Prove preliminari sugli ancoranti: come calcolare il carico di prova

Una prova preliminare è una prova in sito su 5 ancoranti che dimostra se un ancorante è in grado di sopportare l'azione caratteristica N_Ek (il carico non fattorizzato) in un materiale di base per il quale il produttore non dispone di dati. La norma BS 8539:2012+A1:2021 la definisce approccio semplificato alle prove per la resistenza ammissibile, nell'Allegato B.2.3.1.

Si utilizza quando per il materiale di base non è disponibile alcun ancorante con una Valutazione Tecnica Europea (ETA) pertinente, il che in pratica riguarda di solito la muratura, oppure quando lo stato del calcestruzzo mette in dubbio i valori dell'ETA. L'ancorante deve comunque essere di un tipo approvato dal produttore per quella categoria di materiale di base. I 5 ancoranti vengono caricati solo fino al carico di prova, non fino a rottura, quindi le prove causano meno danni rispetto alle prove a rottura. Vedi quando occorre una prova in sito.

Gli ancoranti per una prova preliminare vengono installati appositamente e non vengono mai utilizzati in opera. Posizionali in un materiale di base corrispondente a quello dell'opera, in un punto in cui eventuali danni non compromettano la struttura e possano essere riparati. Tienili ben distanti dagli ancoranti che verranno utilizzati e mai a meno di 3 × h_ef dove lo spazio è limitato.

Il carico di prova è l'azione caratteristica moltiplicata per un fattore di prova, poi divisa per il fattore di riduzione α_dist e per il fattore di condizione Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (equazione B.4 della BS 8539)

• N_Ek, l'azione caratteristica, è il carico che il progetto applica a un singolo ancorante, senza coefficienti di sicurezza. Viene fornita dal progettista.
• ν_test, il fattore di prova, dipende dal materiale dell'ancorante, dal materiale di base e dalla durata del carico, lunga o breve. Vedi la tabella seguente.
• α_dist, il fattore di riduzione, tiene conto degli appoggi del ponte posti così vicino all'ancorante da poter contenere il materiale di base e aumentare il risultato. È pari a 1.0 quando le gambe sono sufficientemente distanziate. Vedi scelta del ponte.
• Ω, il fattore di condizione, tiene conto delle differenze tra la prova e l'uso reale, ad esempio una prova in condizioni asciutte per un ancorante che sarà esposto all'umidità. Ω viene stabilito dal progettista.

Il nostro calcolatore del carico di prova esegue questi passaggi per te.

Ai tasselli in nylon si applicano fattori più elevati a causa dello scorrimento viscoso (creep). Se mantenuto sotto carico a lungo, il nylon si deforma lentamente: un tassello che resiste al carico di prova per un breve periodo può quindi cedere in esercizio a un carico inferiore.

Il progettista sceglie Ω valutando in che modo l'impiego reale dell'ancorante differirà dalla prova. Ogni risposta fornisce un valore:

• Per quanto tempo agirà il carico? Per carichi di breve durata, come l'ancoraggio di ponteggi o di attrezzature per lavori in quota su fune, Ω = 1,0. Per un carico di trazione permanente, Ω = 0,9.
• L'ancorante sarà più umido o più caldo in esercizio che durante la prova? Se sarà bagnato in esercizio ma viene provato asciutto, Ω = 0,8. Se funzionerà a temperature superiori al normale intervallo di esercizio indicato dal produttore ma viene provato a temperatura normale, Ω = 0,8.
• Gli ancoranti in opera potrebbero finire in punti più deboli rispetto agli ancoranti di prova? Su una parete intonacata, dove i giunti sono nascosti o non è possibile mantenere gli ancoranti all'interno dei mattoni, e gli ancoranti di prova sono in mattone pieno, Ω = 0,75.
• Il calcestruzzo sarà fessurato? Per un ancorante progettato per calcestruzzo in zona tesa, Ω = 0,7.

Se si applica più di una condizione, il progettista indica un unico valore di Ω per il caso specifico. Questa guida non fornisce alcuna regola per combinarli; rivolgersi al progettista.

