La progettazione dei ferri di ripresa post

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Hilti. Passione. Performance.
La progettazione dei ferri di ripresa
post- installati secondo EC2/TR023
Ing. Alessandro Ferraro
Field Engineer - Lazio
Roma, 30 aprile 2009
www.hilti.it
Seminario Università di Tor Vergata, 30.04.2009
1
I ferri di ripresa post-installati sono largamente usati nel
processo costruttivo delle strutture in calcestruzzo armato
E’ possibile ottenere strutture monolitiche anche se gettate per parti
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2
Ferri post-installati nella riqualifica strutturale
Rinforzo muri portanti
Rinforzo nodi strutturali
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Realizzazione nuovi solai
Realizzazione nuovi aggetti
3
Ferri post-installati nella riqualifica dei viadotti
Ampliamento impalcato
Rinforzo strutturale
Consolidamento impalcato
Ripristino parapetto
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4
Ferri post-installati nel processo edilizio
Ancoraggio su diaframmi
Connessione impalcati
Ripristino armatura
Connessioni verticali
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5
Diverse tecnologie sono disponibili sul mercato per la
realizzazione dei ferri di ripresa
Connettori meccanici
Barre piegate
Resine chimiche
Malte
(cementizie o epossidiche)
Demolizione e ripristino
Casseforme forate
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6
Le resine chimiche sono la tecnologia preferibile per
l’ancoraggio dei ferri di ripresa post-installati
Cartuccia morbida
Mixer
Dispenser
Porta-cartucce
… perchè massimizzano:
… perchè minimizzano:
• capacità di carico
• sollecitazioni a struttura esistente
• produttività e comfort lavorativo
• errori di installazione
• flessibilità progettuale e di utilizzo
• tolleranze
• affidabilità in esercizio
• costo per applicazione
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Le diverse tipologie di resine chimiche soddisfano le diverse
esigenze applicative
Resina ibrida
a indurimento rapido
HIT-HY 150 FR
Resina epossidica a
elevato tempo di lavoro
HIT-RE 500
• Massima capacità di carico
comparabile al calcestruzzo
• Massima capacità di carico
superiore al calcestruzzo
• Carico di progetto raggiunto in
meno di un‘ora (a 20 °C)
• Elevato tempo di lavoro per elevate
profondità di ancoraggio
• Ideale per calcestruzzo asciutto e
fori realizzati con roto-percussione
• Adatto anche per calcestruzzo
bagnato e perforazione a diamante
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8
La teoria del cemento armato è preferibile per la
progettazione dei ferri post-installati
Teoria dell’ancoraggio
Teoria del cemento armato
• Modalità di rottura fragile
• Modalità di rottura duttile
(estrazione del cono di cls)
(snervamento della barra)
• Trasferimento del carico tramite
capacità a trazione del cono di cls
• Trasferimento del carico conforme
alle barre gettate in opera
• Interasse e distanze dai bordi sono
decisivi
• Interasse e distanze dai bordi non
sono decisivi
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9
I ferri post-installati con resine chimiche si comportano
come se fossero gettati in opera
Quali sono le evidenze teoriche e sperimentali?
1.
La lunghezza base di ancoraggio è inferiore ai valori
riportati dai principali codici per la progettazione del
calcestruzzo armato.
2.
La distribuzione delle tensioni nelle barre post-installate
con resine chimiche è paragonabile alle barre gettate in
opera.
3.
La nuova normativa EOTA – TR 023 stabilisce un metodo
comune per la qualifica delle resine chimiche conforme a
EC2.
4.
L’ ETA (European Technical Approval), in accordo con
quanto stabilito dal TR 023, permette di utilizzare i metodi di
progettazione dettati da EC2 escludendo comunque la
progettazione per la resistenza al fuoco, carichi dinamici e
sismici
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F
lb
10
Studi sperimentali congiunti ETH-Hilti hanno determinato la
lunghezza base di ancoraggio
CEDIMENTO ADESIONE
RESINA / CALCESTRUZZO
Rcd
CEDIMENTO ADESIONE
ACCIAIO / RESINA
Rbd
CEDIMENTO LATO
ACCIAIO
Rsd
Resistenza di progetto, Rd = MIN { Rcd ; Rbd ; Rsd } > Sd
Lunghezza base di ancoraggio, lb = f [MAX (Rsd = Rcd ; Rsd = Rbd)]
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11
La lunghezza base di ancoraggio nel caso di resine chimiche
è inferiore ai valori dei principali codici
9
-8
2
8
6
1
31
A
I
I
S
AC
Lunghezza base di ancoraggio
200 cm
180 cm
160 cm
EC
C 20/25
Fy 500
DIN
140 cm
2
110
8
BS
5
104
120 cm
100 cm
80 cm
60 cm
40 cm
20 cm
Hi
50
1
-HY
T
I
l ti H
φ8 φ10 φ12 φ14 φ16 φ18 φ20 φ22 φ24 φ26 φ28 φ30 φ32 φ34 φ36 φ38 φ40
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12
La distribuzione delle tensioni è simmetrica e omogenea su
tutta la lunghezza di ancoraggio
Barre gettate in opera
Utilizzo di resina ibrida
Utilizzo di resina epossidica
450
cast-in-place
Hilti HIT-RE 500
steel stress [M pa]
400
350
300
F=20kN
F=40kN
F=60kN
F=100kN
Fmax=116kN
250
200
150
100
50
0
0
100
200
300
400
500
600
embedment depth [mm]
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13
Attenzione!
