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Cordolo in acciaio su muratura esistente: casi d’uso e benefici

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Perché realizzare un cordolo in acciaio per migliorare la resistenza e la risposta all’azione sismica di una muratura esistente

La realizzazione di un cordolo in acciaio su muratura esistente è uno degli interventi di rinforzo più efficaci per prevenire il ribaltamento delle murature fuori dal piano e per assorbire le forze orizzontali in caso di sisma.

In questo articolo vedremo quali sono i tipi di cordolo tra cui scegliere, come si realizza un cordolo in acciaio, quale effetto ha sul comportamento sismico globale di un edificio in muratura e come riduce la vulnerabilità sismica associato ad un intervento di miglioramento della muratura esistente con l’aiuto di un software per il calcolo strutturale murature.

Tipologie di cordolo per il miglioramento sismico di edifici in muratura

La realizzazione di un cordolo (interpiano o di copertura) è un intervento spesso necessario per assicurare un comportamento di tipo scatolare degli edifici esistenti in muratura. Il cordolo può essere realizzato con diverse tecniche costruttive. Ciascun materiale ha i suoi pro e i suoi contro che possono influenzare il comportamento globale del fabbricato e addirittura compromettere la sua stabilità in caso di sisma.

Fino agli ’90 del novecento, la tipologia d’intervento più diffusa per il recupero di edifici storici in muratura era sicuramente la realizzazione di cordoli in cemento armato, posti alla sommità dell’edificio. Questi interventi erano spesso associati al rifacimento della copertura esistente che, in molti casi, prevedeva la rimozione delle strutture lignee (travi, capriate, tavolati, pianelle, ecc.) e la realizzazione di nuovi solai in latero cemento. Il risultato era sicuramente un aumento di carico gravante sulla struttura esistente e un aumento della rigidezza.

Infatti, questa tecnica così diffusa si è ben presto rivelata poco efficace o addirittura pericolosa in caso di eventi sismici ed è stata via via sostituita da altre tipologie d’intervento. L’esperienza ha infatti evidenziato che, a seguito di eventi sismici, gli edifici che avevano subito questo tipo d’intervento, presentavano danni molto riconoscibili: murature molto danneggiate (in molti casi completamente disgregate) e cordoli in c.a. perfettamente intatti.

Perché accade questo?

Quello che si genera è il cosiddetto “effetto trave“. In pratica, il cordolo in c.a., caratterizzato da un’eccessiva rigidezza rispetto alla qualità scadente della muratura sottostante, scarica il peso della copertura principalmente sugli angoli dell’edificio. La porzione centrale della muratura dunque, viene lasciata scarica e, senza l’effetto del carico verticale, risulta maggiormente soggetta a fenomeni di ribaltamento fuori dal piano o di disgregamento. Ecco che la realizzazione di elementi fortemente irrigidenti in testa ad una muratura di scarsa qualità, può comportare il collasso per disgregazione della muratura stessa. La forza sismica si concentra sugli elementi con minor rigidezza, causando danni gravosi alle murature.

Una soluzione per combattere tale fenomeno potrebbe essere quella di intervenire in maniera migliorativa sulla coesione, sulla resistenza e sull’ammorsatura dei pannelli murari, nonché sulla rigidezza del codolo stesso. Per assicurare che il pannello murario mantenga la sua coesione anche in caso di sima, è necessario optare per interventi quali:

  • ristilatura dei giunti di malta;
  • placcaggi in betoncino armato;
  • rinforzi con fibre di carbonio (FRP);
  • iniezioni di malte;
  • cuciture armate;
  • ecc.

Per essere sicuri di eseguire correttamente le verifiche sulla muratura esistente e sul cordolo in c.a., è sempre opportuno utilizzare un software con solutore FEM integrato per il calcolo.

Fascia Antiribaltamento EdiLus

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In sintesi, se si vuole procedere alla realizzazione di un cordolo in c.a. è sempre opportuno:

  • migliorare la qualità della muratura esistente con interventi di consolidamento;
  • dimensionare il cordolo opportunamente, scegliendo un’altezza massima compresa tra i 20 e i 25 cm;
  • utilizzare un calcestruzzo con bassa resistenza e basso modulo elastico, preferendo un cls alleggerito;
  • collegare il cordolo alla muratura sottostante mediante tondini in acciaio infisse nella muratura.

Altre soluzioni alternative al cordolo in c.a. potrebbero includere la realizzazione di cordoli in:

  • muratura armata in mattoni, realizzati ponendo un’armatura con tondini in acciaio in mezzo ad un cordolo in mattoni pieni. Può essere dunque realizzato solo se la muratura sottostante raggiunge lo spessore di almeno tre teste del mattone in laterizio. Questo spessore è necessario per creare il rivestimento in mattoni intorno all’armatura. Se la muratura ha uno spessore di almeno 30/40 cm è un’ottima alternativa al cordolo in c.a. Infatti, avendo una rigidezza inferiore, distribuisce i carichi in modo più uniforme;
  • acciaio, adatti anche su murature con spessore ridotto (30 cm), si caratterizzano per leggerezza e limitata invasività;
  • muratura armata con rete GFRP, realizzati con fibre di vetro, carbonio o altro materiale analogo resistente a trazione.

Approfondiamo nel dettaglio le caratteristiche del cordolo in acciaio.

