Tiranti metallici nelle murature storiche: ruolo strutturale e criteri di verifica antisismica

I tiranti metallici rappresentano uno degli interventi locali più diffusi per la riduzione del rischio sismico negli edifici in muratura. Il loro inserimento migliora la connessione tra pareti ortogonali e contrasta i cinematismi di ribaltamento fuori piano, favorendo un comportamento scatolare della costruzione. L’articolo approfondisce principi costruttivi, modalità di posa, criteri di pretensione e verifiche di resistenza su barra, muratura e capochiave, con riferimento alle NTC 2018 e alle Linee Guida sugli interventi locali.

I tiranti metallici appartengono alla storia costruttiva del passato come principale presidio antisismico. Tuttavia la loro efficacia ed importanza rimane ancora oggi attuale perché il loro inserimento, spesso richiamato dalle normative tecniche, rappresenta l’esempio più diffuso di intervento locale sul patrimonio edilizio in muratura .

Tiranti metallici come intervento locale antisismico su murature

Passeggiando nei centri storici lo sguardo tecnico può soffermarsi sulla moltitudine di catene, piastre e bolzoni che caratterizzano le facciate dei palazzi più antichi, testimonianze delle pregresse tecniche costruttive o dei rinforzi avvenuti dopo gravi eventi sismici.

Nel passato il progetto degli edifici si basava sull’esperienza empirica rilevata nel comportamento delle strutture già costruite, e come queste avevano risposto ai cedimenti statici e ai terremoti. In particolare, nelle aree a maggiore rischio la tradizione costruttiva si è evoluta nel tempo verso ricostruzioni con presidi e norme antisismiche, come nel caso di Norcia dopo il terremoto del 1859.

Le antiche tecniche costruttive hanno sempre tenuto in considerazione il ruolo del tirante per il contrasto alle spinte generate dalle strutture voltate, ma anche come presidio di antiribaltamento delle pareti nelle aree a maggior rischio sismico. Inizialmente in legno (molti sono gli antichi “radiciamenti” emersi all’interno delle pareti murarie crollate negli ultimi terremoti), con lo sviluppo della tecnologia siderurgica dal Medioevo gli elementi di incatenamento murario furono progressivamente sostituiti con tondini e piatti di ferro battuto.

Questi avevano un occhiello alle estremità nelle quali era infilato il capochiave come elemento di contrasto. Il capochiave era generalmente un paletto di ferro, inserito nell’occhiello e successivamente bloccato con un secondo paletto più corto. La forma del capochiave è spesso trapezoidale per sopportare meglio lo sforzo flessionale sullo stesso dovuto al tiro della catena e al contrasto sulla muratura.

Per la buona regola dell’arte il paletto deve essere disposto a 45° in corrispondenza dei solai vicino alla parete portante ortogonale a quella su cui il capochiave va in contrasto, così che con questa inclinazione esso possa esercitare il contrasto contando sulla rigidità della parete ortogonale e del solaio stesso (fig. 2).

Funzionamento strutturale e comportamento scatolare dell’edificio

Le catene che servivano da presidio antisismico potevano venire inglobate all’interno delle pareti durante la loro costruzione, qualora la cultura costruttiva dell’epoca avesse già memoria del rischio sismico locale, oppure essere aggiunte successivamente durante le fasi di riparazione post-sisma.

Generalmente il loro impiego è per garantire il comportamento scatolare alla costruzione muraria legando meglio le pareti tra di loro (fig. 3), per opporsi alle spinte orizzontali derivanti dalle volte, dagli archi o dai cantonali dei tetti.

Non di rado veniva utilizzata anche la trave-catena nei solai lignei (fig. 4), con le estremità inchiodate in ferro e bolzone di ancoraggio esterno alla muratura, con la finalità di utilizzare le travi dei solai come incatenamenti antiribaltamento delle pareti.

