1.   I TERREMOTI SONO FENOMENI NATURALI

Gli eventi sismici sono fenomeni naturali che possono verificarsi con una probabilità più o meno elevata in specifiche aree geografiche (Fig. 1.1). Il rischio sismico di una struttura, che si riferisce alla probabilità di un potenziale danno o cedimento, coinvolge due fattori chiave:

• la pericolosità sismica, che dipende dall'accelerazione del suolo durante un evento sismico;
• la vulnerabilità della struttura, che varia in base al tipo di costruzione e alla sua importanza.

I terremoti possono causare numerosi cedimenti strutturali e non strutturali, con conseguenti danni economici, lesioni o perdita di vite umane.
La progettazione sismica comprende requisiti di sicurezza e previene il collasso resistendo alle forze generate dal movimento del suolo durante un terremoto. L’obiettivo non è solo ridurre i danni ma anche garantire la funzionalità della struttura durante un evento sismico. È importante notare che molti terremoti di magnitudo moderata o elevata possono causare danni significativi (Fig. 1.2), pertanto il monitoraggio dell’attività sismica è fondamentale per la mitigazione del rischio.

Fig. 1.1: Mappa globale della pericolosità sismica (Fonte: GSHAP)

Fig. 1.2: Principali terremoti e disastri degli ultimi anni (Fonte: Wikipedia)

2.   LE APPLICAZIONI STRUTTURALI E NON STRUTTURALI RICHIEDONO UNA PROGETTAZIONE SISMICA

Sia i collegamenti strutturali che quelli non strutturali devono essere progettati per resistere alle azioni sismiche. Sebbene le applicazioni strutturali richiedano ovviamente una progettazione sismica per garantire la sicurezza e la durabilità delle strutture situate in aree sismiche, anche i danni ai collegamenti non strutturali possono comportare conseguenze significative in termini di danni materiali, sicurezza, costi economici e continuità dei servizi di emergenza (vedi Fig. 2.1).

Fig. 2.1: Illustrazione tipica di un edificio con diverse applicazioni strutturali e non strutturali

Ricerche approfondite dimostrano che i costi di riparazione più elevati nella maggior parte degli edifici commerciali, causati da eventi sismici, riguardano i sistemi non strutturali, come i supporti meccanici, elettrici o il fissaggio degli impianti (Fig. 2.2). Quindi molte installazioni non strutturali devono essere progettate correttamente per soddisfare i requisiti di sicurezza [1].

Fig. 2.2: Valutazione delle perdite per componenti strutturali e non strutturali [1]

3.   CATEGORIE SISMICHE E QUALIFICA PER GLI ANCORAGGI POST-INSTALLATI

Le categorie sismiche vengono utilizzate per valutare il potenziale pericolo sismico delle strutture e definire la progettazione con l’obiettivo di rendere le strutture sismoresistenti. Nel quadro normativo europeo, la prestazione sismica degli ancoraggi è suddivisa secondo due categorie: C1 e C2. La categoria C1 rappresenta un livello generalmente basso di pericolosità, mentre la categoria C2 indica un livello più elevato di rischio sismico.

• La categoria prestazionale C1 definisce la capacità degli ancoraggi solo in termini di resistenze allo stato limite ultimo (larghezza massima della fessura assunta pari a Δw = 0,5 mm).
• La categoria prestazionale C2 definisce le capacità degli ancoraggi sia in termini di resistenze allo stato limite ultimo sia in termini di spostamenti allo stato limite di danno e allo stato limite ultimo (larghezza massima di fessura assunta Δw = 0,8 mm).

In tutti i casi, non è consentito installare ancoraggi nelle zone in cui è prevista la plasticizzazione della sezione in calcestruzzo, cioè in corrispondenza nelle cerniere plastiche (vedi Fig. 3.1), poiché la larghezza delle fessure supererebbe probabilmente il limite di Δw = 0,8 mm previsto per la valutazione degli ancoraggi.

