SISTEMI ANTICADUTA SULLE COPERTURE DEGLI EDIFICI Il calcolo di verifica Ing. Marco Goldoni

Riferimenti ETAG 001 Introduzione normativa UNI EN 795/02 Problematiche generali nella verifica di un ancoraggio Esempio di calcolo

ETAG 001 Linea Guida per il benestare tecnico europeo di ANCORANTI METALLICI DA UTILIZZARE NEL CALCESTRUZZO Pone le basi per la valutazione degli ancoranti da utilizzare in calcestruzzo fessurato e non fessurato, oppure soltanto in calcestruzzo non fessurato, ed è costituita dalle seguenti parti: Parte prima Ancoranti in generale Parte seconda Ancoranti ad espansione a controllo di coppia Parte terza Ancoranti sottosquadro Parte quarta Ancoranti ad espansione a controllo di spostamento Parte quinta Ancoranti chimici Parte sesta Ancoranti per applicazioni leggere I seguenti allegati costituiscono parte integrante della Linea Guida: Allegato A Dettagli delle prove Allegato B Prove per condizioni di servizio ammissibili Allegato C Metodi di progettazione degli ancoraggi

ETAG 001 Linea guida per il benestare tecnico europeo di ANCORANTI METALLICI DA UTILIZZARE NEL CALCESTRUZZO Stabilisce i requisiti che gli ancoranti devono possedere, i criteri di accettazione cui devono rispondere e i metodi per comprendere questi due aspetti fondamentali, ossia la valutazione e i metodi di prova usati per effettuare la valutazione stessa. Inoltre, sono contemplati aspetti di rilevanza più generale, incluse le informazioni richieste dalle parti interessate ed il controllo di qualità.

METODI DI PROGETTAZIONE DEGLI ANCORAGGI ALLEGATO C METODI DI PROGETTAZIONE DEGLI ANCORAGGI I metodi di progettazione riportati nell’Allegato C sono basati sull’ipotesi che siano state effettuate le prove richieste per la valutazione delle condizioni ammissibili di servizio, riportate nella Parte Prima e nelle Parti seguenti. Pertanto, la rispondenza all’Allegato C è un pre-requisito all’accertamento e alla valutazione degli ancoranti. L’uso di altri metodi di progettazione richiederà la riconsiderazione delle prove necessarie.

TECHNICAL REPORT 023 TECHNICAL REPORT 029 Introduce un nuovo codice di calcolo per le BARRE DI RIPRESA TECHNICAL REPORT 029 Introduce un nuovo codice di calcolo per gli ANCORANTI CHIMICI (Gennaio 2009)

Problematiche generali nella verifica di un ancoraggio Riferimenti ETAG 001 Introduzione normativa UNI EN 795/02 Problematiche generali nella verifica di un ancoraggio Esempio di calcolo

UNI EN 795/2002 PROTEZIONE CONTRO LE CADUTE DALL’ALTO DISPOSITIVI DI ANCORAGGIO REQUISITI E PROVE SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE La norma specifica i requisiti, i metodi di prova e le istruzioni per l’uso e la marcatura di dispositivi di ancoraggi progettati esclusivamente per l’uso con dispositivi di protezione individuali contro le cadute dall’alto. Non si applica ai ganci progettati secondo la EN 517 o alle passerelle secondo la EN 516, né ai punti di ancoraggio fissi facenti parte della struttura originale.

