Consolidamento di edifici in muratura (Tiranti – Cordoli – Cuci Scuci – Cerchiature)

1. Consolidamento di edifici in muratura (Tiranti – Cordoli – Cuci Scuci – Cerchiature) (a cura di Michele Vinci) Tutte le immagini riportate sono tratte dal testo: “Metodi di calcolo e tecniche di consolidamento per edifici in muratura” – Michele Vinci – Flaccovio Ed.

2. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici • I benefici offerti dai tiranti sono molteplici, tra i più importanti ricordiamo: • L’incremento del grado di connessione tra due pareti ortogonali; • La riduzione delle possibilità di ribaltamento fuori piano delle pareti; • L’incremento di resistenza nel proprio piano delle pareti; • Assorbire le spinte statiche di archi, volte e tetti. • I tiranti, sono costituiti dalle seguenti parti: • Cavo metallico; • Capochiave; • Giunti di connessione.

3. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Capochiave circolare

4. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Capochiave rettangolare o quadrato

5. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Capochiave rettangolare con doppio tirante

6. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Capochiave a paletto

7. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Capochiave a paletto Deve essere collocato a 45° in modo da insistere sul solaio e sul muro ortogonale.

8. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza La resistenza massima T (massimo sforzo normale di trazione applicabile) di un tirante dipende dalla geometria e dalle caratteristiche meccaniche del cavo di cui è costituito (Tt), della muratura (Tm) e del capochiave (Tc). La resistenza è data dal valore minimo delle resistenze delle singole parti menzionate: T = min(Tt, Tm, Tc) Tt: resistenza del cavo; Tm: resistenza della muratura; Tc: resistenza dl capochiave.

9. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza del cavo del tirante La massima resistenza del cavo del tirante (Tt) è data dalla seguente relazione: Per sezioni circolari, quadrate e rettangolari si ha: (sezione circolare) (sezione quadrata) (sezione rettangolare) • dove: • “d” è il diametro del cavo circolare; • “a” e “b” sono i lati del cavo quadrato e rettangolare.

10. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza della muratura La massima trazione applicabile al tirante (Tm) per effetto della resistenza della muratura è dato dal minimo di due contributi, quello della resistenza a trazione (Tm,a) e quello della resistenza a taglio (Tm,t) della muratura stessa: Tm = min(Tm,a, Tm,t) La resistenza della muratura dipende dalla forma del capochiave.

11. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza della muratura con capochiave circolare Lo sforzo normale di trazione Tm,a del tirante genera sulla muratura, attraverso il capochiave, uno stato tensionale che tende a far staccare una porzione di muratura. Si fa l’ipotesi che la muratura che si stacca ha una forma troncoconica con inclinazione delle pareti laterali a 45°. Il diametro minore del troncocono di muratura “D” è pari al diametro del capochiave, mentre quello maggiore “D+2t” è pari al diametro del capochiave più due volte lo spessore del muro “t”.

12. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza della muratura con capochiave circolare Per effetto della forza Tm,a trasmessa dal tirante si genera sulla superficie di distacco uno stato tensionale di trazione. (Forza di trazione) (Superficie laterale)

13. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza della muratura con capochiave circolare Per il calcolo della resistenza massima per taglio (Tm,t) si ipotizza che il solido di distacco avviene secondo un cilindro il cui diametro si ottiene dall’intersezione dalla superficie del tronco di cono (visto nel caso precedente) con il piano medio del muro. La resistenza è data dalla seguente: • dove • fvd è la resistenza di calcolo a taglio della muratura; • A è la superficie laterale del cilindro che si stacca.

14. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza della muratura con capochiave circolare

15. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza del capochiave – Circolare

16. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Capacità di deformazione Deformazione elastica Il tirante è un elemento strutturale sollecitato a semplice trazione. s = E ∙ e; Sostituendo s con la tensione limite dell’acciaio fyd si ottiene la deformazione limite elastica del tirante: Deformazione plastica Come noto, l’acciaio ha notevoli capacità di deformazione oltre il limite elastico. Assumendo tale valore pari al 10‰

17. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza nel piano dei maschi murari consolidati con tiranti La resistenza a taglio di un maschio murario sottoposto ad azione esterne verticale ed orizzontale può essere incrementata ricorrendo all’utilizzo di tiranti metallici orizzontali pretesi. Maschio non consolidato Maschio consolidato

18. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza nel piano dei maschi murari consolidati con tiranti Per evitare pretensioni elevate occorre effettuare la seguente verifica: - fhd è la tensione di calcolo parallela ai letti di malta; - Ac è la superficie a contatto del capochiave con il muro.

19. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza della parete consolidata con tiranti I tiranti in quanto elementi resistenti a trazione consentono di considerare nel modello strutturale anche le fasce di piano.

20. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza della parete consolidata con tiranti

21. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza nel piano della parete consolidata con tiranti Incremento della resistenza di circa il 30%

22. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Rottura per flessione Rottura per taglio

23. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti

24. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Esempio

25. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Esempio Si assume il diametro f = 12 mm in modo da modo che la crisi avvenga per la rottura del cavo (2658 daN). La curva di capacità assume andamento non lineare in quanto per un determinato valore della rotazione della parete, si ha la rottura del tirante (le forze variano lungo l’evoluzione del cinematismo).

26. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Esempio (la forza dei tiranti e i relativi spostamenti virtuali hanno segno discordante) Con tirante Senza tirante

27. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Meccanismo di flessione verticale

28. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Meccanismo di flessione orizzontale Caso non consolidato Caso consolidato

29. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Meccanismo di ribaltamento composto

30. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Meccanismo di ribaltamento composto

31. Consolidamento di edifici in muratura Tiranti metallici Tiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti Meccanismo di ribaltamento composto

32. Consolidamento di edifici in muratura Cordoli • I cordoli di coronamento rappresentano una delle tecniche di consolidamento più efficaci per gli edifici in muratura. I benefici sono molteplici, tra i più importanti citiamo: • L’incremento del grado di connessione tra due pareti ortogonali; • La riduzione delle possibilità di ribaltamento fuori piano delle pareti; • L’incremento di resistenza nel proprio piano delle pareti; • Una migliore ripartizione delle azioni sismiche tra i setti dell’edificio; • L’incremento del grado di connessione tra pareti ed orizzontamenti.

33. Consolidamento di edifici in muratura Cordoli F = F/2 + F/2 (Caso senza cordoli) F = F1 + F2 + F3 + F4(Caso con cordoli) • Tra le tipologie di cordolo più comunemente utilizzati citiamo: • Cordolo in cemento armato; • Cordolo in acciaio. • Cordolo in muratura; • Cordolo in legno (molto utilizzato in passato).

34. Consolidamento di edifici in muratura Cordoli Cordoli in cemento armato • I cordoli in c.a. sono tra quelli più utilizzati. Sono avere le seguenti caratteristiche • L’altezza del cordolo deve essere quanto più possibile limitata (per evitare inutili appesantimenti ed irrigidimenti dannosi, dando origine ad elevate tensioni tangenziali tra muratura e cordolo con conseguenti scorrimenti e disgregazione della muratura); • Sono da realizzare solo in sommità dell’edificio per migliorare l’interazione tra tetto e muratura; • Sono da evitare cordoli in c.a. ad altezze intermedie;

35. Consolidamento di edifici in muratura Cordoli Cordoli in cemento armato • Cordolature ai livelli intermedi, soprattutto se ricavati all’interno dello spessore del muro, sono da evitare per gli effetti negativi che questa operazione esercita sulle distribuzione delle sollecitazioni all’interno della muratura. • Inoltre, è opportuno che il calcestruzzo con il quale viene realizzato il cordolo sia confezionato con additivi antiritiro, in quanto un eccessivo ritiro può non garantire la continuità tra muratura e cordolo provocando il danneggiamento della muratura stessa.

36. Consolidamento di edifici in muratura Cordoli Cordoli in acciaio

37. Consolidamento di edifici in muratura Cordoli Cordoli - Resistenza Resistenza del cordolo Rc = min(Rc,t, Rc,m) Resistenza elementi resistenti a trazione Resistenza di aderenza tra cordolo e muratura

38. Consolidamento di edifici in muratura Cuci-scuci La tecnica di consolidamento cuci-scuci consiste nella sostituzione di limitate zone di muratura degradata o lesionate con una nuova tessitura muraria con elementi sani. I nuovi elementi devono avere, quanto più possibile, caratteristiche simili a quelle della muratura esistente in termini di forma, di dimensioni e di caratteristiche meccaniche. La malta da utilizzare deve essere a ritiro nullo per evitare distacchi tra parti nuove ed esistenti. La tecnica può essere utilizzata sia per eliminare lesioni nei pressi delle intersezioni tra muri ortogonali, ripristinando la connessione tra le parti, sia per eliminare lesioni di maschi o fasce di piano. La tecnica di cuci-scuci si applica generalmente a muratura di buona qualità con lesioni localizzate provocate da qualche dissesto. Non presenta vantaggi significativi quando si applica su pareti costituite da muratura scadente.

39. Consolidamento di edifici in muratura Cuci-scuci – Tecnica di esecuzione Fase A.Preparazione della parete: la parte di parete interessata viene messa a nudo attraverso la rimozione dell’intonaco; Fase B.Puntellamento della parte di struttura interessata: in funzione del tipo di intervento da eseguire, occorre opportunamente puntellare la struttura. È sempre opportuno scaricare quanto più possibile la parete oggetto dell’intervento di cuci-scuci, mettendo in forza i puntelli tramite dispositivi vari (martinetti meccanici o oliodinamici, elementi metallici filettati, cunei di legno martellati, ecc.); Fase C.Rimozione della muratura degradata (scucitura): viene rimossa la parte di parete degradata o interessata dalla lesione. È opportuno utilizzare mezzi manuali per evitare di degradare ulteriormente la muratura. Deve essere rimossa anche la malta di allettamento originaria la quale può compromettere le successive lavorazioni; Fase D.Pulitura delle parti interessate: le parti di muratura esistente a contatto con la nuova devono essere opportunamente pulite con acqua spruzzata a bassa pressione;

