correlazioni struttura/proprietà

Se si vogliono conoscere le proprietà “di origine chimica” che orientano le scelte progettuali verso un fissaggio con una resina piuttosto che con un’altra bisogna per prima cosa individuare quali caratteristiche dipendono dalla struttura chimica del polimero utilizzato e in che misura. Più precisamente i “fattori chimici” che influenzano maggiormente la funzionalità di una resina si possono riassumere in: - costituzione (tipo di atomi, successione degli stessi nella catena, peso molecolare medio) - configurazione specifica (disposizione spaziale dei legami) - conformazione (possibilità di movimenti rotazionali intorno agli assi dei legami) Le suddette caratteristiche dipendono dalla natura del “sistema” chimico in esame. Per esemplificare si può dire che tutti i fattori si possono ricondurre a: (1) polimero di base utilizzato (tipo di molecola: es. Poliestere, Epossidica, ecc)

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2


Principi di base di tecnologia del fissaggio Figura 2.17: Fissaggi chimici

2

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(2) lunghezza della catena molecolare del polimero di base e distribuzione dei pesi molecolari (3) densità di reticolazione raggiunta dopo la reazione di indurimento (4) additivi/altri ingredienti aggiunti che forniscono proprietà particolari (es. resistenza meccanica, termica e chimica delle resine ibride addizionate con cemento Portland) E’ in linea teorica spesso possibile raggiungere una caratteristica propria di un polimero usandone un’altro di un’altra specie semplicemente agendo sulle ricette di base a livello della tipologia e concentrazione di prodotti reagenti o agendo sui pesi molecolari della macromolecola di partenza. Quasi sempre in sistemi chimici così com-

32

plessi in maniera sinergica più caratteristiche partecipano a dare una particolare proprietà finale. Vista la profonda interrelazione tra struttura e proprietà ma anche l’elevato numero di variabili chimiche che entrano in gioco nella formazione di un polimero reticolato per ancoraggio strutturale è quanto meno sconsigliato ricondurre le proprietà di una resina attraverso una semplice classificazione per famiglia di prodotto. Formulazioni di polimeri appartenenti a famiglie diverse spesso possono avere stesse caratteristiche e non sempre tutte prevedibili dal produttore che sviluppa la resina. La cosa più attendibile di fronte ad un nuovo prodotto è sempre quella di rifarsi a comportamenti certificati da prove standard senza affidarsi troppo alle previsioni comportamen-

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Principi di base di tecnologia del fissaggio tali ricavate da una teorica conoscenza della formulazione chimica.

▯ Resina vinilestere c/stirene

Le resine in commercio per fissaggio più comuni sono:

▯ Resina vinilestere ibrida*

▯ Resina poliestere (insatura) c/stirene

▯ Resina epossidica * Per ibrida si intende una resina di base addizionata con Cemento Portland

▯ Resina poliestere (insatura) s/stirene ▯ Resina poliestere (insatura) ibrida* ▯ Resina vinilestere s/stirene

(epossimetacrilato)

(epossimetacrilato)

Nella figura 2.18 sono riassunte le principali proprietà in funzione della formulazione.

Figura 2.18:   : proprietà soddisfatta in maniera eccezionale: la resina è particolarmente adatta per una applicazione che richieda questa come principale caratteristica  : proprietà soddisfatta in maniera buona: la resina è sicuramente adatta per una applicazione che richieda questa fra le principali caratteristiche : proprietà sufficientemente soddisfatta: la resina non è particolarmente adatta per una applicazione che richieda questa come principale caratteristica : caratteristica critica o non presa in esame VINILESTERE S/STIRENE

VINILESTERE C/STIRENE

Prezzo contenuto

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Caricabilita’ in condizioni std

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VINILESTERE IBRIDO

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POLIESTERE C/STIRENE

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Durata del prodotto (non reticolato)

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Si noti che i termini Vinilestere è sinonimo di Epossiacrilato così come utilizzato dalla norma ETAG 001 - parte5 - par.6.7

2

Tutti i nomi sopra scritti non sono nomi di una nomenclatura internazionale ma semplicemente nomi “comuni” o “commerciali” per una vasta gamma di formulazioni di resine aventi gruppi chimici caratteristici uguali ma non identica completa struttura molecolare.

2.8

Tipologie di rottura

Gli ancoranti possono cedere per diversi motivi e in dipendenza delle varie direzioni del carico cui sono soggetti. 2.8.1

Carico a trazione assiale

Nella figura 2.19 vengono illustrate le diverse modalità di rottura degli ancoranti a espansione e a sottosquadro nel calcestruzzo a causa della trazione assiale del carico. Con lo sfilamento (pull-out, figura 2.19a1) l’ancorante si sfila dal supporto senza danno rilevante al calcestruzzo. Con l’estrazione (pull-through, figura 2.19a2) l’elemento conico viene tirato attraverso i segmenti di

Figura 2.19: Modi di rottura sotto carico a trazione assiale nel calcestruzzo

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Principi di base di tecnologia del fissaggio espansione, che rimangono nel foro. Quando il calcestruzzo cede, l’elemento di fissaggio produce un corpo di rottura conico che ha inizio nella zona di espansione o del sottosquadro (figura 2.19b). Distanze ridotte di ancoranti possono portare a sovrapposizioni combinate dei coni di rottura (figura 2.19c). Ancoranti con distanze dal bordo troppo esigue causano rotture del supporto (figura 2.19d). La rottura può comportare una frattura completa dell’elemento strutturale, oppure delle fenditure tra ancoranti adiacenti, o tra ancoranti e il bordo (figura 2.19e). Questo tipo di cedimento si verifica solo quando le dimensioni dell’elemento strutturale e/o le distanze assiali dal bordo sono troppo basse. La rottura dell’acciaio è il carico massimo di rottura possibile che può portare alla rottura dell’ancorante (figura 2.19f). Anche con gli ancoranti chimici si possono verificare rotture simili a quelle degli ancoranti a sottosquadro e a espansione. Lo sfilamento si verifica quando l’adesione tra il foro di perforazione e la resina o tra la barra

filettata e la resina cede. Nel caso di cedimento del calcestruzzo, il cono di rottura inizia a circa 0.3–0.7 volte la profondità di ancoraggio. Nella muratura la capacità massima di carico è fortemente connessa con lo stato del supporto e con la collocazione geometrica dell’ancorante, essendo la muratura fortemente disomogenea. In generale i meccanismi di rottura riguardano cedimenti del supporto e sfilamento dell’ancorante per cattiva trasmissione della forza di espansione. 2.8.2

Carico a taglio

Nella figura 2.20 sono illustrati i possibili modi di rottura degli ancoranti su calcestruzzo soggetti a carico di taglio. Normalmente, nei casi di ancoranti con grandi distanze dal bordo e significative profondità di posa soggetti a carico di taglio, si verifica la rottura dell’acciaio. Poco prima di raggiungere la capacità massima di carico è possibile che si verifichi una rottura localizzata a forma di conchiglia nelle immediate vicinanze della superficie

Figura 2.20: Modi di rottura degli ancoranti in acciaio sotto carico di taglio nel calcestruzzo

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Principi di base di tecnologia del fissaggio

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del calcestruzzo (figura 2.20a). Come per la trazione assiale, questo modo di cedere da la più alta capacità di carico possibile. Ancoranti corti o gruppi di ancoranti posti a interassi ridotti possono, quando soggetti a carico di taglio, causare la frattura del calcestruzzo sul lato opposto dell’applicazione del carico (rottura per estrazione con leva) (figura 2.20b). Ancoranti con distanza dal bordo possono portare al cedimento del bordo di calcestruzzo (figura 2.20c). Per fissaggi su muratura il cedimento dei fisFigura 2.21: Massimo carico ammissibile Nu degli ancoranti fischer Zykon con barra, soggetti a carico di trazione in calcestruzzo non fessurato in relazione alla resistenza alla compressione del calcestruzzo �� ���� ��������������������������������� �����������������������������

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Figura 2.22: Massimo carico ammissibile Vu degli ancoranti fischer Zykon con barra, soggetti a carico di taglio in calcestruzzo non fessurato in relazione alla resistenza alla compressione del calcestruzzo

Parametri influenti

2.9.1

Resistenza del materiale di base

Gli ancoranti a sottosquadro installati nel calcestruzzo e soggetti a carico di trazione assiale provocano una rottura conica del calcestruzzo. L’ampiezza della rottura è notevolmente influenzata dalla resistenza del calcestruzzo. La figura 2.21 riporta il carico di rottura Nu degli ancoranti fischer Zykon su calcestruzzo non fessurato in funzione della resistenza di compressione del calcestruzzo; con un aumento della resistenza del calcestruzzo si può realizzare un aumento del carico di rottura. Tale aumento non è lineare ma proporzionale alla radice quadrata della resistenza del calcestruzzo. Come sempre il limite è costituito dalla rottura dell’acciaio (linee orizzontali).

Figura 2.23: Massimo carico ammissibile Nu degli ancoranti fischer Zykon con barra soggetti a carico a trazione in calcestruzzo non fessurato in relazione alla profondità di ancoraggio he �� ���� �� ��

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La figura 2.22 riporta la relazione fra carico di rottura degli ancoranti fischer Zykon nel calcestruzzo non fessurato: la figura è valida per ancoranti con una distanza dal bordo c1 =

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saggi è dovuto al cedimento dell’acciaio o della muratura stessa.