Modulo A - Normative di riferimento CLASSE “A” 1) Classe A1 Ancoraggi strutturali progettati per il fissaggio a superfici verticali, orizzontali ed inclinate. 1) Ancoraggio strutturale 2) Punto di ancoraggio 9 9

Ancoraggi strutturali progettati per il fissaggio a tetti inclinati Modulo A - Normative di riferimento 2) Classe A2 Ancoraggi strutturali progettati per il fissaggio a tetti inclinati 10

4.3.3 Classe C – Dispositivi di ancoraggio che utilizzano linee di ancoraggio flessibili orizzontali 4.3.3.1 Generalità … omissis … Per i dispositivi che utilizzano linee di ancoraggio orizzontali realizzate con corde di fibra, cinghie o funi metalliche, la resistenza minima alla rottura della corda o della cinghia deve essere almeno il doppio della tensione massima applicata a detta corda o cinghia nel momento dell’arresto della caduta previsto per tale dispositivo e verificato per mezzo di prove o di calcolo. Detti dispositivi devono essere progettati applicando i metodi e criteri di progettazione del fabbricante. Tali metodi e criteri di progettazione devono essere verificati come indicato in 4.3.3.3 (Questo principio deve anche valere quando le istruzioni del fabbricante consentono che due o più persone utilizzino simultaneamente il dispositivo). Tutti gli altri elementi portanti inseriti nella linea di forza della linea di ancoraggio flessibile (per esempio pali di ancoraggio strutturale, piastre portanti, bulloni, ecc.) e che fissano la linea di ancoraggio alla struttura portante principale devono essere progettati in modo da resistere al doppio della forza generata dalla massima tensione del supporto al momento dell’arresto della caduta o del trattenimento applicata su tali elementi o componenti (i calcoli devono essere effettuati da un ingegnere qualificato).

Dispositivi che utilizzano linee di ancoraggio flessibili orizzontali Modulo A - Normative di riferimento CLASSE “C” Dispositivi che utilizzano linee di ancoraggio flessibili orizzontali 12

4.3.3.2 Prova di tipo – Resistenza statica Campioni rappresentativi della linea di ancoraggio, degli attacchi e degli elementi terminali (per esempio terminali pressati) devono essere sottoposti a prova statica come descritto in 5.2.4 fino a 1,5 volte la forza consentita dal progetto del fabbricante. La forza deve essere mantenuta per 3 min. I campioni devono resistere alla forza. 4.3.3.3 Prova di tipo – Prestazione dinamica Il fabbricante deve dimostrare mediante una serie di prove come descritto in 5.3.4.2 che, con adeguata selezione di sistemi, con lunghezza totale diversa e diverse portate (e compreso attacco d’angolo a 90° se è parte del dispositivo), la tensione e la flessione della linea di ancoraggio non variano per più di +/- 20% da quanto stabilito dal metodo di previsione del fabbricante. 4.3.3.4 Prova di tipo – Resistenza dinamica Uno dei dispositivi di cui in 4.3.3.3 deve essere selezionato per la prova di resistenza dinamica secondo quanto indicato in 5.3.4.3. Il dispositivo non deve lasciar cadere il carico. … omissis …

Metodi di prova … omissis … 5.2 Procedimento per la prova di resistenza statica 5.2.1 Classe A1 – Dispositivi di ancoraggio Installare il dispositivo di ancoraggio, secondo le istruzioni per l’installazione, in un campione del tipo di struttura in cui si intende utilizzarlo. Installare l’apparecchiatura per la prova di resistenza statica per applicare la forza di prova nella direzione o nelle direzioni di utilizzo in esercizio e sottoporre il punto di ancoraggio alla forza di prova statica specificata in 4.3.1.1. Osservare che il dispositivo di ancoraggio resista alla forza. 5.2.2 Classe A2 – Dispositivi di ancoraggio Installare il dispositivo di ancoraggio, secondo le istruzioni per l’installazione, in un campione di ciascun tipo di struttura per la quale il fabbricante lo dichiari adatto. Installare l’apparecchiatura per la prova di resistenza statica per applicare la forza di prova nella direzione di utilizzo in esercizio e sottoporre il punto di ancoraggio alla forza di prova statica specificata in 4.3.1.2. Osservare che il dispositivo di ancoraggio resista alla forza. 5.2.4 Classe C – Dispositivi di ancoraggio Installare un campione di linea di ancoraggio con gli attacchi e gli elementi terminali nell’apparecchiatura per la prova di resistenza statica e applicare la forza di prova per linea di ancoraggio specificata in 4.3.3.2. Osservare che il sistema sottoposto a prova resista alla forza.

