La norma europea EN 1992-4 “Progettazione delle strutture in calcestruzzo – Parte 4: Progettazione di fissaggi per utilizzo nel calcestruzzo”, costituisce la parte 4 dell’Eurocodice 2, già ampiamente utilizzato da molti anni nell’ambito delle opere in cemento armato. Recepita in Italia con la UNI EN 1992-4, essa deve essere considerata a tutti gli effetti una norma nazionale.
UNI EN 1992-4:2018: la prima norma sugli ancoraggi strutturali e non in elementi portanti in calcestruzzo
Per la prima volta, la progettazione di ancoraggi di componenti strutturali e non strutturali in elementi portanti di calcestruzzo è regolamentata da una norma e non da una linea guida.
In Italia il Decreto Ministeriale delle Infrastrutture 17.01.2018 “Aggiornamento delle Norme Tecniche delle Costruzioni”, si limita al paragrafo 11.4 a rimandare alla Linea Guida Europea EOTA (European Organisation for Technical Assessments) ETAG 001 per la qualifica del prodotto e per il progetto di un ancoraggio post-installato. La EN 1992-4 sostituisce l’allegato C della ETAG 001 che costituiva la parte dedicata al metodo di calcolo degli ancoraggi post-installati.
La norma o la linea guida di riferimento utilizzate per il progetto dell’ancoraggio devono essere citate in modo esplicito all’interno della pertinente Valutazione Tecnica Europea ETA del prodotto.
Quali sono i campi di applicazione
La EN 1992-4 ha come campo di applicazione gli ancoraggi il cui cedimento può comportare il collasso totale o parziale della struttura, causare rischi per la vita umana o perdite economiche significative. Per questo motivo la norma può riguardare anche fissaggi di elementi non strutturali.
Sono presi in considerazione non solo gli ancoraggi post-installati, cioè quegli ancoraggi realizzati nel calcestruzzo a indurimento raggiunto, a seguito di perforazione del materiale di supporto, ma anche ancoraggi installati prima del getto di calcestruzzo.
La norma prevede che il trasferimento degli sforzi dall’elemento caricato al materiale di supporto avvenga attraverso la capacità di resistenza a trazione del calcestruzzo (Concrete Capacity Design).
La definizione delle caratteristiche del calcestruzzo è onere del progettista che dovrà valutare la classe di resistenza meccanica, lo stato di fessurazione e di conservazione. La considerazione di calcestruzzo non fessurato come impostazione di base del progetto, porta a resistenze degli ancoraggi superiori, tuttavia questa condizione deve essere verificata dal progettista.
Le famiglie di ancoraggi considerate sono le seguenti:
- Ancoranti gettati in opera, come ancoranti a piolo, profili di ancoraggio collegati rigidamente ad ancoranti;
- Ancoranti meccanici post-installati, ad esempio ancoranti ad espansione, viti per calcestruzzo, ancoranti sottosquadro;
- Ancoranti chimici ed ancoranti chimici ad espansione post-installati.
La EN 1992-4 considera i seguenti scenari di progetto:
- Ancoraggi sottoposti ad azioni statiche o quasi statiche
- Ancoraggi sottoposti a fatica (esclusi i binari d’ancoraggio)
- Ancoraggi sottoposti a sollecitazioni in caso d’incendio
- Ancoraggi sottoposti a sollecitazioni sismiche (esclusi i binari d’ancoraggio)
La natura delle azioni che possono sollecitare gli ancoranti deve sempre essere specificata all’interno dell’ETA, in quanto è necessario che il prodotto sia stato pre-qualificato allo specifico scopo.
Si rimanda alla norma UNI EN 1992-4:2018 per i particolari riguardanti i metodi valutazione della resistenza dei diversi sistemi di ancoraggio trattati.
Novità principali introdotte con la norma UNI EN 1992-4:2018
Resistenza a lungo termine dell’ancoraggio chimico
La verifica per il meccanismo combinato di rottura conica del calcestruzzo e sfilamento, valida per gli ancoranti chimici abbinati a barre in acciaio, introduce l’effetto al lungo termine sulla tensione di aderenza. Quando il rapporto tra le azioni permanenti e quelle totali supera il valore limite Ψ0sus < 1, riportato generalmente all’interno dell’ETA del prodotto, è necessario considerare gli effetti a lungo termine che portano a una riduzione della resistenza. In precedenza questo effetto dei carichi permanenti veniva trascurato.
La sollecitazione di Trazione o Taglio può essere assorbita dall’armatura
Una novità importante riguarda la possibilità che l’armatura dell’elemento strutturale assorba la sollecitazione di trazione o di taglio. La disposizione dell’armatura nella zona del fissaggio deve rispettare precise prescrizioni ed avere sufficiente lunghezza di ancoraggio oltre la superficie di rottura prevista. Il trasferimento degli sforzi deve essere valutato secondo lo schema di trasmissione a puntone-tirante. È necessario però che la trasmissione del taglio o della trazione sia affidata totalmente all’armatura. In alternativa lo sforzo è trasmesso esclusivamente attraverso la capacità del calcestruzzo di resistere alla trazione, nel meccanismo di rottura conica a trazione e nel meccanismo di rottura del bordo a taglio.
