Calcolo strutturale

Tiranti e catene nelle murature: progettazione e funzioni

I tiranti e le catene nelle murature sono elementi strutturali utilizzati per garantire un comportamento scatolare. Scopri come progettarli e verificarli

Le strutture in muratura presentano spesso problemi di ammorsamento tra le pareti, rendendo l’edificio vulnerabile a fenomeni di ribaltamento fuori dal piano. Per risolvere efficacemente simili criticità strutturali, è possibile intervenire utilizzando i cosiddetti “tiranti”. Si tratta di elementi strutturali costituiti da una barra metallica resistente a trazione denominata “catena”, ancorata alle pareti perimetrali tramite appositi elementi di fissaggio. I tiranti collegano tra loro pareti opposte, conferendo alla struttura una maggiore coesione e resistenza alle sollecitazioni orizzontali, come quelle causate da eventi sismici.

Nell’articolo che segue, esamineremo in dettaglio il funzionamento dei tiranti e delle catene murarie, offrendo una guida pratica su come progettare e installare efficacemente questi dispositivi per il rinforzo delle strutture in muratura. Illustreremo i principi fondamentali del loro dimensionamento, i materiali da utilizzare e le tecniche di installazione, garantendo così una maggiore durabilità e sicurezza dell’edificio.

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Cosa sono i tiranti e le catene?

Il termine “tiranti” viene utilizzato nell’ingegneria strutturale per indicare elementi metallici monodimensionali, comunemente realizzati in acciaio, che vengono impiegati per rinforzare le strutture in muratura prive di un adeguato ammorsamento tra le pareti.

Questi elementi hanno la funzione di assicurare un comportamento scatolare nelle strutture murarie, tramite l’interazione dei seguenti componenti:

  • la catena: è l’elemento principale del tirante, costituito da una barra di acciaio con sezione trasversale circolare o rettangolare, che attraversa la struttura per collegare pareti opposte e prevenire fenomeni di ribaltamento. La catena è progettata per resistere esclusivamente a sforzi di trazione;
  • il capochiave: è l’elemento terminale del tirante, situato alle estremità della catena, che funziona per contrasto e può essere del tipo “a paletto” o “a piastra”. Quest’ultima può assumere una forma circolare o rettangolare a seconda delle esigenze strutturali. Il capochiave assicura il corretto ancoraggio del tirante alla muratura, permettendo di regolare la tensione e garantire l’efficacia del rinforzo.

L’inserimento di tiranti è una tecnica di rinforzo strutturale molto comune per gli edifici in muratura, poiché risulta particolarmente efficace per l’adeguamento e il miglioramento sismico. I tiranti e le catene aiutano, infatti, a prevenire il ribaltamento fuori piano delle pareti e a garantire il comportamento scatolare dell’edificio sotto l’azione sismica. Questa soluzione tecnica è considerata una delle più efficaci, semplici ed economiche per intervenire su strutture murarie esistenti, sia in modo provvisorio che definitivo, nell’ottica di ripristinare la stabilità strutturale e garantire un’efficace messa in sicurezza delle pareti in muratura.

Tirante muratura

Qual è la funzione dei tiranti nelle murature?

I tiranti svolgono un ruolo fondamentale nel conferire stabilità e resistenza alle strutture murarie, prevenendo fenomeni di collasso e garantendo un adeguato comportamento dell’edificio sotto le diverse sollecitazioni. Nello specifico, questi elementi sono in grado di assicurare le seguenti funzionalità:

  • rinforzo strutturale: i tiranti conferiscono alla struttura un comportamento scatolare e monolitico, che assicura una maggiore solidità e resistenza nei confronti delle azioni orizzontali causate dal vento o dai terremoti;
  • prevenzione del ribaltamento: le catene contribuiscono a mantenere in posizione verticale le pareti che non sono ben collegate tra loro, evitando fenomeni di ribaltamento fuori piano che possono portare al collasso dell’intera struttura;
  • contrasto delle spinte: i tiranti aiutano a prevenire efficacemente lo spostamento o il crollo dei setti murari soggetti a spinte laterali causate da elementi spingenti quali archi, volte o tetti inclinati;
  • miglioramento della coesione: in assenza di cordoli o altri elementi che colleghino i solai alle pareti perimetrali, i tiranti aiutano a incrementare la coesione complessiva della struttura e a distribuire meglio le forze, collegando in modo efficace le diverse parti che la compongono;
  • controllo dei cedimenti: conferendo un comportamento scatolare alla struttura, le catene possono limitare i cedimenti differenziali delle fondazioni (ovvero gli spostamenti relativi tra diverse parti strutturali), migliorando la stabilità generale e riducendo i movimenti tra le varie parti dell’edificio.

Dove posizionare i tiranti?

Al fine di esplicare adeguatamente le funzioni precedentemente illustrate, è fondamentale garantire sia un idoneo dimensionamento dei tiranti che una loro corretta collocazione, rispondendo a specifiche esigenze di carattere statico e strutturale. In particolare:

  • in pianta, i tiranti devono essere posizionati in adiacenza ai muri di spina, ovvero ai muri ortogonali alle pareti perimetrali alle quali i tiranti sono ancorati. Questo perché i muri di spina fungono da elementi di contrasto rispetto alla compressione esercitata dal tiro delle catene sulla struttura. La vicinanza ai muri di spina permette ai tiranti di “scaricare” correttamente le forze di trazione generate, evitando che queste vadano a sollecitare in modo eccessivo e incontrollato le pareti perimetrali;
  • in alzato, i tiranti devono essere installati al livello degli orizzontamenti, appena al di sotto dell’intradosso del solaio. In questo modo, anche il solaio, se dotato di una soletta rigida, contribuirà a contrastare le forze di trazione esercitate dai tiranti. Questa collocazione permette, quindi, di sfruttare al meglio il contributo strutturale offerto dai solai, ottenendo così un migliore comportamento statico complessivo della struttura.