αdist dipende dall'interasse degli appoggi adist e dalla profondità di ancoraggio effettiva hef. adist si misura all'asse degli appoggi puntuali, oppure come luce netta tra appoggi continui. I valori di Staht, 127 mm per i ponti standard t25 e t60 e 375 mm e 575 mm per i ponti più larghi, corrispondono alla distanza netta tra i piedi lungo il ponte (schede tecniche Staht), la stessa base usata dalla tabella dei ponti pubblicata dal settore. Si tratta di un'ipotesi a favore di sicurezza: i piedi di un ponte a quattro gambe si trovano in realtà più lontani dall'ancorante, quindi la distanza netta fornisce un carico di prova leggermente più alto, mai più basso.

Fino a h_ef = 150 mm. Se adist è almeno 3 × hef, αdist = 1,0. Se adist è inferiore a 3 × hef ma superiore a 1,5 × hef, αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (equazione B.12 della BS 8539). La BS 8539 limita inoltre l'interasse necessario a 450 mm, ma fino a hef = 150 mm 3 × hef non supera mai 450 mm, quindi il limite non modifica il risultato. Se adist è pari o inferiore a 1,5 × hef, il ponte è troppo stretto per questo metodo: utilizzarne uno più largo. Nel calcestruzzo, una prova preliminare richiede inoltre che l'appoggio più vicino si trovi a più di 1,0 × hef dall'ancorante, come verificato nell'esempio di calcolo B.

Oltre 150 mm. L'equazione B.12 non si applica. Nel calcestruzzo, mantenere l'appoggio più vicino ad almeno 1,5 × hef dall'ancorante, il che significa adist di almeno 3 × hef. Nella muratura valgono le regole per mattoni e blocchi. Il documento EOTA TR 053 non prevede riduzioni nelle murature a più paramenti di piccoli mattoni pieni, come i mattoni pieni in laterizio, a condizione che gli appoggi distino più di 1,5 × hef e lascino spazio alla formazione della rottura. Vedere scelta del ponte.

hef è la profondità fino al punto più basso in cui l'ancorante fa presa sul materiale di base. Per i tasselli in nylon, assumere hef pari al 50% della profondità di ancoraggio nominale.

Un ancorante chimico in mattone pieno sostiene un carico di trazione permanente. Il progettista indica NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm e un unico Ω di 0,9 per il carico permanente. ν_test per un ancorante non in nylon in muratura con carico di lunga durata è 4.

Con il ponte standard Staht t25 (interasse degli appoggi a_dist = 127 mm, distanza netta tra i piedi lungo il ponte (scheda tecnica Staht)):

• 3 × hef = 180 mm, superiore a 127 mm, quindi si applica αdist. 127 mm è superiore a 1,5 × h_ef (90 mm), quindi vale l'equazione B.12.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 60) = 0,4 + 0,423 = 0,823.
• N_test = 0,9 × 4 ÷ (0,823 × 0,9) = 3,6 ÷ 0,741 = 4,86 kN.

Con lo Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm è superiore a 3 × hef (180 mm), quindi αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

Il ponte più largo elimina la riduzione, quindi gli ancoranti vengono provati a 4,00 kN anziché a 4,86 kN. Nella muratura in laterizio, appoggiare i piedi del ponte sui mattoni adiacenti a quello in cui è installato l'ancorante. Vedere prove in muratura.

Ancoranti per lavori in quota su strutture alte vengono installati in calcestruzzo datato di condizioni incerte, quindi il progettista richiede prove preliminari. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, carico di breve durata, quindi Ω = 1,0. ν_test per un ancorante non in nylon nel calcestruzzo con carico di breve durata è 2.

• Con il ponte standard Staht t60, adist = 127 mm, distanza netta tra i piedi lungo il ponte (scheda tecnica Staht), inferiore a 3 × hef (150 mm) e superiore a 1,5 × h_ef (75 mm), quindi si applica l'equazione B.12.
• L'appoggio più vicino, a 63,5 mm, è a più di 1,0 × h_ef (50 mm), come richiesto per le prove preliminari nel calcestruzzo durante il carico fino al carico di prova.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 50) = 0,4 + 0,508 = 0,908.
• N_test = 3,0 × 2 ÷ (0,908 × 1,0) = 6,0 ÷ 0,908 = 6,61 kN.