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Figura 2.24: Carico di rottura degli ancoranti dovuto a un aumento della profondità di ancoraggio per gli ancoranti soggetti a carico di trazione assiale:

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80 mm con il carico applicato verso un bordo libero. Anche in questo caso il carico di rottura dipende dalla resistenza del calcestruzzo, aumenta proporzionalmente con la radice quadrata della resistenza del calcestruzzo ed è limitato dalla resistenza a taglio dell’ancorante. 2.9.2

Profondità di ancoraggio

Il carico di rottura di un ancorante soggetto a un carico a trazione assiale è influenzato dalla sua profondità di ancoraggio. Nella figura 2.23 viene illustrato il carico di rottura Nu degli ancoranti fischer Zykon con barra soggetti a un carico a trazione in calcestruzzo in relazione alla profondità di ancoraggio hef. L’aumento è proporzionale alla profondità di ancoraggio con un fattore di potenza di 1.5. Il massimo carico ammissibile è di nuovo limitato dalla resistenza dell’acciaio dell’ancorante. La figura 2.24 mostra la correlazione tra carico di rottura a trazione Nu e la profondità di posa per ancoranti a percussione (a) e ancoranti a espansione (b). Nel caso di sollecitazione a taglio, la profondità di posa non ha grossa

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influenza e, in questo contesto, non è oggetto di ulteriori indagini. 2.9.3

Distanze dal bordo

Come abbiamo già visto, gli ancoranti meccanici sottoposti a trazione assiale, in generale cedono per rottura conica del calcestruzzo. Il corpo di rottura si sviluppa a partire dalla zona del sottosquadro o di espansione, con un angolo di circa 35° rispetto alla superficie del calcestruzzo. Ne consegue che il diametro superficiale del cono di rottura è circa tre volte più grande della profondità di ancoraggio dell’ancorante. Il carico massimo di rottura può essere ottenuto solamente quando il cono può svilupparsi senza nessuna limitazione a causa di bordi. Pertanto, la distanza dal bordo dovrà essere almeno la metà del diametro superficiale del cono (1,5 volte la profondità di ancoraggio). Se si è in presenza di distanze ridotte dal bordo, si verifica un troncamento del cono di rottura e ci si deve aspettare una riduzione del massimo carico ammissibile. Nei casi di ancoranti con distanze sufficienti dal bordo, l’equilibrio tra le forze interne ed esterne è garantito da un cono di tensioni

37


Principi di base di tecnologia del fissaggio

2

sul materiale; questo significa che le sollecitazioni nel calcestruzzo sono assialsimmetriche rispetto all’ancorante (figura 2.25a). Una riduzione nella distanza dal bordo causa un cambiamento nella distribuzione delle tensioni con conseguente riduzione del carico di rottura (figura 2.25b). Figura 2.25: Distribuzione delle forze nella zona di un perno con testa incorporata sottoposto a trazione assiale

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Figura 2.26: Massimo carico ammissibile Nu degli ancoranti fischer Zykon con barra, soggetti a carico a trazione in calcestruzzo non fessurato in relazione alla distanza dal bordo c1

Nella figura 2.26 è riportato il massimo carico Nu degli ancoranti fischer Zykon soggetti a carico a trazione assiale in calcestruzzo in funzione della distanza dal bordo c1. La figura mostra un aumento del carico all’aumentare della distanza dal bordo. Quando la distanza dal bordo supera c1 = 75 mm per FZA 12x50 M8, c1 = 90 mm per FZA 14x60 M10 e c1 = 120 mm per FZA 18x80 M12, che corrisponde a 1,5 volte le profondità di ancoraggio (ovvero il raggio del cono di rottura) non ci si può aspettare ulteriori aumenti del carico di rottura. Il motivo è legato al fatto che il cono di rottura può svilupparsi completamente e non viene limitato da alcun fenomeno di sconfinamento. È lecito attendersi una maggiore influenza della distanza dal bordo sul carico di rottura a taglio. Ancoranti con carico a taglio perpendicolare al bordo, raggiungono la crisi a causa della rottura del bordo (confronta figura 2.20c). L’angolo tra il corpo di rottura e il bordo strutturale è di circa 35° e, pertanto, la lunghezza del corpo di rottura sul bordo è circa 3 volte la distanza dal bordo (figura 2.27). L’altezza del corpo di rottura è circa 1,5 volte la distanza dal bordo c1.

Figura 2.27: Forma e dimensioni del corpo di rottura del calcestruzzo per un singolo ancorante soggetto a carico a taglio vicino al bordo

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Nella figura 2.28 si può vedere il carico di rottura del calcestruzzo Vu degli ancoranti fischer Zykon provocato da un carico a taglio in funzione della distanza dal bordo c1. L’aumento segue un andamento proporzionale alla potenza di 1.5 rispetto alla distanza dal bordo. Il massimo carico ammissibile è ancora limitato dalla resistenza dell’acciaio dell’ancorante. 2.9.4

Interasse di posa

Anche l’interasse di posa ha una notevole influenza sulla capacità di carico dei fissaggi su calcestruzzo. Il massimo carico di rottura degli ancoranti soggetti a carico a trazione assiale si raggiunge soltanto quando il cono di rottura riesce a svilupparsi completamente senza sconfinamento. La figura 2.29 rende chiaro questo concetto con l’esempio di una coppia di ancoranti sottoposti a carico a trazione. Nella figura 2.29a vediamo una coppia di ancoranti posti a una distanza assiale che corrisponde al diametro del cono di rottura (s = 3 · hef) previsto. In questa situazione i coni non si intersecano e perciò i due ancoranti offrono la massima capacità. Ciò significa che il massimo carico

ammissibile per i due ancoranti equivale a due volte il carico massimo per un singolo ancorante. Nella figura 2.29b la distanza assiale degli ancoranti è inferiore al diametro del cono di rottura previsto. I coni di rottura si intersecano con conseguente riduzione della capacità di carico. Assumendo ipoteticamente che la distanza assiale tra i due ancoranti sia ridotta a s = 0 (figura 2.29c), si ottiene unicamente un solo cono di rottura e pertanto il carico di rottura di questi due ancoranti equivale al 50% di quello dei due ancoranti. La figura 2.30 mostra l’effetto dell’interasse per una coppia di ancoranti fischer Zykon con barra soggetti a un carico a trazione assiale. L’asse orizzontale non mostra i valori assoluti della interasse ma quelli del rapporto tra la distanza assiale e la profondità di ancoraggio. Aumentando la interasse fino a ottenere il diametro del cono di rottura (s = 3 · hef) si ha un aumento del carico di rottura. Per distanze assiali maggiori non si verificano incrementi Figura 2.29: Intersecamento dei corpi di rottura per ancoranti soggetti a un carico a trazione assiale �

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Figura 2.28: Massimo carico ammissibile Vu degli ancoranti fischer Zykon con barra soggetti a carico a taglio in calcestruzzo non fessurato in relazione della distanza dal bordo c1

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Principi di base di tecnologia del fissaggio di caricabilità poiché la capacità massima dei due ancoranti è stata raggiunta.

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Di norma, quando un gruppo di ancoranti, posti a una grande distanza dal bordo, viene caricato da una forza di taglio, si verifica la rottura dell’acciaio anche con distanze assiali minime. Quando si utilizzano ancoranti o gruppi di ancoranti corti con interassi minimi Figura 2.30: Massimo carico ammissibile Nu di una coppia di ancoranti fischer Zykon con barra soggetti a carico a trazione in calcestruzzo non fessurato in relazione al rapporto della distanza assiale s e la profondità di ancoraggio hef �� ���� ��� ����� ���

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è possibile che si verifichi la rottura del calcestruzzo a causa della frattura sul lato opposto all’applicazione del carico (rottura per estrazione a leva). Si noti che, per ancoranti applicati in prossimità di un bordo libero e sottoposti ad un’azione di carico a taglio diretta verso il bordo libero, la distanza assiale degli ancoranti assume un’importanza rilevante. Ciò è dimostrato in figura 2.31. L’angolo tra il corpo di rottura e il bordo del supporto è all’incirca di 35° e, pertanto, la lunghezza del corpo di rottura lungo il suo bordo è di circa 3 volte la distanza dal bordo c1. Quando la distanza assiale degli ancoranti ha un valore minimo di 3 volte la distanza dal bordo, allora i corpi di rottura non si intersecano e pertanto i due ancoranti offrono la capacità massima (confrontare la figura 2.31a). Se la distanza assiale degli ancoranti viene ridotta (vedi figura 2.31b) allora i corpi di rottura previsti si intersecano con la conseguente riduzione della capacità di carico. La figura 2.32 mostra questa relazione per una coppia di ancoranti fischer Zykon posti a una distanza dal bordo c1 = 100 mm. La figura è Figura 2.32: Massimo carico ammissibile Vu di coppie di ancoranti fischer Zykon con barra soggetti a carico a taglio in calcestruzzo non fessurato in relazione alla distanza assiale s (distanza dal bordo c1 = 100 mm) �� ����

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Principi di base di tecnologia del fissaggio valida per applicazioni in calcestruzzo. Il carico di rottura di una coppia di ancoranti aumenta con l’aumentare delle distanze assiali fino a quando la distanza non raggiunge tre volte la distanza dal bordo. Per distanze assiali maggiori non è previsto alcun ulteriore aumento del massimo carico ammissibile poiché la capacità massima dei due ancoranti non può superare due volte il carico di rottura massimo di un ancorante singolo posti alla la stessa distanza dal bordo. 2.9.5

Spessore dell’elemento strutturale

Sotto l’azione di un carico a trazione assiale, lo spessore del componente strutturale ha soltanto un’influenza indiretta sulla capacità di carico dell’ancorante. Nel caso in cui questo spessore non fosse adeguato, problemi potrebbero insorgere durante l’installazione. Per evitare di andare incontro a tali situazioni, sia gli ancoranti a espansione sia gli ancoranti a sottosquadro dovranno essere installati su componenti strutturali aventi uno spessore di almeno due volte la profondità di ancoraggio.

