INTRODUZIONE

Gli incendi si verificano frequentemente in tutto il mondo e i suoi effetti possono manifestarsi su tutti i tipi di strutture rappresentando così un rischio concreto in termini di perdita di vite umane e beni.

 
Durante un incendio, le strutture possono resistere al calore per un certo tempo ma, se la durata di esposizione al fuoco si estende abbastanza a lungo, potrebbe esserci un impatto sulla stabilità delle strutture in calcestruzzo con il conseguente crollo completo o parziale della struttura. Pertanto, la sicurezza antincendio è di fondamentale importanza e, infatti, tutte le Normative a livello globale prescrivono durate obbligatorie di resistenza al fuoco per gli elementi e i sistemi strutturali, connessioni comprese. Ciò consente di garantire tempo sufficiente per l'evacuazione degli occupanti, il completamento delle attività di soccorso e lo spegnimento sicuro dell'incendio.

Le norme generalmente forniscono una guida per la progettazione di soluzioni tradizionali in cemento armato. Sfortunatamente, la maggior parte di essi non fornisce indicazioni sufficienti per garantire la sicurezza antincendio quando si utilizzano soluzioni non tradizionali, come i sistemi di armature post-installate (rebar). In questi casi, è responsabilità dell'ingegnere strutturista garantire che le strutture dell'edificio soddisfino la resistenza al fuoco prevista dalla normativa e assolvere i requisiti obbligatori attraverso considerazioni di esperti e la collaborazione con fornitori di soluzioni specializzate.
 
Le barre d'armatura post-installate (rebar) sono una soluzione efficace nella maggior parte dei cantieri per collegare elementi in calcestruzzo gettati in momenti diversi. Questa soluzione è oggi diffusa sia nelle costruzioni esistenti, ad esempio per esigenze di consolidamento o ristrutturazione, sia nelle nuove costruzioni, ad esempio per ottimizzare il processo esecutivo o correggere errori di progettazione/costruzione. Questi collegamenti strutturali devono essere progettati per resistere a vari tipi di carico, tra cui le azioni statiche, sismiche e l'esposizione al fuoco. Tuttavia, la progettazione di nodi rigidi con armature post-installate esposte al fuoco non è coperta da codici e linee guida all'avanguardia. Per questo motivo, Hilti, in qualità di leader nel settore, ha sviluppato un metodo per tener conto di quest’ultima situazione non contemplata dalle norme.

CONTESTO NORMATIVO

Le connessioni di armatura post-installate nel calcestruzzo possono essere utilizzate per estendere un elemento strutturale utilizzando giunzioni con armature sovrapposte (ad esempio, estensione della soletta, estensione della parete, ecc.) e, in alcuni casi, per collegare un elemento ad un altro (ad esempio, soletta su una parete). Tuttavia, l’ancoraggio con armature post-installate è spesso necessario per creare connessioni rigide tra un elemento strutturale e un altro di solito perpendicolare ad esso (ad esempio, pilastro/muro derivante da fondazioni o trave su un pilastro). L'ambito di applicazione dei nodi rigidi post-installati resistenti a momento è limitato dal metodo di progettazione che segue le disposizioni dell'Eurocodice EN 1992-1-1 [2], in cui tali nodi sono solitamente progettati ed eseguiti come giunzioni ad armatura sovrapposta. Questa non è sempre una soluzione fattibile poiché in molti casi alcuni elementi sono già costruiti e i nuovi elementi devono essere connessi adoperando soluzioni post-installate.
 
EOTA ha sviluppato un Technical Report (TR069 [3]) per la progettazione dei rinforzi (rebar) post-installati in cui gli elementi strutturali che presentano momenti flettenti possono essere progettati senza la necessità che ci sia sovrapposizione tra le barre di armatura. Questo metodo amplia la gamma di applicazioni di progettazione che ora include connessioni di estremità per nodi rigidi in strutture in calcestruzzo.

Figura.1 Esempi di connessioni calcestruzzo-calcestruzzo coperte da EN 1992-1-1 e EOTA TR 069

METODO HILTI PER LA PROGETTAZIONE DI NODI RIGIDI POST-INSTALLATI RESISTENTI AL FUOCO

Nel codice europeo e nel quadro di progettazione, le giunzioni sovrapposte e gli ancoraggi nelle connessioni a cerniera possono essere progettati al fuoco seguendo le disposizioni delle norme EN 1992-1-2 [1] e EN 1992-1-1 [2]. Sebbene EOTA TR 069 [3] consenta la progettazione di nodi rigidi in calcestruzzo post-installati e resistenti a momento sotto condizioni di carico statico e carico sismico, sfortunatamente, non include disposizioni di progettazione quando sono esposti all'azione del fuoco. Questa limitazione del metodo di progettazione rappresenta un punto dolente per i progettisti nella comprensione di tutte le azioni in gioco fornendo così una soluzione completa.

