Dalla norma al cantiere: come progettare ancoraggi sismici sicuri con le viti per calcestruzzo CLR Plus

In questo articolo verranno approfonditi i seguenti argomenti:

• Applicazione della norma EN 1992-4 alla progettazione di ancoraggi meccanici in calcestruzzo fessurato/non fessurato, con particolari riferimenti alle condizioni sismiche.
• Utilizzo delle viti CLR Plus certificate secondo ETAG e TR045 in classe sismica, e relative indicazioni sulle verifiche di progetto (resistenza a trazione/taglio, profondità minima, distanze e spessori).
• Approccio operativo, dal calcolo teorico (metodo Concrete Capacity) ai dettagli pratici di posa e verifica in cantiere, anche con esempi applicativi e raccomandazioni sulle best practice.

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Progettazione antisismica: un’esigenza importante

I terremoti, generati dal rilascio di tensioni accumulate nella crosta terrestre, soprattutto in regioni di incontro tra placche tettoniche, propagano onde sismiche che causano spostamenti e accelerazioni della superficie terrestre. Un parametro chiave nel campo dell'ingegneria sismica è quello dei valori di accelerazione attesi su suolo rigido con una probabilità di eccedenza del 10% in 50 anni. Questa metrica corrisponde a un periodo di ritorno di 475 anni e costituisce la base per la progettazione e la realizzazione di un sistema antisismico efficace, che deve tenere conto di tutti i fattori che influenzano un evento sismico per proteggere al meglio vite umane e infrastrutture.

Le accelerazioni attese e le relative azioni sismiche che ne derivano, impongono una rigorosa attenzione alla sicurezza strutturale di ogni componente edilizio, portando l'attenzione anche sulla progettazione e la verifica degli ancoraggi, la cui importanza è specificamente trattata da precise normative tecniche.

La verifica e la progettazione degli ancoraggi in zona sismica sono regolate da normative europee e nazionali, come la Linea Guida Europea ETAG 001, allegato E, EOTA TR 049, EAD 30232-00-0601, EOTA TR 045 e la norma EN 1992-4.

Questi documenti stabiliscono i criteri per la qualificazione e il dimensionamento sismico.

Quando gli ancoranti vengono impiegati in strutture portanti sottoposte ad azione sismica - e quindi a sollecitazioni eccezionali e dinamiche - la loro valutazione e dimensionamento diventano un passaggio cruciale per la sicurezza strutturale. Questo processo tecnico-normativo si è evoluto: inizialmente regolato dall'ETAG 001, allegato E, è stato aggiornato con l'introduzione dell'EAD 330232-00-0601, che stabilisce le metodologie di valutazione.

La progettazione antisismica vera e propria, tuttavia, è specificata in documenti chiave quali la norma EN 1992-4 e il rapporto tecnico EOTA TR 045.

Questi standard forniscono sia i valori non dipendenti dal prodotto (generici) necessari per il dimensionamento, sia la necessità imprescindibile di utilizzare i valori dipendenti dal prodotto, che sono specificati nella Valutazione Tecnica Europea (ETA) del singolo ancorante.

In sostanza, un ancorante può essere correttamente progettato e utilizzato in zona sismica solo se i suoi valori specifici per tali applicazioni sono stati rigorosamente determinati e documentati durante la procedura di valutazione ETA, garantendo così la sua performance sotto l'impatto di un terremoto. 

  

Categorie sismiche C1 e C2: prove, limiti e campi d’impiego

La qualifica degli ancoranti in caso di azioni sismiche è stata disciplinata in Europa a partire dalla pubblicazione della linea guida ETAG001 Allegato E all’inizio del 2013, sostituita poi dal TR049. Gli ancoranti soggetti a questa procedura di certificazione devono comprendere nell’ETA tutti i dati tecnici richiesti per la progettazione sotto azioni sismiche.

L’idoneità ai carichi sismici è definita secondo due categorie:

Categoria sismica C1: simile alla procedura di qualifica USA ICC-ES e comporta test ciclici su una fessura fino a 0,5mm.

Le applicazioni più frequenti sono:

• supporti per impianti meccanici ed elettrici;

• corpi illuminanti e controsoffitti;

• ancoraggio di elementi in acciaio (macchinari industriali, scale, parapetti, scaffalature);

• sistemi per facciate ventilate;

• sistemi antincendio.

Categoria sismica C2: la più restrittiva e severa. Essa non solo valuta la resistenza dell'ancorante agli stati limite ultimi (come la C1), ma anche la sua prestazione in termini di deformazione agli stati limite di danno e agli stati limite ultimi. Comprende prove dinamiche con variazione di ampiezza della fessura fino a 0,8 mm e carichi pulsanti ciclici.

Le applicazioni più frequenti sono:

• interventi di miglioramento sismico;

• fissaggio di strutture in acciaio su calcestruzzo;

• fissaggio di macchine industriali;

• ancoraggio sul basamento in cls di strutture in legno.