Fig. 3.1: Esempio di porzioni plastiche ed elastiche di elementi in calcestruzzo armato [2]

La Tabella C.1 dell'EN 1992-4 [3] include le raccomandazioni per l’uso degli ancoraggi valutati secondo le categorie sismiche C1 e C2 in funzione del livello di sismicità e della classe di importanza della struttura, secondo EN 1998-1 [4]. La categoria di progettazione sismica per i collegamenti strutturali e non strutturali è definita, ad esempio, per un livello di sismicità “≥basso” e per le classi di importanza II, III, IV, in cui gli ancoraggi devono essere progettati secondo la categoria sismica C2. La qualifica rispetto alla prestazione sismica è regolata da EAD 330232 [5] per gli ancoraggi meccanici post-installati e da EAD 330499 [6] per gli ancoraggi chimici post-installati, secondo test di prestazione richiesti per le categorie sismiche C1 e C2. Per la categoria C1, i test prevedono carichi pulsanti di trazione e carichi alternati di taglio. Per la categoria C2, i test vengono eseguiti fino al cedimento sotto carichi pulsanti di trazione, taglio alternato e cicli di apertura-chiusura delle fessure. Durante i test vengono effettuate misurazioni continue delle forze applicate e degli spostamenti a intervalli prestabiliti.

4.   PROGETTAZIONE DEGLI ANCORAGGI POST-INSTALLATI IN AMBITO SISMICO SECONDO EN 1992-4

Il valore di progetto delle azioni sismiche è determinato secondo EN 1998-1 [4] e l’Allegato C di EN 1992-4 [3], considerando tutti gli effetti possibili dovuti ai moti del terreno sia verticali che orizzontali, per collegamenti strutturali e non strutturali.
I requisiti di progettazione degli ancoraggi post-installati nelle condizioni statiche e sismiche differiscono significativamente, poiché le condizioni statiche prevedono carichi relativamente costanti, mentre quelle sismiche richiedono che l’ancoraggio resista a carichi dinamici e talvolta imprevedibili.
Le principali differenze sono riassunte nella Tabella 4.1.

Tabella 4.1: Differenze chiave tra condizioni statiche e sismiche

Per garantire la resistenza dei collegamenti durante un terremoto, si seguono diverse strategie di progettazione:

a) per gerarchia delle resistenze,

b) progettazione elastica,

c) progettazione duttile.

Fig. 4.1: Progettazione sismica mediante protezione del fissaggio

Resistenza di progetto sismica:

Vengono utilizzati i fattori aggiuntivi e (si veda EN 1992-4, sezioni 7.2.1, 7.2.2, C.5) sulla resistenza statica per diversi modalità di rottura.

La resistenza sismica caratteristica è:            

•   è il fattore di riduzione indicato nell’ETA per considerare l’effetto di martellamento dovuto al gioco presente tra il foro, l’ancoraggio e il fissaggio (ossia l’effetto martellamento) sotto carico di taglio, che vale 0,5. Utilizzando il set di riempimento Hilti (Fig. 4.2) e riempiendo il gioco nel foro, può diventare 1,0.
•   è il fattore che considera l’influenza delle azioni sismiche e delle fessurazioni associate, in funzione di:

a)Formazione di larghezze di fessura elevate;

b)Diversa rigidezza a trazione degli elementi di fissaggio in un gruppo dovuta alla distribuzione casuale delle fessure.

Il valore di per i diversi tipi di ancoraggi può essere ricavato dalla Tabella C.3 dell'EN 1992-4.

Fig. 4.2: Set di riempimento Hilti

Il fattore moltiplicativo utilizzato nel calcolo sismico è pari a =1 per la rottura dell’acciaio, 2\3 per i fissaggi con un rinforzo supplementare e 1 in tutti gli altri casi.
Gli spostamenti allo stato limite di danno e allo stato limite ultimo sono definiti per tutti gli ancoraggi qualificati per la categoria sismica C2 nella relativa certificazione ETA. Per tenere conto del limite di spostamento, i carichi vengono ridotti utilizzando il rapporto tra lo spostamento effettivo e quello limite.
Gli ancoraggi post-installati devono possedere l’ETA adeguato per poter essere selezionati e utilizzati in condizioni sismiche e i valori caratteristici di resistenza e spostamento devono essere estratti da tale documento.