Figura.2 Caso non contemplato da EC2-1-2 [1] per la progettazione al fuoco del nodo rigido

Per colmare il gap normativo sulla progettazione dei nodi rigidi soggetti a carico d’incendio secondo EOTA TR 069 [3], sono state condotte indagini sul comportamento a rottura a temperature elevate delle armature post-installate con ancorante chimico. Il nuovo metodo Hilti per la progettazione per carico d’incendio dei nodi rigidi è stato formulato come un approccio di progettazione intelligente che utilizza le equazioni di verifica della resistenza di progetto in accordo a EOTA TR 069 [3] con poche modifiche di dettaglio. Un parametro chiave è il coefficiente kfi,p(θ) di riduzione della tensione di adesione dell’ancorante chimico esposto al fuoco.
 
Per la progettazione al fuoco dei nodi rigidi utilizzando questo metodo, vengono applicati i seguenti passaggi:
1.    Calcolo della lunghezza di progetto. Progettare l’ancoraggio nei confronti delle azioni statiche e definire la lunghezza di ancoraggio necessaria.

2.    Condizioni di esposizione al fuoco. Determinare i parametri di ingresso del fuoco:
direzione del fuoco/lati esposti;
durata del fuoco: R30 / R60 / R90 / R120;
carico di progetto ridotto Ed,fi.

3.    Funzioni di temperatura basate su simulazione agli elementi finiti. Determinare le funzioni di temperatura risultanti sulla base di simulazioni agli elementi finiti nell'area di ancoraggio considerando:
la curva di incendio applicabile (ISO 834-1);
i materiali coinvolti e le loro proprietà termiche;
il diametro della barra e il copriferro minimo in base alle raccomandazioni dell'Eurocodice.

4.    Calcolo della lunghezza di progetto al fuoco. Determinare le resistenze di progetto al fuoco considerando le tre seguenti modalità di rottura e quindi la lunghezza di ancoraggio decisiva:
resistenza allo snervamento lato acciaio;
resistenza alla rottura lato calcestruzzo;
resistenza a pull-out o a fessurazione dovuta alla riduzione della forza di adesione.

5.    Lunghezza di ancoraggio di progetto. La lunghezza di ancoraggio di progetto è la maggiore tra quella statica e quella di progetto al fuoco.

I coefficienti di sicurezza parziali per i materiali secondo EOTA TR 069 [3] (per la condizione statica) e secondo il metodo Hilti (per il fuoco) e i fattori parziali per le azioni sono riportati nella tabella seguente. Seguono i principi della norma EN 1992-1-1 [2] e EN 1992-1-2 [1] rispettivamente per i casi di carico statico e al fuoco.

Tabella.1 Coefficienti parziali di sicurezza secondo EOTA TR069 [3] e metodo Hilti

Nota: in caso di esposizione al fuoco, le resistenze del materiale diminuiscono, i fattori di amplificazione dei carichi sono più bassi rispetto al caso statico e i fattori di sicurezza parziali per le resistenze del materiale sono pari all'unità. Pertanto, il carico di incendio non è sempre il dimensionante.

ESEMPIO APPLICATIVO CON HILTI PROFIS ENGINEERING

La progettazione di diverse applicazioni di ancoraggio (tipicamente nodi a “T”) secondo EOTA TR 069 [3] per carico statico, sismico e seguendo il metodo Hilti per nodi rigidi resistenti al fuoco, data la sua natura iterativa, può richiedere molto tempo. Il software di progettazione HILTI PROFIS Engineering aiuta i progettisti a creare rapidamente progetti conformi alle normative, considerando le combinazioni di carico statico, sismico e d’incendio in un unico progetto per garantire un flusso di lavoro più sicuro ed efficiente. Il programma aiuta nella scelta delle soluzioni adatte utilizzando prodotti qualificati per l'esposizione al fuoco e nel rispetto delle condizioni al contorno di installazione. Di seguito è riportato un esempio di progettazione per carico d’incendio di un nodo rigido (parete-soletta) utilizzando PROFIS Engineering:

Nota: questo esempio non è rappresentativo di tutti i casi di progettazione. Ogni progetto di connessione differirà a seconda della geometria, delle condizioni di esposizione al fuoco, della durata, delle proprietà del materiale, ecc. ma piò essere comunque progettato utilizzando PROFIS Engineering come singolo strumento.

PORTAFOGLIO PRODOTTI HILTI CERTIFICATI AL FUOCO

I prodotti Hilti qualificati per la progettazione dei nodi rigidi secondo EOTA TR 069 possono essere utilizzati anche per la verifica al fuoco secondo il metodo Hilti. Nello specifico i prodotti certificati sono:
-  Ancorante chimico HIT-RE 500 V4 (link)
-  Ancorante chimico HIT-HY 200 R V3 (link)

Progetta i nodi rigidi post-installati resistenti al fuoco con il metodo Hilti utilizzando gratuitamente il software PROFIS Engineering





REFERENZE
[1] EN 1992-1-2: 2004: Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-2: General rules – Structural fire design, Brussels: CEN, 2004. 
[2] EN 1992-1-1:2004-12: Eurocode 2 - Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, Brussels: CEN, 2004.
[3] EOTA TR 069: Design method for anchorage of post-installed reinforcing bars (rebars) with improved bond-splitting behaviour as compared to EN 1992-1-1, Brussels: EOTA, 2021.