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Utente:Amarchisella/Sandbox

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Connessione di base colonna-fondazione[1]


Uno ancoraggio strutturale è usato per connettere elementi primari od secondari ad una struttura di base in calcestruzzo armato.[2] La connessione è composta dallo assemblaggio di differenti componenti: ancoraggi (nelle costruzioni metalliche anche definiti tirafondi), piastra in acciaio , irrigidimenti. Gli ancoraggi possono trasferire azione assiale e azione di taglio.[3] Una connessione tra elementi strutturali primari, tipica nelle costruzioni metalliche, è quella tra la colonna di acciaio e fondazione in calcestruzzo armato (cfr.figura).[4] Una comune applicazione degli ancoraggi strutturali ad elementi secondari, è invece la connessione tra sistemi di facciata ed struttura primaria in calcestruzzo armato.[5]

Tipologie modifica

 
Tipologie di ancoraggi[1]

Pre-inseriti modifica

 
Uno ancoraggio pre-inserito

Gli ancoraggi pre-inseriti vengono posizionati attraverso apposite dima prima del getto dello elemento in calcestruzzo armato. La tipica applicazione è nelle strutture di fondazione di macchine od edifici a telaio in acciaio (residenziali ed industriali).[4] Trovano una ulteriore applicazione nei connettori a taglio per le strutture composte acciaio-calcestruzzo. Gli ancoraggi pre-inseriti possono essere distinti nelle seguenti categorie[3]:

  • Ancoraggi con profilo: costituiti da un profilo a canale in acciaio sagomato a freddo od a caldo a cui vengono saldati con opportuna spaziatura dei dispositivi di ancoraggio (pioli). Questa tipologia di ancoraggio viene particolarmente usata nelle strutture prefabbricate.[6]
  • Pioli con testa: utilizzati come connettori di taglio nelle strutture composte acciaio-calcestruzzo[7]

Per ogni tipologia di ancoraggio pre-inserito, il trasferimento delle forze avviene mediante lo ingranamento meccanico. In particolare, la parte annegata dello ancoraggio scambia pressioni concentrate a livello con il calcestruzzo circostante; questo avviene in entrambi i casi di forza assiale e di taglio. Il cimento in compressione, per effetto di uno stato triassiale di sforzo puo' raggiungere valori superiori ad 10 volte la resistenza a compressione del calcestruzzo.[3]

Post-inseriti modifica

Gli ancoraggi post-inseriti vengono installati in uno apposito foro nello elemento in calcestruzzo.[3] Il vantaggio rispetto agli ancoraggi pre-inseriti è la moaggiore versatilità nel posizionamento, purtuttavìa dovendo considerare la presenza delle armature. La distinzione che segue, è basata sul principio di funzionamento dello ancoraggio:

Ancoraggi meccanici ad espansione modifica

 
Esempio di ancoraggio meccanico ad espansione (a cuneo)

Il meccanismo di trasferimento delle forze è basato in parte sullo ingranamento meccanico, in parte sullo attrito sviluppato per effetto della forza di espansione. E' possibile una ulteriore suddivisione[3]:

  • a momento torcente imposto: lo ancoraggio è inserito nel foro e viene bloccato dalla applicazione di un momento torcente alla testa della vite con una chiave dinamometrica. Il serraggio garantisce che il cuneo di estremità rientri nella camicia, deformandola permanentemente per effetto della forza di espansione. Uno esempio di ancoraggio ad espansione con cuneo è mostrato in figura.
  • a spostamento imposto: il funzionamento è simile a quelle a momento torcente imposto. Il cuneo viene tuttavia spinto attraverso martellamento.

Ancoraggi tipo undercut modifica

Il meccanismo di trasferimento delle forze è basato sullo ingranamento meccanico. Una speciale operazione di foratura, crea la superficie di contatto tra la testa dello ancoraggio ed il calcestruzzo circostante. Il trasferimento delle pressioni di contatto avviene in modo simile agli ancoraggi meccanici ad espansione.

Ancoraggi Chimici modifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Ancoraggio chimico.

Uno ancoraggio chimico è lo insieme di barra di acciaio filettata od nervata ed agente adesivo. Nel trasferire la azione assiale, lo ancoraggio impegna la aderenza che si sviluppa tra lo agente adesivo ed la parete del foro (calcestruzzo). Il trasferimento del taglio avviene invece secondo i meccanismi tipici degli altri ancoraggi. Le prestazioni dello ancoraggio, in termini di carico massimo di trazione applicabile, sono strettamente legate alle condizioni di pulizia del foro. Risultati sperimentali [3] mostrano come in condizioni di pulizia non completa, la riduzione della capacità è fino al 60% rispetto a quella di riferimento. Lo stesso si constata anche variando le condizioni di umidità del calcestruzzo. Nel caso di calcestruzzo saturo di acqua, la riduzione del carico massimo è del 20%. Ulteriori condizioni critiche di impiego sono legate alla esposizione alle alte temperature[8] ed alla condizione di carico di lunga durata [9]

Vite da calcestruzzo modifica

Questo tipo di ancoraggio trasferisce forze di trazione scambiando pressioni concentrate attraverso la filettatura.

