Tiranti in acciaio per l'edilizia: tipologie e utilizzi

di Michele Vinci

I tiranti in acciaio costituiscono una delle tecniche di consolidamento più antiche ed efficaci per rinforzare gli edifici in muratura. Poiché spesso gli edifici in muratura sono antichi, sono soggetti anche al vincolo da parte della sovrintendenza, solitamente restia a molte delle tecniche di consolidamento note in letteratura (soprattutto se prevedono l’uso di calcestruzzo). E in questi casi una delle tecniche che ottiene spesso il parere favorevole anche della sovrintendenza è quella con tiranti metallici.

Le applicazioni dei tiranti sono molteplici:

• per incrementare la resistenza di una parete nel proprio piano
• per ridurre la possibilità di ribaltamento fuori dal piano
• per ridurre le spinte statiche di strutture spingenti (archi, volte, tetti, ecc.)

I pregi dei tiranti:

• Sono semplici da mettere in opera
• non alterano lo stato tensionale delle costruzioni
• sono anche relativamente economici
• non richiedono manodopera specializzata.

I tiranti sono elementi metallici costituiti da un cavo e da una chiave. Il tirante entra in funzione quando sottoposto a sforzi di trazione (si può verificare per esempio quando una parete tende a ribaltare). Affinché il sistema sia in equilibri, il cavo del tirante deve essere in grado di sopportare la forza di trazione a cui viene sottoposto. Tale forza viene trasmessa alla chiave, la quale essendo a contatto con la muratura deve essere in grado di sopportare la tensione di contatto tra la chiave e muratura. Infine anche la muratura deve resistere alle azioni trasmesse dalla chiave (occorre evitare il distacco della parte di muratura a contatto con la chiave).
In definitiva, data una forza di trazione a cui deve essere sottoposto il tirante, il sistema si mantiene in equilibrio se resiste il cavo (T_t), se resiste la muratura (T_m) e se resiste la chiave (T_c).
In altri termini la resistenza del sistema tirante è data dal valore minimo delle tre precedenti quantità:

T = min(T_t, T_m, T_c)

In un progetto di consolidamento, l’obiettivo è quello di incrementare gli indicatori di rischio di una costruzione. In altri termini, edifici carenti dal punto di vista della resistenza nei confronti delle azioni esterne devono essere consolidati per aumentarne la resistenza.
Le verifiche che generalmente si fanno per edifici in muratura sono di tipo globale (si analizza la struttura nel suo complesso dove tutti gli elementi contribuiscono in funzione della propria resistenza) e di tipo locale (le singole pareti si considerano a sé stanti e se ne valuta la resistenza in funzione della azioni esterne che ci gravano). A differenza di altre tecniche di consolidamento (alcuni sono adatte per incrementare la resistenza dal punto di vista dell’analisi globale, altre invece sono adatti per incrementare quella dell’analisi locale), i tiranti possono essere utilizzati per incrementare sia la resistenza di analisi di tipo globale che locale.

Come contribuiscono i tiranti ad incrementare la resistenza nel piano di una parete

I tiranti costituiscono un’ottima tecnica di consolidamento per incrementare la resistenza di una parete nel proprio piano. Nel caso in cui la parete è priva di tiranti, il comportamento può essere assimilato a quello riportato in a) di figura 1, mentre se presenti i tiranti, a quello riportato in b) della stessa figura.

In assenza di tiranti il comportamento della parete è assimilabile a quello a mensola, mentre se presenti, il comportamento è assimilabile a quello di un telaio. I tiranti cambiano radicalmente il comportamento di una parete nel proprio piano, tendendo a ridurre le sollecitazioni nei maschi murari (generalmente i momenti flettenti sono molto più contenuti). Di contro aumentano le sollecitazioni nelle fasce di piano le quali devono essere sottoposte a verifica.

Come contribuiscono i tiranti ad incrementare la resistenza fuori dal piano di una parete

I tiranti costituiscono un’ottima tecnica di consolidamento anche per le verifiche fuori dal piano di una parete. È intuitivo immaginare il migliore comportamento della parete quando consolidata con tiranti. A titolo di esempio, se l’edificio non presenta il consolidamento, sotto gli effetti dinamici ogni parete tende a ruotare indipendentemente rispetto alle altre assumendo un comportamento a carciofo (vedi a) di figura 2), mentre la presenza del consolidamento implica uno spostamento tendenzialmente uniforme e unidirezionale per tutti gli elementi (vedi b) di figura 2).

I tiranti contribuiscono a migliorare diverse tipologie di meccanismi locali, in particolare:

• a ribaltamento semplice
• a flessione verticale
• a flessione orizzontale
• a ribaltamento composto
• a ribaltamento del timpano.
  
  

Per ognuna di queste tipologie di meccanismo, il consolidamento contribuisce, attraverso delle forze stabilizzanti la cui entità è funzione delle dimensioni degli stessi tiranti, ad aumentare gli indicatori di rischio e quindi a ridurre la vulnerabilità dell’edificio. In altri termini, attraverso la verifica si valuta la resistenza necessaria per raggiungere un determinato valore dell’indicatore di rischio e si progettano di conseguenza le varie parti del tirante.

Come contribuiscono i tiranti in corrispondenza di elementi spingenti

Spesso gli edifici in muratura, soprattutto quelli più antichi, hanno gli orizzontamenti realizzati in elementi in muratura (archi, volte, ecc.). Questi elementi non sono veri e propri orizzontamenti, ma strutture tridimensionali sulle quali si dispone del materiale (riempimento) per ricavare piani orizzontali. Per loro natura, tali elementi tendono ad esercitare forze orizzontali che tendono generalmente a destabilizzare gli elementi su cui poggiano (vedi figura 3). Per ridurre l’entità delle forze orizzontali è possibile consolidare con tiranti, che hanno la funzione di assorbire parte delle suddette forze.

In assenza di tiranti, per effetto delle rotazioni dei piedritti su cui poggiano le volte, si hanno parzializzazioni notevoli negli elementi che costituiscono la struttura (tali effetti si verifica sia nelle volte che nei piedritti – vedi a) di figura 4). Nel caso in cui la volta si consolida con tiranti, le parzializzazioni si riducono notevolmente (spesso si annullano), consentendo distribuzioni delle tensioni su sezioni di muratura maggiori (vedi b) di figura 4). Quanto detto comporta ulteriori risorse per la struttura in caso di azioni sismiche. In effetti, come si vede dalla figura 4, nel caso in cui non sono presenti i tiranti alla base dei piedritti si raggiungono tensioni maggiori rispetto al caso in cui sono presenti. Questo comporta che l’azione sismica necessaria per far raggiungere e superare ai piedritti la tensione limite deve essere necessariamente maggiore.

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