Nel caso di altri tipi di ancoranti (ad esempio un ancorante da installare a percussione) dove durante l’installazione vengono a crearsi nel calcestruzzo grandi forze di espansione, lo spessore del componente dovrà essere maggiore. La capacità di carico degli ancoranti posti in prossimità di un bordo soggetti a carico di taglio è influenzata enormemente dallo spessore del componente strutturale. Ciò si può osservare nella figura 2.33. Il diagramma mostra sull’asse orizzontale il rapporto tra lo spessore del componente e la distanza dal bordo e sull’asse verticale il rapporto del massimo carico ammissibile risultante dalle prove e il valore calcolato per ancoranti in componenti strutturali di notevole spessore. Il grafico evidenzia come il massimo carico ammissibile aumenti con l’aumentare dello spessore del componente strutturale fino a 1.5 volte la distanza dal bordo. Ciò può essere spiegato con la figura 2.27, dove l’altezza del corpo di rottura del calcestruzzo sulla superficie laterale dell’elemento strutturale è di circa 1.5 volte la distanza dal bordo c1. Se lo spessore è inferiore a 1.5 volte la distanza dal bordo, il

Figura 2.33: Influenza dello spessore del componente h sulla capacità di carico degli ancoranti singoli soggetti a carico a taglio in prossimità di un bordo

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Principi di base di tecnologia del fissaggio corpo di rottura viene troncato sul suo bordo inferiore e, pertanto, viene ridotta la capacità di carico (figura 2.33).

2

2.9.6

L’effetto della fessurazione

Il calcestruzzo possiede una resistenza alla trazione relativamente bassa che può essere completamente o parzialmente assorbita dalle deformazioni provocate dal ritiro o dalla temperatura. Per questi motivi, durante la progettazione degli elementi in cemento armato, la resistenza alla trazione del calcestruzzo non deve essere presa in considerazione. Ciò significa, che il cemento armato viene progettato assumendo che la zona di trazione sia fessurata. L’esperienza ci dimostra che le ampiezze delle fessure nel cemento armato soggetto a carichi prevalentemente statici non superano i valori di w ~ 0.3 a 0.4 mm. Si possono prevedere fessure più ampie sotto carichi di progetto ammissibili dove la fessurazione al 95% può raggiungere valori fino a w95% ~ 0.5 a 0.6 mm. Quando si verificano delle fessure è altamente probabile che intersechino il foro o lo interessino tangenzialmente. Contestualmente si riscontra un aumento della trazione nelle immediate vicinanze dell’ancorante. Queste sono il risultato di forze di frattura causate dal carico di pre-trazione e carico dell’ancorante, dal picco del momento flettente (come risultato del carico su un punto singolo del componente strutturale) e dall’effetto intaccatura del foro di perforazione. Per poter confermare questo, sono state eseguite delle prove con campioni di calcestruzzo aventi uno spessore di h = 250 mm. I campioni sono stati rinforzati con barre o rete saldata di rinforzo. La distanza del rinforzo trasversale era 250 mm. Sono stati installati nel calcestruzzo degli ancoranti sottosquadro e altri a espansione a controllo di coppia (M12, hef = 80 mm). Gli ancoranti sono stati caricati

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o alla coppia consigliata o 1,3 volte il carico ammissibile, e con la distanza dal rinforzo trasversale variante da 40 a 80 mm. Alcuni dei fori sono stati lasciati senza ancoranti. Gli ancoranti sono stati installati in calcestruzzo non fessurato e poi caricati. Infine, i campioni di calcestruzzo sono stati caricati fino a raggiungere il carico massimo ammissibile secondo DIN 1045. A circa 40% del carico ammesso sono incominciate ad apparire fessure di flessione nel calcestruzzo. Si è potuto osservare che quasi tutti gli ancoranti e i fori di perforazione sono stati affetti da fessure, indipendentemente dalla distanza tra gli ancoranti, il rinforzo trasversale e il tipo di carico (figura 2.34). Le fessure hanno attraversato direttamente la zona di ancoraggio. La figura 2.35 illustra, come semplice esempio, una struttura con un carico uniformemente distribuito, e in quali zone della struttura stessa si possono verificare delle fessure. Ci si può aspettare che le fessure si manifestino nelle zone della struttura sottoposte a trazione e una variazione nel carico potrebbe modificare l’ampiezza delle fessure e la loro posizione. In generale è molto difficile riuscire a determinare l’esatto posizionamento delle fessure. Se il progettista, oppure l’utilizzatore, non è in grado di individuare le zone di trazione, si consiglia l’impiego di una gamma di ancoranti che sia idonea per applicazioni in presenza di fessure, come per esempio: • fischer ancorante Zykon FZA • fischer ancorante FAZ • fischer FH • fischer UMV Vario, UMV multicono Analizziamo il comportamento degli ancoranti nel calcestruzzo fessurato. Nella figura 2.36a possiamo vedere le curve di carico/spostamento per ancoranti a espan-

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Figura 2.34: Andamento delle fessure in un campione di cemento armato con carico di servizio e soggetto a flessione (misure in cm)

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sione a controllo di coppia progettati per applicazioni sia su calcestruzzo fessurato sia sul calcestruzzo non fessurato. Si constata chiaramente che i carichi massimi sono inferiori nel calcestruzzo fessurato rispetto a quello non fessurato. Tuttavia, se un ancorante pro-

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gettato per essere impiegato sul calcestruzzo non fessurato, viene utilizzato sul calcestruzzo fessurato, il suo comportamento si modifica in modo significativo. La figura 2.36b ci mostra le curve di carico/ spostamento ottenute nei test per ancoranti

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Principi di base di tecnologia del fissaggio

2

a espansione a coppia controllata idonei per applicazioni su calcestruzzo non fessurato. Si osservi come risulti molto evidente la differenza tra il comportamento dell’ancorante su calcestruzzo non fessurato rispetto a quello su calcestruzzo fessurato; quest’ultimo è caratterizzato da una consistente deformazione permanente. Nella figura 2.37 viene riportato il confronto tra il carico di rottura degli ancoranti fischer sottosquadro Zykon ed i tirafondi sottoposti a carico di trazione assiale su calceFigura 2.36: Curva carico-spostamento degli ancoranti a espansione a coppia controllata (M12, hef = 80 mm) a) ancoranti idonei per applicazioni su calcestruzzo fessurato b) ancoranti non idonei per applicazioni su calcestruzzo fessurato

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Possiamo osservare che gli ancoranti fischer Zykon e i tirafondi si comportano allo stesso modo. Il carico di rottura si riduce in modo significativo anche con piccole fessure e raggiunge, in una fessura di larghezza media ∆w = 0,4 mm, circa il 75% della capacità degli ancoranti su calcestruzzo non fessurato. Per fessure di larghezze superiori al valore di ∆w = 1,6 mm, ci si può aspettare soltanto una ulteriore modesta riduzione del carico. Una simile correlazione si rileva nel calcestruzzo fessurato con ancoranti a espansione, idonei per applicazioni in presenza di zona fessurata (figura 2.38). Con l’innesco della fessurazione il cono dell’ancorante viene tirato ancora di più dentro la bussola espandendosi e compensando la fessura allo stesso tempo. Gli ancoranti a espansione a controllo di coppia della fischer tipo FAZ e l’ancorante fischer ad alte prestazioni FH sono idonei per applicazioni in presenza di fessure.

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struzzo fessurato in funzione delle differenze in larghezza della fessura ∆w.

Ci si possono aspettare analoghi risultati con l’ancorante chimico fischer FHB II, che è idoneo per il calcestruzzo fessurato.

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Figura 2.37: Influenza delle fessure sul massimo carico ammissibile degli ancoranti sottosquadro e dei prigionieri con testa soggetti a carico a trazione

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Principi di base di tecnologia del fissaggio Come per gli ancoranti sottosquadro e i tirafondi, il carico di rottura si riduce anche nel caso di piccole fessure (figura 2.38). Con una larghezza della fessura di circa 0,4 mm, il massimo carico ammissibile si riduce a circa 65% del valore sul calcestruzzo non fessurato. Con l’aumentare della larghezza delle fessure, si ha anche una riduzione del massimo carico ammissibile. La riduzione è maggiore rispetto a quella con ancoranti sottosquadro e tirafondi. La figura 2.39 mostra l’influenza delle fessure sulla capacità di carico degli ancoranti installati a percussione sottoposti ad una trazione assiale. La capacità diminuisce significativamente con l’aumentare delle larghezze delle fessure e il grado di dispersione dei risultati dei test è piuttosto alto. Una correlazione simile a quella riportata nella figura 2.39 si può prevedere anche per gli ancoranti a espansione senza alcuna capacità di post-espansione e, pertanto, non idonei per essere utilizzati nel calcestruzzo fessurato. In questo caso, non è possibile prevedere con precisione né il massimo carico ammissibile né l’effetto dello spostamento sotto carico dell’ancorante. In casi estremi, la capacità può ridursi a zero. Ciò significa che l’influenza delle fessure non Figura 2.38: Influenza delle fessure sul massimo carico ammissibile degli ancoranti a espansione a coppia controllata soggetti a carico a trazione ���

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può essere compensata aumentando i coefficienti di sicurezza. Gli ancoranti chimici comuni, sono influenzati in modo significativo dalle fessure (figura 2.40). Si può notare che il carico con una Figura 2.39: Influenza delle fessure sul massimo carico ammissibile per ancoranti a percussione in caso di espansione completa sotto carico a trazione assiale ���

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Principi di base di tecnologia del fissaggio fessura avente una larghezza di 0.4 mm è mediamente circa il 40% del carico massimo ammissibile nel calcestruzzo non fessurato. In casi estremi questo valore può ridursi anche fino al 20%.

