Telaio di cerchiatura: come scegliere fra calcestruzzo armato e acciaio

Negli interventi di ristrutturazione strutturale di edifici esistenti, la realizzazione di nuove aperture in pareti portanti rappresenta una delle operazioni più frequenti ma da eseguirsi con le dovute cautele e idonei dettagli esecutivi per progettare un sistema strutturale capace di ridistribuire i carichi verticali e orizzontali. La scelta della tipologia di cerchiatura ricade tra due soluzioni, quella metallica e quella gettata in opera in c.a., che presentano caratteristiche differenti in termini di comportamento meccanico, modalità esecutive, tempi di cantiere, costi, invasività e compatibilità con il fabbricato esistente.

Cerchiatura delle pareti portanti: funzione strutturale e criteri di progetto

Una cerchiatura è un elemento strutturale progettato per sostituire la capacità resistente nel piano della porzione muraria rimossa durante la realizzazione (o allargamento) di una nuova apertura. Dal punto di vista statico, essa deve sostenere i carichi gravitazionali provenienti dalle porzioni murarie superiori, trasferire le azioni verticali alle fondazioni mantenendo la continuità strutturale dell'edificio. La cerchiatura è richiesta soprattutto per garantire la risposta sismica della parete nelle medesime condizioni antecedenti la realizzazione dell’apertura, limitando fenomeni di concentrazione delle tensioni.

Architrave, montanti e collegamenti: gli elementi del telaio di cerchiatura

La configurazione tipica di una cerchiatura prevede l’architrave, i montanti laterali, eventuali piastre di ripartizione e sistemi di collegamento alle murature esistenti. Nei casi più complessi il telaio può estendersi fino alle fondazioni o essere integrato con ulteriori elementi di rinforzo.

Le due principali tecnologie di realizzazione prevedono a scelta o l’utilizzo di carpenteria metallica (sovente quella più utilizzata) oppure gettata in opera in calcestruzzo armato. L'articolo vuole analizzare in maniera approfondita i criteri che guidano la scelta tra le due tipologie di cerchiatura, evidenziando vantaggi, limiti e campi applicativi di ciascuna tecnologia.

Aperture nei muri portanti e NTC 2018: quando l’intervento è locale

L’attuale normativa tecnica ha introdotto l’obbligo della cerchiatura in corrispondenza di nuove aperture o di allargamento di quelle esistenti, superando il tradizionale inserimento del solo architrave. L’intervento ricade tra quelli di tipo locale ai sensi del par. 8.4.1 delle NTC 2018, con la finalità di ripristinare l’originaria rigidezza di piano della parete al fine di non modificare sostanzialmente la sua risposta durante l’azione sismica.

La progettazione delle cerchiature è regolamentata dalle NTC 2018 e dalla Circolare 7/2019, anche se non mancano riferimenti normativi regionali.

Verifica della rigidezza ante e post intervento: il criterio del ±15%

Tra quest’ultime, sicuramente costituisce consolidato punto di riferimento la normativa della Regione Toscana, che introduce la verifica come confronto tra la rigidezza ante e post inserimento, al netto quindi della porzione muraria eliminata, all’interno del limite Δk pari a ±15%, consentendo di contestualizzare l’intervento come puntuale ai sensi del par. 8.4.1 delle NTC 2018.

Oltre il +15%, l’inserimento di una o più cerchiature, a seconda anche del dimensionamento delle loro sezioni, deve essere valutato come un eccessivo irrigidimento che può alterare il comportamento globale dell’edificio in caso di sollecitazione sismica, pertanto non ricadendo più nel contorno dell’intervento locale. Al di sotto del -15%, il dimensionamento delle cerchiature risulta insufficiente riguardo il ripristino della originaria rigidezza con conseguente indebolimento del pannello murario per azioni orizzontali nel piano.

L’inserimento del telaio, che sia chiuso sui quattro lati o come portale su tre lati rigidamente vincolato alla base, rappresenta sempre una modifica strutturale da valutarsi con le dovute attenzioni.

Pertanto essa richiederà sempre una verifica dello stato di fatto, un calcolo strutturale, la verifica dei collegamenti, e più in generale una progettazione esecutiva e una attenta direzione dei lavori atta ad intercettare le criticità che possono manifestarsi in cantiere in relazione allo stato di fatto delle murature e alle possibili migliorie in corso d’opera.

Collegamenti tra telaio e muratura: il nodo decisivo della cerchiatura

Uno dei punti più delicati è la progettazione ed esecuzione delle connessioni del telaio al perimetro murario, la cui efficacia può risultare determinante in particolare alla base dei montanti.

