Nicchie con telai di cerchiatura nelle pareti in muratura

Nicchie e cavità nelle pareti murarie determinano un peggioramento delle capacità della struttura, attraverso una riduzione della sezione resistente dei maschi murari interessati. Questi indebolimenti locali sono spesso presenti in edifici esistenti generalmente per ospitare parti di impianti. 

Gli interventi di progetto prevedono talvolta la realizzazione di nuove nicchie, non essendo possibile praticare soluzioni alternative ad esempio per il posizionamento di contatori. L’intervento è meno invasivo rispetto alla creazione di una nuova apertura nella parete muraria, ma il conseguente peggioramento delle capacità resistenti richiede la valutazione di una struttura di consolidamento che può consistere in un telaio di acciaio: il telaio assume quindi la funzione di compensazione dell’indebolimento introdotto dall’intervento.

Il criterio di compensazione della nicchia può fondarsi sulla resistenza: si ripristina in tal modo la ‘continuità’ strutturale nella parete muraria. Il telaio di rinforzo consente la corretta diffusione delle sollecitazioni locali di compressione e di taglio e l’intervento può essere inquadrato come riparazione locale o miglioramento, secondo le richieste delle normative vigenti.

Nicchie nelle pareti in muratura: riduzione della resistenza

Nelle pareti in murature nicchie e cavità determinano generalmente una riduzione di capacità della struttura muraria: tale riduzione deve essere adeguatamente valutata nell’ambito della verifica di sicurezza, ai fini di predisporre un opportuno consolidamento.

Questi indebolimenti locali hanno in genere piccole dimensioni, e spesso ospitano impianti. 

Laddove è possibile chiudere le nicchie esistenti, è preferibile ripristinare la piena continuità della tessitura muraria; in ogni caso, è opportuno prendere in considerazione nei modelli di calcolo l'indebolimento dei maschi murari.

Fig. 1. Nicchie in parete muraria esistente

Dal punto di vista della modellazione strutturale, facendo riferimento alla suddivisione della parete in maschi murari, le nicchie non sono vere e proprie aperture e quindi la loro presenza non determina la scomposizione in ulteriori distinti maschi murari: una nicchia, semplicemente, indebolisce la prestazione meccanica del maschio corrispondente, attraverso una riduzione della sezione resistente.

Nelle murature nuove la realizzazione di tracce e nicchie segue regole specifiche indicate dall'EuroCodice 6, fondate sulla riduzione della sezione resistente.

Il caso degli edifici in muratura esistenti è ben diverso, in quanto le cavità possono avere le più varie dimensioni ed occorre stabilire un algoritmo che rispetta il criterio di riduzione della sezione resistente adeguandolo alla verifica di capacità svolta per la parete muraria esistente.

Un metodo efficace e immediatamente applicabile per considerare nelle verifiche di sicurezza la presenza di nicchie in un maschio murario consiste nello scansionare orizzontalmente il maschio alle sue diverse quote, individuando la sezione resistente più piccola determinata dall'intercettazione di una o più nicchie. In conseguenza di ciò, i parametri meccanici del maschio (rigidezza, forza ultima) subiscono una modifica peggiorativa.

Seguendo questa impostazione, è possibile valutare l'effetto di indebolimento delle nicchie e, con un ragionamento inverso, il miglioramento conseguibile attraverso la chiusura di una o più nicchie.

Un tipo di intervento frequente riguarda la realizzazione di una nuova nicchia, ad esempio per alloggiare contatori del gas, in una parete muraria esistente, anche quando non si apportano modifiche di altro tipo sulla parete stessa.

Si genera un indebolimento della parete sia dal punto di vista della rigidezza che della resistenza. L’intervento è comunque poco invasivo, e la rigidezza del maschio corrispondente alla nuova nicchia diminuisce ma in genere in modo tale da rispettare i controlli sulla variazione di rigidezza tipici degli interventi locali¹: la variazione, ad esempio, anche se in diminuzione, è in valore assoluto inferiore al 15% (soglia frequentemente assunta come riferimento per la variazione di rigidezza).