2

2.10

Test sugli ancoranti

2.10.1 Requisiti La funzione e la capacità di carico degli ancoranti in acciaio descritte in questo manuale tecnico si basano su prove in accordo alle normative e regolamenti sui test di collaudo approvati dall’Istituto tedesco per la Tecnologia delle Costruzioni di Berlino e più recentemente sulla base della direttiva dell’Organizzazione europea per le Omologazioni tecniche (EOTA). Ci si basa su due diversi gruppi di test: ▯ prove funzionali, ▯ prove per determinare le condizioni di servizio. Le prove funzionali tengono in considerazione se l’ancorante è sensibile o meno a deviazioni nelle condizioni d’installazione che non possono essere evitate. Queste comprendono: ▯ deviazione dalla coppia d’installazione richiesta con ancoranti a espansione a coppia controllata, ▯ sottosquadratura inadeguata del foro di perforazione per gli ancoranti a sottosquadro, ▯ l’insufficiente espansione degli ancoranti installati a percussione, ▯ resina miscelata incorrettamente, foro di perforazione non pulito correttamente, foro di perforazione pieno d’acqua, per gli ancoranti chimici in fiala oppure per i sistemi a iniezione. Le omologazioni generalmente richiedono che gli ancoranti vengano posizionati in modo da

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evitare la perforazione delle armature. Tuttavia in cantiere questo è spesso inevitabile. Perciò, ulteriori prove funzionali vengono eseguite per gli ancoranti a contatto con le armature. Le prove funzionali vengono eseguite sia nel calcestruzzo a bassa resistenza sia nel calcestruzzo ad alta resistenza. Ovviamente le punte nuove hanno diametro più grande di quelle che sono già state usate. La differenza può arrivare fino a 0.5 mm nel caso di una punta da 12 mm. Per poter verificare se questa differenza influenza le prestazioni del carico, nelle prove vengono impiegate sia punte nuove che usate. Ulteriori prove funzionali sono state effettuate con carichi alternati poiché, nella realtà, gli ancoranti sono spesso sottoposti a cambiamenti di carico. Speciali requisiti di prova sono richiesti per gli ancoranti che verranno installati nel calcestruzzo fessurato. Il funzionamento dell’ancorante deve essere collaudato in fessure con larghezza fino a 0.5 mm. Tali prove vengono eseguite nel calcestruzzo a bassa e alta resistenza, con punte nuove e punte usurate. Successivamente queste fessure vengono aperte fino a una larghezza di 0.5 mm e gli ancoranti poi vengono testati. Le ulteriori condizioni di prova dipendono dal principio di funzionamento dell’ancorante. Per esempio, gli ancoranti ad espansione a coppia controllata vengono installati, in una serie di prove, fino al 50% della loro coppia consigliata in modo da poter giudicare gli effetti di una coppia ridotta sulle prestazioni dell’ancorante. In altre prove viene applicata la coppia massima e dopo dieci minuti per simulare l’effetto di scorrimento e ritiro del calcestruzzo la coppia viene ridotta a metà del suo valore originale. Se il fondo di ancoraggio è soggetto a carichi variabili, ciò potrebbe portare o a un aumento o a una riduzione della larghezza della fessura.

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Principi di base di tecnologia del fissaggio L’effetto che ne consegue sulla capacità di carico degli ancoranti viene testato in ulteriori prove nelle quali le fessure vengono aperte e chiuse mille volte di ∆w ∼ 0.2 mm. Dopo aver fermato questo movimento gli ancoranti vengono estratti dalla fessura aperta. Tutte le prove funzionali degli ancoranti devono mostrare un’adeguata correlazione di spostamento del carico. Le curve di spostamento del carico dovrebbero salire continuamente fino a raggiungere circa il 70% del carico massimo ammissibile senza che ci sia alcuna interruzione orizzontale, il che starebbe a indicare uno scorrimento plastico all’interno del foro di perforazione. Durante le prove funzionali si può ridurre il massimo carico ammissibile di una percentuale pre-definita rispetto al massimo carico ammissibile per gli ancoranti installati secondo le istruzioni del fabbricante.

fessurato e, nel caso di ancoranti per zone tese, anche nel calcestruzzo fessurato. Questi valori sono i seguenti: NRk,s

resistenza caratteristica di un ancorante in caso di rottura dell’acciaio quando sottoposto a un carico di trazione

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resistenza caratteristica di un ancorante in caso di rottura del cono di calcestruzzo quando sottoposto a un carico di trazione

NRk,p

resistenza caratteristica di un ancorante in caso di rottura per estrazione quando sottoposto a un carico di trazione

VRk,s

resistenza caratteristica di un ancorante in caso di rottura dell’acciaio quando sottoposto a un carico di taglio.

Per le prove eseguite in fessure aperte e chiuse, lo spostamento misurato e tracciato secondo il logaritmo del numero dei movimenti della fessura deve essere o lineare o in diminuzione e non deve superare i valori richiesti.

In aggiunta, le distanze caratteristiche tra gli assi e dal bordo sono determinate dalla capacità massima di carico a trazione per i seguenti modi di rottura, calcestruzzo e fenditura. Questi valori sono:

Nelle prove eseguite per determinare le condizioni di installazione, vengono stabiliti i carichi ammissibili, le appropriate distanze assiali e dal bordo e le dimensioni del componente strutturale. Pertanto, gli ancoranti vengono installati secondo le istruzioni del fabbricante.

Scr,N

distanza assiale caratteristica per rottura del cono calcestruzzo quando sottoposto a un carico di trazione

Ccr,N

distanza dal bordo caratteristica per rottura del cono calcestruzzo quando sottoposto a un carico di trazione

Per determinare l’influenza della direzione del carico sul massimo carico ammissibile, gli ancoranti vengono testati, sottoposti a trazione assiale, carichi a taglio e combinati. Per gli ancoranti idonei per l’impiego nel calcestruzzo fessurato, queste prove vengono eseguite in fessure la cui larghezza è di circa 0.3 mm.

Scr,sp

distanza assiale caratteristica per fenditura quando sottoposto a un carico di trazione

Ccr,sp

distanza dal bordo caratteristica per fenditura quando sottoposto a un carico di trazione.

Dati i risultati di questi test, per renderli applicabili alle condizioni di utilizzo vengono determinati dei valori caratteristici di resistenza per gli ancoranti testati nel calcestruzzo non

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I valori caratteristici della resistenza per le varie direzioni del carico e per i modi di rottura sono in accordo al cosiddetto 5% frattile ottenuto dai risultati delle prove del carico massimo ammissibile. Il 5% frattile rappresenta il carico

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2


Principi di base di tecnologia del fissaggio

In questo manuale tecnico, i valori caratteristici per la resistenza vengono dati come il 5% frattile. Si assume che gli scostamenti standard, sia per la popolazione, sia per i campioni, non siano noti. Il calcolo del fattore-k dipende dal numero di prove eseguite. Più alto è il numero di prove e maggiori informazioni avremo a disposizione per la serie e, pertanto, minore sarà il valore del fattore-k. F5% = Fu – k · s

(1)

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La figura 2.41a mostra i risultati di diverse prove eseguite utilizzando ancoranti sottosquadro in funzione della loro probabilità. Per esempio, la prima classificazione contiene tutti i risultati delle prove per i carichi massimi ammissibili compresi tra Fu = 42 kN e Fu = 43 kN, e l’ultima classificazione contiene tutti i valori compresi tra Fu = 54 kN e Fu = 55 kN (ogni quadrato rappresenta un risultato). I risultati vengono opportunamente valutati mediante l’utilizzo della curva Gauss, come si può osservare nella figura 2.41a. La figura 2.41b mostra la curva senza i risultati singoli. Il valore medio per il carico massimo ammissibile è Fu = 48.7 kN e il 5% frattile dei risultati è F5% = 44.5 kN. La zona grigia sulla sinistra sta ad indicare il 5% frattile come 5% della zona totale, mentre sulla destra vi è la zona che rappresenta il 95% della superficie totale sotto la curva.

Figura 2.41: Seriazione per una serie di test con ancoranti sottosquadro, che hanno ceduto per la rottura del cono di calcestruzzo

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dove il 5% dei risultati delle prove sono sotto questo valore e il 95% dei risultati superano questo valore. Per determinare il valore caratteristico, viene preso il 5% frattile come il valore base piuttosto che il valore medio dei risultati delle prove. Questo in modo da differenziare il grado di dispersione dei risultati delle prove per i diversi tipi e misure di ancoranti.

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s = scostamento standard dai risultati delle prove k = fattore secondo Owen = 3.401 per n =

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dove:

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Fu = valore medio dei risultati delle prove (carico di trazione o taglio)

= 2.208 per n = 20 prove = 1.861 per n = 100 prove = 1.645 per n = numero infinito di prove

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Principi di base di tecnologia del fissaggio 2.10.2 I test sugli ancoranti Il centro Ricerca e Sviluppo del gruppo fischer (figura 2.42) dispone delle più moderne attrezzature e macchine di prova, che permettono di condurre in azienda tutte le prove sopramenzionate. Macchine per le prove a trazione con vari accessori di carico consentono di eseguire prove su campioni di piccole dimensioni (figura 2.43) ma anche in grandi componenti strutturali in calcestruzzo (figura 2.44), sia fessurato che non fessurato. Il carico può essere applicato in modo continuativo (in controllo di forza o controllo di spostamento) sia come carico dinamico sia impulsivo (shock load).

Figura 2.43: Attrezzatura di prova per test di media portata

2 Figura 2.44: Test di estrazione assiale

Una moderna attrezzatura di prova (figura 2.45) permette di effettuare prove sugli ancoranti soggetti a carichi con vari angoli (a trazione, taglio o carichi combinati a trazione e taglio). Per eseguire test in fessurazioni statiche, rispettivamente con fessurazioni aperte e chiuse, sono disponibili attrezzature di prova sia parallele che a flessione. In un ambiente completamente controllato vengono eseguite prove di carico di lunga durata. All’aperto viene invece testato il comportamento degli ancoranti esposti agli agenti atmosferici. Per le prove di corrosione e durabilità vengono utilizzate moderne attrezzature di prova che riproduccono atmosfere ad elevata concentrazione di agenti aggressivi. Figura 2.42: Centro di ricerca e sviluppo

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Figura 2.45: Attrezzatura per test di estrazione con forza obliqua

49


Principi di base di tecnologia del fissaggio

2

2.9 Fonti bibliografiche /1/ Eligehausen, R., Pusill-Wachtsmuth, P.: Stand der Befestigungstechnik im Stahlbetonbau (Tecnica del fissaggio nelle costruzioni in calcestruzzo armato). IVBH Bericht S-19 / 82, IVBH-Periodica 1 / 1982, Februar 1982 (in lingua tedesca).

12, S. 825-829 (in lingua tedesca e lingua inglese).

