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1www.hilti.it Seminario Università di Tor Vergata, 30.04.2009
Hilti. Passione. Performance.
La progettazione delle connessioni mediante ancoranti in zona sismica
ing. Alberto Casagrande Responsabile Divisione Tecnica Hilti Italia S.p.A.
Roma, 30 aprile 2009
2www.hilti.it Seminario Università di Tor Vergata, 30.04.2009
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Indice
Introduzione
Inquadramento normativoLa normativa nazionale ed europeaLa normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismicaGeneralitàI requisiti degli ancoranti installati in zona sismicaLa simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2Le certificazioni ICC-ES ReportIl concetto di duttilitàLa corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
3www.hilti.it Seminario Università di Tor Vergata, 30.04.2009
Hilti. Passione. Performance.L’Aquila 2009(foto: Corriere della Sera)
4www.hilti.it Seminario Università di Tor Vergata, 30.04.2009
Hilti. Passione. Performance.
L’Aquila 2009(foto: Corriere della Sera)
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Kobe (Great Hanshin) earthquake, Japan, January 17, 1995, 5:46 amKarl V. Steinbrugge Collection - NISEE
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(photos courtesy of M. Ohkubo )
Air conditioning unit1995 Kobe earthquake
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“The Hyogo-Ken Nanbu Earthquake of January 17, 1995 – NRC/DOE Reconnaissance Report – Draft”, Chokshi, N.C, et al., U.S. Nuclear Regulatory Commission, Rockville, Maryland, 1996.
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Northridge earthquake, Southern California, January 17, 1994, 4:31 amKarl V. Steinbrugge Collection - NISEE
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Karl V. Steinbrugge Collection - NISEE
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Indice
Introduzione
Inquadramento normativoLa normativa nazionale ed europeaLa normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismicaGeneralitàI requisiti degli ancoranti installati in zona sismicaLa simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2Le certificazioni ICC-ES ReportIl concetto di duttilitàLa corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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Art. 2 - Condizioni di immissione sul mercatoI prodotti possono essere immessi sul mercato solo se idonei all’impiego previsto. Sono idonei i prodotti dotati di caratteristiche tali da rendere le opere sulle quali devono essere incorporati o comunque installati, se adeguatamente progettate e costruite, conformi ai requisiti essenziali di cui all’allegato A, se e per quanto tali requisiti sono prescritti.I prodotti che recano il marchio si presumono idonei all’impiego previsto.
DIRETTIVA EUROPEA SUI PRODOTTI PER LE COSTRUZIONI
Gli Stati Membro devono prendere tutte le misure necessarie per assicurare che i prodotti di cui all‘art.1 [prodotti realizzati per essere installati in modo permanente nelle opere civili, includendo in tal senso tutte le costruzioni e le opere dell‘ingegneria civile] siano inseriti nel mercato unicamente se idonei per il loro specifico impiego [...].
REGOLAMENTO DI ATTUAZIONE DELLA DIRETTIVA 89/106/CEE
CPD 89/106/CEE
DPR n°246/93
L’eventuale AZIONE SISMICA non viene mai considerata
ETAG 001
Inquadramento nomativo
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NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI (D.M. 14 Gennaio 2008)NTC 2008
Art. 1 – Le presenti Norme Tecniche per le costruzioni definiscono i principi per il progetto, l‘esecuzione e il collaudo delle costruzioni, nei riguardi delle prestazioni loro richieste in termini di requisiti essenziali di resistenza meccanica e stabilità [...] trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale delle opere. Circa le indicazioni applicative per l‘ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non espressamente specificato nel presente documento, ci si può riferire a normative di compravata validità [...].
La normativa americana sull‘impiego strutturale dei sistemi di ancoraggio post-installati, così come la linea guida ETAG 001, si basa sul Concrete Capacity Design. Risulta quindi possibile impiegare tali norme nel caso si voglia fare una valutazione della resistenza degli ancoranti soggetti ad azioni sismiche.