La certificazione europea per la resistenza alle azioni sismiche prevede protocolli di prova più severi di quelli americani, infatti il massimo livello di severità dei test previsti dalle norme statunitensi ICC-ES è paragonabile a quello richiesto in Europa per la certificazione in categoria C1.

Per quanto riguarda l'Italia, le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) stabilite nel D.M. 17 gennaio 2018 (NTC2018) richiedono esplicitamente che gli ancoranti per uso strutturale in presenza di azioni sismiche debbano essere qualificati secondo la categoria C2.

  

Sollecitazione e resistenza degli ancoranti nella progettazione sismica

La progettazione antisismica di un ancorante è strettamente interconnessa con il dimensionamento della struttura portante, poiché il carico che grava sull'ancorante è influenzato dalla frequenza propria di oscillazione sia della struttura portante che dell'elemento di fissaggio.

È possibile stimare il valore dell'accelerazione massima adimensionalizzata rispetto a quella di gravità S_a in un dato punto all'interno della struttura ricorrendo all’equazione:

Dove:

• z: altezza del baricentro dell'elemento strutturale rispetto al piano di fondazione.
• H: altezza dell’edificio dal piano di fondazione.
• A_a​: fattore di incremento per tenere conto della frequenza di oscillazione propria del componente fissato tramite ancorante.
• S: coefficiente che tiene conto della categoria del sottosuolo e delle condizioni topografiche.
• α: è il rapporto tra l’accelerazione massima del terreno a_g su sottosuolo di tipo A da considerare nello stato limite in esame e l’accelerazione di gravità g

Questa equazione permette di convertire il valore dell'accelerazione ricavata dallo spettro di risposta del suolo in quello relativo ai piani dell'edificio. In questo modo, vengono calcolate le forze che agiscono sui singoli ancoranti.

La sollecitazione sull'ancorante (intesa come forza sismica orizzontale) è determinata dall'accelerazione sull'elemento non strutturale, applicando l'equazione:

F_a = (S_a x W_a x γ_a​) / q_a

Dove:

• S_a​: accelerazione massima adimensionalizzata rispetto a quella di gravità.
• W_a​: massa dell'elemento espressa in kN.
• γ_a​: coefficiente di importanza dell'elemento non strutturale.
• q_a​: fattore di struttura dell'elemento non strutturale.

Il fattore di struttura q_a​ tiene conto della possibile deformazione plastica/duttilità dell'elemento non strutturale.

Partendo dal valore relativo alla sollecitazione, in funzione della costruzione, è possibile calcolare la sollecitazione applicata sull'ancorante. Qualora la sollecitazione sull'ancorante o sull'insieme di ancoranti sia nota, è possibile confrontarla con la resistenza calcolata secondo EN 1992-4 o TR 045.

  

Resistenza degli ancoranti sismici

Verifiche secondo EN 1992-4 e TR 045: resistenze e coefficienti sismici

Il calcolo della capacità portante di ancoraggi o gruppi di ancoraggi in presenza di sisma deve seguire rigorosamente la norma EN 1992-4 o il rapporto tecnico TR 045.

Tale calcolo richiede l'integrazione dei parametri sismici specifici dell'ancorante, noti come coefficienti di riduzione sotto carico pulsante. Questi fattori devono essere usati per ridurre i valori di resistenza statici ottenuti in condizioni normali.

Per la verifica sismica, la documentazione di omologazione (ETA) può fornire direttamente le resistenze caratteristiche a trazione e taglio per carichi sismici.

 

  

Tali valori sono distinti in base al meccanismo di rottura dominante e specificati in funzione della categoria di performance sismica (C1 o C2). Pertanto, l'ETA include i valori di resistenza sismica per rottura dell'acciaio e per sfilamento.

La resistenza caratteristica per tutti gli altri meccanismi di rottura è calcolata come se la sollecitazione fosse statica (non sismica) e riducendola applicando opportuni fattori di riduzione

Il valore di resistenza di progetto R_d,seis di un ancorante viene calcolato con l'equazione:

R_d,seis = R_k,seis​ /  γ _M,seis​

Dove:

• R_k,seis​: valore caratteristico della resistenza per il meccanismo di rottura considerato
• γ _M,seis​: coefficiente parziale di sicurezza del materiale.

Questi valori sono specificati nell'ETA. Qualora non venissero indicati, fanno fede i valori relativi alla sollecitazione non sismica.

La resistenza caratteristica R_k,seis​ per il meccanismo di rottura considerato, si calcola attraverso la relazione:

R_k,seis​ = α_gap​ x α_seis​ x R⁰_k,seis0​

dove:

• α_gap​: coefficiente di riduzione della resistenza che tiene conto dello spazio anulare tra l’ancorante e l'elemento fissato. È pari a 1 se non vi è spazio tra i due elementi, altrimenti assume valore 0,5.
• α_seis​: coefficiente di riduzione della resistenza che tiene conto del meccanismo di rottura e della disposizione dell'ancorante (gruppo o singolo).
• R⁰_k,seis0​: valore caratteristico iniziale della resistenza per un singolo ancorante.