5.3 Procedimento per la prova dinamica … omissis … 5.3.2 Classe A1 e Classe B – Dispositivi di ancoraggio Fissare un’estremità del cordino di prova mediante connettore al dispositivo di ancoraggio sottoposto a prova e l’altra, sempre mediante connettore, alla massa da 100 kg. Ad una distanza massima orizzontale di 300 mm dal punto di ancoraggio e mediante un dispositivo di sbloccaggio rapido, sostenere la massa in modo che una volta rilasciata, cada liberamente per (2500 +/- 50 mm) prima che il cordino cominci ad arrestarne la caduta. Rilasciare la massa e osservare se viene arrestata. 5.3.3 Classe A2 – Dispositivi di ancoraggio Applicare il dispositivo di ancoraggio secondo le istruzioni per l’installazione, a un angolo non maggiore di 20° dalla verticale, a un campione del materiale di costruzione per cui è indicato. Fissare un’estremità del cordino di prova mediante connettore al dispositivo di ancoraggio sottoposto alla prova e l’altra, sempre mediante connettore, alla massa da 100 kg.

Modulo A - Normative di riferimento Prova di prestazione per dispositivi di ancoraggio progettati per il fissaggio a tetti inclinati. - Prova statica con forza di 10 kN per 3 minuti. - Prova dinamica 100 kg per caduta di 200/250 cm 16

5.3.4 Classe C - Dispositivi di ancoraggio … omissis … 5.3.4.2 Procedimento per la prova di prestazione dinamica. Installare ciascun dispositivo di ancoraggio secondo le istruzioni del fabbricante. In corrispondenza di uno degli ancoraggi strutturali di estremità, e allineato con la linea di ancoraggio, applicare un dispositivo di misurazione della forza. Se nel dispositivo è incluso un passaggio ad angolo di 90° o maggiore, all’altro ancoraggio strutturale di estremità deve essere applicato un secondo dispositivo di misurazione della forza. Applicare il cordino realizzato con catena mediante l’apparecchiatura di misurazione della forza al punto di ancoraggio mobile, e applicare l’altra estremità del cordino alla massa di 100 kg. Posizionare il punto di ancoraggio mobile al centro del tratto di prova (a metà tra gli ancoraggi strutturali. Sollevare la massa in modo da fornire sufficiente energia di caduta per sviluppare almeno 6 kN di forza massima sulla catena nel momento dell’arresto della caduta. Ad una distanza massima orizzontale di 300 mm dal punto di ancoraggio mobile, trattenere la massa mediante il dispositivo di sbloccaggio rapido.

Rilasciare la massa e misurare la forza massima nella linea di ancoraggio e la freccia della linea (mediante video ad alta velocità o altro mezzo adatto) in corrispondenza del punto di ancoraggio mobile nel momento in cui la catena viene sottoposta alla forza massima di arresto. Questi dati devono essere utilizzati per verificare le affermazioni del fabbricante riguardo al dispositivo come descritto in 4.3.3.3. Tra le prove si possono sostituire i componenti. 5.3.4.3 Prova di resistenza dinamica. Il procedimento di prova è analogo a quanto descritto in 5.3.4.2, ma la massa deve essere sollevata a una altezza che fornisca sufficiente energia di caduta per sviluppare almeno una forza massima di arresto della caduta di 12 kN sul cordino realizzato con catena. La forza di 12 kN può essere suddivisa tra due punti di ancoraggio mobili, ma la separazione tra essi deve essere la minima necessaria per consentire l’esecuzione della prova. La massa deve essere trattenuta. … omissis … NOTA: Le prove di tipo dinamico riproducono le sollecitazioni effettivamente in gioco nel caso di caduta, pertanto non possono essere eseguite sui dispositivi installati per l’effettivo esercizio, perché potrebbero subire una deformazione anelastica rendendo necessaria ed obbligatoria la loro sostituzione.