40. Consolidamento di edifici in muratura Cuci-scuci – Tecnica di esecuzione • Fase E.Ricostruzione della parete asportata (cucitura): la cucitura deve essere realizzata con materiali che hanno le stesse caratteristiche della muratura preesistente. Il consolidamento si effettua partendo dal basso verso l’alto. Per evitare distacchi tra le parti, occorre seguire particolari accorgimenti : • Lo spessore dei letti di malta deve essere il più limitato possibile per evitare elevate riduzioni di volume per effetto del ritiro e dell’incremento di carico dovuto alla messa in opera degli strati superiori; • Mettere in forza le parti gia costruite tramite l’utilizzo di cunei o spezzoni di mattoni duri (biscotti) in modo da compensare in parte gli effetti del ritiro; • Mettere in forza la puntellatura. Fase F.Rimozione della puntellatura e messa in carico: raggiunto un sufficiente grado di maturazione della malta, si effettua la rimozione della puntellatura con la conseguente messa in carico della parete.

41. Consolidamento di edifici in muratura Cuci-scuci – Resistenza nel piano La presenza della lesione, e quindi la discontinuità tra le parti, non ci consente di poter considerare l’elemento con comportamento monolitico.

42. Consolidamento di edifici in muratura Cuci-scuci – Resistenza nel piano

43. Consolidamento di edifici in muratura Cuci-scuci – Resistenza nel piano La resistenza dell’elemento consolidato è notevolmente superiore.

44. Consolidamento di edifici in muratura Cuci-scuci – Resistenza fuori piano La tecnica di cuci-scuci ripristina la connessione trasversale tra due pareti ortogonali. Flessione Taglio Fo = min(Fo,f,Fo, t)

45. Consolidamento di edifici in muratura Cerchiature Nei casi in cui si ha l’esigenza di creare aperture nella muratura portante, è opportuno realizzare un telaio chiuso intorno alla stessa apertura, che abbia quantomeno la stesse capacità di rigidezza e di resistenza della muratura asportata. Tali telai, che possono essere metallici o in c.a., sono le cosiddette cerchiature. Le cerchiature possono essere utilizzate anche quando il foro è già esistente e si vuole incrementare la resistenza nel proprio piano della parete

46. Consolidamento di edifici in muratura Cerchiature – Tecnica di esecuzione Fase A.Puntellamento della parte di struttura interessata: per evitare cedimenti conseguenti alla fase di realizzazione del foro, è opportuno puntellare preventivamente le parti di struttura interessate. Poiché la struttura di puntellamento può essere di ingombro per le successive fasi del consolidamento, è possibile evitarne la realizzazione se si esegue la cerchiatura in due fasi successive. In una prima fase si realizza il traverso superiore (se composto da due profili si mettono in opera separatamente. Si scava inizialmente per metà dello spessore del muro, mettendo in opera il primo profilo del traverso. Successivamente si scava nella parte restante dello spessore del muro e si mette in opera il secondo profilo). Il traverso così realizzato risulta essere più lungo rispetto alla posizione dei piedritti in quanto deve essere efficacemente ancorato nel muro.

47. Consolidamento di edifici in muratura Cerchiature – Tecnica di esecuzione

48. Consolidamento di edifici in muratura Cerchiature – Tecnica di esecuzione Fase B. Realizzazione del foro: viene realizzato il foro per alloggiare la cerchiatura. Deve essere realizzato con molta cautela in modo da non provocare danni alla muratura circostante. È sempre sconsigliabile utilizzare macchine a percussione; Fase C. Realizzazione delle perforazioni di ancoraggio: ai fini di rendere la cerchiatura solidale con la muratura circostante, è opportuno realizzare ancoraggi tra le due parti con perforazioni armate. Generalmente si realizzano in prossimità dei piedritti e del traverso inferiore. L’estremo delle armature deve essere opportunamente ancorato al telaio

49. Consolidamento di edifici in muratura Cerchiature – Tecnica di esecuzione Fase D. Messa in opera della cerchiatura: la cerchiatura viene collocata nella giusta posizione avendo l’accortezza di agganciare le perforazioni alle parti metalliche trasversali. Se la posa in opera avviene in due fasi separate (vedi fase A), si deve realizzare l’incastro tra traverso superiore (già posizionato) e piedritti, tramite saldature o con dispositivi bullonati che garantiscono la trasmissione totale delle sollecitazioni. Successivamente vengono riempiti i vuoti con cls, possibilmente con additivi antiritiro.

50. Consolidamento di edifici in muratura Cerchiature – Resistenza nel piano Approccio lineare Secondo questo approccio, il dimensionamento della cerchiatura consiste nel confrontare la rigidezza della cerchiatura con quello della muratura asportata tale che sia soddisfatta la seguente condizione: dove kc è la rigidezza della cerchiatura, mentre km è la rigidezza della parte di parete asportata. Naturalmente, la cerchiatura deve essere dimensionata in modo che la propria rigidezza sia quanto più possibile vicina a quella della muratura asportata (la rigidezza della cerchiatura non deve eccedere del 10% quella della muratura), per non creare notevoli differenze di rigidezza sulla struttura tra prima e dopo l’intervento.