Per quanto riguarda la resistenza, l’effetto della nicchia assume invece carattere più sfavorevole: anche questa diminuisce, ma, diversamente dalla rigidezza, per la resistenza è opportuno che l’intervento non produca un peggioramento, come espresso dalla Circolare 617/2009 al D.M. 14.1.2008:

C8.4.3 RIPARAZIONE O INTERVENTO LOCALE

Rientrano in questa tipologia tutti gli interventi di riparazione, rafforzamento o sostituzione di singoli elementi strutturali (travi, architravi, porzioni di solaio, pilastri, pannelli murari) o parti di

essi, non adeguati alla funzione strutturale che debbono svolgere, a condizione che l’intervento non cambi significativamente il comportamento globale della struttura, soprattutto ai fini della resistenza alle azioni sismiche, a causa di una variazione non trascurabile di rigidezza o di peso.

Può rientrare in questa categoria anche la sostituzione di coperture e solai, solo a condizione che ciò non comporti una variazione significativa di rigidezza nel proprio piano, importante ai fini della ridistribuzione di forze orizzontali, né un aumento dei carichi verticali statici.

Interventi di ripristino o rinforzo delle connessioni tra elementi strutturali diversi (ad esempio tra pareti murarie, tra pareti e travi o solai, anche attraverso l’introduzione di catene/tiranti) ricadono in questa categoria, in quanto comunque migliorano anche il comportamento globale della struttura, particolarmente rispetto alle azioni sismiche.

Infine, interventi di variazione della configurazione di un elemento strutturale, attraverso la sua sostituzione o un rafforzamento localizzato (ad esempio l’apertura di un vano in una parete muraria, accompagnata da opportuni rinforzi) possono rientrare in questa categoria solo a condizione che si dimostri che la rigidezza dell’elemento variato non cambi significativamente e che la resistenza e la capacità di deformazione, anche in campo plastico, non peggiorino ai fini del comportamento rispetto alle azioni orizzontali.

Con la nuova normativa e la Circ. 7 del 21.1.2019 la condizione di non peggioramento di resistenza e capacità di spostamento si è evoluta nel senso di assicurare che non vi sia una modifica significativa di tali parametri: 

C8.4.1 RIPARAZIONE O INTERVENTO LOCALE

Ricadono in questa categoria gli interventi che non alterano significativamente il comportamento globale della costruzione; l’obiettivo sulla base del quale è valutata l’ammissibilità dell’intervento è un aumento della sicurezza di almeno una porzione della costruzione, ovvero, nel caso di danni subiti, quello del mantenimento o dell’incremento dell’originaria efficacia strutturale della porzione danneggiata.

In tale categoria rientrano gli interventi di ripristino, rinforzo o sostituzione di elementi strutturali o di parti di essi non adeguati alla funzione che devono svolgere (ad esempio travi, architravi, coperture, impalcati o porzioni di impalcato, pilastri, pannelli murari). In particolare gli interventi di rinforzo devono privilegiare lo sviluppo di meccanismi duttili o comunque migliorare la duttilità locale, così da favorire lo sviluppo della duttilità di insieme della struttura.

Il ripristino o rinforzo dei collegamenti esistenti tra i singoli componenti o tra parti di essi o la realizzazione di nuovi collegamenti (ad esempio tra pareti murarie, tra pareti e travi o solai, anche attraverso l’introduzione di catene/tiranti, chiodature tra elementi lignei di una copertura o di un solaio, tra componenti prefabbricati) ricadono in questa categoria.

Infine, la modifica di una parte limitata della struttura (ad es. l’apertura di un vano in una parete, accompagnata da opportuni rinforzi) può rientrare in questa categoria, a condizione che si dimostri che l’insieme degli interventi non modifichi significativamente rigidezza, resistenza nei confronti delle azioni orizzontali e capacità di deformazione della struttura.