Prova di prestazione dinamica su dispositivi di ancoraggio classe C. Modulo A - Normative di riferimento Prova di prestazione dinamica su dispositivi di ancoraggio classe C. Prova statica con 1,5 forza di progetto per 3 minuti. Prova dinamica con 100 kg con caduta di 200/250 cm uguale a 6 kN. F = Freccia della linea rilevata nelle prove tipo. T = Carico scaricato nei supporti terminali nelle prove tipo. 19

APPENDICE A – RACCOMANDAZIONI PER L’INSTALLAZIONE (informativa) … omissis … A.2 Classe A1 – Dispositivi di ancoraggio progettati per il fissaggio a superfici verticali, orizzontali ed inclinate Per il fissaggio su acciaio o legno la progettazione dovrebbe essere verificata mediante calcoli da un ingegnere qualificato per stabilire se sono in grado di sostenere la forza della prova di tipo. Per il fissaggio in altri materiali strutturali, l’installatore dovrebbe verificare l’idoneità sottoponendo ogni singolo ancoraggio strutturale, dopo l’installazione in quel materiale, a una forza di trazione assiale di 5 kN a conferma della solidità del fissaggio. L’ancoraggio strutturale dovrebbe sopportare la forza per almeno 15 sec. A.3 Classe A2 – Dispositivi di ancoraggio progettati per il fissaggio a tetti inclinati Per il fissaggio in altri materiali strutturali, l’installatore dovrebbe verificare l’idoneità eseguendo una prova su un campione del materiale.

… omissis … A.5 Classe C – Dispositivi di ancoraggio che utilizzano linee di ancoraggio flessibili orizzontali Laddove possibile, il dispositivo dovrebbe essere installato su strutture che permettano di provarlo. Se non è possibile sottoporre la struttura principale di supporto alle forze di prova, tutti gli ancoraggi dovrebbero dimostrarsi in grado di sopportare il doppio della forza massima prevista. I calcoli eseguiti da un ingegnere qualificato dovrebbero verificare che la struttura di supporto principale con gli ancoraggi strutturali di estremità ed intermedi supporti le forze. In applicazioni nelle quali non è possibile verificare mediante calcolo, per esempio dove le proprietà meccaniche dei materiali di installazione non siano note, l’installatore dovrebbe verificare l’idoneità installando un dispositivo nel materiale del sito e accertarsi che vengano soddisfatti i requisiti di prova di 4.3.3. Per il fissaggio in tutti i materiali, ogni ancoraggio strutturale di estremità o intermedio, dopo l’installazione, dovrebbe essere sottoposto a una prova di trazione a conferma della resistenza del fissaggio. La forza di prova dovrebbe essere 5 kN. L’ancoraggio strutturale dovrebbe sopportare la forza per almeno 15 s.

NOTA: I dispositivi di ancoraggio vengono forniti dalle ditte specializzate già calcolati, testati e certificati. Il produttore del sistema stesso si occupa di testarlo e certificarlo secondo UNI EN 795/02 assumendosi l’onere e la responsabilità di indicare le massime sollecitazioni trasmesse agli ancoraggi. L’ingegnere qualificato dovrà provvedere a calcolare e verificare solo l’ancoraggio (meccanico o chimico) dei dispositivi alle strutture fisse dell’edificio, oltre alle strutture stesse.