Ancoraggi plastici modifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Tassello.

Comportamento Meccanico modifica

Meccanismi di rottura per forza di trazione modifica

Gli ancoraggi mostrano differenti modi di rottura quando sottoposti a forza di trazione:[3]

  • Rottura lato acciaio: la barra di acciaio è meno resistente di tutti i meccanismi di rottura lato calcestruzzo. La rottura segue lo snervamento dello acciaio.
  • Sfilamento: lo ancoraggio si sfila dal foro.
  • Cono di calcestruzzo: la rottura coincide con la formazione di una superficie di rottura conica nel calcestruzzo. Il cono ha vertice coincidente con la testa dello ancoraggio e lo asse di rivoluzione coincide con l'asse dello ancoraggio.[10] Questo tipo di rottura è osservato anche nella Prova di estrazione. [11] [12]
  • Rottura da splitting (spacco): caratterizzata dalla formazione di un piano di fessura contenente l'asse dello ancoraggio. Questo tipo di rottura è tipico per ancoraggi installati in prossimità dei bordi dello elemento di base in calcestruzzo, od per elementi in calcestruzzo di dimensioni limitate.
  • Rottura per Blow-out: la rottura è caraterizzata dalla espulsione laterale del calcestruzzo circostante a livello della testa dello ancoraggio. Questo tipo di rottura è caratteristico degli ancoraggi pre-inseriti installati in prossimità dei bordi dello elemento in calcestruzzo.[3]

Nelle verifiche strutturali a stato limite ultimo, le norme prescrivono di considerare tutti i possibili meccanismi di rottura.[13]

  •  
    Rottura lato acciaio [1]
  •  
    Cono di calcestruzzo[1]
  •  
    Sfilamento - 1[1]
  •  
    Sfilamento - 2[1]
  •  
    Rottura per blow-out[1]
  •  
    Spacco

Meccanismi di rottura per forza di taglio modifica

Gli ancoraggi mostrano differenti modi di rottura quando sottoposti a forza di taglio:[3]

  • Rottura lato acciaio
  • Rottura di bordo: la rottura è caratterizzata da una superficie semi-conica che coinvolge la prozione di calcestruzzo dall'asse dello ancoraggio al bordo più vicino.
  • Scalzamento:la rottura è caratterizzata da una superficie semi-conica che parte della zona della testa dello ancoraggio e si sviluppa con angolo di 35-45° sull'orizzontale. Il meccanismo di scalzamento è tipico di pioli corti, infatti questi non subendo grosse deformazioni flessionali, sviluppano uno effetto leva.[14]

Nelle verifiche strutturali a stato limite ultimo, le norme prescrivono di considerare tutti i possibili meccanismi di rottura.[13]

  •  
    Rottura di bordo[1]
  •  
    Rottura per scalzamento[1]

Azione combinata trazione/taglio modifica

Quando l'azione assiale è combinata a quella di taglio, la risultante delle forze è inclinata di un angolo compreso tra 0 e 90° rispetto all'asse dello ancoraggio. In questo caso, la rottura avviene per un meccanismo combinato tra quelli summenzionati. Il carico di rottura è inferiore rispetto alla condizione disaccoppiata.[3] Nella pratica progettuale, si adotta un dominio di interazione di tipo lineare.[15]

Gruppo di ancoraggi modifica

 
Gruppo di due ancoraggi chimici formanti coni di calcestruzzo sovrapposti[16]

Quando gli ancoraggi sono assemblati in gruppo, il loro comportamento meccanico (taglio e/o trazione) dipende da: (i) spaziatura tra i componenti del gruppo; (ii) possibile differenza nelle forze applicate.[17]

Comportamento in Esercizio modifica

Sotto carichi di esercizio (trazione e/o taglio) lo spostamento dello ancoraggio deve essere limitato. Lo spostamento limite è definito in un documento tecnico di valutazione (specifico per ogni ancoraggio) basato su caratterizzazione sperimentale del comportamento meccanico.[18] [19]

Condizione di carico sismico modifica

Ancoraggi installati in strutture in calcestruzzo armato soggette a sollecitazione di tipo sismico, possono contemporaneamente (i) essere soggetti a forze di inerzia proporzionali alla massa ed alla accelerazione della struttura secondaria connessa; (ii) essere installati in una fessura provocata dal danneggiamento della struttura primara in calcestruzzo. Le condizioni di carico possono essere definite come segue:

  • Azione assiale pulsante: cicli azione assiale di trazione. Non si considera efficace la azione di compressione.
  • Taglio alternato: cicli di azione di taglio, con verso di azione opposto.
  • Fessura ciclica: le fessure provocate dal danneggiamento della struttura primaria, subiscono cicli di apertura e chiusura.[2] Lo ancoraggio installato in un piano di fessura soggetta a cicli di apertura e chiusura, mostra (i) una minore resistenza alle sollecitazioni di taglio e trazione e (ii) uno spostamento maggiore a parità di carico imposto, rispetto alla condizione non-fessurata.[3]

Condizione di carico eccezionale modifica

Per carico eccezionale, qui si intende un carico applicato con una velocità superiore rispetto alla convenzionale applicazione in condizione statica. Per esempio, una azione di trazione eccezionale per uno ancoraggio ha un tempo di carico pari a 0.03 secondi, mentre il tempo convenzionale durante una prova sperimentale è pari a 100 secondi se ci si riferisce al carico di picco.[20] Circa le connessioni acciaio-calcestruzzo uno esempio di carico eccezionale è la collisione di un veicolo contro una barriera ancorata ad una soletta in calcestruzzo. Ancoraggi soggetti a sollecitazioni eccezionali di trazione, hanno mostrato sperimentalmente[21] uno aumento della resistenza nei meccanismi di rottura lato calcestruzzo. Nelle norme[7] la definizione comprende anche i carichi di tipo incendio.

Gallery modifica

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    Ancoraggio ad espansione tipo cuneo - 1
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    Ancoraggio tipo undercut
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    Ancoraggio ad espansione con camicia
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    Ancoraggio ad espansione tipo cuneo - 2
  •  
    Ancoraggio chimico
  •  
    Vite da calcestruzzo

Bibliografia modifica

  1. ^ a b c d e f g h i Design Guide For Steel To Concrete Connections, University Of Texas Austin, 2010.
  2. ^ a b Behavior and testing of anchors in simulated seismic cracks, in ACI Structural Journal, vol. 105, n. 3, 2008, pp. 348–357..
  3. ^ a b c d e f g h i j k Anchors In Concrete Structures, Ernst&Shon, 2006, ISBN 978-3433011430.
  4. ^ a b Strutture in Acciaio, Milano, Hoepli, 1982.
  5. ^ IStructE, Aspects of Cladding, London, 1988.
  6. ^ Precast Concrete Structures, Berlin, Ernst&Shon, 2012, ISBN 0-7506-5084-2.
  7. ^ a b MIT ITALIA, NORME TECNICHE DELLE COSTRUZIONI, Rome, Ministero delle Infrastrutture, 2008, p. 39.
  8. ^ Idealization of bond stress-slip relationship at elevated temperatures based on pullout tests, in ACI Structural Journal, n. 115, 2018, DOI:10.14359/51701120.
  9. ^ Long-Term Performance of Adhesive Bonded Anchors, in ACI Structural Journal, n. 113, 2016, pp. 251–262, DOI:10.14359/51688060..
  10. ^ A fracture mechanics based description of the pull-out behavior of headed studs embedded in concrete, in Fracture mechanics of concrete structures, 1989, pp. 281–299, DOI:10.18419/opus-7930.
  11. ^ Testing of Concrete in Structures, London, Blackie Academic & Professional, 1996, ISBN 0-203-48783-4.
  12. ^ Deformation and Failure in Large-Scale Pullout Tests, in ACI Structural Journal, n. 80, 1984.
  13. ^ a b ACI, ACI 318-14 Building code requirements for structural concrete, 2014, ISBN 978-0-87031-930-3.
  14. ^ Pryout Capacity of Cast-In Headed Stud Anchors, in PCI Journal, 2005, pp. 90–112.
  15. ^ ACI, ACI 349.2 Guide to the Concrete Capacity Design ( CCD ) Method — Embedment Design Examples, in Concrete, Ccd, 2004, pp. 1–77.
  16. ^ Adhesive Anchors Behaviour And Spacing Requirements, University Of Texas Austin, 1989.
  17. ^ Behavior of anchor groups installed in cracked concrete under simulated seismic actions base Under, 2010.
  18. ^ European Assessment Documents and European Technical Assessments, su ec.europa.eu.
  19. ^ How to find a TAB, su eota.eu.
  20. ^ Chemically bonded anchors subjected to rapid pullout loading, in ACI Materials Journal, vol. 100, n. 3, 2003, pp. 246–252.
  21. ^ George Solomos, Testing of Anchorages in Concrete under Dynamic Loading, Ispra, Joint research Centre.

Voci correlate modifica


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Categoria:Strutture

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