Corretto posizionamento tiranti

6 step per la messa in opera dei tiranti

Per garantire un consolidamento strutturale efficace, la posa in opera dei tiranti deve avvenire attraverso una serie di passaggi fondamentali, di seguito schematizzati:

  1. eventuale preconsolidamento della muratura: se le pareti interessate dall’intervento sono ammalorate o presentano una scarsa resistenza, è necessario innanzitutto procedere con iniezioni di materiale consolidante (come malta cementizia o resine), al fine di rafforzare la muratura e garantire un adeguato ancoraggio per i tiranti;
  2. realizzazione di fori nelle pareti: la fase successiva consiste nel praticare dei fori passanti attraverso le pareti da rinforzare, con un diametro opportuno, al fine di consentire l’inserimento successivo delle catene;
  3. inserimento dei tiranti: una volta preparati i fori, si procede all’inserimento delle catene all’interno delle pareti. Queste possono essere costituite da barre metalliche o da cavi in acciaio opportunamente dimensionati;
  4. creazione del bulbo di ancoraggio: per assicurare un efficace bloccaggio dei tiranti all’interno dei fori, viene iniettato in pressione materiale cementizio o resinoso, che va a creare un bulbo di ancoraggio all’estremità del tirante;
  5. fissaggio delle piastre di ancoraggio: alle estremità dei tiranti vengono fissate le piastre metalliche, che permettono di ripartire le forze di trazione sulla superficie della parete e di contrastare l’azione di tiro;
  6. messa in tensione dei tiranti: l’ultima fase prevede l’applicazione della tensione desiderata ai tiranti, generalmente ottenuta tramite il serraggio di dadi filettati.

Come progettare i tiranti?

Per progettare un tirante in modo da impedire il cinematismo di ribaltamento di una parete in muratura, si utilizza il procedimento dell’analisi cinematica lineare che prevede i passaggi di seguito riportati:

  1. identificazione del cinematismo di ribaltamento: in primo luogo, si identifica il tipo di cinematismo di ribaltamento (semplice o composto) che potrebbe verificarsi nella parete in muratura;
  2. applicazione del principio dei lavori virtuali: si applica il principio dei lavori virtuali considerando l’equilibrio dei momenti ribaltanti (Mr) e stabilizzanti (Ms). I primi sono causati dai carichi esterni che tendono a far ribaltare la parete (come quelli sismici), mentre i secondi sono dovuti all’azione dei tiranti ed al peso proprio della struttura che tendono a mantenere la parete in posizione;
  3. determinazione del moltiplicatore di attivazione del meccanismo α0: impostando l’equilibrio dei momenti si ricava il moltiplicatore α0, il quale rappresenta l’accelerazione orizzontale che determina l’attivazione del meccanismo di ribaltamento;
  4. confronto con la massima accelerazione al suolo attesa: il valore α0 viene confrontato con la massima accelerazione al suolo prevista per lo stato limite considerato, in conformità a quanto stabilito dalla normativa tecnica. Se α0 risulta inferiore a questo valore, è necessario dimensionare il tirante per evitare il ribaltamento fuori piano della parete;
  5. determinazione del tiro necessario: si ridefinisce, quindi, l’equilibrio dei momenti considerando anche il momento stabilizzante dovuto al tiro T della catena metallica. Quest’ultimo sarà la variabile da determinare e il suo valore si calcolerà imponendo l’uguaglianza tra momento stabilizzante e momento ribaltante, assegnando al moltiplicatore α il valore dell’accelerazione sismica attesa al suolo;
  6. distribuzione del tiro sui tiranti: una volta calcolato il tiro T, si divide questo valore per il numero di tiranti da installare sulla parete, e si ottiene il tiro associato ad ogni singola catena (Tc);
  7. dimensionamento della sezione della catena: determinato il valore del tiro Tc di ciascun tirante, si procede al suo dimensionamento a trazione, assicurandosi che la catena possa sopportare tale forza. Questo si verifica utilizzando l’equazione:

    TC = TR

    In questa equazione TR rappresenta la resistenza a trazione del tirante, che si calcola come:

    TR = Atirante ∙ fd

    In questa formula, Atirante rappresenta l’area della sezione del tirante ed fd è la tensione di progetto del materiale della catena.

Guarda il video tutorial di seguito per approfondire gli step necessari della “Verifica dei cinematismi di facciata


La verifica di un tirante in acciaio consiste nel confrontare la resistenza a trazione della catena con la sollecitazione assiale di trazione agente su di essa. Tuttavia, questa non è l’unica verifica da eseguire in quanto è necessario anche considerare la resistenza a taglio della parete secondo i possibili meccanismi di rottura e verificare la resistenza del capochiave confrontando la tensione che si sviluppa nel sistema di ancoraggio con la tensione di calcolo a snervamento dell’acciaio.

I criteri per la progettazione e la verifica dei tiranti sono illustrati dettagliatamente nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) e nella Circolare applicativa n. 7/2019.

Verifica tiranti e catene |EdiLus

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Pubblicato da Redazione Tecnica

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