Il tema degli ancoraggi nei telai di cerchiatura è centrale nella progettazione su edifici esistenti in muratura, ma raramente affrontato in modo sistematico nella pratica professionale. Questo contributo propone una lettura critica della letteratura, affiancata da modellazioni numeriche e da una metodologia semplificata compatibile con i software di uso corrente. L’obiettivo è fornire ai progettisti strumenti concreti per valutare correttamente rigidezza e sicurezza della parete rinforzata.

 

---

Sommario

• Inquadramento normativo e tecnico degli interventi di cerchiatura
• Comportamento strutturale del sistema parete–telaio
• Stato dell’arte e approcci presenti in letteratura
• Osservazioni su modelli numerici
• Proposta metodologica
• Elaborazione della curva di capacità del telaio
• Esempio applicativo
• Conclusioni
• Bibliografia di riferimento

---

 

Inquadramento normativo e tecnico degli interventi di cerchiatura

Gli interventi di consolidamento su costruzioni esistenti in muratura implicano la necessità di assicurare collegamenti efficaci fra elementi strutturali, come evidenziato in vari contesti dalla Normativa tecnica italiana vigente NTC 2018 in §8.7 [1] e relativa Circolare 2019 in §C8.7 [2].

Per quanto riguarda gli interventi locali con telai di cerchiatura, in §C8.7.4.1(4) [2] si specifica quanto segue.

“(…) Nel caso di realizzazione di nuove aperture in pareti esistenti, per far fronte alla diminuzione della capacità resistente della parete e all’aumento della sua deformabilità, può essere necessario prevedere rinforzi [i telai di cerchiatura] in grado di collaborare con la muratura esistente attraverso opportune connessioni [gli ancoraggi] ripristinando, per quanto possibile, la condizione dell’intera parete in atto prima della realizzazione dell’apertura.
Un incremento della capacità portante delle pareti murarie, con conseguente miglioramento del comportamento sismico, si ottiene infine anche attraverso l’eliminazione delle discontinuità con la chiusura di nicchie, canne fumarie cavedi o anche di vecchie lesioni o sconnessioni all’interno delle murature, purché venga realizzato un efficace collegamento dei nuovi elementi di muratura con quelli esistenti.”

Gli orientamenti interpretativi sugli edifici esistenti della Regione Toscana [3] in merito agli ancoraggi fra muratura e telaio di cerchiatura in §4.1.3 si esprimono nel modo seguente.

“L’ammorsamento laterale alla parete deve essere effettuato con opportune e diffuse zancature. Nel caso di cerchiature in pareti di piccolo spessore (ad esempio pareti in laterizio a una testa) l’ancoraggio laterale è preferibile che venga realizzato con idonea placcatura mediante intonaco armato. È altresì consigliabile richiudere gli spazi residuali fra cerchiatura e muratura mediante l’utilizzo di malte colabili di tipo a ritiro compensato”.

Nella pratica costruttiva vengono adottate diverse soluzioni per il collegamento tra i profili metallici e la muratura, al fine di garantire la continuità e l’efficace collaborazione tra i due materiali. Tuttavia, come rilevato da alcuni Autori [4], dalla letteratura tecnica non emergono criteri progettuali consolidati riguardo al numero e alla tipologia degli ancoraggi da impiegare.

Tra le tecniche di connessione più comuni si ritrovano quelle puntuali, ottenute mediante l’impiego di zanche metalliche o di code di rondine saldate ai profili e successivamente inserite in appositi scassi della muratura, oppure tramite barre d’acciaio introdotte in fori realizzati nella muratura, fissate con malte o resine e in seguito saldate al profilo.
Per la realizzazione di tali connessioni, parametri di riferimento derivati dalla pratica costruttiva sono i seguenti:

• interasse: barre ∅12-16 mm ogni 30-50 cm in elevazione, in posizione alternata sull’ala del montante (Fig. 1);
• profondità: almeno 25/30 cm in penetrazione nella muratura di buona qualità, laddove gli elementi lapidei e la malta non risultano deteriorati;
• malta di ancoraggio: resina epossidica o cementizia ad alta resistenza;
• eventuali piastre o piatti saldati al montante per trasferire il carico alla barra.

  

  

Gli ancoraggi creano in tal modo un collegamento fra struttura integrativa (telaio) e muratura originaria che interviene nel comportamento statico e sismico attraverso una collaborazione fra sistemi tra loro non omogenei. Nelle applicazioni professionali tali effetti sono frequentemente trascurati [6]; tuttavia, approfondimenti teorici condotti mediante modelli a telaio [6] o agli elementi finiti (FEM) [4] [5] [7], associati ad alcuni studi sperimentali, mostrano che rigidezze, resistenze e capacità di spostamento dell’insieme muratura-telaio vengono influenzate dal sistema di collegamento.