/2/ Bergmeister, K.: Stochastik in der Befestigungstechnik mit realistischen Einflussgrößen (Stocastica nella tecnica del fissaggio basata su parametri realistici di influenza). Trattato, Universität Innsbruck, 1988 (in lingua tedesca).

/7/ European Organisation for Technical Approvals (EOTA) (1994): Linea guida per il Benestare tecnico Europeo di ancoranti metallici da utilizzare nel calcestruzzo. ETAG 001 1997, Parte 1: Ancoranti in generale. Parte 2: Ancoranti ad espansione con controllo di coppia. Parte 3: Ancoranti per sottosquadro. Allegato A: Dettagli dei testi. Allegato B: Prove per condizioni di servizio ammissibili, informazioni dettagliate. Allegato C: Metodo di progettazione per gli ancoranti.

/3/ Eligehausen, R., Bozenhardt, A.: Crack widths as measured in actual structures and conclusions for testing of fastening elements. Bericht Nr 1/42-89/9 Institut für Werkstoffe im Bauwesen Universität Stuttgart, August 1989.

/8/ Union Européenne pour l’Agrément Technique dans la Constuction (UEAtc): UEAtc (Guida Tecnica agli ancoranti per uso nel calcestruzzo fessurato e non fessurato). M.O.A.T. No 49: 1992, June 1992

/4/ Schießl, P.: Einfluss von Rissen auf die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen (Influenza delle fessurazioni sulla durabilità degli elementi in calcestruzzo armato precompresso) Schriftenreihe des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton, Heft 370, Verlag Wilhelm Ernst&Sohn, Berlin, 1986 (in lingua tedesca).

/9/ Eligehausen, R., Okelo, R.: Design of group fastening for pull out or pull through failure modes of the individual anchor of a group. Report No. 18/1-96/20. Institut für Werkstoffe im Bauwesen, Universität Stuttgart, 1996 (non pubblicato).

/5/ Eligehausen, R., Fuchs, W., Mayer, B.: Tragverhalten von Dübelbefestigungen bei Zugbeanspruchung (Comportamento sotto carico di fissaggi in tensione). Betonwerk + Fertigteil-Technik, 1987, Heft 12, S. 826-832 und 1988, Heft 1, S. 29-35 (in lingua tedesca e lingua inglese). /6/ Eligehausen, R., Mallée, R., Rehm, G.: Befestigungen mit Verbundankern (Fissaggi con ancoranti chimici). Betonwerk + Fertigteil-Technik, 1984, Heft 10, S. 686-692, Heft 11, S. 781-785, Heft

50

/10/ Eligehausen, R., Mallée, R.: Befestigungstechnik in Beton- und Mauerwerkbau (Il fissaggio nel calcestruzzo e muratura). Bauingenieur-Praxis. Verlag Wilhelm Ernst&Sohn, Berlin, 2000 (in lingua tedesca). /11/ Lotze, D.: Untersuchungen zur Frage der Wahrscheinlichkeit, mit der Dübel in Rissen liegen – Einfluss der Querbewehrung (Studio probabilistico del comportamento degli ancoranti in zona fessurata – influenza dell’armatura trasversale). Report 1/24 – 87/6, Institut für Werkstoffe im Bauwesen, Universität Stuttgart, August 1987 (in lingua tedesca, non pubblicato).

Ed. 10/2006


Principi di base di tecnologia del fissaggio /12/ Cannon, R. W.: Expansion Anchor Performance in Cracked Concrete. ACI – Journal, 1981, p. 471 – 479. /13/ Bensimhon, J., Lugez, L., Combette, M.: Study of the Performance of Anchor Bolts in the Tensile and Cracked Zone of Concrete. Report of Centre Scientifique et Technique du Batiment, Paris, 1989

2

/14/ Owen, D.: Handbook of Statistical Tables. Addison/Wesley Publishing Company Inc., 1968.

Ed. 10/2006

51


Note

2

52

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Scelta dell‘ancorante

3.1

La qualifica dei sistemi di fissaggio ................................. 54

3.2

La marcatura CE .................................................................... 54

3.3

ETAG 001 ................................................................................ 55

3.4

La scelta del fissaggio .......................................................... 57 Note speciali .......................................................................... 60

Ed. 10/2006

53

3


Scelta dell‘ancorante 3.1

La qualifica dei sistemi di fissaggio

Per risolvere in sicurezza un qualsiasi problema di ancoraggio è necessario conoscere la prestazione degli ancoranti nelle diverse condizioni di posa e nelle diverse condizioni di carico.

3

I dati che si trovano nelle schede tecniche di prodotto sono frutto di elaborazioni numeriche di risultati di numerose prove di laboratorio, che ogni serio produttore esegue nella fase di sviluppo del prodotto stesso e cioè prima della sua immissione nel mercato. L’importanza del livello di sicurezza che un ancoraggio deve garantire ha portato molti produttori a far certificare, anche da enti e laboratori terzi, la prestazione dei propri prodotti. In alcuni Paesi questa certificazione è obbligatoria da tempo per prodotti destinati ad applicazioni strutturali, divenendo in certi casi una vera e propria barriera di ingresso al mercato. Con la Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE, trasposta nell’ordinamento nazionale dal DPR 246/93, sono state poste le basi per la marcatura CE con lo scopo di rimuovere tali barriere, agevolando la libera circolazione dei prodotti, nel rispetto dei livelli di sicurezza richiesti dai vari Paesi. Nel capitolo 11 delle “Norme tecniche per le costruzioni” del 09/2005 viene ribadito l’obbligo di utilizzare prodotti marcati in tutti gli ambiti strutturali e non dove il collasso di un singolo elemento (anche un solo punto di ancoraggio) può provocare gravi danni a cose o persone. Altre qualifiche possono essere volontarie oppure obbligatorie. Nel primo caso la varietà dei certificati è molto ampia e va da qualifiche specifiche, come ad esempio i rapporti di prova di resistenza la al fuoco, fino a vere

54

e proprie omologazioni di tipo prestazionale, come ad esempio l’Avis Technique francese basto su direttive UEAtc. Le qualifiche divengono obbligatorie quando regolamenti legislativi, o vincoli contrattuali, lo richiedono. In molte regioni della Germania le applicazioni strutturali necessitano dell’impiego di ancoranti omologati da un ente riconosciuto con approvazioni note come Zulassung. 3.2

La marcatura

La Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/ CE è finalizzata alla realizzazione della libera circolazione dei prodotti da costruzione e indica le modalità per l’apposizione della marcatura . La marcatura indica la conformità del prodotto alle specifiche tecniche europee, sancita dal sistema di attestazione di conformità previsto. Nel caso dei sistemi di fissaggio per impiego strutturale, per i quali è previsto un livello di attestazione di conformità 1, un produttore può apporre la marcatura solo dopo aver ottenuto sia il Benestare Tecnico Europeo (European Technical Approval – ETA) che, successivamente, il Certificato di Conformità. Il Benestare Tecnico Europeo è rilasciato da un organismo autorizzato da uno Stato Membro dell’Unione Europea (Approval Body) a seguito della valutazione di caratteristiche e prestazioni del prodotto, effettuata secondo la Guida Tecnica (ETAG 001) approvata dagli Stati Membri e dalla Commissione Europea. Gli organismi abilitati al rilascio dell’ETA sono membri del European Organisation Technical Approval (EOTA), previsto dalla Direttiva 89/106/CE e incaricato dell’elaborazione delle Guide di benestare tecnico, chiamate European Technical Approval Guideline

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Scelta dell‘ancorante (ETAG), che sono veri e propri orientamenti obbligatori per tutti i membri dell’Unione Europea, contenenti modalità di prova e criteri di valutazione dei risultati. È sulla base del ETAG 001, Ancoranti metallici da utilizzare nel calcestruzzo, (il primo ETAG) che sono stati rilasciati i primi Benestari Tecnici Europei e conseguentemente le prime marcature della Direttiva Prodotti da Costruzione. Il Certificato di Conformità richiesto dal livello di Attestazione di Conformità previsto è rilasciato da un organismo notificato alla Commissione Europea da ciascuno Stato Membro (Notified Body), il quale esegue quanto indicato nell’ETAG di riferimento e nel Benestare Tecnico Europeo stesso, verificando la conformità reale del prodotto alla specifica tecnica europea, rappresentata dall’ETA di cui il prodotto beneficia (veddi anche figura 3.1).

Le prove necessarie a tale scopo sono divise in due gruppi. Il primo consiste in una serie di prove aventi l’obiettivo di verificare il buon funzionamento dell’ancorante. Il secondo gruppo di prove è finalizzato alla determinazione delle prestazioni dell’ancorante in esercizio. Inizialmente l’ETAG 001 si componeva delle parti: Parte 1

Ancoranti in generale

Parte 2

Ancoranti ad espansione a controllo di coppia

Parte 3

Ancoranti sottosquadro

Allegato A Detaglio delle prove Allegato B Prove di condizioni di servizio ammissibili Allegato C Mettodi di progettazione degli ancoraggi alle quali si sono aggiunte nel tempo le:

3.3

ETAG 001 Metal Anchors for use in Concrete

Parte 4

Ancoranti ad espansione a controllo di spostamento (1998)

Approvata dagli Stati Membri e dalla Commissione Europea nel 1997, la guida ETAG 001 rappresenta il punto di vista comune dei membri dell’Unione Europea su come occorra valutare un elemento di fissaggio affinché soddisfi le esigenze regolamentari in vigore in tutti gli Stati Membri dell’Unione.

Parte 5

Ancoranti chimici (2001)

Parte 6

Ancoranti metallici per l’impiego non strutturale in calcestruzzo non fessurato (2004).