Cerchiatura in acciaio: caratteristiche, montaggio e collegamenti

L'acciaio rappresenta oggi la soluzione più utilizzata per la realizzazione delle cerchiature, perché facilmente adattabile e componibile ai limiti geometrici del cantiere.

Profili HEA e HEB, bullonature e saldature nella cerchiatura metallica

I profili più utilizzati sono HEA – HEB, con componenti prefabbricati in officina e successivamente assemblati in cantiere (fig. 1).

L’unione mediante saldature rappresenta una possibilità, tuttavia richiede maggiori controlli in cantiere perché quelle realizzate in opera non raggiungono la stessa qualità di quelle eseguite in officina, oltre ad incontrare difficoltà operative in casi di spazi ridotti all’interno del cantiere. Per questi motivi, è preferibile il ricorso a unioni bullonate. Le connessioni dei montanti alle pareti metalliche sono generalmente realizzate con zanche metalliche saldate ai profili.

Vantaggi della cerchiatura in acciaio: peso ridotto, rapidità e minore invasività

I vantaggi dell’utilizzo dell’acciaio risiedono nella sua resistenza elevata rispetto alle dimensioni degli elementi, permettendo di realizzare sezioni ridotte se confrontate con quelle necessarie per la tipologia in cemento armato. Ciò si traduce nella possibilità di limitare lo spessore del telaio, in particolare per interventi all’interno di edifici storici riducendo gli scassi murari.

Inoltre, le strutture metalliche vengono generalmente prodotte in officina con elevato livello di precisione e conseguente rapidità dei tempi di installazione, trattandosi di una metodologia di intervento “a secco” e anche reversibile, senza dipendere da tempi di casseratura e maturazione di getti cementizi. Come ogni intervento, richiede comunque opere provvisionali da progettare in funzione del contesto. La prefabbricazione garantisce maggiore controllo qualitativo, traducendosi in tolleranze geometriche ridotte, qualità costante dei materiali e verifiche preventive di officina.

L'acciaio permette di ottenere strutture più leggere rispetto al calcestruzzo armato, con conseguenti vantaggi nella riduzione delle masse sismiche e minore invasività nei riguardi dell’edificio esistente.

Limiti della cerchiatura in acciaio: corrosione, fuoco e complessità dei nodi

Nonostante i numerosi vantaggi, l'acciaio presenta alcune criticità. La principale è la sensibilità alla corrosione, soprattutto in ambienti molto aggressivi nei quali è necessario prevedere operazioni di zincatura e verniciatura protettiva. Allo stesso modo, nei casi in cui siano obbligatorie specifiche prescrizioni di sicurezza al fuoco, per proteggere l'acciaio sono necessarie vernici intumescenti o rivestimenti protettivi che possono incidere sui costi.

Infine, la complessità dei collegamenti richiede una dedicata progettazione e la redazione di dettagli esecutivi, fondamentali per il corretto comportamento del telaio.

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L'articolo continua con la telaio in calcestruzzo armato

FAQ - Cerchiatura acciaio vs cemento armato: normativa, vantaggi e limiti tecnici

Quando è obbligatoria una cerchiatura in una parete portante?

La cerchiatura è generalmente necessaria quando si realizza una nuova apertura o si amplia un vano esistente in una parete portante. Il suo compito è ripristinare la capacità resistente nel piano della muratura e garantire che i carichi verticali e orizzontali vengano trasferiti correttamente, mantenendo l’originario comportamento strutturale dell'edificio.

È meglio una cerchiatura in acciaio o in cemento armato?

Non esiste una soluzione valida in ogni situazione. L'acciaio è spesso preferito per la rapidità di posa, il peso ridotto e la minore invasività, mentre il cemento armato può risultare vantaggioso quando si ricercano maggiore rigidezza e continuità con le strutture esistenti, oltre che una soluzione a ridotto costo di manodopera. La scelta deve essere effettuata sulla base di una specifica progettazione strutturale.

Quali fattori influenzano la scelta della tipologia di cerchiatura?

La scelta dipende da diversi aspetti, tra cui la qualità della muratura, le dimensioni dell'apertura, i carichi sovrastanti, la zona sismica, i tempi di esecuzione, l'accessibilità del cantiere, gli eventuali vincoli architettonici e le prescrizioni di resistenza al fuoco.

Perché la progettazione dei collegamenti è così importante?

I collegamenti tra il telaio di cerchiatura e la muratura esistente sono fondamentali per il corretto funzionamento dell'intervento. Un collegamento non adeguatamente progettato o realizzato può compromettere la trasmissione delle sollecitazioni orizzontali e ridurre l'efficacia strutturale della cerchiatura, soprattutto in caso di sisma.