Utilizzo di ancoraggi post-inseriti in interventi di recupero di capannoni industriali in zona sismica

Tratto da

WORKSHOP Tecniche innovative per il miglioramento sismico di edifici prefabbricati SAIE 2014, Bologna 22 ottobre 2014 – ACI Italy Chapter

ABSTRACT
A seguito degli eventi sismici che nel 2012 hanno interessato diverse zone dell’Emilia Romagna e del Veneto, il Gruppo di Lavoro Agibilità Sismica dei Capannoni Industriali ha predisposto delle linee di indirizzo per interventi su edifici prefabbricati non progettati con criteri antisismici. Il presente lavoro, in continuità con dette linee, espone brevemente il comportamento degli ancoraggi postinseriti in zona sismica e analizza specificamente una serie di soluzioni tipiche per le quali si propongono
tipologie d’intervento mirate all’utilizzo di ancoraggi post-inseriti appositamente qualificati. In questo contesto, infatti, la scelta del prodotto ottimale, in funzione sia della geometria degli elementi da collegare sia della geometria del fissaggio, rappresenta uno dei punti critici della progettazione preliminare degli interventi. Le soluzioni qui proposte vogliono costituire quindi un utile elemento di scelta e di indirizzo per il progettista, fermo restando le responsabilità dello stesso per le verifiche e per i dettagli costruttivi.

1 INTRODUZIONE
Per gli ancoraggi metallici post-inseriti, ai sensi del Regolamento Prodotti da Costruzione della Comunità Europea (CPR, 2011), non esiste uno standard armonizzato che ne disciplini i metodi di produzione o di certificazione al fine di pervenire alla marcatura CE, che pertanto, ai sensi dello stesso regolamento, non è strettamente obbligatoria.

Sul territorio italiano, tuttavia, resta l’obbligo, per qualsiasi prodotto da costruzione, di dover essere qualificato secondo la responsabilità del produttore. Per i prodotti non coperti da uno standard armonizzato il produttore può!pervenire alla marcatura CE in conformità ad una Valutazione Tecnica Europea (European Technical Assessment – ETA) oppure, in alternativa, deve essere in possesso di un Certificato di Idoneità Tecnica rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale sulla base di linee guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.

In Italia, attualmente, non esistono apposite linee guida del C.S.LL.PP., per cui, di fatti, un produttore può pervenire alla marcatura CE unicamente attraverso un ETA. Data la particolarità del prodotto e la varietà dei suoi principi di funzionamento, esistono delle linee guida, necessariamente più ampie rispetto agli standard tradizionali, emesse da un organismo comunitario denominato EOTA (European Organization for Technical Assessment).

Per gli ancoraggi metallici post-inseriti si può ottenere un ETA sulla base delle ETAG 001 (European Technical Approval Guidelines) usate come Documento di
Valutazione Europea (European Assessment Document – EAD) (ETAG 001, 2012). La ETAG 001 contiene anche dei metodi di progettazione per gli ancoraggi.
In anni recenti si è pensato di inscrivere detti metodi di progettazione nel contesto più ampio degli Eurocodici. Nel 2009 sono state emesse le prime “Technical Specifications” (quindi non cogenti), ad opera del gruppo di lavoro CEN TC250/SC2/WG2 (CEN/TS, 2009) attualmente in fase di revisione. È terminato, infatti, il periodo
d’inchiesta per le prEN 1992-4 “Design of fastenings for use in concrete”.

A livello di linee guida di prodotto, attualmente in Europa la qualificazione e la progettazione degli ancoraggi in zona sismica sono disciplinati rispettivamente dalle ETAG 001 – Annex E “Assessment of metal anchors under seismic actions” e dall’EOTA Technical Report 045 “Design of metal anchors for use in concrete under seismic actions”, entrambi pubblicati nel 2013. Si prevedono due possibili livelli di qualifica (C1 e C2), in funzione sia della sismicità dell’area che della classe d’importanza dell’edificio. Seppure la qualifica della classe con requisiti più bassi (C1) sia, di fatti, compatibile con la qualifica elaborata negli Stati Uniti dal comitato ACI 355, per come è stata impostata la normativa europea, detta qualifica si applica soltanto per un valore di ag·S pari a 0,1g e per classi d’uso fino alla III compresa (ma per classi II e III soltanto per applicazioni non strutturali). In conclusione, per valori di ag·S quali quelli registrati negli eventi che hanno interessato diverse zone dell’Emilia Romagna e del Veneto, l’utilizzo di ancoraggi con detta qualifica, secondo i criteri progettuali indicati nei documenti precedentemente citati, non dà in sé alcuna garanzia di sicurezza.

