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

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.

Consolidamento di edifici in muratura

Tiranti metallici

I tiranti, sono costituiti dalle seguenti parti: • Cavo metallico;• Capochiave;• Giunti di connessione.

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.


Tiranti metallici

Capochiave circolare


Tiranti metallici

Capochiave rettangolare o quadrato


Tiranti metallici

Capochiave rettangolare con doppio tirante


Tiranti metallici

Capochiave a paletto


Tiranti metallici

Capochiave a paletto

Deve essere collocato a 45° in modo da insistere sul solaio e sul muro ortogonale.


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.


Tiranti metallici

Tiranti metallici – Resistenza del cavo del tirante

La massima resistenza del cavo del tirante (Tt) è data dalla seguente relazione:

tydt Af T

Per sezioni circolari, quadrate e rettangolari si ha:

4 d

f T2

ydt

2ydt af T

baf T ydt

(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.


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.


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”.


Tiranti metallici


Per effetto della forza Tm,a trasmessa dal tirante si genera sulla superficie di distacco uno stato tensionale di trazione.

lctd Af N

Dtt2A l

(Forza di trazione)

(Superficie laterale)

DttfN2

2T ctdam,


Tiranti metallici


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:

dAfTA

vdtm,

dove

• fvd è la resistenza di calcolo a taglio della muratura;• A è la superficie laterale del cilindro che si stacca.


Tiranti metallici


t2m,t1m,AA

vd0A

vd0tm, TTdA ondA

fdA

on

(fT )

)on2f(t)(DtT vd0tm,


Tiranti metalliciTiranti metallici – Resistenza del capochiave – Circolare

3

DT

3

D2

2

Ty

2

TM cc

Gc

2

TV c

I

yMyx, max

bI

SVyx,

yd22

id fyx, 3yx, yx,


Tiranti metallici

Tiranti metallici – Capacità di deformazione

Deformazione elastica

= E ∙ ;l

l ;

E

ll

Sostituendo con la tensione limite dell’acciaio fyd si ottiene la deformazione limite elastica del tirante:

E

lfl

yde

Deformazione plastica

Come noto, l’acciaio ha notevoli capacità di deformazione oltre il limite elastico. Assumendo tale valore pari al 10‰

l0.01Δl0.01l

lp

Il tirante è un elemento strutturale sollecitato a semplice trazione.


Tiranti metallici

Tiranti metallici – Resistenza nel piano dei maschi murari consolidati con tirantiLa 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.

td

td

f1

b

ftlV

0

s

2td

x

td

xtdps,

ff1

b

ftlV

00

Maschio non consolidato

Maschio consolidato


Tiranti metallici

Tiranti metallici – Resistenza nel piano dei maschi murari consolidati con tiranti

Per evitare pretensioni elevate occorre effettuare la seguente verifica:

chdRdc AfN

- fhd è la tensione di calcolo parallela ai letti di malta;- Ac è la superficie a contatto del capochiave con il muro.


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.


Tiranti metallici

Tiranti metallici – Resistenza della parete consolidata con tiranti


Tiranti metalliciTiranti metallici – Resistenza nel piano della parete consolidata con tiranti

1.3263622

83892s

Incremento della resistenza di circa il 30%


Tiranti metalliciTiranti metallici – Resistenza fuori piano della parete consolidata con tiranti

Rottura per flessione

Rottura per taglio



ff vk0vk 0



Esempio



Esempio

Si assume il diametro = 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).



Esempio

Con tirante

Senza tirante

0.027hyPhP

hoS2

tPP

1G222s2

22

s22

0

0T2PPSxPP xT22y2s2y12x2o12x2s20

(la forza dei tiranti e i relativi spostamenti virtuali hanno segno discordante)

0.67

hyPhP

h-hhT2hS2

tPP

1G222s2

1t2t122o2

s22

0



Meccanismo di flessione verticale



Meccanismo di flessione orizzontale

0.194

l

lsP

l

lsPsP

l

lxPxP

l

lsS

l

lsSsS-

l

l1tTH

2

13S3

2

12S21S1

2

1G22G11

2

13o3

2

12o21o1

2

1

0

0.078

l

lsP

l

lsPsP

l

lxPxP

l

lsS

l

lsSsS-

l

l1tH

2

13S3

2

12S21S1

2

1G22G11

2

13o3

2

12o21o1

2

1

0

Caso non consolidato

Caso consolidato



Meccanismo di ribaltamento composto


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.


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).


CordoliCordoli 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;


CordoliCordoli 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.


CordoliCordoli in acciaio


CordoliCordoli - Resistenza

Rc = min(Rc,t, Rc,m)

i

n

1iydtc, AfR

Resistenza elementi resistenti a trazione

m

0vk0

mmc,

FC

A 0.4f A

FCvkf

R

Resistenza di aderenza tra cordolo e muratura

Resistenza del cordolo


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.


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;


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.


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.



La resistenza dell’elemento consolidato è notevolmente superiore.


Cuci-scuci – Resistenza fuori pianoLa tecnica di cuci-scuci ripristina la connessione trasversale tra due pareti ortogonali.

ctdofo, fth2

1F

vd0rto, fth2

1F

Fo = min(Fo,f,Fo, t)

Flessione

Taglio

0.21

yPhP

hF3

4hS

2

tPP

G222s2

2o2o2

s22

0


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


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.



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



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.


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:

1k

k

m

c

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.



Approccio lineare

ltG

h1.2

ltE

h

1k

fm

f

3fm

3f

m

(Rigidezza muratura)

3it,st,f

pc

hhh

IE12n2k

(Rigidezza della cerchiatura (ipotesi di comportamento shear-type))

1

Ihhh

Ih2l

h2l

IE12

hhh

IE12

k

k

t

3

it,

st, f

p

3 p

f

3 p

f

t

3

it,

st, f

p

t

p

Inoltre, per garantire il comportamento shear-type, la rigidezza dei traversi deve essere superiore a quella dei piedritti



Approccio non lineare

Il calcolo di una cerchiatura può essere svolto tenendo conto anche dei maschi laterali che la circondano.

Occorre dimostrare che la rigidezza e la resistenza del sistema muro-cerchiatura sia superiore alla resistenza ed alla rigidezza del muro senza foro.

La curva di capacità del sistema muro-cerchiatura deve presentare caratteristiche di resistenza e rigidezza maggiori di quella del muro privo di fori.

Occorre confrontare la curva di capacità della parete senza foro con quella del sistema parete-cerchiatura.



Approccio non lineare


Cerchiature – Particolare costruttivo

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