Nell’articolo precedente, è stata presentata l’applicazione di fissaggio su acciaio, analizzando le sfide legate ai metodi tradizionali rispetto alle soluzioni Hilti. In questo articolo invece, ci focalizzeremo sulla progettazione di queste connessioni con i perni e i chiodi Hilti, mostrando un esempio di calcolo a mano di questi ultimi. 

ESEMPIO DI PROGETTAZIONE DI UNA MENSOLA CON CARICO PUNTUALE

Vengono riportati di seguito i dati di input per il calcolo (vedi Figura 1):

• Mensola lunga 600 mm
• Carico caratteristico in punta di 1,5 kN
• Materiale base: IPE 270 in acciaio zincato a freddo
• Fissaggio della mensola al materiale base con due perni 

Figura 1 – Immagine di una mensola con carico puntuale. Vista 3D (sinistra) e vista 2D (destra).

Il primo passaggio consiste nel calcolare le forze di reazione sulla connessione tra la mensola e il profilo in acciaio (vedi Figura 2). Per questo esempio i calcoli sono stati effettuati in accordo con l’Eurocodice [1].

Figura 2 – Forze di reazione sulla connessione tra mensola e struttura 



Il perno suggerito per questa applicazione è F-BT-MR M10x50 SN (10), utilizzato per connessioni in acciaio e di cui si riporta cui sotto un approfondimento sulla nomenclatura:

Per esempio, in questo caso, il perno avrà un diametro di 10 mm e una lunghezza di 50 mm, deve essere installato con una rondella in acciaio e neoprene per garantire la protezione alla corrosione e il materiale base dovrà avere uno spessore minimo di 10 mm. 
Nel caso della IPE 270, lo spessore della flangia è di 10,2 mm, per cui possiamo procedere. Nel caso invece in cui il materiale base dovesse avere uno spessore ridotto, è possibile ridurre la resistenza del perno con i coefficienti riportati all’interno del Manuale Tecnico. [2]

Calcolare le forze di reazione, queste vanno distribuite sui due perni, assumendo che:

• Il momento agente venga ridistribuito come coppia di forze trazione-compressione, dove il perno superiore sarà in trazione, mentre quello inferiore subirà la compressione. Il braccio di leva sarà pari alla distanza tra il centro dei due perni. Nel caso dell’F-BT installato in una base con solo due fori, sarà necessario inserire in aggiunta un piccolo piatto in acciaio per ogni perno, in modo da aumentare la resistenza a taglio perpendicolare alla base di quest’ultimo ed evitare il rifollamento del foro. La forza di compressione agente invece non è rilevante ai fini della verifica.

• Nel caso di fissaggi con più di un perno (ancoraggio di gruppo), la distribuzione della forza di taglio è influenzata dalla duttilità e dalla tolleranza del singolo elemento. Per questo motivo, per essere a favore di sicurezza, viene considerato che tutto il carico di taglio venga supportato unicamente da un perno. In questo caso la mensola Hilti presenta dei fori ovali – vedi figura 4: dal momento che il foro superiore ha un orientamento verticale, sarà il perno inferiore a supportare tutto il carico di taglio, evitando che quello superiore sostenga sia la forza di trazione sia il taglio stesso. È importante sottolineare che, nel caso di fori tondi, la resistenza a  taglio non sarà uguale su tutti i perni, ma è influenzata da un coefficiente di riduzione che dipende dal numero di fissaggi e che è presente all’interno della certificazione ETA del perno scelto. 

Per il chiodo superiore, le forze agenti saranno:

Per quello inferiore invece: 


I valori di carico agenti ottenuti dovranno essere paragonati alle resistenze pubblicate nelle certificazioni di prodotto: nella tavella 1, si può vedere che il chiodo F-BT da 10 mm ha una resistenza a trazione di 11,2 kN e a taglio di 5 kN. 

Tabella 1 – Resistenze di progetto F-BT 

A questo punto possiamo procedere con la verifica del perno, paragonando le azioni agenti con i valori resistenti.
Per il perno superiore:

Per il perno inferiore:


Entrambi gli F-BT sono verificati, per cui sono adatti per l’applicazione.
È importante comunque sottolineare che anche per altre soluzioni Hilti di fissaggio su acciaio, come S-BT HL o X-BT, il processo di verifica è lo stesso. 

TABELLE DI DESIGN

Nella parte precedente dell'articolo abbiamo eseguito un calcolo a mano; tuttavia, Hilti ha realizzato delle tabelle di design per una progettazione più rapida, considerando varie tipologie di supporti per impianti – vedi Figura 5.

Figura 5 – Casi standard presenti nel manuale 

Alcune delle ipotesi utilizzate per realizzare queste tabelle sono:

• Per i carichi agenti sul singolo perno, è stato utilizzata la peggior casistica possibile, in cui la forza di taglio viene supportata da un solo fissaggio, che coincide con quello che sostiene anche la forza di trazione (è quindi un’assunzione più cautelativa rispetto al calcolo effettuato a mano precedentemente);
• Non sono considerati carichi paralleli alle tubazioni o alle canaline elettriche (eg. Espansioni termiche).

È possibile richiedere il file direttamente scrivendo ai nostri tecnici a tecnici@hilti.com

All’interno vengono riportati diverse tipologie di supporti per impianti, in cui vengono applicate diverse variabili, tra cui: la lunghezza degli elementi che compongono lo staffaggio (L1), la distanza tra i fissaggi (x), il carico agente (F) e la presenza di 2 o 4 fori sulla base. 

Figura 6 - Parametri

A titolo esemplificativo vengono riportati qui sotto due esempi con S-BT MR HL.

ESEMPIO 1) Qual è il carico massimo per una mensola lunga 600 mm?
Guardando la tabella nell’immagine 7, si può vedere che in orizzontale viene riportata la lunghezza della mensola, mentre in verticale la distanza tra i fori. Nel caso in esame abbiamo una lunghezza di 600 mm e una distanza tra i fori di 122 mm, a cui corrisponde un carico massimo di design di 75 kg. 

Figura 7

ESEMPIO 2) Qual è la massima lunghezza di una mensola con un carico di 150 kg?
Guardando la tabella nell’immagine 8, si può notare che in orizzontale vengono riportati i carichi agenti, mentre in verticale la distanza tra i fori. Nel caso in esame abbiamo carico agente di 150 kg e una distanza tra i fori di 122 mm, a cui corrisponde una lunghezza massima della mensola di 250 mm. 

Figura 8

Referenze
[1] EN 1990:2002: Eurocode – Basis of Structural design, European Standard, December 2008
[2] Hilti, Hilti Cordless Stud Fusion Technical Manual, Version 05/2023
[3] Deutsches Institut fuer Bautechnik, European Technical Assessment ETA-20/1042, issued April 2021
[4] Deutsches Institut fuer Bautechnik, European Technical Assessment ETA-23/0001, issued February 2023