La relazione illustrativa dei lavori deve riportare i risultati delle indagini conoscitive svolte, le carenze strutturali riscontrate, la descrizione dei lavori e i risultati attesi, affermando e, se necessario, dimostrando che l’intervento non ha modificato in senso negativo il comportamento degli altri elementi della costruzione e di tutta la costruzione nel suo insieme.

Per questa categoria di intervento non è richiesta la valutazione della sicurezza globale dell’opera ma, nel caso di rafforzamento locale finalizzato al miglioramento del funzionamento di elementi strutturali o alla limitazione di meccanismi di collasso, è richiesta la valutazione della variazione del livello locale di sicurezza."

 

C8.7.4.1 CRITERI PER GLI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO DEGLI EDIFICI IN MURATURA

(...) 4. Incremento della capacità delle pareti (...)

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 in grado di collaborare con la muratura esistente attraverso opportune connessioni 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. (...)"

Sulla rigidezza si è detto: l’effetto della nicchia consiste in un certo indebolimento di rigidezza. 

Per la resistenza e la capacità di spostamento sono necessarie considerazioni aggiuntive.

La capacità di spostamento allo stato limite ultimo della parete resta generalmente invariata, in quanto la nicchia, avente piccola dimensione rispetto al maschio murario in cui è contenuta, non tende a modificare la natura della crisi (a taglio o a pressoflessione) e quindi il drift ultimo, cui corrisponde lo spostamento per SLV.

Per quanto riguarda lo spostamento per SLD, capacità di resistenza (forza massima sviluppabile dalla parete) e rigidezza diminuiscono entrambe, tuttavia se allo Stato di Progetto la resistenza viene compensata dal telaio di rinforzo, la capacità di spostamento subisce un seppur lieve incremento, poiché il taglio sopportabile è non inferiore rispetto allo Stato Attuale mentre la rigidezza diminuisce un poco.

Rimane quindi la variazione peggiorativa della resistenza: ed è in base a questo parametro che si può dimensionare il telaio di rinforzo della nicchia, in modo tale da ripristinare sostanzialmente la ‘continuità’ strutturale nel maschio. Col telaio la nicchia rinforzata si comporta in modo analogo ad un ‘oblò’, avente il profilo al suo contorno come rinforzo locale. 

Il criterio di compensazione della nicchia può fondarsi sulla resistenza: per quanto illustrato, la rigidezza del maschio interessato dalla nicchia è in lieve diminuzione, comunque attenuata dalla rigidezza locale del telaio di rinforzo² e inoltre, nell’ambito della valutazione della rigidezza della parete complessiva, la variazione resta in un campo accettabile. Per quanto riguarda la capacità di spostamento si è già osservato che la compensazione della resistenza assicura per la capacità di spostamento un lieve incremento per SLD mentre resta praticamente invariata per SLV dal momento che la nicchia non incide in generale sulla modalità di rottura del maschio murario (e quindi sul corrispondente drift che segna la massima deformazione allo stato ultimo). 

La necessità di verifica di sicurezza nel caso di realizzazione di nicchie è stata evidenziata anche dalla normativa regionale della Regione Emilia-Romagna: 

Regione Emilia-Romagna - Deliberazione della Giunta Regionale 21 dicembre 2016, n. 2272

Atto di indirizzo recante l'individuazione degli interventi privi di rilevanza per la pubblica incolumità ai fini sismici e delle varianti in corso d'opera, riguardanti parti strutturali, che non rivestono carattere sostanziale, ai sensi dell'articolo 9, comma 4, della L.R. n. 19 del 2008

Allegato 1: (...)

B Interventi relativi a costruzioni o manufatti esistenti privi di rilevanza per la pubblica incolumità ai fini sismici (...)