Risulta pertanto opportuno indagare sul comportamento strutturale di una parete in muratura in presenza di un telaio di rinforzo inserito in corrispondenza di un’apertura. Particolare interesse assume la definizione di una metodologia coerente con le applicazioni progettuali, generalmente impostate su analisi condotte con schemi a telaio equivalente.

Attraverso l’implementazione in un software professionale dedicato diviene così possibile valutare gli effetti del sistema di ancoraggio sulla capacità sismica dell’insieme muratura-telaio, calibrando di conseguenza i parametri geometrici e meccanici che guidano la definizione dell’intervento sulla parete muraria.

 

Comportamento strutturale del sistema parete–telaio

In una parete in muratura rinforzata con un telaio di cerchiatura il comportamento strutturale sotto azione sismica longitudinale è caratterizzato da una differente modalità deformativa tra il telaio e i maschi murari adiacenti.

Il telaio di cerchiatura, per sua natura snella e flessibile, tende a deformarsi prevalentemente per flessione: la deformata assume quindi un andamento curvilineo, con rotazioni nulle in corrispondenza degli estremi incastrati. I maschi murari, invece, soprattutto se caratterizzati da bassa snellezza (maschi tozzi), manifestano un comportamento dominato dalla deformazione tagliante, che si traduce in una deformata pressoché lineare.

 

  

Quando i montanti del telaio sono opportunamente collegati ai maschi murari tramite sistemi di ancoraggio efficaci, il loro comportamento non è indipendente: nella zona di vincolo essi sono costretti a adattarsi al campo di spostamenti dei maschi tozzi, assumendo quindi una deformata localmente più vicina a quella lineare che caratterizza gli elementi murari.

   

  

Stato dell’arte e approcci presenti in letteratura

In letteratura il tema degli ancoraggi tra i telai di cerchiatura e la muratura adiacente è stato affrontato secondo impostazioni differenti.

 

Modelli FEM e risultati sperimentali

Billi et al. [4] applicano un modello numerico agli elementi finiti (FEM) in cui: la muratura è modellata tramite elementi membranali a quattro nodi, capaci di descrivere fessurazione e comportamento non lineare; il telaio in acciaio è rappresentato con elementi trave a due nodi, con legge elasto-plastica; le connessioni tra acciaio e muratura sono simulate tramite elementi di interfaccia caratterizzati da un legame elasto-plastico di tipo Mohr-Coulomb.

Questa impostazione consente di modulare il grado di collaborazione tra i due sistemi, analizzando casi limite che vanno da coesione nulla a coesione infinita.

Tuttavia, il modello non richiama esplicitamente la differenza di comportamento deformativo tra muratura e montante: la prima con risposta prevalentemente lineare, dominata dal taglio, il secondo con risposta flessionale. Proprio da questa differenza nasce invece l’esigenza di considerare gli ancoraggi come elementi che lavorano principalmente in trazione e compressione, con la funzione di “forzare” la deformata del montante ad adattarsi a quella del maschio murario adiacente.

 

Modelli semplificati per l’uso professionale

Un approccio che, invece, pone l’accento in maniera più diretta sull’effetto degli ancoraggi nel condizionare la deformata del montante è quello proposto da Lagomarsino-Cattari [6]. In questo modello il montante viene schematizzato con rotazioni impedite alla base e in sommità (schema shear-type) e, in presenza di ancoraggi, si assume che la deformazione flessionale interessi soltanto le zone di estremità, mentre il tratto centrale si comporti come un corpo rigido in rotazione.

 

  

Sulla base di tale ipotesi viene determinata la rigidezza equivalente del montante in presenza di ancoraggi. Le due porzioni terminali sono considerate come mensole, incastrate nei nodi del telaio e libere di ruotare in corrispondenza degli ancoraggi. Lo spostamento trasversale e la rotazione dell’estremo libero di ciascuna mensola sono quindi espressi dalle seguenti relazioni:

[1]

[2]

dove:

• F è la forza applicata in sommità al montante;
• h è l’altezza del montante
• m è il numero di segmenti in cui è suddiviso il montante pari a n+1, con n numero di ancoraggi;
• E, G sono i moduli di elasticità normale e tangenziale dell’acciaio del montante;
• J è il momento di inerzia della sezione del montante;
• A_t è l’area resistente a taglio della sezione del montante.

