Il fissaggio su acciaio è un aspetto molto importante nel settore delle costruzioni e la scelta della metodologia di fissaggio può influire significativamente sulle performance a lungo termine. Tra le opzioni disponibili, i prigionieri filettati ed i morsetti proposti da Hilti si presentano come soluzioni alternative rispetto ai metodi tradizionali di saldatura e bullonatura. In questo articolo si descriveranno le caratteristiche di entrambe le soluzioni Hilti, confrontando le prestazioni in termini di carichi, materiale base e resistenza alla corrosione. Saranno analizzate le caratteristiche dei prigionieri filettati e dei morsetti ponendo particolare attenzione agli ambiti di applicazione, alla durabilità ed alle condizioni ambientali in cui ogni soluzione può essere impiegata con maggiore efficacia.

1. INTRODUZIONE

 
Oggetto del confronto analizzato nel presente articolo saranno le diverse soluzioni di prigionieri filettati rappresentati in Figura 1, i morsetti utilizzati per il collegamento di binari in acciaio mostrati in Figura 2 ed, infine, i morsetti per il fissaggio di barre filettate riportati in Figura 3.

2. REQUISITI MATERIALE BASE

Per quanto riguarda il materiale di base, è importante confrontare lo spessore del materiale di base, la qualità dell'acciaio e l'ambito di applicazione (come, ad esempio, i tipi di profilo e la direzione del profilo stesso).

I prigionieri filettati consentono il fissaggio diretto sul materiale base mediante foratura non passante di quest’ultimo e possono essere utilizzati per elementi con uno spessore minimo di 4 mm. Inoltre, per alcune soluzioni come S-BT HL e X-BT, non esiste uno spessore massimo consentito inerente al materiale base. In relazione ai gradi di acciaio, i prigionieri filettati possono essere applicati a partire da un acciaio tipo S235. Nel caso in cui si utilizzassero prigionieri F-BT il limite massimo viene rappresentato dalla tipologia di acciaio S460, grado S960 invece per l’uso di X-BT.

Anche i morsetti possono essere utilizzati su acciai a partire dal grado S235 e, nel caso di morsetti per il fissaggio di piastre di base e binari, in profili di acciaio con uno spessore minimo della flangia pari a 3 mm. Lo spessore massimo della flangia che può essere coperto invece, è di 36 mm.

Nella tabella 1, sono descritti i parametri appena discussi, per ogni prodotto Hilti discusso finora.

É importante evidenziare che il fissaggio con prigionieri filettati, può essere effettuato su acciai verniciati senza dover procedere con una rilavorazione del rivestimento, mentre, l’utilizzo dei morsetti necessita di un ritocco post applicazione, per garantire la protezione contro la corrosione. É fondamentale sottolineare inoltre che è necessario un profilo flangiato per eseguire un ancoraggio con morsetti.

Il fissaggio con prigionieri in acciaio (S-BT e X-BT) fornisce anche una soluzione per gli acciai con protezione al fuoco passivo (PFP), se utilizzato con distanziatori accoppiati. All’interno del portfolio Hilti è possibile trovare non solo i prigionieri, ma anche adattatori ed uno strumento di installazione per il fissaggio dei prigionieri stessi su strutture con PFP, consentendo un'installazione più sicura e produttiva.

Per quanto riportato in precedenza, si sconsiglia invece, il fissaggio con morsetti su acciai con PFP

L’installazione con prigionieri filettati risulta essere complessivamente più flessibile, consentendo il fissaggio in più direzioni (ad esempio a pavimento) e su una gamma più ampia di profili. Per questa metodologia di fissaggio, infatti, non è necessario l’utilizzo di profili flangiati come materiale base, né l’accesso ad entrambi i lati dell’elemento, potendo essere un’installazione non passante. Per questi motivi, si qualifica come un’ottima alternativa di fissaggio su scatolari sprovvisti di flangia.

Tuttavia, se si ha la necessità di un fissaggio non perpendicolare (quindi con un angolo diverso da 90°), l’uso dei morsetti risulta la metodologia più indicata, in quanto più facilmente adattabile alle diverse inclinazioni delle travi.

Come menzionato in precedenza, i prigionieri filettati Hilti, possono essere installati su una gamma molto ampia di profili anche con spessori diversi, coprendo la maggior parte degli acciai comunemente utilizzati in progetti di costruzione, energia e industria. I morsetti invece, offrono una soluzione flessibile per i collegamenti con barre filettate e non sono limitati dal grado massimo di acciaio.