Verifica dell’ancoraggio nei confronti della fatica
Il fissaggio realizzato con ancoranti, per i quali sia stata ottenuta una prequalifica per resistere a sollecitazioni cicliche, può essere verificato a fatica seguendo il procedimento proposto dalla norma. La verifica può essere eseguita quando gli ancoraggi sono sollecitati da cicli di carico ripetuti e frequenti, sotto tensione, taglio pulsante, taglio alternato e loro combinazione, come ad esempio nel caso di attacchi di gru, macchine a pistoni, binari guida di ascensori.
Contributo favorevole della componete di compressione in presenza di momento flettente
La nuova norma tiene conto attraverso il coefficiente ΨM,N ≥ 1, dell’effetto favorevole che può esercitare un momento flettente nei confronti della resistenza del cono di calcestruzzo a trazione, quando la forza risultante di compressione dovuta al momento, insiste all’interno della superficie conica di rottura del calcestruzzo. Questo contributo non veniva considerato in precedenza.
Altre novità
La resistenza del calcestruzzo è rappresentata dal valore di rottura caratteristico di provini cilindrici anziché cubici. Ciò consente di uniformare la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo rispetto ad altre norme, tuttavia ciò comporta una perdita di resistenza di circa il 5% in confronto a quanto previsto dalle precedenti regolamentazioni.
La norma introduce alcuni miglioramenti nelle verifiche di resistenza degli ancoraggi in presenza di bordi di calcestruzzo. In caso di elementi stretti e sottili (presenza di 3 bordi, ad esempio in corrispondenza di una porzione terminale di trave) è consentito un calcolo meno conservativo.
La verifica per il meccanismo di rottura a fessurazione del calcestruzzo è meno severa. Affinché in precedenza la verifica potesse essere omessa, era necessario oltre al rispetto di alcuni parametri geometrici, che lo spessore minimo dell’elemento di supporto in calcestruzzo fosse almeno il doppio rispetto alla profondità di ancoraggio. La nuova norma invece prevede per quest’ultimo aspetto, che sia rispettato lo spessore minimo del materiale di supporto.
Per il meccanismo di rottura del bordo del calcestruzzo dovuto alla forza di taglio, la profondità di ancoraggio da considerare non è quella totale del connettore metallico. È posto un limite alla profondità di ancoraggio efficace che tiene conto del fatto che solo la porzione del connettore più vicina alla superficie contribuisce alla determinazione della resistenza del meccanismo.
- L’allegato B fornisce indicazioni riguardo alla protezione nei confronti della corrosione degli acciai che costituiscono i connettori d’ancoraggio. Indica quali acciai impiegare in funzione dell’ambiente, in riferimento alle classi di esposizione previste dalla norma EN 1992-1-1.
- L’allegato C illustra il metodo di verifica della resistenza in presenza di azioni sismiche. Il procedimento è analogo a quello già contenuto nel Technical Report TR045. La verifica può essere eseguita solo per ancoranti pre-qualificati a resistere ad azioni di natura sismica.
- L’allegato D fornisce indicazioni riguardo la verifica al fuoco degli ancoranti. La procedura è applicabile ai prodotti che siano stati pre-qualificati a tale scopo.
- L’appendice E elenca i parametri che devono essere ricavati dalla Valutazione Tecnica Europea ETA dei prodotti, evidenziando l’importanza dell’utilizzo combinato di norma ed ETA. La prestazione dell’ancoraggio dipende infatti dalla specificità del prodotto utilizzato, le cui caratteristiche dei materiali, morfologiche o chimiche nel caso di ancoranti chimici, sono determinanti. La norma offre infatti un metodo di verifica che possa descrivere il comportamento del fissaggio, ma deve avvalersi di parametri specifici del prodotto che sono determinati attraverso prove standardizzate. Allo stesso modo la consultazione dell’ETA non può prescindere dalla conoscenza della norma che definisce i principi generali del metodo di progettazione.
- L’Allegato F riguarda istruzioni aggiuntive per l’installazione.
- L’allegato G illustra i metodi di progettazione allo stato limite ultimo. Il metodo di verifica che deve essere utilizzato nel progetto del fissaggio è indicato all’interno della Valutazione Tecnica Europea ETA. In generale i prodotti per l’ancoraggio strutturale devono essere verificati secondo il metodo A. Il metodo B o C sono utilizzati generalmente per ancoraggi secondari o non portanti.
Fonte: UNI EN 1992-4:2018 “Progettazione delle strutture in calcestruzzo – Parte 4: Progettazione di fissaggi per utilizzo nel calcestruzzo”
Un modo sicuro e semplice per progettare un ancoraggio secondo la procedura prevista dalla norma EN 1992-4, è quello di utilizzare il software gratuito messo a disposizione dai Würth.
All’interno del Würth Technical Software II, scaricabile gratuitamente dal sito www.wuerth.it, il modulo “Progettazione Ancoraggi” consente di eseguire verifiche di ancoranti post-installati secondo EN 1992-4.
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