HILTI HST4: IL NUOVO ANCORANTE AD ESPANSIONE CON PRESTAZIONI PARAGONABILI AI SISTEMI CAST-IN

1.    INTRODUZIONE

Gli ancoraggi ad espansione sono ampiamente utilizzati per il fissaggio al calcestruzzo e sono particolarmente adatti per applicazioni che riguardano piastre di base, staffe per facciate continue, nonché per l'ancoraggio di elementi al servizio di infrastrutture civili (ad es. gallerie, ponti, barriere antirumore) e fissaggi industriali (ad es. fissaggi di macchine e nastri trasportatori). Tuttavia, gli ancoraggi ad espansione hanno mostrato limitazioni in termini di prestazioni e flessibilità di progettazione rispetto agli ancoranti gettati in opera o soluzioni post-installate con ancoraggi chimici. HST4 è l'ultima innovazione di Hilti, che porta la tecnologia degli ancoranti ad espansione oltre gli standard esistenti, soddisfacendo al contempo le esigenze sia dei progettisti che degli appaltatori. Hilti si impegna a fornire ai progettisti soluzioni di ancoraggio più performanti, che consentano una progettazione ottimizzata e di valore, garantendo una maggiore tranquillità nel tradurre le specifiche in applicazioni ben eseguite in cantiere. HST4 è il risultato della continua innovazione e ricerca di Hilti, basata sul successo del precedente portafoglio di ancoraggi ad espansione, come HSA, HST2 e HST3. La linea di ancoraggio è disponibile nelle versioni in acciaio al carbonio (HST4) e in acciaio inossidabile (HST4-R), offrendo soluzioni per applicazioni interne ed esterne dove è richiesta una maggiore resistenza alla corrosione. La scelta di HST4 consente di ottimizzare i progetti delle piastre di base, contribuendo a ridurre il cosiddetto Cost of Ownership e ottenendo soluzioni più sostenibili. Questo grazie a:

1. un design innovativo che consente una migliore resistenza a rottura del cono in calcestruzzo, fino al livello degli elementi di fissaggio gettati in opera e una capacità di resistenza a trazione senza paragoni. Ciò significa che è possibile ora fare affidamento su diametri di ancoraggio più piccoli, ridurre interassi e distanze dai bordi e ottimizzare così le dimensioni delle piastre di base. Tutto ciò contribuisce a ridurre i costi e ad aumentare la sostenibilità;

2. la possibilità di considerare una profondità di fissaggio variabile, che consente di ottimizzare le lunghezze di ancoraggio per soddisfare con precisione le diverse esigenze di carico;

3. un'ampia gamma di qualifiche per diverse condizioni di carico- carichi statici in calcestruzzo non fessurato e fessurato, sismici nonché carichi d'incendio - nonché compatibilità con i sistemi di installazione Hilti, riducendo al minimo l’errore umano. Un esempio è il modulo AT di coppia adattivo Hilti, che fornisce automaticamente la coppia corretta per l'ancoraggio specifico. Ciò aiuta a garantire una corretta posa in opera come da specifica tecnica.

2.    HST4: L'ANCORANTE AD ESPANSIONE HILTI PIU' PERFORMANTE

La rottura conica del calcestruzzo e la rottura per pull-out sono due tra le modalità di crisi più importanti per gli ancoranti meccanici sollecitati a trazione. La rottura conica avviene a causa delle sollecitazioni indotte nel calcestruzzo attraverso il punto di fissaggio. Il calcolo della resistenza del cono in calcestruzzo è contemplato all’interno dalla EN 1992-4 [1], ovvero la sezione dell’Eurocodice 2 per la progettazione di fissaggi per l'uso nel calcestruzzo. Secondo la EN 1992-4, la resistenza caratteristica di un gruppo di elementi di fissaggio in caso di rottura del cono in calcestruzzo si ottiene moltiplicando la resistenza caratteristica del singolo ancoraggio (e non influenzato da elementi di fissaggio adiacenti o dai bordi), per una serie di coefficienti che tengono conto di variabili come la distanza dal bordo della soletta, la distanza tra gli ancoraggi all'interno di un gruppo, l’eccentricità del carico e la presenza di un'armatura nel materiale base. In particolare, la resistenza caratteristica di un singolo ancoraggio, N⁰_Rk,c , dipende sia dalla resistenza del calcestruzzo che dalla profondità di infissione dell'ancoraggio stesso, come dato dalla seguente formula [1]:

dove f_ck rappresenta la resistenza caratteristica cilindrica a compressione del calcestruzzo e h_ef è la profondità di infissione effettiva dell'ancoraggio. Il coefficiente k₁, che influenza linearmente la resistenza caratteristica del cono in calcestruzzo, è, in generale, indicato all’interno dell’ETA di prodotto. Secondo gli attuali standard di mercato e indicati anche nella EN 1992-4, questo fattore assume tipicamente valori di 7,7 per il calcestruzzo fessurato e 11,0 per il calcestruzzo non fessurato per gli elementi di fissaggio post-installati; 8,9 per il calcestruzzo fessurato e 12,7 per il calcestruzzo non fessurato per gli elementi di fissaggio gettati in opera. Hilti HST4 è il primo ancorante ad espansione a raggiungere la stessa resistenza del cono in calcestruzzo di un sistema cast-in, con un fattore k₁ pari a 8,9 per il calcestruzzo fessurato e 12,7 per il calcestruzzo non fessurato per determinate dimensioni. Ciò significa che HST4 è in grado di raggiungere lo stesso valore di resistenza a rottura conica con una profondità di ancoraggio minore di altre tipologie di fissaggi ad espansione, ovvero a parità di profondità di infissione può raggiungere una capacità di carico superiore del ~16%. Ciò significa che ora è possibile utilizzare ancoraggi più corti per la stessa applicazione o progettare per carichi più elevati utilizzando gli stessi ancoraggi.

HST4 ha 4 componenti chiave che contribuiscono alle sue prestazioni (vedi Figura 1):

1. meccanismo di canali ad incastro che garantiscono una maggiore resistenza nel calcestruzzo fessurato;

2. un lamierino altamente ingegnerizzato con un design della scanalatura in punta, una forma più lunga a quattro segmenti e una punta affusolata, che massimizza la connessione al calcestruzzo e aiuta a prevenire lo sfilamento;

3. un design bombato e scanalato che massimizza l'espansione del manicotto, consentendo prestazioni elevate sia nel calcestruzzo non fessurato che fessurato, in condizioni statiche e sismiche, garanzia di affidabilità con un design anti-rotazione;  

4. rivestimenti specifici per il bullone e il dado, ottimizzati per i carichi di trazione e che consentono un'installazione performante anche vicino al bordo di calcestruzzo.

Figura 1:  Design innovativo di HST4

Il design innovativo di HST4 fornisce inoltre una maggiore resistenza a trazione sia nel calcestruzzo non fessurato che fessurato, sotto carico statico e sismico. Rispetto alla precedente generazione, per un singolo ancoraggio con la stessa lunghezza e diametro, HST4 garantisce un aumento delle prestazioni a trazione dal +36% a +84% in calcestruzzo non fessurato in condizioni statiche, dal +18% a +41% in calcestruzzo fessurato e dal +11% a +63% in presenza di carichi sismici C2, a seconda del diametro dell'ancorante.