  

CLR Plus: la soluzione certificata per le aree sismiche

Simpson Strong-Tie | Friulsider ha sviluppato la nuova gamma di viti per calcestruzzo CLR Plus, progettata per rispondere alle esigenze più avanzate di installatori e progettisti. È un elemento di fissaggio specificamente progettato per ancorarsi direttamente e saldamente all'interno di materiali duri come il calcestruzzo, il mattone pieno o la pietra.

  

Scopri tutto sulla vite CLR Plus

 

 

Questa vite per calcestruzzo di nuova generazione offre prestazioni elevate, rapidità d’installazione e versatilità. La sua idoneità è attestata dalle certificazioni ETA e sismiche C1 e C2, rendendola una soluzione sicura anche in zone ad alto rischio sismico.

La sua principale caratteristica, e ciò che la distingue dalle viti tradizionali e dagli ancoranti ad espansione (tasselli), è il funzionamento.

La CLR Plus non richiede un tassello ma viene inserita direttamente in un preforo precedentemente realizzato nel supporto.

È dotata, inoltre, di una filettatura profonda, indurita e auto-tagliente. Quando viene avvitata, questa filettatura taglia un "maschio" (crea la filettatura) nel materiale di base (il calcestruzzo), creando un ancoraggio meccanico solido lungo tutta la profondità di installazione.

Progetta in conformità con EN 1992-4 e TR 045

Utilizza il software gratuito di Friulsider per il dimensionamento e la verifica degli ancoraggi in calcestruzzo, anche in condizioni sismiche.

👉 Scarica il software di calcolo Friulsider   

 

Viti per calcestruzzo CLR Plus: caratteristiche tecniche e vantaggi

• Installazione veloce: richiede solo un preforo e l'avvitamento, riducendo i tempi di manodopera.
• Ancoraggio senza espansione: fa presa si basa sul taglio della filettatura, non sulla pressione di espansione. Questo:
  • riduce le tensioni nel calcestruzzo circostante
  • permette installazioni più vicine ai bordi o tra loro.
• Elevate capacità di carico: CLR Plus presenta eccellenti capacità di carico, sia a trazione che a taglio.
• Fino a tre profondità di posa certificate: la vite dispone di fino a tre profondità di ancoraggio, tutte incluse nella certificazione, per la massima flessibilità applicativa. La stessa vite può essere utilizzata sia per fissaggi su elementi sottili che su materiali più spessi, con la capacità di carico proporzionata alla profondità di ancoraggio.
• Geometria ottimizzata: la speciale geometria del filetto ottimizza l’intaglio del calcestruzzo, riducendo i tempi di posa e garantendo sicurezza anche in condizioni di sollecitazioni estreme. Ciò si traduce in una rapidità d’installazione grazie alla bassa coppia di avvitamento.
• Versatilità di utilizzo: È ideale per fissaggi su calcestruzzo fessurato e non, muratura e pietra compatta. Inoltre, supporta tre profondità di posa per la massima versatilità.
• Rondella sismica: l'utilizzo della rondella sismica opzionale migliora ulteriormente la resistenza al taglio e assicura un comportamento monolitico delle connessioni durante le azioni dinamiche.
• Riutilizzabilità: la vite è riutilizzabile in applicazioni temporanee in cantiere. La sicurezza di riutilizzo può essere verificata con un calibro dedicato.

 

   

La gamma completa di viti per calcestruzzo CLR Plus

CLR Plus è disponibile con diverse tipologie di teste per adattarsi a ogni esigenza tecnica ed estetica:

• CLR Plus H (Testa Esagonale): Per ancoraggi strutturali ad alto carico, tipici di carpenterie metalliche e in legno.

• CLR Plus SK (Testa Svasata): Per fissaggi a filo superficie, ideale per esigenze estetiche o per evitare interferenze.

• CLR Plus P (Testa Bombata/A Fungo): Per applicazioni con requisiti estetici o dove è preferibile una sporgenza ridotta.

• CLR Plus I (Dado Connettore Filettato Internamente): Per il fissaggio di elementi con filettatura metrica, come barre filettate o accessori per la sospensione di impianti.

  

   

• CLR Plus Inox A4: la disponibilità della versione inox A4 la rende adatta per applicazioni in ambienti fortemente corrosivi (esterno, impianti industriali, zona marina), garantendo la massima durabilità nel tempo.

La vite CLR Plus è la risposta di nuova generazione per il fissaggio in calcestruzzo, combinando l'aderenza alle normative sismiche più stringenti con una semplicità d'uso e versatilità apprezzate da ingegneri strutturisti, architetti e installatori.

Conclusioni

La progettazione e l'uso di ancoranti in zona sismica sono processi complessi e fondamentali per la sicurezza, regolati da standard che richiedono l'uso di prodotti con specifiche prestazioni, come dimostrato dalla CLR Plus che combina la rispondenza alle normative più stringenti (certificazione C2) con una semplicità d'uso e versatilità (assenza di espansione e rapidità d'installazione).