Nel 2012 il Gruppo di Lavoro Agibilità Sismica dei Capannoni Industriali ha predisposto delle linee di indirizzo che mirano a fornire alcune soluzioni tecniche per interventi su edifici prefabbricati non progettati con criteri antisismici. Queste linee d’indirizzo forniscono, pertanto, per loro natura delle soluzioni di carattere generale che andranno di volta in volta adattate in funzione della particolare tipologia di capannone industriale e dei prodotti specifici che si intendono utilizzare.

Il presente lavoro, quindi, senza porsi in contrasto con dette linee d’indirizzo, una volta esposto brevemente il comportamento degli ancoraggi post-inseriti in zona sismica, analizza specificamente una serie di soluzioni tipiche per le quali si propongono tipologie d’intervento mirate all’utilizzo di ancoraggi post-inseriti in possesso di una qualifica in presenza di azione sismica del tipo C2.

La scelta del prodotto ottimale in funzione sia della geometria degli elementi da collegare sia della geometria del fissaggio rappresenta uno dei punti critici, infatti, della progettazione preliminare. Le soluzioni proposte costituiscono quindi, un utile elemento di scelta e di indirizzo per il progettista, fermo restando le responsabilità dello stesso per le verifiche e per i dettagli costruttivi.

CENNI ALLA PROGETTAZIONE DI ANCORAGGI POST-INSERITI
2.1 Generalità
Gli ancoraggi, come qualsiasi sistema di connessione tra elementi strutturali, devono soddisfare diversi requisiti. Tra questi, alcuni dei più importanti sono:

• resistenza, definita come la capacità di un ancoraggio di resistere alle forze a cui sarà soggetto durante la sua vita di servizio, come quelle causate da carichi esterni, spostamenti imposti o deformazioni termiche;
• duttilità, ossia la capacità di un ancoraggio di subire deformazioni non-elastiche relativamente elevate senza significativa diminuzione delle sue capacità resistenti. In applicazioni sismiche questa caratteristica può essere sfruttata in termini di capacità di assorbire energia. È anche una misura della capacità dell’ancoraggio di sostenere sovraccarichi senza significative perdite di resistenza;
  
• durabilità, intesa come la resistenza, nel tempo, a ripetuti cicli termici ed agli effetti di un’esposizione all’umidità e ad altri agenti corrosivi.
  

Altri fattori progettuali, quali i costi, la manutenibilità e l’aspetto esterno, possono essere significativi in fase di progettazione di un ancoraggio. L’incapacità di soddisfare contemporaneamente tutti i requisisti descritti per una qualsiasi applicazione ha dato vita ad una molteplicità di sistemi di fissaggio a posteriori.

Il meccanismo di trasferimento del carico sfruttato da un particolare ancoraggio normalmente determina molte delle prestazioni relative ai requisiti elencati.
Per gli ancoraggi utilizzati nelle tipologie di intervento proposte nel seguito, si descrivono, pertanto, i principali meccanismi resistenti (Figura 1). Si ritiene opportuna e utile detta premessa anche per il progettista il quale, seppure familiare con i metodi di verifica di un fissaggio, non trova nella normativa riferimento ai meccanismi di funzionamento, la cui comprensione orienta verso la scelta di un particolare tipo di prodotto.

2.2 Ancoraggi meccanici ad espansione
Gli ancoraggi ad espansione trasferiscono i carichi principalmente per attrito. La forza d’attrito che si viene a creare tra l’ancoraggio ed il materiale base dipende direttamente dalle forze normali generate dal meccanismo di espansione dell’ancoraggio durante la sua installazione ed anche durante la sua vita utile.
Dal momento che questo tipo di ancoraggio esercita elevatissime pressioni locali nel materiale di base è importante rispettare parametri come distanza dal bordo e separazione tra ancoraggi per evitare la rottura per splitting in seguito al processi di espansione.

A tal fine si definiscono due parametri, smin e cmin, che rappresentano quei valori di, rispettivamente, interasse minimo e distanza minima dal bordo che occorre rispettare in fase di installazione per prevenire una rottura per splitting del calcestruzzo. Tali parametri sono fortemente dipendenti dal prodotto e sono valutati durante il processo di ottenimento di un ETA.

