La corretta progettazione degli ancoranti in zona sismica

Memoria tratta dagli Atti del WORKSHOP CONNECTIONS IN PRECAST STRUCTURES – Università di Bergamo, 5 ottobre 2012”, per gentile concessione degli autori, dell’Università di Bergamo e dell’ ACI ITALY CHAPTER

ABSTRACT
Under seismic loading, the performance of a connection in a structure is crucial either to its stability or in order to avoid casualties and major economic impacts, due to the collapse of non-structural elements. In the United States the anchor seismic resistance shall be evaluated in accordance with ACI 318 Appendix D. Created in accordance with the ACI 355.2 regulated testing procedures and acceptance criteria ICC-ES AC193 and AC308, pre-qualification reports provide sound data in a proper design format. With the release of the new ETAG Annex E at the beginning of 2013, the seismic pre-qualification of anchors became regulated in Europe. Anchors submitted to these new test procedures will now also incorporate in the ETA (European Technical Approval) all the required technical data for seismic design. Until the release of the EN 1992-4, planned for 2015, EOTA TR045 (Technical Report) sets the standard for the seismic design of steel to concrete connections. Therefore, the design framework for the seismic design of anchors is already available through both the U.S. and European regulations.

PREMESSA
In tutto il mondo, le metodologie di progettazione sismica, non solo per applicazioni strutturali, ma anche per macchinari, impianti ed altri elementi non strutturali, hanno acquisito negli ultimi anni sempre più importanza. Questo è vero non solo per quelle aree notoriamente ad elevata sismicità quali Stati Uniti (costa ovest), Giappone, ecc., ma anche per territori come quello Europeo, che a dispetto di quanto si possa immaginare, ha registrato negli ultimi 30 anni diversi terremoti di magnitudo superiore a 5.
L’impatto sui costi economici e sociali connessi al collasso o interruzione di alcuni servizi e attrezzature quali sistemi di approvvigionamento idrico o linee per la telecomunicazione è di grandezza paragonabile ai costi associati ai cedimenti strutturali, se non maggiori. Secondo uno studio presentato alla Conferenza Nazionale sull’Ingegneria Antisismica a Boston nel 2002, per edifici strategici come ospedali, uffici e alberghi, i danni economici generalmente causati da un terremoto legati ad arredi e a parti non strutturali ammontano all’80% circa del totale.

L’influenza delle fessurazioni nel cls causate da un evento sismico
Un corretto approccio alla progettazione in condizioni sismiche, sia per elementi strutturali che non strutturali, non può prescindere dalle condizioni in cui il materiale base viene effettivamente a trovarsi durante il terremoto. La struttura in risposta al movimento del suolo subirà spostamenti e quindi deformazioni nei suoi elementi costitutivi. Queste deformazioni portano alla formazione e apertura di fessure negli elementi in calcestruzzo. Conseguentemente tutti gli ancoranti destinati a trasferire carichi sismici devono essere idonei per l'impiego in calcestruzzo fessurato e la loro progettazione deve essere basata sull’assunzione che le fessure nel materiale base abbiano cicli di apertura e chiusura per la durata del movimento del terreno.
Parti della struttura possono tuttavia essere sottoposte a deformazioni anelastiche estreme, come mostrato nella figura 2: nelle zone con armatura lo snervamento delle stesse barre e la variazione dell’ampiezza delle fessure possono provocare fratture di alcuni millimetri, come nelle zone di formazione delle cerniere plastiche. Le procedure di certificazione degli ancoranti attualmente non prevedono fessurazioni di tale entità. Per questo motivo, l’impiego di ancoranti nelle regioni in cui si prevede la creazione di cerniere plastiche deve essere evitata a meno che vengano prese apposite misure in fase di progettazione.


Figura 1.1. Fessurazione secondo il metodo della gerarchia delle resistenze (lp = lunghezza della cerniera plastica)

Idoneità degli ancoranti per azioni di tipo sismico
Un ancorante adatto (certificato) per essere impiegato in un calcestruzzo comunemente definito fessurato, con fessure di 0,3 mm, non è conseguentemente idoneo a resistere ad azioni sismiche, ma rappresenta solo un punto di partenza.
Durante un evento sismico i carichi ciclici nella struttura e nell’ancoraggio avvengono simultaneamente. Ne consegue che l’ampiezza delle fessure varia tra un valore minimo e massimo ed i fissaggi saranno caricati ciclicamente. Test con procedure specifiche e criteri di verifica adeguati sono quindi necessari per valutare correttamente le prestazioni di un ancorante sottoposto ad azioni sismiche. Solo gli ancoranti certificati sulla base di tali requisiti saranno adatti per connessioni rilevanti per la sicurezza.
Ancoranti generalmente idonei per resistere ad azioni sismiche sono quelli a cui può essere data una coppia di serraggio controllata e mantenuta e sono in grado di ri-espandere quando si verifica la fessurazione. Sono altresì idonei gli ancoranti che hanno un meccanismo basato sulla tenuta attraverso ingranamento nel materiale base (meccanismo di resistenza “per forma”) come nel caso di ancoranti sottosquadro. Inoltre, in alcuni ancoranti chimici sono state riconosciute buone prestazioni per resistere alle azioni sismiche. Ancoranti ad espansione a controllo di spostamento dovrebbero essere evitati considerando che le loro prestazioni sotto azione sismica si sono dimostrate inadeguate.
La tabella 1 fornisce un quadro di massima dell’idoneità dei vari tipi di ancoranti a resistere alle azioni sismiche. Il livello di idoneità dipende in larga misura da quanto evidente sia la fessurazione nel calcestruzzo e dall’ampiezza delle fessure durante un terremoto. Le classificazioni mostrate si basano su una valutazione generale dei tipi di ancoranti non facendo riferimento ad un particolare prodotto o produttore.


Si noti che la corretta valutazione della resistenza di un ancorante in presenza di carichi sismici deve sempre essere verificata consultando le certificazioni dell’ancorante stesso, essendo la tabella 2 una semplice guida per la generica individuazione delle caratteristiche e limitazioni di differenti tipologie di tasselli.

 

 Tipo di ancorante
Ancoranti a controllo
di espansione
Ancoranti chimcii
Viti per calcestruzzo
Ancoranti a controllo
di coppia
Ancoranti chimici
ad espansione
Ancoranti incamiciati a controllo di espansione
Ancoranti sottosquadro
Calcestruzzo fessurato con ampiezza di fessura, w
piccola (w < 0.5mm)
-
++
++
++
++
++
++
media (0.5 ≤ w ≤ 1.0mm)
-
+
+
+
+
++
++
grande (w > 1.0mm)
-
-
-
-
-
+
++

 

Tabella 1. Idoneità degli ancoranti per carichi sismici (- non idoneo, + limitatamente idoneo, ++ idoneo)

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