ICC-ES(AC193 & AC308) ETAG 001
CCD Concrete Capacity Design
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CertificazioneProgettazione
Progettazione e certificazione dei prodotti – Europa
European Committee for Standardization (CEN)
European Organization for Technical Approval (EOTA)
European Technical Approval (ETA)
Applicazione
European Technical ApprovalGuideline (ETAG) a)
OrganizzazioneLinea GuidaCodice / StandardCertificazione
a) ETAG per carichi sismici in fase di sviluppo
Eurocodici
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CertificazioneProgettazione
American Concrete Institute
(ACI)
ASCE 7(Loads)
International Code Council Evaluation Services (ICC-ES)
Evaluation Services Report (ESR)
Applicazione
ACI 355.2 (Anchorage)
ICC-ES Acceptance Criteria (AC193 & AC308)
OrganizzazioneLinea GuidaCodice / StandardCertificazione
ACI 318(RC design)
American Society of
Civil Engineers
(ASCE)
International Code Council
(ICC)
IBC
Progettazione e certificazione dei prodotti – U.S.A
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Indice
Introduzione
Inquadramento normativoLa normativa nazionale ed europeaLa normativa negli Stati Uniti
La progettazione degli ancoranti in zona sismicaGeneralitàI requisiti degli ancoranti installati in zona sismicaLa simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2Le certificazioni ICC-ES ReportIl concetto di duttilitàLa corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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Struttura secondaria
Struttura primaria
Durante un terremoto l’ancorante è sottoposto a:1) Cicli di carico2) Variazione dell’ampiezza delle fessure
Tagl
io
Ampiezzafessure
Traz
ione
Carichi
L’azione sismica sull’ancorante
Terremoto Struttura Ancorante
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Le azioni sismiche conducono a:
(1) Test addizionali per qualificare gli ancoranti verificando la risposta ad azioni sismiche
(2) Modifiche alle procedure “standard” di progettazione degli ancoranti:i. Restrizioni circa il campo di utilizzo di un ancoranteii. Riduzione della resistenza di progetto di un ancoranteiii. Regole di progettazione che prevengano rotture degli
ancoranti e che eventualmente impongano una specifica modalità di rottura
Azioni sismiche sugli ancoranti
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essere certificato per l’impiego in
essere progettato appicando ulteriori coefficienti di sicurezza che riducano le resistenzedi progetto
essere certificato mediante un non precedente al 2007
superare i test di simulazione sismica secondo l’
garantire che il sistema di ancoraggio abbia i necessari requisiti di
Qualora l’ancorante non possa garantire che il suo meccanismo critico sia la rottura duttile dell’elemento metallico, è necessario che il nodo nel suo complesso sia progettato in modo da consentire un meccanismo di rottura duttile con un carico inferiore a quello di progetto dell’ancorante stesso.
Requisiti essenziali di un ancorante qualificato per l’impiego in zone sismiche
L’ancorante deve:
calcestruzzo fessurato
ICC-ES Report
ACI 355.2
duttilità
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Test sismico a trazione
RequisitiTutti gli ancoranti devono passare il test e, al termine della prova, avere una resistenza residua a trazione non inferiore all’80% della capacità di riferimento.
Resistenza del calcestruzzo: bassaAmpiezza fessure: Δw = 0,5 mm
trazione
30 10010
Ns = 50%Nu
Ni = 1/2(Ns -Nm )+Nm
Nm = 25%Nu
cicli
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Test sismico a taglio Resistenza del calcestruzzo: bassaAmpiezza delle fessure: Δw = 0,5 mm
cicli
taglio
100
Vs = 50%Vu
Vi = 1/2(Vs -Vm )+Vm
Vm = 25%Vu
10
30
RequisitiTutti gli ancoranti devono passare il test e, al termine della prova, avere una resistenza residua a taglio non inferiore all’80% della capacità di riferimento.
