Fissaggi strutturali: tipologie e caratteristiche

E’ necessario pensare ad un adeguato sistema di fissaggio strutturale per ogni opera che si realizza, dall’inserimento di una mensola per l’arredamento di casa alle barriere per viadotti autostradali.

Il fissaggio, sia esso leggero (quello tradizionalmente impiegato senza controlli nel “fai da te” ) che pesante (per la realizzazione di un’opera civile) rappresenta un tema importante per garantire la sicurezza degli ambienti costruiti.

Fissaggi strutturali: definizioni e caratteristiche
In un sistema di fissaggio strutturale generalmente si considerano tre elementi:
– il materiale base;
– l’ancorante;
– l’elemento da fissare.

Il materiale base (ovvero il materiale in cui si andrà a posizionare l’elemento per il fissaggio) è costituito generalmente da una struttura in calcestruzzo, in acciaio, in legno, ecc. che possegga idonee caratteristiche di resistenza e stabilità.
 
L’ancorante è l’elemento lavorato ed assemblato per consentire l’ancoraggio tra il materiale base e l’elemento da fissare.
 
L’elemento da fissare è l’elemento che deve essere fissato al materiale base
 
Il sistema d’ancoraggio è soggetto ad azioni combinate di taglio (V) e trazione (N) a cui i componenti ed il materiale base devono resistere. Le sollecitazioni Sd vanno confrontante con le resistenze Rd in modo che sia sempre verificata la disequazione:Sd≤Rd.

Come scegliere un sistema d’ancoraggio

La corretta scelta di un ancorante deve tener conto del tipo di materiale di base in cui si andrà ad inserire, (calcestruzzo, fessurato o non fessurato, legno cartongesso, mattone forato ecc).

Inoltre bisogna tener presente la geometria di posa, ovvero lo spessore del materiale di base, l’interasse tra gli ancoranti e la distanza dai bordi. Ad esempio la dimensione dell’ancorante va scelta in base alla profondità di posa per non rischiare che il sistema perda efficacia.

Un altro aspetto indispensabile per la scelta del giusto ancorante consiste nel considerare l’entità e il tipo di carico.

Un ancoraggio, nella maggior parte dei casi, è sottoposto a carichi statici combinati di trazione e taglio, esso dovrà dunque possedere una resistenza di progetto maggiore del carico applicato.

Infine la scelta dell’ancoraggio va fatta in base alle condizioni ambientali, tenendo conto delle caratteristiche di resistenza in riferimento alla corrosione e all’incendio.

L’ancoraggio infatti deve essere valutato in base al livello di aggressività dell’ambiente in quanto può subire un attacco corrosivo dovuto a umidità, condensa o presenza di cloruri.L’ancorante avrà quindi caratteristiche completamente diverse se dovrà essere installato in ambienti interni privi di umidità o in ambienti altamente corrosivi come tunnel stradali o piscine coperte. Nel primo caso sarà sufficiente la sola zincatura a proteggere l’ancorante mentre nel secondo caso sarà necessario l’impiego di prodotti in acciaio inox.

Nei luoghi definiti a maggior rischio in caso d’incendio gli ancoraggi devono resistere all’azione dell’incendio per un tempo tale da garantire l’evacuazione delle persone coinvolte. La scelta va effettuata confrontando la resistenza di progetto con quella che l’elemento deve possedere dopo tale lasso di tempo, utilizzando le informazioni fornite dal fabbricante.

Ancoraggi strutturali: classificazione

I sistemi di fissaggio si dividono in base agli ancoranti che possono essere meccanici (ancoranti ad espansione a controllo di coppia, ancoranti ad espansione a controllo di spostamento, ancoranti sottosquadro) o chimici.

Gli ancoranti possono essere classificati anche in base al principio di funzionamento:
• per forma (la forza resistente è generata dal bloccaggio geometrico tra il foro e l’ancorante stesso, per questa ragione il foro viene eseguito con una punta particolare che consente l’apertura del meccanismo di bloccaggio);
• per attrito (la forza resistente è generata da un meccanismo di espansione costituito da un cono che scorre all’interno di un manicotto);
• per adesione (la forza resistente è generata nella resina all’interfaccia con il materiale di supporto).

Fissaggi meccanici

Gli ancoranti meccanici generalmente funzionano per attrito e per forma. Nei primi la tenuta, nel materiale base, è garantita dall’attrito generato attraverso l’espansione di un cilindro all’interno di un manicotto mediante l’applicazione di una coppia di serraggio controllata (ancoranti a controllo di coppia), o da un meccanismo a spostamento controllato (ancoranti a controllo di spostamento).

Nel secondo caso (funzionamento per forma) la tenuta è garantita dall’incastro creato tra il materiale base e l’ancorante: tale comportamento può essere assimilato a quello dei tirafondi gettati in opera. Questo comportamento è tipico degli ancoranti sottosquadro.

Tra i sistemi di fissaggio più conosciuti c’è il sistema a tassello (fischer) che consente una maggiore aderenza tra le viti e le pareti nelle quali vengono fissate. Il “primo tassello” venne inventato nei primi del ‘900 dall’inglese John Joseph Rawlings anche se è stato “reso famoso” da Artur Fischer che negli anni ’50 ne invento la versione in plastica fondando quella che sarebbe diventata una delle più grandi aziende di sistemi di fissaggio.

