Le cerchiature metalliche negli edifici in muratura

Mentre negli edifici di concezione più moderna realizzati in cemento armato o in acciaio si è riusciti a ottenere una distribuzione degli spazi interni quasi completamente libera da schemi, per i vecchi edifici in muratura nascono parecchie difficoltà, nel caso sia prevista una variazione della distribuzione interna, resasi necessaria per un qualunque motivo.

La libertà di schemi delle nuove tipologie è incompatibile, infatti, con la struttura muraria dei vecchi fabbricati. In tal caso si rende necessario un determinato studio, di carattere tecnico, del problema.

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Non potendo modificare o spostare le pareti portanti, quando possibile si prevede l’apertura di vani di collegamento di una certa dimensione per permettere almeno il passaggio tra una stanza e l’altra. Nell’aprire questi vani, la parete diminuisce di rigidezza e resistenza, per cui nasce l’esigenza del ripristino di tali valori. La soluzione a questo problema è spesso rappresentata dalle cerchiature dei vani aperti, per lo più utilizzando un telaio metallico, anche se a volte viene utilizzato anche un telaio in cemento armato.

Il ricorso a cerchiature metalliche, però, viene fatto anche in tanti altri casi diversi dalla semplice apertura vani. È il caso, ad esempio, di un vecchio edificio realizzato con muratura a sacco dove lo spazio tra due elementi esterni viene riempito con malta e calce che uniscono pezzi di pietrame.

Questo tipo di struttura, oltre ad avere una resistenza minore di quella delle murature piene, ha anche una maggiore tendenza a degradarsi. Quindi, oltre alla possibilità di rinforzo della muratura con i classici metodi, si può anche pensare di ripristinare la resistenza con cerchiature in aperture già esistenti, anche in assenza di nuove aperture.

Una volta stabilito l’utilizzo della cerchiatura, è necessario effettuare le verifiche di resistenza delle membrature e della deformabilità del traverso. Per i telai metallici si effettuano ulteriori verifiche come quelle della saldatura tra piedritto e traverso e della saldatura tra piedritto e piastra di base.

Cerchiature metalliche e calcolo delle sollecitazioni

Lo schema statico per il calcolo delle sollecitazioni sulla cerchiatura è quello con due piedritti incastrati alla base e un traverso. I carichi che gravano su tale tipo di struttura sono quelli verticali (provenienti dal solaio superiore e dal peso del muro) e la forza orizzontale, che è il contributo tagliante del telaio all’interno della parete ed è pari al prodotto tra lo spostamento ultimo della parete per la rigidezza del telaio, se lo spostamento al limite elastico del telaio è maggiore dello spostamento ultimo della parete; se invece lo spostamento al limite elastico del telaio è minore dello spostamento ultimo della parete, la forza orizzontale è pari al prodotto tra lo spostamento elastico del telaio per la rigidezza del telaio stesso.

Con gli usuali metodi di scienza delle costruzioni si ottengono i diagrammi delle sollecitazioni complessivi somma di quelli dovuti ai carichi verticali e quelli dovuti alla forza orizzontale.

Una volta calcolate le sollecitazioni si passa alla verifica di resistenza di piedritto e traverso. Il momento e taglio vanno divisi per il numero di profili presenti. Nel caso di elemento soggetto a flessione, nota la sollecitazione di calcolo Momento Flettente MEd si verifica la sezione controllando che risulti:

essendo Mc,Rd la resistenza di calcolo a flessione retta pari a:

Nel caso di elemento soggetto a taglio, nota la sollecitazione di calcolo VEd si verifica la sezione controllando che risulti:

essendo Vc,Rd la resistenza di calcolo a taglio (in assenza di torsione) pari a:

dove Av è l’area resistente a taglio.


Nel caso di presenza anche di sforzo normale si utilizza un Momento resistente a flessione ridotto:

M_nrid = Mc,Rd (1 - n) / (1 - 0,5a)
 

dove n = N_ed / N_c,Rdè il rapporto tra sforzo normale di progetto e resistenza di calcolo a sforzo normale;

N_c,Rd = A f_yk / g_M0;

a = (A – 2 b t_f) / A < 0,5
 

Per la verifica di deformabilità del traverso, si calcola l’abbassamento in base al carico complessivo, che sarà:


e va confrontato con il valore limite pari a 1/400 della luce.

Nel caso di cerchiatura metallica occorre verificare anche le saldature tra traverso e piedritto e tra piedritto e piastra di base. In questo articolo si omette la descrizione precisa di tali verifiche.

Si effettua, poi, la verifica della piastra di base. Anche di questa verifica si fa solo qualche accenno. Si effettua la verifica nei confronti della flessione provocata dalle tensioni di compressione sul cordolo. Si ammette che essa sia verificata se si riesce a determinare l’area efficace di contatto che si definisce come l’area delimitata da una linea intorno al profilo a una certa distanza.

Infine, si effettua la verifica a rifollamento della piastra, che è soddisfatta se la resistenza di calcolo a rifollamento è maggiore dell’azione tagliante sul singolo bullone. La resistenza di calcolo a rifollamento si ottiene con la formula:

F_b,Rd = k a f_tk dt/g M2

dove a e k sono coefficienti per bulloni di bordo; t è lo spessore della piastra; d è il diametro del bullone; f_tk è la resistenza a rottura della piastra.

Infine si dà uno sguardo alla realizzazione di una cerchiatura metallica. Infatti per l’esecuzione di questo tipo di opera è opportuno attenersi a particolari accorgimenti tecnici in maniera tale da eseguire i lavori non solo in sicurezza ma anche evitando eventuali dissesti o cedimenti localizzati.

Il numero di profili utilizzabili per la cerchiatura dipendono dallo spessore del muro. In genere si prevedono due profili accostati tra di loro. La prima operazione riguarda la realizzazione dell’architrave. Si colloca una prima putrella su uno dei lati esterni del muro, rinforzando con malta e scarti di laterizi tutti i vuoti. In tal modo si distribuisce il peso del setto murario sul nuovo elemento di acciaio.

Si prosegue, poi, sull’altro lato del muro con la stessa procedura per inserire l’altra putrella che va a formare l’architrave. La lunghezza delle due putrelle che formano l’architrave sarà maggiore della larghezza del vano, in modo da ottenere una base di appoggio adeguata. Una volta creata in questo modo, l’architrave sostiene completamente il carico della muratura sovrastante liberando quella sottostante da qualsiasi sollecitazione. Si potrà procedere, quindi, alla rimozione della muratura presente nella posizione in cui si deve aprire il vano.  Durante questa ultima fase si dovranno collocare, per una maggiore sicurezza, dei puntelli di rinforzo per tutta la larghezza del vano.

Si può passare, ora, alla realizzazione dei piedritti e della base di appoggio. I piedritti saranno formati da coppie di putrelle dello stesso tipo di quelle poste in architrave e vanno adeguatamente saldate tra loro e connesse alla struttura con spinotti metallici. Come nell’architrave, anche qui si va a ripristinare l’integrità e la continuità del pannello murario con malta di cemento e rottami di laterizio, per riempire tutti i vuoti. Nell’architrave, lo spazio tra i due profili metallici viene riempito con calcestruzzo. Anche per i piedritti è possibili adottare la stessa soluzione di riempimento con calcestruzzo invece che quella, prima descritta, con malta e pezzi di laterizio.

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