ANCORAGGI E FISSAGGI CHIMICI

Le giunzioni ad ancoraggio costituiscono un elemento critico per garantire l’integrità strutturale degli edifici, funzionando come ponti tra materiali eterogenei ed elementi costruttivi. La loro funzione principale è la trasmissione affidabile dei carichi dalla struttura da fissare al materiale di base, sia esso calcestruzzo, mattone, pietra naturale o persino elementi in legno. I principi di funzionamento degli ancoraggi si basano su diversi fenomeni fisici: attrito (per gli ancoranti a espansione), adesione (per gli ancoranti chimici) e appoggio (per gli ancoranti a taglio sottosquadro). La scelta del tipo specifico di ancorante e del metodo di fissaggio dipende da una serie di fattori, tra cui l’entità e la natura dei carichi (statici, dinamici, vibrazionali), il tipo e la resistenza del materiale di base, le condizioni operative (temperatura, umidità, ambienti aggressivi), nonché i vincoli geometrici (distanze dai bordi e tra gli ancoranti).

Secondo la norma EN 1992-4 ‘Design of fastenings for use in concrete’, il calcolo delle giunzioni ad ancoraggio nel calcestruzzo richiede un approccio complesso. Questo standard tiene conto di aspetti quali la capacità portante a estrazione, la capacità portante a taglio, i carichi combinati, l’effetto delle fessure nel calcestruzzo e gli effetti di bordo. Ad esempio, per gli ancoranti installati in una zona di calcestruzzo teso (dove è possibile la formazione di fessure fino a 0,3 mm di larghezza), la loro capacità portante può essere significativamente ridotta, il che richiede l’uso di ancoranti speciali certificati per il calcestruzzo fessurato. I coefficienti di sicurezza applicati nei calcoli variano anche in base alla classe di conseguenze del cedimento della struttura e alle condizioni ambientali, garantendo un ulteriore margine di resistenza. È inoltre importante considerare le deformazioni termiche e le possibili interazioni chimiche tra l’ancorante e il materiale di base, specialmente nel lungo periodo. La resistenza della fondazione a cui sono fissati gli ancoranti è determinante per il corretto funzionamento dell’intero sistema.

Gli ancoranti meccanici sono uno dei tipi di elementi di fissaggio più diffusi nell’edilizia, che garantiscono una giunzione affidabile grazie all’espansione meccanica, all’appoggio o all’attrito. Si suddividono in diverse categorie principali: ancoranti a espansione, ancoranti a cuneo, ancoranti a battuta e ancoranti a espansione controllata. Ogni tipo ha le proprie caratteristiche costruttive e i propri campi di applicazione.

Gli ancoranti a espansione sono generalmente costituiti da un corpo metallico e da un elemento di espansione (dado o manicotto), che durante il serraggio si espandono creando un attrito affidabile nel foro praticato. Sono efficaci per il fissaggio in materiali pieni, come il calcestruzzo o la pietra naturale. Gli ancoranti a cuneo, o tirafondi, funzionano secondo il principio della creazione di una forza di espansione tramite un cuneo che espande la pinza durante il serraggio del dado. Ciò garantisce un’elevata capacità portante, in particolare a estrazione, e sono spesso utilizzati per il fissaggio di strutture pesanti nel calcestruzzo. Gli ancoranti a battuta, o ancoranti a manicotto, si installano piantandoli nel foro, e l’elemento di espansione viene espanso con uno strumento speciale. Sono ideali per il montaggio in serie di carichi leggeri e medi.

Nella scelta di un ancorante meccanico è necessario tenere conto del tipo di materiale di base (ad esempio, per materiali cavi come il mattone forato o il calcestruzzo cellulare, gli ancoranti a espansione standard sono inefficaci e richiedono ancoranti speciali per materiali cavi o ancoranti chimici), dell’entità e della direzione dei carichi, nonché delle condizioni ambientali. Ad esempio, in ambienti umidi o aggressivi si dovrebbero utilizzare ancoranti in acciaio inossidabile (classe A4 o A5) per prevenire la corrosione e garantire la durabilità. Normative come la ДСТУ Б В.2.6-180:2012 “Strutture di edifici e costruzioni. Ancoranti per il fissaggio al calcestruzzo. Condizioni tecniche generali” regolano i requisiti per gli ancoranti meccanici in Ucraina, definendo la classificazione, i metodi di prova e i criteri di accettazione. I carichi massimi per gli ancoranti meccanici possono raggiungere fino a 25 kN a estrazione per le dimensioni standard, ma possono variare significativamente in base al diametro, alla profondità di ancoraggio e alla classe di resistenza del calcestruzzo. Le giunzioni con elementi in calcestruzzo sono generalmente le più efficaci per i sistemi meccanici.