Per ciascun tipo di ancorante, l’ETAG 001 offre ai produttori dodici diverse possibilità di quali-

Figura 3.1 La marcatura nei sistemi di fissaggio: informazioni identificative • Il numero dell’Approval Body • Il nome del produttore • L’anno dell’apposizione • Il numero del Certificato di Conformità • Il numero del Benestare Tecnico Europeo • L’ETAG di riferimento e l’opzione • La misura

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���� ������������ ��������������������������� ���������������� �� �������������� ������������ ������������������� ���

55

3


Scelta dell‘ancorante fica, chiamate opzioni, numerati da 1 a 12.

peo rilasciato ad un ancorante con opzione 1 conterrà le prestazioni del prodotto applicato in fondi di calcestruzzo fessurato, in fondi di calcestruzzo compresso, per calcestruzzi di bassa resistenza (C20) e di alta resistenza (C50), per ciascuna direzione di carico, per ciascun modo di rottura, in vicinanza di bordi liberi e/o di altri punti di ancoraggio.

L’opzione 1 è la qualifica più completa, mentre l’opzione 12 è la qualifica con severe limitazioni applicative. Le opzioni da 1 a 6 qualificano l’ancorante in fondi di calcestruzzo in qualsiasi stato tensionale compreso quello fessurato.

3

Le opzioni da 7 a 12 qualificano l’ancorante solamente in fondi di calcestruzzo compressi.

Un Benestare Tecnico con opzione 12 conterrà le prestazione più conservative del prodotto valutate in calcestruzzi compressi, di bassa resistenza, senza possibilità di installazioni a distanze ridotte. Quindi, un progettista sceglierà un prodotto marcato CE con l’opzione più consona all’applicazione che deve realizzare.

Inoltre a ciascuna opzione è associato un metodo di calcolo appropriato che riflette la complessità dei parametri approvati. Tre sono i metodi di calcolo: il metodo A per le opzioni 1, 2, 7 e 8, il metodo B per le opzioni 3, 4, 9 e 10 e il metodo C per le opzioni 5, 6, 11 e 12.

È evidente che l’opzione 1 non solo permette l’ottimizzazione dell’ancoraggio sia dal punto di vista strutturale, che da quello economico, ma consente anche una maggior garanzia di funzionamento soprattutto in quelle situazioni in cui lo stato tensionale del fondo di calcestruzzo non sia chiaramente definito.

Il metodo di calcolo A è ovviamente il più complesso mentre il metodo C è il più semplice. La tabella 3.1 dell’ETAG riporta le diverse combinazioni dei parametri prestazionali per ciascuna opzione. A titolo di esempio, un Benestare Tecnico Euro-

Tabella 3.1 Combinazioni dei parametri prestazionali per ciascuna opzione opzione ETAG 001 n.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Calcestruzzo fessurato e non fessurato solo non fessurato Carichi valutati per solo calcestruzzo C20/25

calcestruzzo C20/25 e C50/60

solo unica direzione

direzioni trazione e taglio

installazioni a distanze ridotte

metodi di calcolo

A

A

B

B

56

 

 

C

 

C

 

A

 

A

B

B

C

C

Ed. 10/2006


Scelta dell‘ancorante 3.4

La scelta del fissaggio

Di seguito è inserita una breve guida alla scelta del fissaggio, che aiuterà l’utilizzatore nell’individuare il tipo di ancorante. Tale tabella è a corredo delle schede prodotto esposte nei capitoli successivi . Questo manuale tratta nella prima parete gli ancoranti metallici e chimici per i quali sono stati ottenuti i carichi in conformità al ETAG e nella seconda parte gli stessi ancoranti di cui si riporta le prestazioni secondo metodo fischer.

3

Sarà possibile individuare la categoria di ancoranti sia in funzione delle caratteristiche tecniche e meccaniche sia delle omologazioni di cui il fissaggio dispone.

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57


Scelta dell‘ancorante

Principi di funzionamento

• • •

FBN

84

196

• •

EXA

98

210

• •

FZA

108

220

• • • •

FZA-I

118

232

• •

FZEA

-

242

• • • •

FH / FHA

128

254

TAM

140

266

FHB II

150

276

• • •

R (Eurobond)

160

288

• • •

FIS V FIS V con barra ad aderenza migliorata

170

300

-

312

• • •

FIS EM FIS EM con barra ad aderenza migliorata

-

324

-

336

• • •

FHB dyn

-

348

58

Espansione

184

Aderenza

72

Sottosquadro

FAZ + FAZ II

Acciaio inossidabile A4 Acciaio alta resistenza alla corrosione 1.4529

Acciaio al carbonio

Materiale

Progetto in accordo con specifische fischer

3

Pagina Progetto in accordo con ETA

Tipo di ancoranti

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Scelta dell‘ancorante

Acciaio al carbonio in calcestruzzo fessurato

Carichi di progetto in calcestruzzo C20/25 in accordo con le specifiche fischer Acciaio al carbonio in calcestruzzo non fessurato

Diametro

[M]

NRd [kN]

VRd [kN]

NRd [kN]

VRd [kN]

8-24

65-155

8-24

7.2 - 43.3

14.0 - 57.3

6.0 - 33.5

14.0 - 57.3

6-20

43-131

6-20

4.7 - 32.0

7.0 - 51.1

-

-

8-20

65-130

8-20

6.2 - 35.1

8.7 - 57.3

-

-

10-22

43-130

6-16

9.4 - 51.7

6.4 - 50.2

6.1 - 33.5

6.4 - 50.2

12-22

44-130

6-12

9.4 - 31.5

5.7 - 18.5

6.1 - 31.5

5.7 - 18.5

10-14

43

8-12

9.4

7.1 - 9.4

6.1

6.1

10-32

70-200

6-24

9.5 - 53.2

10.8 - 153.6

5.3 - 33.3

8.5 - 67.1

• • •

10-18

60-105

6-12

5.9 - 18.0

4.6 - 23.8

-

-

• •

10-25

75-235

8-24

14.6 - 91.7

10.6 - 91.4

11.2 - 73.0

10.6 - 91.4

10-35

80-280

8-30

11.7 - 119.2

7.6 - 116.7

-

-

8-35

60-280

6-30

5.7 - 79.2

4.2 - 116.7

-

-

10-35

80-280

8-30

11.7 - 153.9

7.6 - 116.7

-

-

• •

14-28

105-225

12-24

13.6 - 28.9

6.7 - 22.2

11.7 - 28.9

6.7 - 22.2

Filettato internamente

[mm]

Non passanti

[mm]

Passanti

Profondità foro

Caratteristiche di installazione

∅ foro

Tipologie di installazione

• •

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59

3


Note speciali ● Lo sviluppo e l’innovazione sono tra i principali obbiettivi del gruppo fischer. La continua evoluzione tecnica dei prodotti comporta variazioni ed aggiornamenti dei dati che il presente Manuale Tecnico riporta aggiornati alla data di edizione. Ovviamente i dati raccolti nel presente testo sono applicabili solo utilizzando ancoranti fischer.

Simbolo

● Tutti i prodotti devono essere utilizzati ed installati in stretta osservanza alle istruzioni d’uso pubblicate da fischer Italia (es. cataloghi, istruzioni tecniche, manuali, istruzioni di montaggio, manuali di installazione ecc).

Z-21.1-958

��

� ��� �����

60

Approvazione FM. Omologazione rilasciata dalla Factory Mutual Research Corporation (ente competente sulla sicurezza degli impianti antincendio - richiesta in ambito assicurativo).

��

● In nessun caso fischer Italia sarà responsabile per danni, diretti o indiretti, accidentali e/o conseguenti, per le perdite e le spese in relazione o derivanti dall’uso o dall’impossibilità di utilizzo dei prodotti. Garanzie implicite di commerciabilità e di idoneità sono espressamente escluse.

Approvazione Tecnica Tedesca Documento di riferimento per la norma tedesca. Contiene in dettaglio la descrizione dei campi applicativi, specifiche tecniche, metodi di dimensionamento e caricabilità dell‘ancorante.

Z-21.3-1707 Z-21.2-1734

● I supporti di ancoraggio come pure le condizioni ambientali (temperatura, umidità,…) variano in misura molto ampia. L’utilizzatore perciò deve verificare tali parametri al fine di scegliere l’ancoraggio più adatto. Soprattutto per i dubbi riguardanti la resistenza del supporto contattare il servizio tecnico di fischer Italia. ● Le informazioni e le raccomandazioni fornite in questo Manuale Tecnico si basano su principi, equazioni e fattori di sicurezza definiti nelle istruzioni tecniche di fischer Italia, manuali operativi, istruzioni di montaggio o altre informazioni ritenute corrette al momento della sua redazione. I valori sono il risultato della valutazione dei risultati di prova in condizioni di laboratorio. L’utilizzatore ha la responsabilità di verificare se le condizioni presenti in sito e gli ancoranti, le attrezzature ecc che si intende utilizzare sono conformi alle condizioni fornite nel Manuale Tecnico. La responsabilità finale sulla scelta del prodotto per la singola applicazione spetta al cliente.

Descrizione Approvazione Tenica Europea Omologazione rispondente alla linea guida per l‘Approvazione Tecnica Europea ETAG 001. Contiene in dettaglio la descrizione dei campi applicativi, specifiche tecniche, metodi di dimensionamento e caricabilità dell‘ancorante.

���

4.1

I simboli usati delle differenti approvazioni sono elencati qui sotto

ICC = International Code Council, formato da BOCA, ICBO and SBCCI Omologazione rilasciata dal servizio approvazioni ICC ES per gli ancoranti in applicazioni antisismiche secondo il codice americano ACI.

Classificazione di resistenza al fuoco Classificazione di resistenza al fuoco secondo DIN 4102 parte II (curva ISO 834)

������������������������ ���������������������� �������������������������� �������������� Software Compufix Possibilità di dimensionamento con l‘utilizzo del software di calcolo Compufix.

Approvazione BZS / Testato agli urti Verificato dalla Federal Agency for Civil Defence, Svizzera, per le applicazioni nella protezione civile.

Certificazione VdS Riconoscimento per l‘utilizzo in impianti antincendio rilasciato dall‘ente VdS Damage Prevention ex Association of Property Insurers.

