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ⓘ Ancoraggio strutturale




Ancoraggio strutturale
                                     

ⓘ Ancoraggio strutturale

Un ancoraggio strutturale è usato per connettere elementi primari o secondari a una struttura di base in calcestruzzo armato. La connessione è composta dallassemblaggio di differenti componenti: ancoraggi, piastra in acciaio, irrigidimenti. Gli ancoraggi possono trasferire azione assiale e azione di taglio. Una connessione tra elementi strutturali primari, tipica nelle costruzioni metalliche, è quella tra la colonna di acciaio e fondazione in calcestruzzo armato. Una comune applicazione degli ancoraggi strutturali ad elementi secondari, è invece la connessione tra sistemi di facciata e struttura primaria in calcestruzzo armato.

                                     

1.1. Tipologia Post-inseriti

Gli ancoraggi post-inseriti vengono installati in un apposito foro nellelemento in calcestruzzo. Il vantaggio rispetto agli ancoraggi pre-inseriti è la maggiore versatilità nel posizionamento, purtuttavìa dovendo considerare la presenza delle armature. La distinzione che segue, è basata sul principio di funzionamento dellancoraggio:

                                     

1.2. Tipologia Ancoraggi meccanici ad espansione

Il meccanismo di trasferimento delle forze è basato in parte sullingranamento meccanico, in parte sullattrito sviluppato per effetto della forza di espansione. È possibile unulteriore suddivisione:

  • a momento torcente imposto: lancoraggio 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. Un 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.
                                     

1.3. Tipologia Ancoraggi tipo undercut

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

                                     

1.4. Tipologia Ancoraggi Chimici

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 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 ed alla condizione di carico di lunga durata

                                     

1.5. Tipologia Vite da calcestruzzo

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

                                     

2.1. Comportamento Meccanico Meccanismi di rottura per forza di trazione

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

  • Sfilamento: lo ancoraggio si sfila dal foro.
  • 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.
  • 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 loasse di rivoluzione coincide con lasse dello ancoraggio. Questo tipo di rottura è osservato anche nella Prova di estrazione.
  • Rottura per Blow-out: la rottura è caratterizzata 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.
  • Rottura da splitting spacco: caratterizzata dalla formazione di un piano di fessura contenente lasse 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.

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



                                     

2.2. Comportamento Meccanico Meccanismi di rottura per forza di taglio

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

  • Rottura di bordo: la rottura è caratterizzata da una superficie semi-conica che coinvolge la prozione di calcestruzzo dallasse 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° sullorizzontale. Il meccanismo di scalzamento è tipico di pioli corti, infatti questi non subendo grosse deformazioni flessionali, sviluppano uno effetto leva.
  • Rottura lato acciaio

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

                                     

2.3. Comportamento Meccanico Azione combinata trazione/taglio

Quando lazione assiale è combinata a quella di taglio, la risultante delle forze è inclinata di un angolo compreso tra 0 e 90° rispetto allasse 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. Nella pratica progettuale, si adotta un dominio di interazione di tipo lineare.

                                     

2.4. Comportamento Meccanico Gruppo di ancoraggi

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.

                                     

2.5. Comportamento Meccanico Comportamento in Esercizio

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.

                                     

2.6. Comportamento Meccanico Condizione di carico sismico

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:

  • Taglio alternato: cicli di azione di taglio, con verso di azione opposto.
  • Azione assiale pulsante: cicli azione assiale di trazione. Non si considera efficace la azione di compressione.
  • Fessura ciclica: le fessure provocate dal danneggiamento della struttura primaria, subiscono cicli di apertura e chiusura. 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.


                                     

2.7. Comportamento Meccanico Condizione di carico eccezionale

Per carico eccezionale, qui si intende un carico applicato con una velocità superiore rispetto alla convenzionale applicazione in condizione statica. Per esempio, unazione 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. Circa le connessioni acciaio-calcestruzzo uno esempio di carico eccezionale è la collisione di un veicolo contro una barriera ancorata a una soletta in calcestruzzo. Ancoraggi soggetti a sollecitazioni eccezionali di trazione, hanno mostrato sperimentalmente uno aumento della resistenza nei meccanismi di rottura lato calcestruzzo. Nelle norme la definizione comprende anche i carichi di tipo incendio.