Non tutte le resine chimiche si comportano allo stesso modo
Barre gettate in opera
Utilizzo di resina poliestere
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Utilizzo di rigida resina epossidica
14
La nuova normativa EOTA – TR 023 stabilisce un metodo
comune per la qualifica delle resine chimiche conforme a
EC2.
Le resine chimiche devono soddisfare i
requisiti di un predefinito diagramma a
scalini per le diverse classi di calcestruzzo
Resina in linea con EC2,
senza limitazioni
Resina in linea con EC2,
con limitazioni
Le resine Hilti sono qualificate con l‘approvazione DIBt, in linea con TR023
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15
Valori di aderenza laterale in accordo con certificazione ETA
Tensioni di aderenza laterale in N/mm² secondo ETA in caso di buone condizioni di applicazione per
fori realizzati in roto-percussione, con perforatori ad aria compressa e fori carotati asciutti
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Classe del calcestruzzo
Diametro
barra (mm)
C12/15
C16/20
C20/25
C25/30
C30/37
C35/45
C40/50
C45/55
C50/60
8
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
10
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
12
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
14
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
16
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
18
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
20
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
22
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
24
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
25
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
26
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
28
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
30
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
32
1,6
2,0
2,3
2,7
3,0
3,4
3,7
4,0
4,3
34
1,6
2,0
2,3
2,6
2,9
3,3
3,6
3,9
4,2
36
1,5
1,9
2,2
2,6
2,9
3,3
3,6
3,8
4,1
40
1,5
1,8
2,1
2,5
2,8
3,1
3,4
3,7
4,0
16
Certificazione ETA per resina HILTI HIT-RE 500
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17
Le regole progettuali del cemento armato (es. EC2)
si applicano ai casi di ancoraggio
Determinazione della lunghezza di ancoraggio base
lb,rqd = (ds / 4) x (σsd / fbd)
Determinazione della lunghezza di ancoraggio di progetto
lbd = α1 α2 α3 α4 α5 lb,rqd ≥ lb,min
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lb,min = max {0.3 lb,rqd; 10 ds; 100 mm}
in trazione
lb,min = max {0.6 lb,rqd; 10 ds; 100 mm}
in compressione
18
Fattore di influenza
Tipo di ancoraggio
Barra di rinforzo
In tensione
In compressione
Forma delle barre
Dritte
α1 = 1.0
α1 = 1.0
Copriferro
Dritte
α2 = 1 – 0.15(cd – ds)/ ds
≥ 0.7
≤ 1.0
α2 = 1.0
Confinamento da armatura trasversale
Dritte
α3 = 1 – Kλ
≥ 0.7
≤ 1.0
α3 = 1.0
Confinamento dato da saldatura delle
barre
Dritte
α4 = 1.0
α4 = 1.0
Confinamento da pressione trasversale
Dritte
α5 = 1 – 0.04p
≥ 0.7
≤ 1.0
-
dove:
λ = (ΣAst - ΣAst,min)/ As
ΣAst area delle barre dell’armatura trasversale lungo la lunghezza di ancoraggio di progetto lbd
ΣAst,min area del minimo di armatura di rinforzo trasversale pari a 0.25 As per le travi e 0 per le solette
As area delle singola barra di ancoraggio con il massimo diametro
K valori mostrati nella figura
p pressione transversale [MPa] allo stato limite ultimo lungo lbd
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19
Le regole progettuali del cemento armato (es. EC2)
si applicano ai casi di giunzioni per sovrapposizione
Determinazione della lunghezza di ancoraggio base
lb,rqd = (ds / 4) x (σsd / fbd)
Determinazione della lunghezza di sovrapposizione
lbd = α1 α2 α3 α5 α6 lb,rqd ≥ lb,min
lo,min = max {0.3 α6 lb,rqd; 15 ds; 200 mm}
Percentuale di barre
sovrapposte relative all’intera
sezione trasversale
< 25%
33%
50%
> 50%
a6
1
1.15
1.4
1.5
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20
L’irruvidimento della superficie di contatto garantisce il
trasferimento degli sforzi di taglio
Trave in semplice appoggio
3 mm profondità
Superficie
Bielle compresse (cls)
di contatto
Il modello a traliccio puó essere adotato
nella schematizzazione di calcolo
Bielle tese (acciaio)
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21
Scelta opportuna della zona di ancoraggio
Sezioni compresse
Sezioni in cui si è
esaurita l’azione di trazione
Sezioni in cui è necessario trasferire la trazione
per assicurare continuità strutturale
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22
Alcune considerazioni aggiuntive devono essere seguite
nella progettazione dei ferri post-installati
1.
