Se hai mai seguito discussioni di ingegneria strutturale, probabilmente hai sentito ripetere la stessa domanda almeno un centinaio di volte: “I tirafondi possono essere utilizzati in zona sismica?” Per chi ha trascorso gli ultimi dieci anni lavorando con i tirafondi, prima come ingegnere, ora come fornitore, questa domanda non è solo ipotetica. È la prima cosa che chiedo a ogni ingegnere, appaltatore o proprietario di un edificio che mi contatta per il suo prossimo progetto, in particolare quelli situati in zone ad alto rischio sismico come il Pacifico nordoccidentale, la California o parti del Midwest. La risposta breve è sì, ma solo se si sceglie il tipo giusto, lo si installa correttamente e lo si progetta per soddisfare rigorosi standard sismici. Analizziamolo, perché c'è molto di più che semplicemente piantare un bullone nel cemento e dire che è fatto.
Ho iniziato in questo settore perché ho visto come un singolo elemento di fissaggio sbagliato potesse mettere a rischio un intero edificio. All'inizio della mia carriera, ho lavorato a un piccolo ammodernamento commerciale in Oregon che doveva essere rifatto perché l'appaltatore utilizzava bulloni di qualità standard anziché quelli antisismici. Quando il terremoto di Napa del 2014 colpì (un evento di magnitudo 6.0), i bulloni non sismici si staccarono dal cemento, lasciando il telaio in acciaio dell'edificio spostandosi di pochi centimetri. Nessuno si è fatto male, ma i danni avrebbero potuto essere catastrofici. Questa esperienza mi ha insegnato che i bulloni di ancoraggio nelle aree sismiche non sono solo una “buona idea”: sono una componente non negoziabile del sistema di resistenza al carico laterale di un edificio.
Innanzitutto, parliamo del motivo per cui le zone sismiche sono così diverse. I terremoti creano due tipi di forze che mettono alla prova i bulloni di ancoraggio: taglio (forza da lato a lato) e tensione (forza di trazione, verso l'alto o verso il basso). Un bullone che funziona per un edificio basso in una zona non sismica potrebbe cedere se colpito da forze di taglio intense e ripetute derivanti dallo scuotimento del terreno. La chiave è scegliere un bullone di ancoraggio progettato per resistere a questi carichi dinamici e ciclici, carichi che non agiscono solo una volta, ma più e più volte mentre la terra si muove.
Nel corso degli anni, ho visto molta disinformazione su quali tipi di bulloni funzionano per le applicazioni sismiche. Ad esempio, alcune persone giurano sui J Bolt, ma non su un J Bolt qualsiasi, solo su quelli testati per le prestazioni sismiche. Chiariamo: i bulloni a J sono uno dei bulloni di ancoraggio più comuni, utilizzati per qualsiasi cosa, dal fissaggio delle piastre della soglia alle fondazioni in cemento fino all'ancoraggio dei macchinari. Ma i bulloni a J standard (quelli generici non rivestiti che puoi acquistare in un grande magazzino) non sono progettati per le zone sismiche. Ecco perché quando parliamo di bulloni J con classificazione sismica, intendiamo bulloni che sono stati testati per soddisfare standard come i criteri ACI 318 (Building Code Requisiti per calcestruzzo strutturale) e ICC-ES (International Code Council Evaluation Service). Se hai bisogno di un'opzione J Bolt affidabile per applicazioni sismiche, dai un'occhiata alla nostra pagina J Bolt, dove tutti i nostri modelli sono testati da terze parti per carichi sismici laterali e ciclici:J Bullone.
Un altro tipo che compare spesso è il L Bolt. Simili ai bulloni a J, i bulloni a L sono sagomati per agganciarsi al cemento, ma la loro curvatura diritta a 90 gradi li rende diversi. I bulloni a L vengono spesso utilizzati in applicazioni in cui l'altezza libera è limitata, come durante l'ancoraggio a lastre di cemento spesse. Ancora una volta, non tutti i bulloni a L sono certificati sismicamente. I bulloni a L specifici per il sistema sismico che produciamo presentano un gambo più spesso, una piega forgiata (non una saldatura piegata, che può rompersi sotto carico ciclico) e sono rivestiti per resistere alla corrosione, fondamentale per le prestazioni sismiche, poiché la corrosione indebolisce la resistenza dei bulloni. Per i progetti in cui i bulloni a L hanno più senso rispetto ad altre forme, vale la pena dare un'occhiata alla nostra linea di bulloni a L sismici:Negozio L.