3. CARICHI

In riferimento ai carichi sostenuti dai prodotti precedentemente menzionati, si fa riferimento alla resistenza di progetto a taglio e a trazione. Le prestazioni a taglio sono molto simili tra le due tecnologie (i prigionieri filettati arrivano fino a 6 kN, i morsetti invece, fino a 7,50 kN). Per quanto riguarda la trazione invece, le prestazioni dei morsetti possono salire a valori significativamente più elevati (45 kN per MT-BC-GXL) come riportato nella Tabella 2.

Come precedentemente indicato, l’uso dei prigionieri filettati risulta essere la metodologia migliore di fissaggio su acciai rivestiti, in quanto vengono fissati direttamente all’acciaio oltrepassando il rivestimento.

I morsetti, invece, sono fissati al rivestimento, che può danneggiarsi o deformarsi nel tempo. Inoltre, quando si utilizzano i morsetti su un acciaio rivestito, si deve tener conto dell’attrito che può essere influenzato fino al 50% dal rivestimento del materiale base [1]. Infine, i morsetti per travi, subiscono una perdita di pretensione che, a lungo termine, portano un abbassamento delle resistenze.

In sintesi, per le applicazioni che coinvolgono l'acciaio verniciato, i prigionieri sono preferibili in quanto non danneggiano la qualità del rivestimento. Tuttavia, quando le considerazioni principali sono la capacità di carico, l'orientamento e il materiale di base è acciaio non rivestito, i morsetti a trave per piastre di base offrono capacità di carico superiori grazie all'uso di filettature più spesse rispetto ai prigionieri.

4. AMBIENTI CORROSIVI

La corrosione, interazione chimico- fisica del materiale con l’ambiente esterno, è un fenomeno da tenere in considerazione, soprattutto quando l’acciaio può essere esposto ad agenti esterni aggressivi. La ISO 12944:2018 [2] classifica i principali ambienti a cui possono essere esposte le strutture in acciaio. Vengono catalogati 6 differenti ambienti, in base alla corrosività:

•   C1 – molto bassa
•   C2 – bassa
•   C3 – media
•   C4 – alta
•   C5 – molto alta
•   CX – estrema

Nella Tabella 3 è possibile vedere l'atmosfera di massima corrosività e la corrispondente aspettativa di vita. Se i prodotti vengono applicati in ambienti meno corrosivi, l'aspettativa di vita aumenta.  Le informazioni riportate in tabella, evidenziano come i morsetti possono essere utilizzati principalmente in ambienti C4 (aree industriali e inshore di media salinità). Il morsetto MQT-R può addirittura essere utilizzato per fissaggi in ambienti C5.

I prigionieri filettati invece, possono essere utilizzati per ancoraggi in ambienti più aggressivi come C5 quindi in aree industriali ad alta umidità e aree onshore ad alta salinità, o con corrosività estrema CX. Inoltre, come si evince, i prigionieri filettati hanno una vita utile più elevata (fino a 40 anni per X/S-BT in ambienti C5).

É inoltre importante ricordare che, per la maggior parte di applicazioni MEP (meccaniche, elettriche ed idrauliche) si richiede una protezione alla corrosione C1-C2 coperta dai morsetti. In ambienti più corrosivi invece, si consiglia l’utilizzo di soli prigionieri filettati.

In conclusione, si può affermare che, i prodotti Hilti per il fissaggio su acciaio, riescono a ricoprire una vasta gamma di applicazioni. La scelta tra prigionieri filettati e morsetti dipende da diversi fattori specifici, come il tipo di materiale di base, il carico richiesto e l'ambiente al quale il fissaggio sarà esposto. I prigionieri filettati offrono una soluzione versatile e duratura, particolarmente adatta per l'acciaio verniciato e in ambienti altamente corrosivi. I morsetti, invece, risultano più adatti in applicazioni che richiedono maggiore capacità di carico a trazione, soprattutto su acciai non rivestiti. In ogni caso, la corretta selezione del metodo di fissaggio è essenziale per garantire la sicurezza e la longevità delle strutture, tenendo in considerazione le specifiche necessità progettuali e le condizioni ambientali.  

REFERENCES:

[1].  CEN (European Committee for Standardization), “NP-EN 1993-1-8:2005 Eurocode 3: Design of   Steel  Structures – Part 1-8: Design of joints,” 2005.

[2].  ISO (International Organization for Standardization), “ISO 12944-9:2018 Paints and varnishes –  Corrosion protection of steel structures by protective paint systems – Part 9: Protective paint systems and laboratory performance test methods for offshore and related structures,” 2018.