Come calcolare una cerchiatura metallica per l’apertura di un vano in una muratura portante

Di fronte alla necessità di realizzare l’apertura di un vano in una parete portante in muratura, non è sufficiente mettere in opera un semplice architrave al di sopra della nuova apertura. Molto spesso l’intervento deve essere accompagnato dalla messa in opera di un telaio metallico di cerchiatura al contorno del nuovo vano. Ma a cosa serve il telaio metallico di cerchiatura e quando è strettamente necessario?

cerchiatura metallica

Nel post di oggi ti spiego come calcolare un telaio di cerchiatura metallica per l’apertura di un vano in una parete portante, quale schema statico utilizzare ai fini del calcolo e quali limiti geometrici deve rispettare la sua messa in opera. Alla fine dell’articolo potrai scaricare un’applicazione che ti consentirà di progettare e verificare il telaio di cerchiatura ed eseguire la verifica dell’intera parete oggetto di intervento nello stato ante-operam e post-operam. Non perderti il nuovo post di oggi.

Quando è necessario il telaio di cerchiatura metallico

In un post precedente ti ho parlato dell’intervento di apertura di un vano in una parete portante e dei limiti della Normativa Tecnica riguardanti la variazione di rigidezza, resistenza e deformabilità della parete. Ti ho spiegato anche come valutare tali variazioni. Per comodità ti riporto qui una sintesi:

  • La variazione di rigidezza della parete fra stato ante-operam e post-operam deve essere contenuta entro il 15%;
  • La variazione di resistenza della parete fra stato ante-operam e post-operam deve essere contenuta entro il 15%;
  • La capacità di deformazione (spostamento ultimo) della parete non deve variare significativamente fra stato ante-operampost-operam (variazione contenuta entro il 15%).

Per poter controllare il rispetto dei limiti spora riportati, bisogna valutare la rigidezza, la resistenza e la capacità di deformazione della parete nel suo Stato ante-operam (prima della realizzazione della nuova apertura) e post-operam (dopo la realizzazione della nuova apertura) limitatamente al singolo interpiano oggetto dell’intervento. Non è necessario analizzare l’intera parete del fabbricato in tutta la sua altezza.

Se a seguito dell’apertura del vano nella parete si verifica una riduzione di rigidezza e resistenza superiore al 15%, allora sarà necessario prevedere l’intervento di cerchiatura metallica. Tale intervento è efficace solo se la rigidezza e resistenza della parete subiscono una diminuzione passando dallo stato ante-operam allo stato post-operam, in quanto la messa in opera del telaio metallico di cerchiatura va ad incrementare la rigidezza e resistenza dell’intera parete

apertura nuovo vano e cerchiatura

Limiti costruttivi per la messa in opera della cerchiatura metallica

Ci sono dei limiti costruttivi per la realizzazione dell’intervento di cerchiatura prescritti dal documento tecnico Orientamenti interpretativi in merito a interventi locali o di riparazione in edifici esistenti emanato dal Comitato Tecnico Scientifico della Regione Toscana. Te li riporto di seguito:

Non sono ammissibili, all’interno della tipologia degli “interventi locali”, i seguenti interventi:

  • inserimento di cerchiature a cavallo nelle intersezione delle murature;
  • inserimento dei montanti nello spessore dei muri trasversali (ovvero nell’incrocio murario).

par. 1.4 – Orientamenti interpretativi in merito a interventi locali o di riparazione in edifici esistenti

Comitato Tecnico Scientifico della Regione Toscana – Aggiornamento del 3/10/2012

limiti sulla cerchiatura metallica

Lo schema statico per il calcolo della cerchiatura metallica

Una volta note dal calcolo la rigidezza e la resistenza della parete nello stato ante-operam e post-operam (ovvero in presenza della nuova apertura), bisognerà dimensionare il telaio metallico di cerchiatura in modo tale da recuperare l’aliquota di rigidezza e resistenza persa in seguito alla realizzazione dell’apertura. La variazione finale di rigidezza e resistenza della parete in presenza del telaio di cerchiatura deve rientrare nei limiti di variazione ammissibili per questi parametri (variazione massima del 15%).

Per poter valutare la rigidezza e resistenza del telaio metallico di cerchiatura è indispensabile definirne correttamente lo schema statico ed è fondamentale che la realizzazione del telaio metallico e i dettagli costruttivi delle unioni fra gli elementi, assicurino i gradi di vincolo ipotizzati nel calcolo.

Vincolo alla base dei piedritti

Il vincolo alla base dei piedritti può essere schematizzato come:

  • una cerniera: questo vincolo viene applicato quando non è presente un cordolo inferiore che collega i due montanti, nè un traverso inferiore di collegamento.
  • un incastro: questo vincolo viene applicato quando il giunto di base dei montanti è collegato ad un cordolo in cemento armato tramite dei tirafondi. Il cordolo corre lungo l’intera lunghezza dell’apertura, collegando i piedi dei montani. In alternativa il collegamento può essere realizzato tramite la messa in opera di un traverso in acciaio collegato alla base dei piedritti.

schema statico della cerchiatura metallica

Vincolo alla testa dei montanti e rigidezza dell’architrave

Il vincolo interno fra architrave e montanti dovrà essere obbligatoriamente un incastro. Questo per assicurare il coretto comportamento statico del telaio metallico ed evitare labilità nel caso in cui non si riesca ad assicurare un incastro alla base dei montanti. La rigidezza flessionale del traverso dovrà essere tale da riprodurre il comportamento di un traverso rigido, limitando al massimo la rotazione del nodo alla testa dei montanti. Per ottenere quest’effetto è consigliabile utilizzare per l’architrave la stessa sezione utilizzata per i montanti.