E che dire dei bulloni di ancoraggio per carichi più pesanti, come il supporto di colonne in acciaio o attrezzature di grandi dimensioni in zone sismiche? È qui che entrano in gioco i tirafondi a piastra. I tirafondi a piastra hanno una piastra larga e piatta a un'estremità che si trova a filo del cemento, distribuendo il carico su un'area più ampia invece di concentrarlo su un singolo punto. Si tratta di un punto di svolta per le applicazioni sismiche, perché quando il terreno trema, il carico sull'ancoraggio non è solo taglio o tensione, ma è spesso una combinazione di entrambi (chiamato carico combinato). L'ampia piastra impedisce al bullone di passare attraverso il cemento sotto quel carico combinato. Testiamo i nostri bulloni di ancoraggio a piastra per resistere a carichi di taglio fino a 50 kip e carichi di tensione fino a 30 kip, rendendoli ideali per progetti sismici ad alta richiesta. Se stai lavorando su un magazzino, un ospedale o un'altra grande struttura commerciale in una zona sismica, i tirafondi a piastra sono solitamente la scelta giusta:Bullone di ancoraggio della piastra.
Alcuni clienti mi hanno chiesto anche informazioni sui bulloni di ancoraggio della maniglia dell'ombrello per uso sismico. Questi bulloni prendono il nome dall'ancoraggio espanso a forma di ombrello all'estremità, che si estende all'interno del cemento una volta installato. Ciò li rende perfetti per le applicazioni in cui non è possibile accedere al fondo del calcestruzzo (come quando si ancorano a una fondazione esistente). Ma anche i bulloni di ancoraggio delle maniglie degli ombrelli devono essere classificati per l'uso sismico. I nostri bulloni di ancoraggio sismici per maniglie a ombrello sono progettati per espandersi uniformemente nel calcestruzzo, creando un interblocco meccanico che resiste all'estrazione anche in caso di forti scuotimenti del terreno. Sono spesso utilizzati per progetti di ristrutturazione in cui non è possibile perforare il fondo di una fondazione, quindi sono un punto di riferimento per molti ingegneri sismici che lavorano su edifici più vecchi:Bullone di ancoraggio della maniglia dell'ombrello.
I tirafondi ad artiglio sono un'altra opzione che consiglierei per le applicazioni sismiche, in particolare per strutture temporanee o progetti in cui l'installazione rapida è fondamentale. Il design ad artiglio all'estremità del bullone scava nel cemento, creando una presa sicura senza la necessità di espandere il bullone. I nostri bulloni di ancoraggio ad artiglio con classificazione antisismica sono stati testati per resistere sia ai carichi di taglio che di tensione nei test sismici ciclici e sono rapidi da installare con un trapano a percussione standard, senza bisogno di strumenti speciali. Ciò li rende preferiti per i cantieri in cui è necessario ancorare recinzioni temporanee, impalcature o casseforme in una zona sismica. Per maggiori dettagli, consulta la nostra pagina sui bulloni di ancoraggio ad artiglio:Bullone di ancoraggio ad artiglio.
Ma il punto è questo: anche il miglior bullone di ancoraggio al mondo non funzionerà se installato in modo errato. Ho visto appaltatori fare scorciatoie durante l'installazione, perforando alla profondità sbagliata, non pulendo il foro di cemento, ignorando le specifiche di coppia, tutto perché pensano che "un bullone è un bullone". Nelle zone sismiche, l'installazione è altrettanto fondamentale quanto la scelta del giusto tipo di bullone. Lasciate che vi faccia un esempio: qualche anno fa ho lavorato alla ristrutturazione di una scuola in California, dove l'appaltatore ha utilizzato i bulloni di ancoraggio a piastra corretti, ma ha praticato i fori 1 pollice troppo superficiali. Quando l'ingegnere strutturale ha eseguito una prova di carico, il bullone si è estratto al 70% della sua capacità nominale. Sarebbe stato un disastro in caso di terremoto.
Un altro errore comune è non tenere conto della corrosione. Le zone sismiche sono spesso costiere o presentano un'elevata umidità e anche piccole quantità di ruggine su un bullone possono ridurne la resistenza fino al 30%. Ecco perché tutti i nostri bulloni di ancoraggio antisismici sono dotati di un rivestimento zincato a caldo o epossidico, che soddisfa gli standard ASTM A153 per la resistenza alla corrosione. È un piccolo costo aggiuntivo che fa un'enorme differenza in termini di sicurezza a lungo termine.