I fissaggi chimici, o ancoranti adesivi, rappresentano una soluzione di fissaggio ad alta tecnologia che garantisce una giunzione monolitica tra l’ancorante e il materiale di base attraverso la polimerizzazione di una resina speciale. Questa tecnologia si differenzia radicalmente dagli ancoranti meccanici per il fatto che non crea tensioni di espansione interne nel materiale di base, il che la rende ideale per l’uso vicino ai bordi della struttura, con piccole distanze assiali, in materiali di bassa resistenza (ad esempio, in calcestruzzo vecchio o muratura in mattoni), nonché nel calcestruzzo fessurato.

I componenti principali di un fissaggio chimico sono resine sintetiche (ad esempio poliestere, vinilestere o epossidiche) e un indurente, che vengono miscelati immediatamente prima o durante l’introduzione nel foro. Dopo la polimerizzazione, la resina forma un’adesione estremamente resistente con il materiale di base e l’elemento di ancoraggio (barra filettata, armatura o boccola filettata). I vantaggi degli ancoranti chimici includono un’eccezionale capacità portante a estrazione e a taglio (per diametri grandi possono raggiungere 100 kN e oltre), un’elevata resistenza ai carichi dinamici e vibrazionali, la sigillatura del foro e la resistenza agli ambienti aggressivi (a seconda del tipo di resina). Ad esempio, le resine vinilestere presentano un’eccellente resistenza chimica e un breve tempo di indurimento, mentre le resine epossidiche garantiscono la massima adesione e resistenza, ma hanno un tempo di polimerizzazione più lungo.

Nel montaggio degli ancoranti chimici è di importanza critica la pulizia accurata del foro da polvere e sporcizia, nonché il rispetto del regime termico raccomandato dal produttore. La temperatura dell’ambiente e del materiale di base influisce direttamente sulla velocità di indurimento della resina e sulla resistenza finale della giunzione. Il mancato rispetto di queste condizioni può portare a una significativa riduzione della capacità portante. I fissaggi chimici sono ampiamente utilizzati per il fissaggio di strutture in acciaio pesanti, legno lamellare, attrezzature, sistemi di facciata e strutture di ponti, dove è richiesta la massima affidabilità e durabilità.

La scelta tra ancoranti meccanici e chimici è una delle decisioni chiave nella progettazione dei sistemi di fissaggio e dipende dalle condizioni specifiche e dai requisiti del progetto. Per una scelta fondata, effettuiamo un benchmark comparativo sui criteri principali.

Capacità portante e tipo di carichi: Gli ancoranti chimici mostrano generalmente una capacità portante più elevata, in particolare a estrazione, e resistono meglio ai carichi dinamici, vibrazionali e ciclici, poiché creano una giunzione monolitica. Gli ancoranti meccanici, pur avendo un’elevata capacità portante per i carichi statici, possono essere meno resistenti alla fatica del materiale in caso di oscillazioni frequenti. Per il fissaggio di pannelli CLT ad alta intensità o di altre strutture pesanti, dove sono presenti elevati carichi di taglio ed estrazione, i fissaggi chimici sono spesso la scelta prioritaria.

Materiale di base: Gli ancoranti chimici sono più versatili, funzionando efficacemente sia in materiali pieni che cavi, nonché in calcestruzzo di bassa resistenza o fessurato, poiché non creano tensioni di espansione. Gli ancoranti meccanici, in particolare quelli a espansione, danno il meglio di sé in materiali pieni e resistenti. Per il calcestruzzo cellulare o il mattone forato sono necessari ancoranti meccanici specializzati con manicotti speciali.

Montaggio e tempo: Il montaggio degli ancoranti meccanici è generalmente più veloce, poiché non richiede tempo di indurimento. Tuttavia, richiede un diametro preciso del foro e può essere sensibile alla qualità della foratura. Il montaggio degli ancoranti chimici richiede una pulizia accurata del foro, il rispetto del regime termico e del tempo di polimerizzazione, il che può aumentare il tempo totale di esecuzione dei lavori. Tuttavia, tollerano piccole deviazioni nel diametro del foro.

