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Tecniche di intervento su edifici in muratura: cordoli di piano con profili metallici

In caso di semplice appoggio sulle murature, un metodo per rendere non sfilabili le travi di un solaio in legno consiste nell’intervenire con cordoli di piano con profili metallici

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I collegamenti tra le murature e i solai, nelle costruzioni storiche comunemente realizzati a struttura lignea, rappresentano nodi fondamentali per la resistenza al sisma di un fabbricato. Solitamente il solaio viene semplicemente appoggiato alle murature perimetrali e di spina, quindi il vincolo che esso assume sulla muratura è quello di semplice appoggio con attrito. In caso di evento sismico questo tipo di vincolo comporta da un lato il distacco tra muratura e solaio, dall’altro la possibilità di sfilamento delle travi con deformazioni e fessurazioni in corrispondenza dell’azione di martellamento delle travi del solaio.
L’obiettivo del miglioramento delle connessioni muro-solaio, al fine del conferimento di una buona opposizione al sisma, è quello di rendere le travi non sfilabili per effetto di azioni orizzontali realizzando collegamenti resistenti a trazione tra l’orditura del solaio e i muri perimetrali. In questo modo il solaio viene utilizzato anche per contrastare le azioni fuori piano che investono i muri esterni (garantendo un comportamento scatolare).

Una soluzione di intervento potrebbe essere quella di introdurre un cordolo-tirante realizzato da profili metallici disponendoli lungo il perimetro delle maglie di solaio in adiacenza alle pareti.
Il collegamento del profilo metallico ai muri esterni viene realizzato mediante barre filettate ancorate alla muratura con piastrine esterne e connettori, o ancorate all’interno della muratura: questo permette di svolgere la funzione di contenimento dei meccanismi fuori piano di pareti o angolate, funzione solitamente svolta dai tiranti tradizionali. Il pregio di quest’intervento sta nel fatto che il collegamento dei cordoli avviene con un maggior numero di connessioni disposte lungo tutto lo sviluppo delle pareti. In questo modo, a differenza dei tiranti tradizionali, si riesce a distribuire le sollecitazioni sull’intera struttura cui il cordolo si affianca.
Il profilo così fissato alle pareti viene ancorato all’orditura lignea del solaio, principale o secondaria, per mezzo di apposite viti o chiodature.
In questo modo si ottiene l’effetto di solidarizzare il solaio al muro, evitando lo sfilamento delle travi e il ribaltamento fuori dal piano delle pareti esterne.

Dimensionamento dei cordoli di piano con profili metallici

Il dimensionamento dei cordoli di piano con profili metallici può essere effettuato avvalendosi ancora una volta dell’analisi cinematica, considerando il meccanismo di ribaltamento semplice o composto.
A titolo esemplificativo si consideri la pianta in Fig. 1, nella quale si procede all’individuazione delle maglie chiuse di ogni solaio. Si prenda in esame il cinematismo di ribaltamento semplice di una parete su due livelli (Fig. 2) che, per effetto dell’azione sismica, ruota verso l’esterno intorno alla cerniera in A. Si individua il sistema di forze agenti su di essa: i pesi propri delle pareti dei due livelli, il peso del solaio di interpiano, il peso della copertura, l’azione in sommità che si oppone al ribaltamento esplicata da un eventuale tirante o cordolo, e infine l’azione Ts (posta a livello del solaio di piano in Fig. 2), incognita, che deve essere assorbita dal cordolo-tirante di piano in adiacenza alle pareti murarie.

Fig. 1 Schema di calcolo del cordolo-tirante di piano con profilati metallici.

Fig. 1 Schema di calcolo del cordolo-tirante di piano con profilati metallici.

Fig. 2 Schematizzazione del ribaltamento semplice di parete monolitica: ribaltamento parziale della parete con formazione della cerniera cilindrica a una quota diversa dal piano campagna (b). (Tc e Ts sono gli eventuali tiri relativi alla presenza di presidi).