2.3 Ancoraggi chimici
L’aderenza è il principio basilare di funzionamento degli ancoraggi chimici. Tra la barra filettata ed il foro viene a crearsi un legame chimico a base di resina sintetica. Grazie alla maggior superficie di trasmissione degli sforzi il carico si distribuisce, attraverso l’aderenza che si produce tra acciaio-resina e tra resina-calcestruzzo, lungo tutta la barra, in maniera da contenere le tensioni indotte nel materiale base. A causa dei meccanismi resistenti che sviluppano, gli ancoraggi chimici che lavorano per aderenza permettono interassi e distanze dal bordo, in generale, minori rispetto ai meccanici. Risultano quindi ideali nei casi in cui vi sia la necessità di collocare ancoraggi molto vicino ai bordi.

2.4 Meccanismi resistenti a taglio
I meccanismi resistenti che si basano sui principi di funzionamento sopra descritti si sviluppano principalmente nel caso in cui l’ancoraggio si trovi sottoposto a un carico
assiale.!Sotto sollecitazione a taglio, al carico applicato si oppone una coppia di forze di compressione che si generano tra il corpo dell’ancoraggio ed il materiale base. La distribuzione di queste forze, le quali, specialmente per ancoraggi profondi (affondamento superiore agli otto diametri) non varia sostanzialmente da quella di un piolo non passante preinserito, dipende dalla rigidezza flessionale del materiale di base e, generalmente, cambia all’aumentare della sollecitazione esterna. Tuttavia, a differenza dei pioli,  all’aumentare del carico si sviluppano forze tensionali nell’ancoraggio. Queste forze sono contrastate da una combinazione dei meccanismi resistenti a trazione precedentemente discussi.

In generale, si deve inoltre tener conto della presenza di un momento dovuto all’eccentricità della direzione di azione del taglio rispetto alla superficie del materiale base.!Una corretta progettazione di un ancoraggio tiene in conto, in funzione dello spessore dell’elemento da fissare, del momento dovuto all’eccentricità del carico per cui, in fase di calcolo, se si rispettano gli spessori fissabili per cui l’ancoraggio è qualificato, non è necessario considerare alcun momento flettente aggiuntivo.! In caso di interposizione di uno strato di livellamento tra materiale di base e calcestruzzo, è possibile considerare il fissaggio come se si fosse in assenza di un braccio di leva fino a spessori dello strato stesso pari a metà del diametro del connettore.

3 PROGETTAZIONE IN ZONA SISMICA
3.1 Requisiti generali
In generale la progettazione degli ancoraggi prevede il calcolo della capacità del fissaggio  per tutti i meccanismi resistenti, analizzando separatamente i meccanismi resistentia trazione e a taglio. Una volta individuate le capacità minime a taglio ed a trazione, si conduce una verifica combinata taglio-trazione attraverso delle espressioni di interazione.

Da un punto di vista operativo le verifiche in zona sismica non introducono alcuna novità. Ciò che varia significativamente è la valutazione sia dell’azione che, soprattutto, della resistenza.

In questo contesto si individuano i seguenti requisiti generali:

• a favore di sicurezza, nella zona dell’ancoraggio si assume che il calcestruzzo sia in condizioni fessurate;
• è consentito l’ancoraggio solo al di fuori delle zone in cui, durante un evento sismico, si prevede il verificarsi di uno spalling eccessivo o un’elevata deformazione plastica delle armature, cioè le cerniere plastiche;
• va assicurato che la geometria dell’intervento permetta il riempimento del foro tra corpo dell’ancoraggio e piastra con malta, resina o altro prodotto che annulli qualsiasi gioco ed eviti il rischio di martellamento durante un evento sismico, salvo poi una necessaria verifica di compatibilità con eventuali stati di coazione indotti dalle dilatazioni così eventualmente impedite.
  

Quest’ultimo punto, in particolare, è molto delicato in quanto ricerche recenti ed ancora

in fase di pubblicazione hanno chiaramente dimostrato che la presenza di un gioco bullone- piastra anche di scarsa rilevanza (millimetri o frazioni di millimetro) può portare ad un incremento della forza sollecitante pari anche al doppio di quella calcolata, specialmente nel caso di ancoraggi di grosso diametro.

3.2 Criteri di progettazione ed analisi

Segue in allegato