Distanze dai bordi e tra gli ancoranti: Grazie all’assenza di tensioni di espansione, gli ancoranti chimici consentono di ridurre le distanze dai bordi e tra ancoranti adiacenti, il che rappresenta un vantaggio significativo in spazi limitati. Gli ancoranti meccanici richiedono il rispetto di distanze minime dai bordi e assiali per prevenire la rottura del materiale di base.

Costo: In genere, gli ancoranti meccanici sono una soluzione più economica per le applicazioni standard. I fissaggi chimici, in particolare quelli a base di resine epossidiche, possono essere più costosi, ma la loro elevata capacità portante e versatilità spesso giustificano l’investimento in progetti più complessi o critici. Nel calcolo del TCO (Total Cost of Ownership) è importante considerare non solo il costo del materiale, ma anche la manodopera di montaggio, i rischi potenziali e la durabilità della giunzione.

La qualità del montaggio dei sistemi di ancoraggio è un fattore determinante per garantire la loro capacità portante di progetto e la durabilità. Anche l’ancorante più moderno non potrà svolgere correttamente le sue funzioni se installato in violazione della tecnologia. Il processo di montaggio sia degli ancoranti meccanici che di quelli chimici comprende diverse fasi chiave, ognuna delle quali richiede particolare attenzione.

1. Foratura: La scelta del diametro e della profondità corretti del foro è il primo e più importante passo. Per gli ancoranti meccanici, il diametro del foro deve corrispondere esattamente al diametro dell’ancorante indicato dal produttore, mentre per gli ancoranti chimici sono ammesse piccole deviazioni (fino a 2 mm in più rispetto al diametro della barra per alcune resine). La foratura deve essere eseguita con un tassellatore o un trapano in modalità a percussione per calcestruzzo e mattoni, o senza percussione per materiali porosi. La punta deve essere affilata e adatta al tipo di materiale. Il rispetto preciso della profondità del foro è fondamentale per garantire la corretta zona di ancoraggio e la capacità portante. Nella foratura di calcestruzzo ad alta resistenza è importante utilizzare la foratura a diamante per ridurre al minimo le microfessure.

2. Pulizia del foro: Questa fase è assolutamente critica per gli ancoranti chimici. Polvere, detriti e sporcizia che rimangono nel foro riducono significativamente l’adesione della resina al materiale di base. La pulizia si effettua con spazzole metalliche e soffiaggio con aria compressa (minimo 2 volte con la spazzola, 2 volte con il soffiaggio). Per gli ancoranti meccanici, la pulizia del foro è meno critica, ma comunque desiderabile per un attrito ottimale.

3. Inserimento dell’ancorante (per i chimici): La cartuccia con il fissaggio chimico viene inserita in un dispenser speciale. I primi 10-15 cm di miscela che escono dall’ugello devono essere scartati, poiché potrebbero non essere sufficientemente omogeneizzati. La resina viene iniettata nel foro partendo dal fondo, riempiendolo gradualmente per 2/3 o 3/4 del volume (a seconda delle raccomandazioni del produttore), in modo che durante l’installazione dell’ancorante essa riempia completamente lo spazio e fuoriesca. Successivamente l’elemento di ancoraggio (barra filettata) viene avvitato o piantato (a seconda del tipo) nel foro fino alla completa immersione, garantendo una distribuzione uniforme della resina.

4. Indurimento e carico: Dopo l’installazione dell’ancorante chimico, è necessario attendere il completo indurimento della resina prima di applicare il carico. Il tempo di indurimento dipende dal tipo di resina e dalla temperatura ambiente e può variare da alcuni minuti a diverse ore. Per gli ancoranti meccanici, il carico può essere applicato subito dopo il serraggio alla coppia raccomandata.

Controllo qualità: Un elemento importante è l’ispezione visiva dopo il montaggio (presenza di resina fuoriuscita, assenza di difetti visibili). Per le strutture critiche possono essere eseguite prove di controllo a estrazione su una parte degli ancoranti installati con attrezzature speciali. Il rispetto di queste fasi e delle raccomandazioni dei produttori è garanzia di affidabilità e sicurezza dell’intera struttura.