I tasselli in nylon, impiegati in svariati materiali (calcestruzzo, muratura piena e forata, cartongesso), sono costituiti da una boccola con sezioni espandenti, accoppiata a una vite in acciaio. Per sistemi omologati, ogni tassello è associato a una vite speciale, in modo da ottenere la massima tenuta dell’ancoraggio. Nei supporti pieni la trasmissione del carico avviene per attrito tra la boccola di espansione e le pareti del materiale base, per effetto dell’avvitamento della vite all’interno della boccola; nel caso di supporti vuoti, la trasmissione del carico avviene in parte per attrito e in parte per espansione del tassello nei vuoti del materiale del supporto. Essendo la portata dei tasselli in nylon determinata dall’attrito tra boccola espandente e le pareti del materiale, essa è legata alle caratteristiche costruttive del tassello, per questo motivo ogni prodotto presenta resistenze differenti.

Tra i fissaggi meccanici ci sono anche gli ancoraggi a vite; il meccanismo di trasmissione delle forze per questo tipo è simile a quello delle barre ad aderenza migliorata nel calcestruzzo. L’ancorante viene avvitato all’interno del calcestruzzo preforato con diametro del foro inferiore rispetto a quello nominale del tassello, creando una filettatura nelle pareti del supporto. Le forze sono trasferite tramite diagonali compresse che si creano per effetto della presenza della dentatura della vite. Questo tipo di ancorante è idoneo a installazioni in calcestruzzo fessurato e non fessurato.

I fissaggi strutturali sono utili anche per interventi di recupero in cui si prevede l’inserimento di elementi metallici all’interno di strutture in muratura.

I fissaggi sono particolarmente importanti quando si tratta di strutture che rinforzino le costruzioni esistenti, ad esempio quando si realizzano dei connettori per solai che devono garantire una risposta statica unitaria per i diversi materiali.

Ancoranti chimici

Gli ancoranti di tipo chimico hanno un funzionamento e un comportamento nel materiale base completamente differente da quelli meccanici. Il carico viene sopportato dal materiale per mezzo dell’adesione chimica.

La forza resistente all’estrazione viene distribuita sull’intera superficie del foro ed è per questo motivo che variando la lunghezza e/o il diametro del foro varia anche la forza resistente massima ottenibile in quanto proporzionale alla superficie del foro.

Gli ancoranti chimici utilizzati nei sistemi di ancoraggio strutturale sono bicomponenti e sono costituiti da una resina e da un induritore (catalizzatore), i quali vengono miscelati tra loro al momento dell’estrusione. L’indurimento della resina dipende dalla sua composizione chimica e varia in funzione della temperatura, in particolare all’aumentare della temperatura diminuiscono i tempi di indurimento.

Il sistema di ancoraggio chimico ha il vantaggio di non creare forze espandenti sulle pareti del materiale base, per questo motivo se si adotta questo tipo di fissaggio, è possibile installare gli ancoranti con interasse e distanza dal bordo del materiale base inferiori rispetto al caso degli ancoranti meccanici.

Gli ancoraggi chimici si distinguono in fissaggi in supporti pieni e in supporti forati. Nel caso di supporti pieni si impiega la resina e una barra in acciaio; in questo sistema la trasmissione delle forze avviene a indurimento completato, per effetto dell’adattamento di forma tra resina e barra e tra resina e le irregolarità delle pareti del materiale base. Nel caso di supporti vuoti è necessario utilizzare una bussola in materiale plastico o a rete metallica per l’introduzione della resina; la resina riempie la bussola e fuoriesce dai fori creando una dentatura contro il supporto.

Si possono trovare ancoranti chimici anche con sistema a fiala o ad iniezione. Il primo sistema è composto da una barra filettata in acciaio e una fiala in vetro contenente la resina che si rompe all’interno innescando la reazione chimica, il secondo sistema prevede che la resina e l’induritore siano inseriti in cartucce coassiali o affiancate ed estruse mediante apposite pistole.

Negli ultimi anni, accanto agli ancoranti, si è sempre più sviluppata la tecnica dell’incollaggio grazie allo sviluppo delle resine epossidiche e fenoliche. L’incollaggio ha assunto oggi una notevole importanza per unire i metalli sia tra loro sia con altri materiali, per un’ampia gamma d’applicazioni.

Adesivi strutturali

Gli adesivi strutturali possono essere considerati complementari ad altri metodi di collegamento meccanico e hanno diversi vantaggi rispetto ai metodi di giunzione tradizionali.

Per prima cosa permettono una distribuzione uniforme delle tensioni sull’intera superficie di incollaggio; questo ha un effetto molto positivo sulla resistenza statica e dinamica. La saldatura e la rivettatura generano dei picchi di sforzi localizzati, mentre l’adesivo distribuisce uniformemente le tensioni assorbendo carichi eccessivi.

Grazie agli adesivi non si crea nessuna variazione nella superficie e nella composizione dei materiali del giunto mentre le temperature di saldatura possono modificare la composizione e quindi le proprietà meccaniche dei materiali. Inoltre, la saldatura, la rivettatura e la bullonatura possono incidere negativamente sull’aspetto estetico delle parti.

Gli adesivi sono leggeri, vengono comunemente e particolarmente utilizzati nelle costruzioni leggere, quando sono interessate pareti sottili (spessore < 0,5 mm), e riducono il rischio di corrosione; l’adesivo infatti forma una pellicola isolante che impedisce la corrosione da contatto quando si uniscono due tipi di metallo diversi.

Per procedere all’incollaggio si può ricorrere anche ad adesivi e nastri per il fissaggio, collanti a base cementizia e colle e mastici.

fonte: edilportale