Di conseguenza, lo spostamento relativo tra gli estremi della parte intermedia del montante, che si comporta come un corpo rigido in rotazione, è pari a:

[3]

Lo spostamento complessivo del montante con ancoraggi, sotto l’azione della forza F si ottiene come somma dei contribuiti delle varie parti:

[4]

Da ciò si ricava l’espressione della rigidezza del montante con ancoraggi:

[5]

In questo approccio, come anticipato, la porzione centrale del montante compresa tra il primo e l’ultimo ancoraggio viene considerata non sollecitata, ovvero soggetta a taglio e momento flettente nulli. Ciò corrisponde ad una schematizzazione in cui l’azione degli ancoraggi è rappresentata dall’applicazione di forze trasversali concentrate che impongono al montante una deformazione simile a quella dei maschi murari adiacenti. La fig. 5 illustra tale ipotesi, evidenziando la distribuzione delle forze equivalenti e i corrispondenti diagrammi di taglio T e momento flettente M.

 

  

In tale schematizzazione, quindi, il primo ancoraggio in sommità assorbe l’intera forza orizzontale applicata F, mentre il primo ancoraggio alla base fornisce una reazione uguale e contraria. L’orientamento di queste forze risulta coerente con l’ipotesi di fondo, secondo cui gli ancoraggi impongono al montante di seguire la deformata lineare del maschio murario adiacente.

È evidente, tuttavia, che l’assunzione secondo cui la totalità della forza sollecitante venga trasferita unicamente al primo ancoraggio in sommità rappresenta una semplificazione piuttosto forte rispetto al comportamento reale.

....CONTINUA LA LETTURA DELL'ARTICOLO INTEGRALE NEL PDF

 

IN SINTESI
- Gli interventi di consolidamento su costruzioni esistenti in muratura implicano la necessità di garantire collegamenti efficaci fra i vari elementi strutturali. I progetti riguardanti aperture con telai di cerchiatura prevedono in generale un sistema di ancoraggio per il collegamento fra telaio e muratura adiacente.
- Gli effetti strutturali degli ancoraggi che in una parete con apertura collegano telaio e muratura sono stati finora frequentemente trascurati in àmbito professionale, tuttavia studi accademici condotti con metodi FEM e test sperimentali hanno mostrato la rilevanza di tali effetti.
-  Per analizzare correttamente il sistema muratura-telaio con ancoraggi nelle applicazioni professionali, nella presente Ricerca viene proposta una metodologia inquadrata nella consueta procedura di composizione in parallelo delle capacità degli elementi costitutivi. E’ così possibile includere agevolmente nelle valutazioni di sicurezza il contributo offerto dal sistema di ancoraggio.

---

FAQ Tecniche

Quando è necessario considerare gli ancoraggi tra telaio di cerchiatura e muratura nel calcolo strutturale?

Gli ancoraggi vanno considerati quando il telaio è progettato per collaborare con maschi murari tozzi, caratterizzati da deformazione prevalentemente tagliante. In questi casi gli ancoraggi influenzano la deformata dei montanti, la distribuzione delle sollecitazioni e la rigidezza del sistema. Trascurarne l’effetto può alterare la valutazione della rigidezza della parete allo Stato di Progetto.

In che modo gli ancoraggi modificano il comportamento deformativo del telaio di cerchiatura?

In assenza di ancoraggi i montanti si deformano principalmente per flessione. Gli ancoraggi costringono invece il montante a seguire una deformata più lineare, coerente con quella del maschio murario adiacente. Ne deriva una riduzione della flessione nei tratti centrali e una redistribuzione delle sollecitazioni verso gli ancoraggi, soprattutto in prossimità degli estremi.

Che cos’è il coefficiente αT e quale ruolo ha nel modello di calcolo?

Il coefficiente αT rappresenta la quota di taglio del montante trasferita agli ancoraggi. È un parametro di progetto che consente di modellare in modo semplificato la rigidezza finita degli ancoraggi, evitando una stima diretta delle loro caratteristiche meccaniche. Il valore di αT influisce direttamente sulla rigidezza del telaio e sulle forze agenti sugli ancoraggi.

Come si distribuiscono le sollecitazioni negli ancoraggi lungo il montante?

Le sollecitazioni negli ancoraggi non sono uniformi: quelle maggiori si concentrano generalmente in prossimità degli estremi del montante. Con rigidezza finita degli ancoraggi, la distribuzione degli sforzi è progressiva e coinvolge anche gli ancoraggi intermedi; nell’ipotesi di rigidezza infinita, invece, le sollecitazioni tendono a concentrarsi sugli ancoraggi estremi.

Qual è il meccanismo di collasso più critico per gli ancoraggi nei telai di cerchiatura?

Il meccanismo di collasso più critico è generalmente l’estrazione dell’ancoraggio dalla muratura, più sfavorevole rispetto alla rottura dell’acciaio. La resistenza dipende dalla qualità muraria, dalla profondità di infissione, dal diametro della barra e dal materiale di adesione, ed è valutata mediante un modello di estrazione tronco-conico.