Potresti anche chiederti quale sia la differenza tra i bulloni di ancoraggio gettati in opera e i bulloni di ancoraggio post-installati, poiché si tratta di un grande dibattito nella comunità sismica. I bulloni gettati in opera vengono installati quando il calcestruzzo viene versato per la prima volta, quindi il bullone viene incorporato direttamente nella fondazione. I bulloni post-installati vengono forati nel calcestruzzo esistente dopo che il calcestruzzo si è indurito. Entrambi possono essere utilizzati in zone sismiche, ma devono soddisfare standard diversi. I bulloni incorporati sono spesso preferiti per le nuove costruzioni perché hanno un percorso di carico più affidabile, ma i bulloni post-installati (come i nostri bulloni di ancoraggio per maniglie a ombrello, testati per l'uso post-installato) sono essenziali per i retrofit. Per le applicazioni sismiche post-installate, è necessario assicurarsi che il bullone sia elencato per l'uso post-installato secondo ACI 318 Capitolo 17, che include test di resistenza all'estrazione, al taglio e al carico ciclico.
Parliamo dei dati dei test sismici del mondo reale a sostegno di ciò. L'anno scorso abbiamo sottoposto la nostra linea J Bolt a un laboratorio indipendente di terze parti per i test di carico ciclico sismico. Il test ha simulato le forze di un terremoto di magnitudo 7.0, che ha all’incirca le dimensioni del terremoto di Northridge del 1994. I nostri bulloni a J hanno resistito a 50 cicli di carico di taglio laterale all'80% della loro capacità nominale, senza alcun segno di fessurazione o estrazione. Questo è esattamente il tipo di prestazione di cui hai bisogno in una zona sismica. Se il bullone fosse stato un J Bolt generico e senza classificazione, si sarebbe guastato dopo solo pochi cicli.
Voglio menzionare anche la combinazione di carico, perché è qui che molti ingegneri inciampano. Nella progettazione sismica, non è possibile limitarsi a considerare il carico statico su un bullone: è necessario combinarlo con il carico sismico. Ad esempio, un bullone che sostiene un davanzale da 1.000 libbre potrebbe dover sopportare solo 1.000 libbre in una zona non sismica, ma in una zona sismica quel carico può raddoppiare o addirittura triplicare a causa dell'accelerazione del terreno. Ecco perché i bulloni antisismici hanno capacità di carico ultimo più elevate e sono progettati per gestire questi carichi statici e dinamici combinati.
Quindi, mettendo tutto insieme: sì, i bulloni di ancoraggio possono assolutamente essere utilizzati in zone sismiche, ma solo se si selezionano bulloni testati e classificati da terze parti per le prestazioni sismiche, li si installa correttamente secondo le linee guida del produttore e del codice e si tiene conto della corrosione e delle combinazioni di carico. Non esiste una soluzione valida per tutti, motivo per cui è importante collaborare con un fornitore che conosca le normative sismiche e possa aiutarti a scegliere il bullone giusto per il tuo progetto specifico.
Se stai lavorando a un progetto in una zona sismica, che si tratti di un nuovo edificio commerciale, di una ristrutturazione residenziale, di un ospedale o di un magazzino, e non sei sicuro di quale bullone di ancoraggio sia adatto a te, ti incoraggio a contattare il nostro team. Abbiamo lavorato su migliaia di progetti sismici negli Stati Uniti e possiamo aiutarti a selezionare il tipo di bullone corretto, verificare che soddisfi le normative edilizie locali e persino fornire dati sulle prove di carico a supporto della tua progettazione. Non correre rischi con la sicurezza sismica: scegli i bulloni di ancoraggio progettati per funzionare quando conta di più.
Riferimenti:
ACI 318-19, Requisiti del codice edilizio per il calcestruzzo strutturale e commenti. Istituto americano del calcestruzzo.
ICC-ES AC193, Criteri di accettazione per ancoraggi adesivi post-installati nel calcestruzzo. Servizio di valutazione del Consiglio del codice internazionale.
FEMA 450, Norme sismiche raccomandate NEHRP per nuovi edifici e altre strutture. Agenzia federale per la gestione delle emergenze.
ASTM F1554, Specifiche standard per bulloni di ancoraggio, acciaio, carico di snervamento 36, 55 e 105 ksi. Società americana per test e materiali.