Il valore del carico indicato dal produttore del sistema di ancoraggio è da intendersi valido ESCLUSIVAMENTE nel rispetto dell’impiego dei materiali da esso forniti (tipo di cavo metallico, tipo di assorbitore di energia, ecc.) ed in condizioni di corretto montaggio, poiché l’entità della sollecitazione (essendo in presenza di un carico dinamico) dipende fortemente dalle caratteristiche dinamiche del sistema che si oppone alla caduta. Tutti gli elementi costituenti il sistema di ancoraggio che possono influenzarne il comportamento dinamico nel caso di caduta dell’operatore DEVONO essere calcolati in maniera appropriata e successivamente sottoposti a prove di tipo, sia statiche che dinamiche, secondo le disposizioni della norma UNI EN 795/02.

Riferimenti ETAG 001 Introduzione normativa UNI EN 795/02 Problematiche generali nella verifica di un ancoraggio Esempio di calcolo

Quanto è importante l’ancoraggio in una Linea di Vita? Resistenza Durata nel tempo Caratteristiche del supporto Interventi atmosferici, acqua, gelo. Modifiche strutturali, fessurazioni. Corretta esecuzione

Classificazione dei sistemi di ancoraggio Ancoranti post installati Gettate in opera“tirafondi” Meccanici Chimici Sottosquadro Espansione I sistemi di ancoraggio possono essere gettati in opera o post -installati. Quelli post-installati possono essere poi classificati in vario modo. Per esempio possono essere classificati secondo il materiale con cui sono costruiti: plastici, metallici, chimici. E’ una classificazione che puo’ darci implicitamente già alcune informazioni (pensiamo alla resistenza al fuoco, o alle temperature di servizio) ma non è la piu idonea per un progettista. Oppure secondo il metodo di applicazione: un fissaggio puo’ essere passante o pre-montato (alcuni tasselli non sono idonei al passaggio passante ma hanno altre qualità). O ancora secondo l’intensità del carico raccomandato: leggeri, medi, pesanti; solo indicativa e di scarso valore pratico pero’, se si va in dettaglio nelle comparazioni. La classificazione, invece, che meglio puo’ introdurre i diversi criteri di scelta dell’ancorante e quella che si riferisce al principio di funzionamento. Gli ancoranti possono essere cosi distinti in meccanici o chimici. Nel primo caso il carico può essere trasferito al materiale base mediante compressione nell’estremità inferiore dell’ancoraggio o per attrito provocato dall’espansione del tassello. Nel caso di ancoraggi chimici il carico è trasferito per adesione lungo tutta la superficie di contatto. Tenuta per forma,compressione nella parte inferiore Tenuta per attrito Tenuta per adesione lungo tutta la superficie mod.180_mag-2009-ed1 26 26

Classificazione: Funzionamento per Adesione Ancorante Chimico:La resistenza è dovuta al generarsi delle forze di adesione su tutta la superficie cilindrica del foro Con ancorante chimico si definisce, in modo esteso, la combinazione di un elemento di acciaio (per esempio una barra filettata) e una resina (bicomponente organica o ibrida). La resina puo’ essere provvista in forma di capsula (generalmente piu sicura e prestazionale) oppure in forma di cartuccia per un sistema ad iniezione (piu flessibile e versatile). Il carico viene trasmesso per adesione della resina al materiale base e, in parte, anche dalle forze di razione generate dall’ingranamento della resina nelle micro asperità della superficie del foro. La forza di reazione è distribuita lungo tutta la superficie dell’ancorante. Per questo motivo si possono ottenere tenute di trazione superiori all’aumentare della profondità di posa dell’ancorante. Adesione Il carico applicato N viene trasmesso al materiale base per mezzo di adesione chimica mod.180_mag-2009-ed1 27 27

Classificazione: Sollecitazioni sul calcestruzzo a confronto Ancorante meccanico HSL TZ Ancorante chimico HIT-HY 150 Osserviamo in questa slide la distribuzione delle tensioni di __________ all’interno del calcestruzzo per condizioni simili all’esempio riportato precedentemente. mod.180_mag-2009-ed1 28 28

Modi di rottura: Carico di trazione Rottura per sfilamento Rottura conica del calcestruzzo Dipende da: Tensioni elevate Qualità del calcestruzzo Bassa qualità del calcestruzzo Posa ancorante non corretta mod.180_mag-2009-ed1 29