Tasselli in nylon fisseranno una recinzione di cantiere provvisoria a un calcestruzzo datato di condizioni incerte, quindi il progettista richiede prove preliminari. NEk = 0,4 kN, carico di breve durata, quindi Ω = 1,0. La profondità di ancoraggio nominale è 70 mm, quindi hef = 35 mm. ν_test per il nylon con carico di breve durata è 3,5.

• Con il ponte standard Staht t25, adist = 127 mm, distanza netta tra i piedi lungo il ponte (scheda tecnica Staht), superiore a 3 × hef (105 mm), quindi α_dist = 1,0.
• L'appoggio più vicino, a 63,5 mm, è a più di 1,0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Se tutti e 5 gli ancoranti resistono al carico di prova, l'azione caratteristica può essere assunta come resistenza ammissibile in quel materiale di base: NR,all = NEk (equazione B.5 della BS 8539). L'ancorante può quindi essere utilizzato a tale carico.

Se un ancorante non raggiunge il carico di prova, è il progettista a decidere come procedere, in base a due domande. Il lavoro può semplicemente prevedere più ancoranti, ad esempio installandoli più ravvicinati? E l'ancorante ha ceduto vicino al carico di prova, ad esempio oltre 0,8 × N_test?

• Sì a entrambe: mantenere l'ancorante e utilizzarne un numero maggiore, con una resistenza ammissibile ridotta calcolata come indicato di seguito.
• No a una delle due: modificare la specifica, con un diametro maggiore, una profondità di ancoraggio superiore o un altro tipo di ancorante, ed eseguire su di esso una nuova serie di prove preliminari.

Calcolo della resistenza ammissibile ridotta:

1. Portare a rottura, lentamente, tutti e 5 gli ancoranti di prova, annotando per ciascuno il carico al primo spostamento. Per non danneggiare la struttura, è possibile fermarsi a circa 1,0 mm di spostamento e considerare quel carico come carico di rottura.
2. Dal carico di rottura medio Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (equazione B.6).
3. Dal carico di rottura minimo Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (equazione B.7).
4. Utilizzare il minore dei due valori, limitato al carico medio di primo spostamento N_1st,m.
5. Aumentare il numero di ancoranti: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (equazione B.8), dove n0 è il numero inizialmente previsto. Arrotondare per eccesso.

Nell'esempio A con il ponte t25, il carico di prova era 4,86 kN. Un ancorante cede a 4,2 kN, valore superiore a 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, e il lavoro può prevedere più ancoranti. Tutti e 5 vengono caricati fino a rottura: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 e 6,4 kN. Il carico medio al primo spostamento è 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN e Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Dalla media: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Dal minimo: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, il valore minore. È inferiore a N1st,m (2,3 kN), quindi resta valido.
• Il lavoro prevedeva 24 ancoranti: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, quindi servono 28 ancoranti.

La BS 8539 prevede altri tre metodi, ciascuno basato su prove a rottura.

• Senza ETA, approccio statistico (Allegato B.2.3.2): da 5 a 15 ancoranti vengono caricati fino a rottura. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, dove NRu,m è il carico di rottura medio, v il coefficiente di variazione (non superiore al 30%) e K un fattore statistico: 3,40 per 5 prove, 2,57 per 10 e 2,33 per 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, non superiore a N_1st,m. Il progettista sceglie ν, ad esempio da 3 a 4 per carichi statici o 5 per i tasselli in nylon.
• Ancorante con ETA in muratura non coperta dall'ETA, da 5 a 15 prove (Allegato B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, con β ricavato dall'ETA (1 se non indicato), non superiore alla resistenza caratteristica dell'ETA. Qui β sostituisce Ω. Quindi NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, con γM ricavato dall'ETA e γF pari a 1,35 per azioni permanenti, 1,5 per azioni variabili o 1,4 se sconosciute o miste, e non superiore a N1st,m.
• Ancorante con ETA, 15 o più prove (Allegato B.2.2): il metodo di prova in cantiere del pertinente Documento per la valutazione europea (EAD) e del relativo Rapporto tecnico EOTA.

Più ancoranti vengono provati a rottura, più alta sarà probabilmente la resistenza ammissibile, ma le prove a rottura causano danni maggiori.