L’uso di ancoranti e fissaggi chimici nell’edilizia in legno ha le proprie specificità, determinate dalle proprietà anisotrope del legno, dalla sua igroscopicità e dalla tendenza alla deformazione. Tuttavia, sono proprio questi elementi di fissaggio che consentono di creare giunzioni solide e affidabili tra elementi in legno, nonché tra strutture in legno e fondazione o altri materiali (ad esempio, il calcestruzzo).

Per il fissaggio delle strutture in legno al calcestruzzo si utilizzano spesso speciali bulloni di ancoraggio o barre filettate, fissati con ancoranti chimici. Ciò garantisce un’elevata capacità portante a estrazione e taglio, fondamentale per assicurare la resistenza di telai, strutture Fachwerk, case in legno lamellare o pannelli CLT ai carichi da vento e sismici. È importante utilizzare elementi di ancoraggio in acciaio inossidabile o con rivestimento anticorrosivo, poiché l’umidità può causare la corrosione del metallo, con conseguente indebolimento della giunzione e danneggiamento del legno.

Per il fissaggio “legno su legno” si utilizzano speciali viti di ancoraggio o viti strutturali di grande diametro, che garantiscono un’elevata resistenza ai carichi di taglio ed estrazione senza foratura preliminare. Sono anche ampiamente utilizzati connettori metallici forati (piastre, squadrette, supporti per travi), fissati con speciali chiodi-ancoranti o viti. Per queste giunzioni è importante scegliere un fissaggio che minimizzi l’effetto di “sfilamento” dell’elemento di fissaggio dal legno sotto l’azione di carichi ciclici.

Particolare attenzione va dedicata alla progettazione dei nodi di fissaggio nei moderni sistemi in legno, come il CLT o il legno lamellare. Qui si utilizzano viti autofilettanti ad alta resistenza, che possono essere installate ad angolo per garantire la massima capacità portante a taglio e trazione, nonché sistemi di ancoraggio nascosti, che garantiscono un aspetto estetico e un’elevata resistenza al fuoco. Ad esempio, per il fissaggio dei pannelli CLT alla fondazione in calcestruzzo si possono utilizzare barre di ancoraggio di grande diametro (fino a M30-M36), fissate con ancoranti chimici, che garantiscono una capacità portante fino a 200 kN per barra, secondo i calcoli della EN 1995-1-1 ‘Design of timber structures’. Nei casi in cui le strutture in legno siano a diretto contatto con ambienti aggressivi o in zone ad elevata umidità, l’uso di ancoranti chimici ad alta resistenza chimica e di ancoranti meccanici in acciaio inossidabile di alta qualità è obbligatorio per garantire la durabilità. Un calcolo e un montaggio corretti sono garanzia di affidabilità delle strutture in legno.

Nel campo dell’applicazione dei sistemi di ancoraggio e dei fissaggi chimici in Ucraina è in vigore una serie di documenti normativi armonizzati con gli standard europei. Ciò garantisce un elevato livello di qualità e sicurezza, conforme ai requisiti internazionali. Il riferimento principale sono gli standard europei armonizzati (Eurocodici), come la EN 1992-4 ‘Design of fastenings for use in concrete’, che disciplina in dettaglio il calcolo delle giunzioni ad ancoraggio nel calcestruzzo. Questo standard copre diversi tipi di ancoranti – meccanici (a espansione, a cuneo, a sottosquadro) e chimici – e tiene conto di un’ampia gamma di fattori che influenzano la loro capacità portante, tra cui le distanze dai bordi, le distanze tra gli ancoranti, lo spessore dell’elemento di base, nonché la presenza di fessure nel calcestruzzo.

A livello nazionale, in Ucraina è in vigore la ДСТУ Б В.2.6-180:2012 “Strutture di edifici e costruzioni. Ancoranti per il fissaggio al calcestruzzo. Condizioni tecniche generali”, che stabilisce i requisiti per gli ancoranti, i metodi delle loro prove e i criteri di valutazione della conformità. Sono importanti anche le Leggi dell’Ucraina “Sulle norme edilizie” e “Sui regolamenti tecnici e la valutazione della conformità”, che costituiscono la base giuridica per l’applicazione obbligatoria delle norme e degli standard edilizi. Tutti gli ancoranti e i fissaggi chimici utilizzati in edilizia devono avere una dichiarazione di conformità o un certificato tecnico che confermi la loro idoneità all’uso in Ucraina e la conformità ai requisiti di sicurezza stabiliti.