Fig. 2 Schematizzazione del ribaltamento semplice di parete monolitica: ribaltamento parziale della parete con formazione della cerniera cilindrica a una quota diversa dal piano campagna (b). (Tc e Ts sono gli eventuali tiri relativi alla presenza di presidi).

È questa l’azione di trazione con cui dimensionare i profili metallici affiancati alle pareti. Nel caso in esame il meccanismo di ribaltamento, è contrastato da due profili ognuno dei quali è posto alle due estremità del macroelemento investito dal sisma (Fig. 1). L’azione di trazione che agisce sui singoli profili è dunque pari a Ts/2; con questa azione si dimensionano a trazione i due profili:

formula

in cui TR è la resistenza a trazione del singolo profilo metallico.
Il profilo aderente alla parete sottoposta a ribaltamento fuori del piano è collegato a essa con una serie di connettori. Questi, conseguentemente alla rotazione della parete, tendono ad allungarsi fino a poter arrivare al distacco dal cordolo. Uno dei metodi possibili per evitare questo fenomeno è ad esempio quello di dimensionarli a trazione; nell’ipotesi che l’allungamento sia il medesimo per tutti i connettori, l’azione con cui dimensionarli è quella rappresentata in Fig. 3b. Essendo ben ancorato alla parete ribaltante, sotto l’azione sismica il profilo metallico può essere sottoposto a flessione. Questo comportamento è possibile in quanto il solaio può non essere infinitamente rigido. È quindi importante dimensionare i profili metallici anche per far fronte a questo tipo di sollecitazione. Per questo motivo è preferibile non realizzare il cordolo con semplici piatti, bensì con profili che abbiano una maggior inerzia flessionale, ad esempio profili a L o a C. Un’idea potrebbe essere quella di considerare il profilo schematizzato da una trave appoggiata sottoposta a carichi puntuali in corrispondenza di ogni collegamento alla muratura (Fig. 3).

Fig. 3 Schema di calcolo per la verifica a flessione del profilo metallico.

Fig. 3 Schema di calcolo per la verifica a flessione del profilo metallico.

I carichi puntuali sono pari a Ts/n, in cui n è il numero dei collegamenti trasversali.
Infine è necessario dimensionare i connettori tramite i quali il profilo che si oppone al ribaltamento, cioè quello aderente ai muri di spina, viene ancorato alle pareti murarie trasversali. I connettori sono dimensionati a taglio. L’azione tagliante da considerare in testa ai connettori è data dalla trazione assorbita dai profili metallici, quindi nel caso dell’esempio è paria a (Fig. 3a):

formula

dove m è il numero dei connettori così determinato.

formula

in cui:
Ts/2 – è l’azione di taglio totale che devono assorbire i connettori;
R – è la resistenza a taglio del singolo connettore, calcolata secondo la normativa vigente. In questo specifico caso, secondo l’attuale normativa la resistenza a taglio del singolo bullone è calcolata al § 4.2.8.1.1delle NTC 2008.
Si determina infine il passo p con cui i connettori devono essere posti in opera:

formula

in cui:
L – è la lunghezza del profilo metallico che costituisce il cordolo in aderenza alla parete (Fig. 1).
L’azione di taglio sui connettori lungo i muri di spina è difficilmente la stessa. Verosimilmente, i connettori più vicini alla parete che ribalta saranno maggiormente sollecitati. Altrimenti verrebbe un passo molto elevato.
Questo procedimento va, chiaramente, svolto per tutte le pareti/macroelementi della fabbrica che possono essere interessate dai cinematismi di ribaltamento.
In Fig. 4 è raffigurato uno spaccato assonometrico come esempio di realizzazione di tale intervento.
È bene infine sottolineare che se i profili metallici costituenti il cordolo di piano così dimensionato vengono collegati oltre che alla muratura, anche all’orditura principale dei solai, irrigiditi mediante doppio tavolato o bandelle metalliche, possono contribuire a irrigidire l’orizzontamento.

Fig. 4 Spaccato assonometrico del cordolo-tirante realizzato con profilo metallico.

Fig. 4 Spaccato assonometrico del cordolo-tirante realizzato con profilo metallico.

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