B.4.5.  a) Aperture di dimensioni nette ≤ 0,15 m², esclusa la superficie dell’apertura esistente, non reiterate nell’ambito della stessa parete, purché localizzate a distanza di almeno 1 m dagli incroci, dagli angoli murari e da un’altra apertura esistente. (L0)

b) Realizzazione, modifica di apertura in pareti murarie portanti, di superficie netta del foro ≤ 0,50 m² e larghezza massima di 0,50 m, esclusa la superficie dell’apertura esistente, purché debitamente cerchiata e distante almeno 1 m dagli incroci e dagli angoli murari, ad esclusione di interventi sistematici che alterino in maniera sostanziale il comportamento della parete. (L1)

c) Realizzazione, e modifica di apertura in pareti murarie portanti, di superficie netta del foro ≤ 1 m² e larghezza massima di 0,50 m, esclusa la superficie dell’apertura esistente, purché debitamente cerchiata e distante almeno 1 m dagli incroci e dagli angoli murari, ad esclusione di interventi sistematici che alterino in maniera sostanziale il comportamento della parete. (L2)

Le categorie L1 e L2 richiedono un’apposita documentazione di progetto, ed in questi casi rientrano ad esempio le nicchie praticate per installare contatori o parti di impianti.

L’espressione ‘debitamente cerchiata’ si traduce nella necessità di elaborare un calcolo di progetto che, in accordo con le indicazioni normative nazionali sopra riportate, dimostri che la configurazione della parete allo Stato di Progetto non ha subito una riduzione di capacità. 

Il dimensionamento del telaio di rinforzo della nicchia viene effettuato attraverso una comparazione fra capacità locale della muratura preesistente e capacità del telaio inserito nella nuova nicchia, in termini di resistenza.

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Nicchia cerchiata: dimensionamento del telaio di rinforzo

Data una parete muraria, l’inserimento di una nicchia consiste in una rimozione di una zona di muratura caratterizzata da lunghezza B, altezza H e spessore s, con s minore o uguale allo spessore S della parete (fig. 2).  

Fig. 2. Inserimento di una nuova nicchia in una parete in muratura esistente

Il telaio in acciaio posto a rinforzo della nicchia viene schematizzato con un semplice telaio chiuso, sottoposto a un carico verticale e ad una forza orizzontale (fig. 3).

Fig. 3. Schema del telaio di rinforzo

Affinché l’equivalenza con la muratura sia garantita, il telaio deve essere dimensionato utilizzato le tensioni di compressione e la forza orizzontale corrispondenti alle resistenze a compressione e a taglio. Solo in tal modo infatti si consegue il ripristino della resistenza, indipendentemente dallo stato di sollecitazione della parete.

Il carico q è quindi fornito dalla resistenza di progetto a compressione moltiplicata per lo spessore s della nicchia, mentre la forza P è pari alla resistenza di progetto a taglio moltiplicata per lo spessore s e la base B della nicchia:

q = f_d * s

P = τ_0d  * s * B

dove:

• f_d = f_m / F_C / γ_M
• τ_0d = τ₀ / F_C / γ_M 

Si prescinde da FC qualora si adotti l’opzione di considerare il valore medio per le resistenze fm e τ₀  indipendentemente dall’applicazione di FC che viene ignorato. Tale opzione è prevista da alcune normative regionali in merito ai valori dei parametri meccanici e del fattore di confidenza da utilizzare nelle verifiche per interventi locali. 

...CONTINUA. 

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 ¹ Dal punto di vista degli interventi locali, la realizzazione di una nicchia viene assimilata ad una nuova apertura: tale è effettivamente quando interessa tutto lo spessore della parete.

² I telai di rinforzo, sia per nicchie che per aperture, rispetto alla muratura preesistente mostrano generalmente un incremento di resistenza e una diminuzione di rigidezza, ma ovviamente in presenza del telaio di rinforzo nell’apertura o nella nicchia la rigidezza diminuisce meno che in assenza di telaio.