Nella scelta dei prodotti è importante prestare attenzione alla presenza della Valutazione Tecnica Europea (ETA – European Technical Assessment), che è il documento chiave per gli ancoranti, in quanto conferma le loro caratteristiche prestazionali e l’idoneità per applicazioni specifiche, incluso il calcestruzzo fessurato (Option 1) o il calcestruzzo non fessurato (Option 7), nonché per i carichi sismici (classi C1 e C2). Ad esempio, un ancorante con ETA Option 1 è obbligatorio per il fissaggio in strutture dove è possibile la formazione di fessure. Per gli ancoranti chimici, nell’ETA sono indicati parametri quali il tempo di indurimento a diverse temperature, la capacità portante per diversi materiali di base e diametri delle barre. Il rispetto di queste normative non è una mera formalità, ma garanzia di affidabilità e sicurezza della struttura, di minimizzazione dei rischi e di prevenzione di conseguenze legali in caso di incidenti.

L’installazione errata dei sistemi di ancoraggio è una delle cause più comuni della riduzione della loro capacità portante e, nel peggiore dei casi, del completo cedimento della giunzione e persino del crollo delle strutture. Comprendere gli errori tipici e i metodi per evitarli è di fondamentale importanza per qualsiasi costruttore e progettista.

1. Pulizia insufficiente del foro: Questo riguarda in particolare gli ancoranti chimici. Polvere e detriti che rimangono nel foro formano una barriera tra la resina e il materiale di base, riducendo significativamente l’adesione. Soluzione: Utilizzare sempre spazzole metalliche e soffiaggio con aria compressa fino alla completa pulizia, ripetendo la procedura più volte. Anche aspiratori speciali per fori possono essere efficaci.

2. Diametro o profondità di foratura errati: Un diametro del foro troppo grande per un ancorante meccanico porterà a un’espansione insufficiente, mentre uno troppo piccolo renderà impossibile l’installazione o danneggerà l’ancorante. Una profondità di foratura insufficiente riduce la zona di ancoraggio e la capacità portante. Soluzione: Rispettare rigorosamente le raccomandazioni del produttore riguardo al diametro e alla profondità di foratura, utilizzare punte di qualità e affilate.

3. Mancato rispetto della coppia di serraggio: Per gli ancoranti meccanici, in particolare quelli a espansione, è di importanza critica applicare la coppia di serraggio raccomandata. Un serraggio insufficiente non garantirà l’espansione necessaria, mentre uno eccessivo può causare la rottura del materiale di base o dell’ancorante stesso. Soluzione: Utilizzare chiavi dinamometriche tarate e rispettare i valori indicati dal produttore.

4. Miscelazione errata del fissaggio chimico o mancato rispetto del tempo di indurimento: Una miscela di resina e indurente non sufficientemente omogenea o il carico prematuro dell’ancorante prima del completo indurimento della resina portano a una significativa riduzione della capacità portante. Soluzione: Scartare sempre le prime porzioni della miscela chimica. Rispettare il tempo di indurimento indicato dal produttore per la temperatura specifica. Non affrettare il carico.

5. Uso di ancoranti non destinati al calcestruzzo fessurato: Nelle zone dove è possibile la formazione di fessure nel calcestruzzo (ad esempio, nella zona tesa), gli ancoranti standard possono perdere capacità portante. Soluzione: Utilizzare sempre ancoranti certificati per il calcestruzzo fessurato (ETA Option 1), se il progetto prevede tali condizioni. Questo è fondamentale per gli impianti tecnologici e le grandi strutture.

6. Mancata considerazione della corrosione: L’uso di ancoranti in acciaio ordinario in ambienti umidi o aggressivi ne provocherà la corrosione e la perdita di resistenza. Soluzione: Utilizzare ancoranti in acciaio inossidabile (A4, A5) o con rivestimento anticorrosivo speciale nelle condizioni appropriate.

Il rispetto di queste raccomandazioni consentirà di garantire la massima affidabilità delle giunzioni ad ancoraggio e la durabilità delle strutture edilizie.