3.    LUNGHEZZA DELL'ANCORAGGIO OTTIMIZZATA CON LA PROFONDITA' DI POSA VARIABILE

La profondità di posa di un ancoraggio nel calcestruzzo determina sia il meccanismo di trasferimento del carico che la modalità di rottura dello stesso. In generale, più profonda è la posa, maggiore è la capacità di carico dell'ancoraggio. Lo svantaggio è che una profondità maggiore comporta anche tempi di perforazione e posa più lunghi, nonché un rischio maggiore di intersecare le armature. La maggior parte degli ancoraggi ad espansione sono approvati per profondità di ancoraggio fisse, in genere tra 1 e 3 valori. Ciò limita la flessibilità e il potenziale di ottimizzazione sia per la selezione dell'ancoraggio che per la progettazione, poiché l'ingegnere strutturale è tenuto a scegliere tra un insieme predefinito di lunghezze di ancoraggio e profondità di posa, il che può comportare una sovraprogettazione del design. HST4 è qualificato secondo i nuovi documenti di valutazione europea, EAD 330232-01-0601 v02 [2], che garantisce una migliore resistenza alla rottura del cono in calcestruzzo, e EAD 330232-01-0601 v03 [3], che consente l'uso di una profondità di posa variabile per ancoranti meccanici nel calcestruzzo. Ciò significa che, con HST4, la profondità di ancoraggio può essere selezionata liberamente all'interno di determinati intervalli (come specificato nel documento di valutazione tecnica europea ETA-21/0878 [4]) in base al diametro dell'ancoraggio selezionato e ai requisiti di carico, come mostrato nella Tabella 1.

Tabella 1: Intervalli di profondità di posa effettivi per HST4

Con la profondità di ancoraggio variabile, è possibile selezionare la lunghezza e la profondità di ancoraggio ottimali per le diverse applicazioni, ottenendo la soluzione più ottimizzata possibile, aiutando a ridurre materiale e costi di installazione. HST4 può essere progettato utilizzando il software Hilti PROFIS Engineering, una Suite basata su cloud che aiuta nella progettazione e nell'ottimizzazione dei punti di fissaggio e nel design delle piastre di base. Con PROFIS Engineering, Hilti fornisce un'interfaccia user-friendly, un ambiente di modellazione 3D, un generatore di report e un servizio di supporto tecnico dedicato. PROFIS Engineering implementa il metodo di progettazione EN 1992-4 e include tutte le caratteristiche e i vantaggi di HST4, come una migliore resistenza conica lato calcestruzzo, una profondità di infissione variabile e un'installazione senza pulizia.

4.    CONCLUSIONI

HST4 è l'ultima innovazione Hilti nel campo degli ancoraggi meccanici che raggiunge prestazioni paragonabili a sistemi cast-in. HST4 è un ancorante ad espansione ad alte prestazioni con un design unico che consente una profondità di posa variabile e una migliore resistenza alla rottura conica lato calcestruzzo, con conseguente resistenza a trazione più alta che mai. Dispone di un'ampia gamma di qualifiche a certificazioni per soddisfare i requisiti dell'applicazione e garantire la conformità alle normative. È compatibile con i sistemi di installazione Hilti, garantendo così un'installazione affidabile.

HST4 consente l'ottimizzazione dei progetti di piastre di base, migliorando le specifiche di design. Tutto ciò è possibile grazie al nostro programma PROFIS Engineering che permette di gestire il design dell’ancoraggio della piastra di base in pochissimi click.

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REFERENZE

[1]  European Committee for Standardization. (2018). EN 1992-4:2018 Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 4: Design of fastenings for use in concrete. Brussels, Belgium.

[2]  European Organisation for Technical Assessment. (2021). European Assessment Document (EAD) 330232-01-0601: Mechanical fasteners for use in concrete. Brussels, Belgium.

[3]  European Organisation for Technical Assessment. (2023). European Assessment Document (EAD) 330232-01-0601-v02: Improved resistance to concrete cone failure for mechanical fasteners for use in concrete. Brussels, Belgium, to be published.

[4]  European Organisation for Technical Assessment. (2023). European Assessment Document (EAD) 330232-01-0601-v03: Mechanical fasteners with variable embedment depth for use in concrete. Brussels, Belgium, to be published.

[5]  Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. (2023). European Technical Assessment ETA-21/0878: Hilti HST4-R. Marne la Vallée, France.