Cordolo in acciaio: cos’è e come si realizza

I cordoli in acciaio possono essere eseguiti in due modi:

  • attraverso due strutture reticolari realizzate con angolari e piatti metallici, poste sul paramento interno ed esterno della muratura e collegate fra loro mediante perfori armati;
  • tramite piatti o profili in acciaio collocati sulle due facce della muratura e collegati fra loro mediante barre passanti.

Il cordolo in acciaio deve avere una larghezza pari allo spessore della muratura e una adeguata sezione. Può essere realizzato in acciaio strutturale o in acciaio al carbonio. Ciascuna tecnologia costruttiva ha i suoi pro e contro.

In questo contesto, il collegamento fra il cordolo e la muratura sarà garantito dall’aderenza, l’ingranamento e l’attrito. Inoltre, nel caso del cordolo sommitale, è opportuno prevedere un consolidamento della muratura sommitale prima della messa in opera del cordolo e un collegamento del cordolo alla muratura sottostante mediante realizzazione di perfori armati. Ecco alcuni dettagli costruttivi da rispettare per la realizzazione dei cordoli in acciaio:

  • l’altezza minima del cordolo deve essere pari all’altezza del solaio;
  • la larghezza del cordolo deve essere almeno pari a quella della muratura;
  • per muratura di spessore fino a 30 cm è consentito un arretramento massimo del cordolo dal filo esterno non superiore a 6 cm e ad 1/4 dello spessore;
  • l’area dell’armatura longitudinale del cordolo deve essere almeno pari a 8 cm²;
  • le staffe devono avere diametro minimo pari a 6 mm e un passo massimo pari a 25 cm.

Effetti benefici sul comportamento sismico dell’edificio

I cordoli in acciaio servono a collegare i pannelli murari tra loro, soprattutto quelli sommitali, in cui la muratura risulta soggetta ad uno sforzo di compressione più basso rispetto alle pareti sottostanti, in quanto soggetta a carichi verticali minori. La presenza di un cordolo sommitale migliora l’interazione con le strutture di copertura e garantisce un comportamento scatolare dell’edificio. Inoltre, evita il ribaltamento fuori piano della parete dell’ultimo livello se il cordolo viene ben collegato alla muratura sottostante e contribuisce ad assorbire la spinta del tetto, in caso di copertura spingente.

Il cordolo in acciaio migliora la trasmissione delle azioni orizzontali (vento, sisma, componente orizzontale della forza dovuta all’azione spingente della copertura, ecc.) dagli orizzontamenti alle pareti in muratura sollecitate ad azioni nel piano.

azione spingente della copertura su muratura esistente

Azione spingente della copertura su muratura esistente

Anche a livello della copertura, la presenza di un cordolo consente un effetto di cerchiatura delle pareti murarie perimetrali consentendo la ridistribuzione di forze orizzontali sugli elementi verticali.

Affinché il cordolo in acciaio sia in grado di assorbire la spinta orizzontale del tetto, dovrà avere un’adeguata sezione e di conseguenza un’adeguata inerzia flessionale per evitare eccessive deformazioni flessionali nel piano orizzontale che potrebbero portare al ribaltamento della muratura. La capacità del cordolo in acciaio di assorbire la spinta del tetto dipende anche dalla distanza fra due pareti di controvento successive a cui il cordolo dovrà trasferire l’azione della spinta orizzontale.

Se in fase di dimensionamento la spinta del tetto porta ad una sezione eccessiva del cordolo in acciaio, è consigliabile assorbire tale spinta mediante la messa in opera di catene metalliche. La Normativa Tecnica, infatti, precisa che le strutture di copertura non devono essere spingenti e che la spinta, qualora presente, debba essere assorbita da idonei elementi strutturali (catene, tiranti).

Pertanto, nel caso in cui l’intervento sull’edificio esistente preveda anche la sostituzione del tetto, sarà bene progettare l’assorbimento dell’eventuale spinta mediante l’utilizzo di catene di sezione adeguata, riservando al cordolo in acciaio la sola funzione di ridistribuzione delle forze orizzontali generate dal vento e dal sisma.

Cordolo in acciaio: schemi statici per il dimensionamento e calcolo

Per dimensionare la sezione minima del cordolo in acciaio bisogna innanzitutto definire lo schema statico per il calcolo delle sollecitazioni e degli spostamenti. Lo schema statico da adottare sarà uno schema di trave continua su più appoggi in cui ogni appoggio rappresenta l’azione vincolare esercitata dalla parete di controvento.

Il carico orizzontale uniformemente distribuito agente sullo schema di trave continua sarà generato dalle seguenti azioni:

  • azione sismica generata dalla massa delle pareti e dalla copertura collegate al cordolo;
  • azione del vento agente sulle aree di influenza delle pareti collegate al cordolo;
  • spinta del tetto nel caso di tetto spingente e in assenza di catene.

Combinando le azioni agenti nel modo opportuno per ottenere le combinazioni di carico allo Stato Limite Ultimo (SLU) e a quello d’esercizio (SLE), utilizzando i coefficienti parziali di combinazione prescritti dalla Normativa Tecnica, si potranno calcolare le sollecitazioni allo Stato Limite Ultimo e gli spostamenti allo Stato Limite di Esercizio per dimensionare il cordolo in acciaio. Per essere sicuri di eseguire il calcolo correttamente e nel rispetto della normativa, è sempre opportuno procedere utilizzando un software per il calcolo strutturale.

 

Edilus-MU

 

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