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Test su tavola vibrante in scala 1:1
Englekirk Center
Jacobs School of Engineering
University of Calif. San Diego
www.ucsd.edu
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1°
4°
7°
Pendinatura verticale
Irrigidimento antisismico
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http://www.icc-es.org/reports
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La progettazione degli ancoranti in zona sismicaGeneralitàI requisiti degli ancoranti installati in zona sismicaLa simulazione sismica secondo lo Standard ACI 355.2Le certificazioni ICC-ES ReportIl concetto di duttilitàLa corretta scelta dell‘ancorante
Esempio di calcolo
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Qualora l’ancorante NON possa garantire che il suo meccanismo critico sia la rottura duttile dell’elemento metallico, è necessario che il nodo, nel suo complesso, sia progettato in modo da consentire un meccanismo di rottura duttile con un carico inferiore a quello di progetto dell’ancorante stesso.
Il concetto di duttilità
Un sistema di ancoraggio realizzato con ancoranti post-installati deve garantire i necessari requisiti di duttilità.
Un ancorante post-installato ha un comportamento duttile o fragile?
E’ necessario studiare ogni caso specifico, considerando:E’ impossibile stabilite a priori se
la rottura di un ancorante avvenga in maniera duttile o fragile. il contesto in cui è installato l’ancorante
la geometriail tipo di sollecitazione agenteil meccanismo di collassola formazione di cerniere plastiche
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1. Ancoraggio progettato per rottura duttile dell’ancorante
FyFeq
Il concetto di duttilità
Ancorante duttile
Piastra di ancoraggio rigida
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2. Ancoraggio progettato per formazione di cerniera plastica nell’elemento da fissare
Il concetto di duttilità
Cerniera plastica
Mp Feq Mp Feq
Mp
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3. Ancoraggio progettato in funzione della resistenza del sistema fissato
Il concetto di duttilità
Vult Feq
Ancorante progettato per rottura dell’elemento in legno
Distanza dal bordo troppo piccola per garantire la rottura duttile lato acciaio del tassello.
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4. Ancoraggio progettato amplificando la forza sismica
Il concetto di duttilità
Feq
Feq
FeqFv
h
sNeq
Azione sollecitante l’ancorante determinata da un multiplo dell’azione sismica di progetto.
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Il concetto di duttilità
Taglio e momento torcenteIn un sistema si ancoraggio sottoposto ad azioni di taglio, la presenza di uno o più bordi nel calcestruzzo può influire in maniera decisiva sulla modalità di rottura del sistema stesso.
Rottura duttile dell’elemento in acciaio
A favore di sicurezza, la normativa prescrive di far assorbire il taglio ai soli ancoranti più vicini al bordo, considerando non sollecitati a taglio gli altri tasselli.
Rottura fragile del bordo di calcestruzzo
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Disposizione degli ancoranti nella piastra di ancoraggio
Caso realeCaso ideale
Nei gruppi di ancoranti, risulta fondamente la modalità di trasferimento dell’azione di taglio tra piastra e tassello. Può succedere che solo alcuni tasselli entrino in contatto con la piastra, rendendo così disomogenea la risposta del sistema di ancoraggio sollecitato a taglio.
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L’utilizzo del Dynamic SetAl fine di distribuire l’azione di taglio su TUTTI i tasselli costituenti il sistema di ancoragio, è possibile:
1) saldare i tasselli alla piastra
2) riempire lo spazio anulare tra piastra e tassello con resina
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Esempio di calcolo
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Tabella riassuntiva ancoranti
DenominazioneCertificazione Ancorante utilizzabile
Resistenza dell’ancoranteETA
ICC-ES
Reportin cls
fessuratoin zone a sismicità
Ancoranti meccanici
Ancorante HDASì media o alta alta
Ancorante HSL-3Sì media o alta alta
Ancorante HST--- Sì bassa media
Ancoranti chimici
Ancorante HIT-RE 500 SD
Sì media o alta alta
Ancorante HVZ
--- Sì bassa alta
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Esempio di calcolo