Il corretto funzionamento del tirante dipende anche dalla pretensione applicata nella fase di posa, grazie alla quale la catena risulta già in tiro nel momento in cui deve svolgere l’azione di contrasto durante la sollecitazione sismica. Nell’edilizia storica la messa in tensione avveniva a caldo: previa forzatura di cunei lignei contro i capichiave, il tirante veniva riscaldato nella zona centrale provocando una dilatazione della barra e l’allentamento dei cunei fino all’allungamento voluto; l’ulteriore inserimento di altri cunei concentiva di raggiungere il tensionamento del tirante a raffreddamento avvenuto.

Oggi i tiranti di nuovo inserimento sono tensionati a freddo per mezzo di dispositivi di serraggio e con il ricorso di chiavi dinamometriche; possono avere elementi di contrasto, oltre che riproponendo le medesime forme degli storici bolzoni, anche realizzati con piastre metalliche di forma quadrata o circolare irrigidite con nervature (fig. 5).

«Per quanto riguarda la tesatura dei tiranti, si dovranno adottare tensioni limitate, tali da produrre nelle murature tensioni di compressione nettamente inferiori ai valori ritenuti ammissibili».

Quadro normativo e interventi locali su murature

La riduzione del rischio sismico dell’edilizia esistente in muratura inizia attraverso l’apprestamento di interventi puntuali, ai sensi del par. 8.4.1 delle NTC 2018, nella finalità primaria ed indispensabile di scongiurare ogni cinematismo fuori piano, che risulterebbe particolarmente pericoloso per l’incolumità delle persone e la conservazione delle strutture.

In questo modo la resistenza sismica dell’edificio murario è ricondotta esclusivamente nel piano delle proprie pareti col vantaggio di una risposta più duttile.

Tra gli interventi locali proposti dalle Linee Guida OPCM 2 febbraio 2011, spiccano sicuramente i tiranti, come elemento reversibile e già identificato all’interno della storia edificatoria:

«L’inserimento di tiranti, metallici o di altri materiali, disposti nelle due direzioni principali del fabbricato, a livello dei solai ed in corrispondenza delle pareti portanti, ancorati alle murature mediante capochiave (a paletto o a piastra), può favorire il comportamento d’assieme del fabbricato, in quanto conferisce un elevato grado di connessione tra le murature ortogonali e fornisce un efficace vincolo contro il ribaltamento fuori piano dei pannelli murari, quando ciò non appaia garantito dai solai o da altre strutture».

L’inserimento di nuovi tiranti nelle fasi di riparazione post-sisma ha permesso al successivo terremoto di limitare molto i danni preservando la stabilità degli edifici, come è stato rilevato in molti casi durante l’ultimo terremoto del Centro Italia nel 2016 rispetto a quanto riparato dopo il sisma di Umbria-Marche del 1997 (fig. 6).

Laddove sia stato omesso l’inserimento dei tiranti, il terremoto ne ha evidenziato la necessità innescando danneggiamenti e fuori piombo murari che avrebbero potuto essere efficacemente contrastati dai tiranti (fig. 7).

Sempre le Linee Guida ci ricordano come «l’inserimento di tiranti migliora il comportamento nel piano di pareti forate, in quanto consente la formazione del meccanismo tirante-puntone nelle fasce murarie sopra porta e sotto finestra». Ciò consente, se il progettista lo ritiene utile, di applicare una modellazione a telaio equivalente per la valutazione della vulnerabilità sismica dell’edificio.

L’applicazione di alcune catene può risolvere già molti potenziali rischi di ribaltamento fuori piano delle pareti, le cui vulnerabilità sismiche sono spesso elevate su un patrimonio edilizio contraddistinto da scarsi collegamenti tra pareti e solai, oltre che da elementi spingenti.

I capochiave moderni possono riprendere le fome dei bolzoni del passato oppure sostituirli con piastre metalliche che devono tuttavia possedere una superficie e una rigidezza sufficiente a sopportare il tiro (fig. 5).