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Progettazione degli ancoranti Concetto di sicurezza ....................................................................... 62 Metodo di progettazione ................................................................. 62 Utilizzo delle tabelle ........................................................................ 62 Azioni di progetto.............................................................................. 63 Verifiche di sicurezza richieste ...................................................... 64 Esempi

............................................................................................ 64

4.1

Introduzione: Il capitolo 4.1 contiene informazioni generali sui principi di base delle tabelle di progettazione dei capitoli 4.2 e 4.3 e le indicazioni per il loro utilizzo. La progettazione degli ancoranti secondo il Benestare Tecnico Europeo ETA (v. capitolo 4.2) e la progettazione secondo le specifiche fischer si fondano sugli stessi principi. Gli esempi illustrano in modo chiaro come servirsi delle tabelle. Attenzione, gli esempi riportano i valori delle tabelle del capitolo 4.3. Per la scelta delle tabelle corrette si rimanda all’introduzione dei capitoli 4.2 (Progettazione degli ancoranti secondo l’ETA) e 4.3 (Progettazione degli ancoranti secondo le specifiche fischer). In caso di dubbi rivolgersi al servizio tecnico fischer italia.

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61


Progettazione degli ancoranti Concetto di sicurezza

Stato limite ultimo

Ru,m resistenza ultima media

Sd azione di progetto < Rd resistenza di progetto S x γL S azione

Rd / γ L

fattore globale di sicurezza

Rk resistenza caratteristica Rk / γ M

stato limite di servizio

Rrec carico resistente raccomandato

I fattori di sicurezza parziali per i carichi γL coprono incertezze e dispersione dei carichi fissi e variabili. I coefficienti di sicurezza parziali per la resistenza del materiale includono incertezze sulla resistenza del materiale, cioè sulla caricabilità dell’ancorante. I coefficienti di sicurezza parziali per la resistenza dipendono dal coefficiente di sicurezza dell’installazione e dal modo di rottura (rottura dell’ancorante, sfilamento dell’ancorante, rottura del fondo di ancoraggio).

▯ Differenziazione dei coefficienti di sicurezza sulla base delle diverse tipologie di rottura. Il metodo di progettazione utilizzato si basa sul CC Method. Tuttavia, il CC Method è stato semplificato per facilitarne l’uso e permettere agli ingegneri di risolvere velocemente i problemi di progettazione che si presentano nella loro pratica quotidiana. Per questo motivo nel metodo semplificato non vengono considerati gli effetti dell’eccentricità dei carichi a trazione e a taglio. Utilizzo delle tabelle Il metodo di progettazione usato in questo manuale verrà spiegato di seguito con l’esempio di un comune problema di fissaggio. ▯ Gruppo di 4 ancoranti, s1 = 180 mm, s2 = 190 mm, c2 = 80 mm ▯ Calcestruzzo non fessurato, C20/25, spessore supporto h = 250 mm ▯ Ancoraggio tipo FH 15 gvz ▯ Carichi applicati (carichi di servizio) NG = 3 kN NQ = 5 kN VG = 4 kN VQ = 3 kN s1

Metodo di progettazione Per ottenere una prestazione ottimale degli ancoranti e allo stesso tempo una progettazione conveniente, è necessario distinguere tra direzione del carico e tipologia di rottura. Lo stato dell’arte per questo tipo di progettazione degli ancoranti è rappresentato dal cosiddetto Concrete Capacity Method (CC Method). Gli ottimi vantaggi di questo metodo di progettazione sono: ▯ Vengono considerate diverse tipologie di

62

c2

s2

h

4.1

Carico agente, resistente

In questo Manuale Tecnico viene utilizzato il concetto di fattore di sicurezza parziale. In questo modo il ben noto fattore di sicurezza complessivo viene diviso in due fattori di sicurezza parziali, cioè uno per la resistenza del materiale γM e uno per i carichi di progetto γL.

rottura e le corrispondenti caricabilità, specialmente la fenditura dell’elemento strutturale sotto carico a trazione e fenditura sul lato opposto al carico (pryout) sotto carico a taglio. Queste tipologie di rottura sono spesso decisive nel processo di dimensionamento.

N Sd

VS

d

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Progettazione degli ancoranti Azioni di progetto Per le azioni di progetto, i coefficienti parziali di sicurezza valgono γL,G = 1.35 per entrambe le azioni di carico permanente e γL,G = 1.5 per entrambe le azioni di carico accidentale sono prese in considerazione (i fattori di sicurezza possono variare con il paese). Si assume un carico uniforme distribuito su tutti e 4 gli ancoraggi:

NhSd =

NS,G ⋅ γ L ,G + NS,Q ⋅ γ L ,Q n

=

3. 0 kN ⋅ 1. 35 + 5. 0 kN ⋅ 1. 5 4

h VSd =

VS,G ⋅ γ L ,G + VS,Q ⋅ γ L ,Q n

=

4 kN ⋅ 1. 35 + 3 kN ⋅ 1. 5 4

=

=

2. 9 kN

4.1

2. 5 kN

Ma per la rottura del bordo del calcestruzzo soltanto i due ancoraggi più sfavorevoli devono essere considerati. h VSd,c =

VS,G ⋅ γ L ,G + VS,Q ⋅ γ L ,Q nc

=

4 kN ⋅ 1. 35 + 3 kN ⋅ 1. 5 2

=

5.0 kN

Resistenza a trazione Possono verificarsi 3 tipi di rottura: sfilamento (pull-aut), rottura conica o per fessurazione del calcestruzzo, rottura dell‘acciaio. Ogni meccaniso di cedimento deve essere verificato separatamente. modo di rottura

resistenza di progetto

parametro

vedi tabella

rottura acciaio

NRd,s

= 30.7 kN

svilamento pull-out

NRd,p

= N0Rd,p

rottura conica del calcestruzzo

N0Rd,c

= 21.6 kN

resistenza di progetto senza influenze

fb,N

= 1.0

resistenza del calcestruzzo

fs1,N

= 0.93

interasse, direzione 1

4.3.2.1

fs2,N

= 0.96

interasse, direzione 2

4.3.2.1

fc2,N

= 0.82

distanza dal bordo

4.3.2.2

NRd,c

= N0Rd,c ⋅ fb,N ⋅ fs1,N ⋅ fs2,N ⋅ fc2

= 15.8 kN

N0Rd,c

= NRd,sp

= 21.6 kN

fb,N

= 1.0

resistenza del calcestruzzo

fs1,sp

= 0.76

interasse, direzione 1

4.3.3.1

fs2,sp

= 0.77

interasse, direzione 2

4.3.3.1

fc2,sp

= 0.61

distanza dal bordo

4.3.3.2

fh

= 1.47

spessore del supporto

4.3.3.3

NRd,sp

= N0Rd,c ⋅ fb,N⋅ fs1,sp⋅ fs2,sp⋅ fcz,sp ⋅ fh

rottura per fessurazione (Splitting) del calcestruzzo

resistenza minima di progetto {NRd,s; NRd,p; NRd,c; NRd,sp}

Ed. 10/2006

min NRd = NRd,sp

= 18.0 kN

resistenza di progetto senza influenze

4.1

resistenza di progetto senza influenze

4.2 4.3 4.3.1

resistenza di progetto senza influenze

4.3 4.3.1

= 11.3 kN

-

= 11.3 kN

-

63


Progettazione degli ancoranti Resistenza al taglio Possono verificarsi 3 tipi di rottura: estrazzione per effetto leva (pryout), rottura conica del calcestruzzo, rottura dell‘acciaio. Ogni meccaniso di cedimento deve essere verificato separatamente. modo di rottura

resistenza di progetto

parametro

rottura acciaio

VRd,s

= 30.4 kN

resistenza di progetto senza influenze

rottura conica del calcestruzzo

V0Rd,c

= 6.1 kN

resistenza di progetto senza influenze

fb,V

= 1.0

resistenza del calcestruzzo

fα,V

= 1.0

influenza della direzione del carico

fsc,Vn = 2

= 0.88

interasse, direzione 1

VRd,c

= V0Rd,c ⋅ fb,V ⋅ fα,V ⋅ fsc,Vn = 2

V0Rd,cp

= 43.3 kN

resistenza di progetto senza influenze

fb,V

= 1.0

resistenza del calcestruzzo

fs1,N

= 0.93

interasse, direzione 1

4.3.2.1

fs2,N

= 0.96

interasse, direzione 2

4.3.2.1

fc2,N

= 0.82

distanza dal bordo

4.3.2.2

VRd,cp

= V0Rd,cp ⋅ fb,V ⋅ fs1,N ⋅ fs2,N ⋅ fc1,N

= 31.7 kN

-

min VRd

= VRd,c

= 5.4 kN

-

estrazione per effetto leva (pryout)

4.1 resistenza minima di progetto {VRd,s; VRd,c; VRd,cp}

Verifiche di sicurezza richieste

vedi tabella 5.1 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3.2

= 5.4 kN

5.2 5.3.1

Esempio 1:

Sd ≤ Rd

s1

Trazione: NhSd

= 2.9 kN ≤ min NRd = 11.3 kN ¸

VhSd,c

= 5.0 kN ≤ min VRd = 5.4 kN ¸

s h

Taglio:

2

N Sd

Carico combinato di trazione e taglio: (NhSd/NRd) + (VhSd/VRd) ≦ 1.2 (2.9/11.3) + (5.0/5.4) = 1.18 ≦ 1.2

64

VS

d

Ed. 10/2006


Progettazione degli ancoranti Trazione: NSd = 63.0 kN 1) NhSd

NRd,sp

= 63.0 kN / 4 = 15.8 kN

(ancorante singolo)

Taglio: VSd = 45.0 kN 1) VhSd

= 45.0 kN / 4 = 11.3 kN

1)

(vedi tabella FH: 4.3)

fb,N

(vedi tabella FH: 4.3.1)

fs

(vedi tabella FH: 4.3.2.1)

NRd,sp

= 51.7 kN · 1.1 · 0.74 · 0.60 · 1.0

NRd,sp

= 25.3 kN

NhSd

≤ (NRd,s; NRd,p; NRd,c; NRd,sp)