5. COME ESEGUIRE LA PROGETTAZIONE SISMICA UTILIZZANDO PROFIS ENGINEERING?

Il software di progettazione strutturale facile da usare e basato su cloud, PROFIS Engineering di Hilti, offre opzioni di progettazione per il carico sismico.
Nell’interfaccia di progettazione, nella scheda “Carichi”, è necessario selezionare il tipo di carico come sismico, quindi scegliere la categoria sismica e il tipo di progetto, come mostrato in Fig. 5.1. È anche possibile selezionare lo “spostamento sismico” dalle opzioni disponibili in accordo a ETA, EN 1992-4 oppure personalizzarlo in base alle esigenze progettuali.
Inoltre, nella scheda “Ancorante”, è necessario spuntare l’opzione “Set di riempimento sismico Hilti” poiché la resistenza di progetto in condizioni sismiche varia a seconda che lo spazio anulare tra piastra e ancorante sia presente o meno.
Dopo aver selezionato il tipo di carico come “Sismico”, nell'elenco appariranno le opzioni certificate per gli ancoraggi post-installati per l’applicazione definita (Fig. 5.2). Nel report di calcolo generato dall’analisi, vengono riportati anche i dettagli relativi alle verifiche sismiche (Fig. 5.3).

Fig. 5.1: Input per la progettazione sismica degli ancoraggi in PROFIS Engineering

Fig. 5.2: Opzioni di ancoraggi disponibili in PROFIS

Fig. 5.3: Report di calcolo con indicazione delle verifiche sismiche

6. CONCLUSIONE

La progettazione sismica dei collegamenti post-installati è fondamentale per garantire le prestazioni degli ancoraggi sotto carichi ciclici, contribuendo a ridurre i rischi e a mantenere la sicurezza. È necessario effettuare una progettazione specifica per condizioni sismiche poiché le proprietà degli ancoraggi cambiano durante un evento sismico a causa dei carichi dinamici ripetuti, della duttilità, ecc.
In assenza di una corretta progettazione sismica, per strutture situate in aree a rischio sismico, gli ancoraggi possono cedere a livelli di carico imprevedibili, con conseguenti danni significativi, perdita di funzionalità e o addirittura rischio per la vita.
Per iniziare la progettazione con PROFIS Engineering, visita il sito: link
Per maggiori dettagli sulla progettazione sismica degli ancoraggi post-installati, consulta il "Manuale Hilti per i collegamenti acciaio-calcestruzzo" disponibile al seguente link

RIFERIMENTI
[1] S. Taghavi e E. Miranda, Seismic Performance and Loss Assessment of Nonstructural Building Components, National Conference on Earthquake Engineering, Boston, 2002.
[2] M. S. Hoehler, Behavior and Testing of Fastenings to Concrete for use in Seismic Applications, Tesi di dottorato, California, agosto 2006.
[3] EN 1992-4:2018: Eurocodice 2 – Progettazione delle strutture di calcestruzzo – Parte 4: Progettazione dei fissaggi da utilizzare nel calcestruzzo, Bruxelles: CEN, 2018.
[4] Eurocodice 8: Progettazione delle strutture per la resistenza sismica – Parte 1: Regole generali, azioni sismiche e regole per gli edifici, Bruxelles: CEN, 2004.
[5] EOTA EAD 330232-01-0601: Fissaggi meccanici per uso nel calcestruzzo, Bruxelles: EOTA, 2021.
[6] EOTA EAD 330499-02-0601: Fissaggi a iniezione e fissaggi a espansione incollati per uso nel calcestruzzo, Bruxelles: EOTA, 2022.
[7] Manuale S2C: Collegamenti acciaio-calcestruzzo con sistemi post-installati, Schaan: Hilti Corporation, 2024.