Modi di rottura: Carico di trazione Rottura acciaio dell’ancorante Rottura per splitting Dipende da: Tensioni elevate Ottima qualità del calcestruzzo Spessore del materiale base Bassa qualità del calcestruzzo mod.180_mag-2009-ed1 30

Modi di rottura: Carico di taglio Rottura lato acciaio dell’ancorante, taglio con flessione Rottura lato acciaio dell’ancorante Dipende da: Qualità dell’acciaio Eccentricità Qualità dell’acciaio 31 mod.180_mag-2009-ed1

M = momento flettente [Nm] F = forza [N] b = braccio [m]

Riferimenti ETAG 001 Introduzione normativa UNI EN 795/02 Problematiche generali nella verifica di un ancoraggio Esempio di calcolo

ESEMPIO DI CALCOLO: Linea vita in colmo

Dispositivo di ancoraggio di classe C Linea Vita lunga 30 m, suddivisa in 3 campate di 10 m ciascuna. La linea Vita è costituita da un cavo in acciaio Φ 8 mm composizione 7x19 fili, con due pali di ancoraggio PG alle estremità e due pali PG di supporto intermedio (che non vincolano lo scorrimento dal cavo). I pali sono alti 62 cm (tubolare di 40 cm + asta del golfare di 22 cm). Ad una estremità della linea è disposto un assorbitore di energia. Il sistema di ancoraggio completo è verificato e certificato dal fornitore che fornirà le certificazioni da allegare alla relazione di calcolo. In base alla configurazione di carico, l’ingegnere qualificato dovrà verificare: l’ancoraggio dei pali di estremità soggetti alla forza massima, in direzione del cavo l’ancoraggio dei pali intermedi soggetti alla forza massima, in direzione del cavo la struttura principale a cui sono ancorati i pali, sollecitata dalle azioni indotte dai pali stessi

Dalle tabelle fornite dal costruttore si ricava il dato necessario al calcolo di verifica della linea: Tensione massima sul cavo = 6 kN NOTA: Il progettista dovrebbe sempre verificare la compatibilità della freccia (che si viene a creare sulla linea vita in seguito all’eventuale caduta di un operatore) con la posizione della linea vita al fine di evitare all’operatore in caduta di impattare contro superfici o aggetti sottostanti la copertura.

Per garantire l’ancoraggio del palo questo verrà fissato alla sottostante trave di colmo in C.A. di sezione 30x30 cm mediante 4 barre filettate M12 e resina bi-componente. La verifica a trazione, strappo e cesoiamento delle barre è effettuata col calcolo allo stato limite ultimo, in base ai coefficienti indicati dalla UNI EN 795/02.

da tabella carichi Sicurpal coefficiente di sicurezza parziale per la verifica allo stato limite ultimo (UNI EN 795, punto 4.3.3.1)

(con barre tutte uguali, considerando flangia e supporto infinitamente rigidi)

VERIFICA DELLE BARRE DI ANCORAGGIO - METODO S.L.U. Il coefficiente γm2 con valore 1,25 è stato dedotto dalla tabella 4.2.XII delle NTC del 14.01.08 VERIFICATO !

Per verificare la tenuta dell’ancoraggio effettuato con barre filettate ed ancorante chimico occorre seguire la metodologia di calcolo indicata nella norma ETAG 001 – Allegato C. A tale proposito, si prende in considerazione la metodologia di calcolo illustrata dal manuale tecnico di un produttore di ancoranti chimici di primaria importanza che altro non è che una versione semplificata del metodo ETAG 001 – Allegato C.

METODO DI CALCOLO

VERIFICATO!

VERIFICA DELLE BARRE ALLO SFILAMENTO DEL CLS VERIFICATO!

GRAZIE PER L’ATTENZIONE Ing. MARCO GOLDONI