Per ragioni legate all’installazione,
le barre non possono essere progettate
come barre piegate
2.
In seguito alle tolleranze legate alla perforazione
il copriferro puó risultare maggiore che per
barre gettate in opera
40mm
3.
100 cm
60mm
La resistenza ad adesione dei ferri
post installati dipende dalla temperatura.
E’ necessario un apposito controllo dei valori
di progetto rispetto alla resistenza in caso
di incendio.
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23
METODO DI PERFORAZIONE
DIAMETRO BARRA ds
SENZA GUIDA ALLA
PERFORAZIONE
CON GUIDA ALLA
PERFORAZIONE
< 25 mm
30mm+0,06 lv≥2 ds
30mm+0,02 lv≥2 ds
≥ 25 mm
40mm+0,06 lv≥2 ds
40mm+0,02 lv≥2 ds
< 25 mm
50mm+0,08 lv
50mm+0,02 lv
≥ 25 mm
60mm+0,06 lv≥2 ds
60mm+0,02 lv≥2 ds
PERFORAZIONE CON
ROTO-PERCUSSIONE
PERFORAZIONE CON
ARIA COMPRESSA
CAROTATURA CON CORONA
Il supporto alla perforazione
corrisponde alla guida
DIAMANTATA AD ARIA E AD
ACQUA
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30mm+0,02 lv≥2 ds
< 25 mm
≥ 25 mm
40mm+0,02 lv≥2 ds
24
La valutazione della lunghezza di ancoraggio
in caso di incendio
Curva tempo-temperatura
(in accordo con ISO 834)
E’ obbligatorio verificare la connessione agli Stati Limite Ultimi in condizioni a freddo.
dove
Fs,T ≤ (linst – cf) · Φ · p · tT
con:
(linst – cf) ≥ l s
l s = l unghezza di sovrapposizione;
Φ = diametro nominale della barra;
(linst – cf) = lunghezza di sovrapposizione nel nodo
80 Φ ≥ (linst – cf) ≥ l s
tT = tensione di aderenza in caso di incendio
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25
La valutazione della resistenza singola barra
di ancoraggio in caso di incendio
Massima forza nella rebar in nodi realizzati con resina HIT-RE 500 in relazione alla profondità di
ancoraggio e alle classi di resistenza al fuoco da F30 a F240 (tensione di snervamento dell’acciaio
fyk = 500 N/mm²) in accordo a EC2
Barra ∅
Foro
∅
Max. Fs,T
linst
[mm]
[mm]
[kN]
[cm]
F30
F60
F90
F120
F180
F240
130
22,59
9,42
5,30
3,61
1,56
0,8
160
39,17
21,33
11,95
8,15
3,65
2,11
190
55,76
37,92
24,45
17,25
7,35
4,22
210
64,75
48,98
36,51
27,53
11,29
6,32
64,75
53,10
44,12
20,88
11,04
64,75
57,94
33,7
17,14
64,75
42,0
22,17
64,75
44,84
240
16
20
Resistenza al fuoco della barra in [kN]
64,75
265
280
325
365
64,75
I valori intermedi possono essere interpolati mentre non è possibile estrapolare i dati.
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26
Test su scala reale dimostrano il comportamento monolitico
della struttura finale
1,50 m
1,50 m
F/2
linst = 30 cm
2φ12
C 20/25
Fe 510
1,50 m
F/2
2φ12
copriferro 2 cm
h = 25 cm
b = 40 cm
linst = 120 cm
2φ20
Scentre
Sjoint
70 kN
60 kN
50 kN
40 kN
30 kN
20 kN
10 kN
S
F
sjoin
20
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2φ20
40
60
scentre
s
mm
s (freccia)
27
Riassumendo…
1. I ferri di ripresa post-installati con resine chimiche
sono una pratica costruttiva conveniente e affidabile
2. I ferri post-installati con resine chimiche si
comportano come se fossero gettati in opera
3. Le comuni regole progettuali del cemento armato
sono applicabili anche ai ferri post-installati con
resine chimiche (Riferimento EC2-TR 023)
4. L’elevata adesione delle resine chimiche consente
addirittura la riduzione della lunghezza di ancoraggio
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28

La progettazione dei ferri di ripresa post

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