15.8 kN < 25.3 kN ¸

Calcestruzzo: Calcestruzzo non fessurato C 25/30 spessore supporto h = 250 mm Distanze assiali: s1 = 300 mm; s2 = 125 mm distanza dal bordo:

VRd,cp -

Carico di trazione: NRd,s = 83.3 kN (see table FH: 4.1) = N0Rd,p · fb,N

= V0Rd,cp · fb,V · fs1 · fs2 V0Rd,cp

(vedi tabella FH: 5.2)

fb,V

(vedi tabella FH: 5.3.1)

fs

(vedi tabella FH: 4.3.2.1)

VRd,cp

= 103.3 kN · 1.1 · 0.89 · 0.66

VRd,cp

= 66.7 kN

N0Rd,p

(vedi tabella FH: 4.2)

Riassunto delle richieste: VhSd ≤ (VRd,s; VRd,cp)

fb,N

(vedi tabella FH: 4.3.1)

11.3 kN < 66.7 kN ¸

= 51.3 · 1.10

NRd,p

= 56.4 kN

NRd,c

= N0Rd,c · fb,N · fs1 · fs2

Carico combinato di trazione e taglio: N hSd Vh + Sd ≤ 1.2 N Rd V Rd

N0Rd,c

(vedi tabella FH: 4.3)

fb,N

(vedi tabella FH: 4.3.1)

11.3 kN 15.8 kN + 25.3 kN 66.7 kN

fs

(vedi tabella FH: 4.3.2.1)

0.79

NRd,c

= 51.7 kN · 1.1 · 0.89 · 0.66

NRd,c

= 33.4 kN

Ed. 10/2006

4.1

Carico di taglio: VRd,s = 93.6 kN (see table FH: 5.1)

Tipo di ancorante: FH 24 gvz (vedi pagine: da 254 a 265)

NRd,p

N0Rd,c

Riassunto delle richieste: (ancorante singolo)

fattori di carico

NRd,p

= N0Rd,c · fb,N · fs1,sp · fs2,sp · fh

≤ 1.2

< 1.2 ¸

65


Progettazione degli ancoranti Esempio 2:

NRd,p

s1 1 2,

NRd,p

= 16.7 kN

NRd,c

= N0Rd,c · fb,N · fs · fc2,1 · fc2,2

2 2,

h

c

c

N Sd

4.1

Trazione: NSd = 12.0 kN 1) NhSd

= 12.0 kN / 2 = 6.0 kN

1)

(ancorante singolo)

fattori di carico

Calcestruzzo: Calcestruzzo non fessurato C 20/25 spessore supporto h = ∞

= 16.7 · 1.0

N0Rd,c

(vedi tabella FBN: 4.3)

fb,N

(vedi tabella FBN: 4.3.1)

fs

(vedi tabella FBN: 4.3.2.1)

fc

(vedi tabella FBN: 4.3.2.2)

NRd,c

= 19.7 kN · 1.0 · 0.80 · 0.82 · 0.82

NRd,c

= 10.6 kN

NRd,sp

= N0Rd,c · fb,N · fs,sp · fc2,1,sp · fc2,2,sp · fh N0Rd,c

(vedi tabella FBN: 4.3)

fb,N

(vedi tabella FBN: 4.3.1)

fs,sp

(fattore di interpolazione in accordo con le tabelle FBN: 4.3.3.1)

fc,sp

(vedi tabella FBN: 4.3.3.2)

fh

(vedi tabella FBN: 4.3.3.3)

NRd,sp

= 19.7 kN · 1.0 · 0.72 · 0.68 · 0.68 · 1.50

NRd,sp

= 9.8 kN

Summary of required proof: NhSd ≤ (NRd,s; NRd,p; NRd,c; NRd,sp) 6.0 kN < 9.8 kN ¸

Distanze assiali: s1 = 125 mm Distanze dal bordo: c2,1 = 80 mm; c2,2 = 80 mm Tipo di ancorante: FBN 12 A4 (vedi pagine: da 206 a 218) hef = 70 mm Carico di trazione: NRd,s = 24.7 kN NRd,p

=N

0 Rd,p

· fb,N

N

(vedi tabella FBN: 4.2)

fb, N

(vedi tabella FBN: 4.3.1)

0 Rd,p

66

(vedi tabella FBN: 4.1)

Ed. 10/2006


Progettazione degli ancoranti Esempio 3:

VRd,cp

s 1,1

= V0Rd,cp · fb,V · fs1,1 · fs1,2· fs2

s1,2

(vedi tabella FH: 5.2)

fb,V

(vedi tabella FH: 5.3.1)

fs

(vedi tabella FH: 4.3.2.1)

VRd,cp

= 103.3 kN · 1.22 · 0.76 · 0.76 · 0.76

VRd,cp

= 55.3 kN

h

s2

V0Rd,cp

Riassunto delle richieste: VhSd ≤ (VRd,s; VRd,cp) 45.1 kN < 55.3 kN ¸

4.1

Esempio 4:

h

V Sd,1 VS

d,

2

s2

Taglio: VSd,1 = 225.0 kN 1) VSd,2

= 150.0 kN 1)

VSd

= √ (225.02 kN + 150.02 kN) = 270.4 kN

VhSd

c 1,1

= 270.4 kN / 6

s1

c 1,2

= 45.1 kN 1)

fattori di carico

Calcestruzzo: Calcestruzzo non fessurato C 30/37 spessore supporto h = 300 mm Distanze assiali: s1,1 = 200 mm; s1,2 = 200 mm; s2 = 200 mm distanza dal bordo: Tipo di ancorante: FHA 28 gvz (vedi pagine: da 254 a 265) Carico di taglio: VRd,s = 113.6 kN

Ed. 10/2006

(vedi tabella FH: 5.1)

V Sd Taglio: VSd = 195.0 kN 1) VhSd = 195.0 kN / 4 = 48.8 kN 1)

fattori di carico

67


Progettazione degli ancoranti Calcestruzzo: Calcestruzzo non fessurato C 40/50 spessore supporto h = 500 mm Distanze assiali: s1 = 160 mm; s2 = 250 mm distanza dal bordo: c1,1 = 175 mm; c1,2 = 175 mm Tipo di ancorante: RG M 20 A4 + R M 20

4.1

(vedi pagine: da 288 a 299)

Carichi a taglio: VRd,s = 55.0 kN (vedi tabella R: 5.1) VRd,cp

= V0Rd,cp · fb,V · fs1 · fs2 · fc1,1 V0Rd,cp

(vedi tabella R: 5.2)

fb,V

(vedi tabella R: 5.3.1)

fs

(vedi tabella R: 4.3.2.1)

fc

(vedi tabella R: 4.3.2.2)

VRd,cp

= 149.1 kN · 1.41 · 0.74 · 0.87 · 1.0

VRd,cp

= 135.3 kN

VRd,c

= V0Rd,c · fb,V · fα,V · fsc,Vn=2 V0Rd,c

(vedi tabella R: 5.3)

fb,V

(vedi tabella R: 5.3.1)

fα,V

(vedi tabella R: 5.3.2)

αV = 90 ° fsc,Vn=2

(vedi tabella R: 5.3.3.2)

c / cmin ≈ 2.0 s2 / cmin ≈ 3.0 VRd,c

= 12.1 kN · 1.41 · 2.0 · 2.12

VRd,c

= 72.3 kN

Summary of required proof: VhSd ≤ (VRd,s; VRd,cp; VRd,c) 48.8 kN < 55.0 kN ¸

68

Ed. 10/2006


Note

4.1

Ed. 10/2006

69


Note

4.1

70

Ed. 10/2006


Note speciali ● Lo sviluppo e l’innovazione sono tra i principali obbiettivi del gruppo fischer. La continua evoluzione tecnica dei prodotti comporta variazioni ed aggiornamenti dei dati che il presente Manuale Tecnico riporta aggiornati alla data di edizione. Ovviamente i dati raccolti nel presente testo sono applicabili solo utilizzando ancoranti fischer. ● Tutti i prodotti devono essere utilizzati ed installati in stretta osservanza alle istruzioni d’uso pubblicate da fischer Italia (es. cataloghi, istruzioni tecniche, manuali, istruzioni di montaggio, manuali di installazione ecc). ● I supporti di ancoraggio come pure le condizioni ambientali (temperatura, umidità,…) variano in misura molto ampia. L’utilizzatore perciò deve verificare tali parametri al fine di scegliere l’ancoraggio più adatto. Soprattutto per i dubbi riguardanti la resistenza del supporto contattare il servizio tecnico di fischer Italia. ● Le informazioni e le raccomandazioni fornite in questo Manuale Tecnico si basano su principi, equazioni e fattori di sicurezza definiti nelle istruzioni tecniche di fischer Italia, manuali operativi, istruzioni di montaggio o altre informazioni ritenute corrette al momento della sua redazione. I valori sono il risultato della valutazione dei risultati di prova in condizioni di laboratorio. L’utilizzatore ha la responsabilità di verificare se le condizioni presenti in sito e gli ancoranti, le attrezzature ecc che si intende utilizzare sono conformi alle condizioni fornite nel Manuale Tecnico. La responsabilità finale sulla scelta del prodotto per la singola applicazione spetta al cliente. ● In nessun caso fischer Italia sarà responsabile per danni, diretti o indiretti, accidentali e/o conseguenti, per le perdite e le spese in relazione o derivanti dall’uso o dall’impossibilità di utilizzo dei prodotti. Garanzie implicite di commerciabilità e di idoneità sono espressamente escluse. © 2006 fischerwerke Artur Fischer GmbH & Co. KG D - 72178 Waldachtal Stampato in Italia


L‘ancoraggio strutturale nelle costruzioni - 3a Edizione

L‘ancoraggio strutturale nelle costruzioni

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Cod. 70115 - Stampa Papergraf - Ed. 10/2006

3a Edizione


L'ancoraggio strutturale nelle costruzioni - parte 1