Le stesse Linee Guida suggeriscono tuttavia che nei «casi di murature particolarmente scadenti, realizzate con elementi di piccole dimensioni, è preferibile l’uso di bolzoni, in quanto essi vanno ad interessare una porzione di muratura maggiore rispetto alle piastre. In ogni caso il dimensionamento del capochiave deve tener conto delle caratteristiche dell’elemento murario (colonna, pilastro) collegato. Spesso risulta necessario un consolidamento locale della muratura, nella zona di ancoraggio».

Infatti la qualità muraria gioca un ruolo importante nelle verifiche dei tiranti, perché se le sue caratteristiche meccaniche e qualitative non sono adeguate si rischia di invalidare l’efficacia del presidio antiribaltamento con rottura della muratura (fig. 8). In tal senso, previe analisi qualitative della tessitura muraria, può essere utile anticipare l’inserimento dei nuovi tiranti con rinforzi locali della zona di contrasto, per esempio mediante iniezioni (se la muratura risulta avere dei vuoti interni) o ristilature armate.

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L'articolo continua con la progettazione e le verifiche dei tiranti secondo NTC 2018 .

FAQ tecniche + Tiranti metallici su murature: verifica e presidio antisismico

Che cos’è un tirante metallico in muratura?
È un elemento in acciaio, disposto generalmente a livello dei solai, che collega pareti ortogonali tramite capochiave o piastre di contrasto. Lavora a trazione e ha la funzione di contrastare spinte orizzontali e meccanismi di ribaltamento fuori piano, migliorando il comportamento d’assieme dell’edificio.

A cosa serve e in quali contesti si utilizza?
Si impiega prevalentemente nell’edilizia storica e negli edifici esistenti in muratura, sia come presidio preventivo sia in fase di riparazione post-sisma. È un tipico intervento locale ai sensi del par. 8.4.1 delle NTC 2018, finalizzato a eliminare cinematismi locali senza alterare significativamente il sistema strutturale globale.

Quali sono le principali verifiche di resistenza?
Il dimensionamento dipende dal valore minore tra: resistenza della barra (Tt), resistenza della muratura per punzonamento (Tm) e resistenza del capochiave (Tc). La muratura può collassare per trazione con distacco troncoconico o per taglio con distacco cilindrico; il progettista deve verificare entrambe le modalità.

Quali vantaggi offre rispetto ad altri interventi locali?
È un sistema reversibile, poco invasivo e coerente con la storia costruttiva. Migliora la connessione tra pareti ortogonali e favorisce il meccanismo tirante-puntone nelle fasce murarie, consentendo anche modellazioni a telaio equivalente nella valutazione della vulnerabilità.

Quali indicazioni di posa e integrazione progettuale sono rilevanti?
La pretensione è determinante per l’efficacia del sistema: oggi avviene a freddo con dispositivi di serraggio e chiavi dinamometriche. Le tensioni applicate devono generare compressioni murarie inferiori ai valori ammissibili. Fondamentale la corretta posizione dei capochiave e la verifica della qualità muraria in zona di ancoraggio.

In che modo incidono su sicurezza, durabilità e comportamento sismico?
Eliminando i meccanismi fuori piano, i tiranti ricondurranno la risposta sismica nel piano delle pareti, con comportamento più duttile e minore rischio per l’incolumità. La durabilità dipende dalla protezione anticorrosiva e dalla qualità dell’ancoraggio; eventuali murature scadenti richiedono consolidamenti preliminari.

Quali errori progettuali è opportuno evitare?
Sottovalutare la resistenza della muratura in zona di contrasto, adottare piastre con superficie o rigidezza insufficienti, trascurare la pretensione o non considerare la diversa tensione normale ai vari livelli dell’edificio. Un tirante sovradimensionato rispetto alla muratura può innescare rotture locali e compromettere l’efficacia dell’intervento.