Nel caso in cui la sezione del traverso abbia un’inerzia minore rispetto all’inerzia della sezione dei montanti, la rigidezza traslante del telaio di cerchiatura diminuirà e non rispecchierà la rigidezza dello schema statico di telaio con traverso rigido solitamente utilizzato nel calcolo.

Ti mostro di seguito tre esempi implementati in Ca.Tel.2D, l’app del blog per l’analisi di modelli strutturali piani (puoi scaricarla a questo link). In questi tre esempi puoi notare come la sezione del traverso influisce sulla rigidezza traslante del telaio di cerchiatura. I tre esempi riproducono:

  1. un telaio con traverso rigido;
  2. un telaio con traverso avente la stessa sezione dei montanti (HEA120);
  3. un telaio con traverso di sezione inferiore rispetto ai montanti (IPE100);

I telai dei primi due casi hanno rigidezze traslanti simili. Nel terzo caso invece la rigidezza traslante si riduce di molto. In tal caso il telaio di cerchiatura non rispecchierebbe lo schema statico di telaio con traverso rigido utilizzato nel calcolo.

telai cerchiatura metallica

Schemi statici analizzati con Ca.Tel.2D

Una volta accertato il comportamento rigido del traverso e definiti i vincoli alla base dei montanti, è possibile calcolare la rigidezza traslante dei montanti. La rigidezza e la resistenza può essere calcolata considerando due distinti schemi statici per i piedritti del telaio:

  • Asta con incastro alla base e doppio pendolo in testa, nel caso di presenza di cordolo o traverso inferiore;
  • Asta con cerniera alla base e doppio pendolo in testa, nel caso di assenza di cordolo o traverso inferiore.

Da questi schemi statici è possibile calcolare la rigidezza e la resistenza dei piedritti e di conseguenza del telaio metallico.

Casi particolari: quando la cerchiatura metallica è inefficace

Nel caso in cui, a seguito di una modifica della distribuzione delle aperture, la rigidezza e la resistenza della parete aumenta nello stato post-operam, il telaio metallico di cerchiatura non avrà più alcuna utilità. La cerchiatura metallica infatti è necessaria per recuperare l’aliquota di rigidezza e resistenza persa della parete. Ti mostro di seguito un esempio in cui la rigidezza e resistenza della parete aumenta passando dallo stato ante-operam allo stato post-operam. L’esempio è ottenuto utilizzando Wally, la nuova app per il calcolo dell’intervento di cerchiatura metallica che sarà disponibile a breve per il download per gli iscritti al blog. Ti mostro di seguito una schermata ottenuta dall’app.

wally schermate dell'app

Immagini tratte dalle schermate di Wally, l’app per il calcolo dell’intervento di apertura vano in una parete portante. Nel caso in esame la rigidezza della parete aumenta in seguito alla chiusura della finestra numero 3.

In questi casi per rientrare nei limiti della variazione di rigidezza e resistenza, limitando l’incremento di questi due parametri si può adottare uno dei seguenti provvedimenti:

  • in caso di chiusura di un’apertura, chiuderla senza ammorsare la nuova muratura a quella esistente, in modo da non avere alcun contributo all’incremento di rigidezza della parete;
  • aumentare le dimensioni della nuova apertura, riportando poi l’apertura alle dimensioni necessarie con chiusure parziali non collaboranti.

Lo spostamento di un’apertura nell’ambito della stessa parete è consentito. Nell’eseguire tale intervento sarebbe auspicabile garantire l’allineamento delle aperture. In tal caso non è necessario mettere in opera il telaio di cerchiatura, ma solo l’architrave.

Dettagli costruttivi e messa in opera della cerchiatura

La corretta posa in opera del telaio di cerchiatura è fondamentale per garantire l’efficacia dell’intervento. Molto importante è la messa in carico della cerchiatura all’interno della muratura perimetrale, in particolare nei confronti dei carichi verticali. L’operazione di caricamento può avvenire mediante l’utilizzo di martinetti o zeppe inserite fra l’architrave e la muratura per garantire il contrasto.

I montanti devono essere collegati alle murature laterali mediante idonee zancature. Le unioni fra montani e traverso superiore (e inferiore se presente) devono assicurare il grado di vincolo ipotizzato nel calcolo. 

Wally: l’app per il calcolo della cerchiatura metallica… e non solo

Wally è l’app del blog per l’analisi dei pannelli esistenti in muratura e del telaio di cerchiatura in seguito all’apertura di un nuovo vano in una parete portante. L’app ti consentirà di analizzare la parete nel suo stato di fatto (ante-operam), nello stato di progetto (post-operam) e in presenza del telaio di cerchiatura. 

L’app, oltre al modulo per il calcolo dell’intervento di apertura vano, è dotata di moduli per diverse funzionalità:

  • progetto e verifica di un nuovo architrave;
  • resistenza nel piano dei maschi murari per pressoflessione, fessurazione diagonale e taglio-scorrimento;
  • resistenza fuori piano dei maschi murari per pressoflessione;
  • report sulle caratteristiche delle murature esistenti e sui parametri meccanici in funzione del Livello di Conoscenza adottato;
  • possibilità di stampare dettagliate relazioni di calcolo per ogni modulo di verifica, in formato A4 e con un layout professionale.

Puoi scaricare l’applicazione cliccando sul tasto qui sotto:

Conclusioni

La messa in opera di un telaio di cerchiatura in seguito all’apertura di un nuovo vano, si rende necessaria solo se la parete subisce una diminuzione della rigidezza e della resistenza che supera il limite percentuale fissato (15%). Il telaio di cerchiatura ha lo scopo di recuperare l’aliquota di rigidezza e resistenza persa dalla parete in seguito alla realizzazione del nuovo vano. Rendere contenute le variazioni di rigidezza, resistenza e capacità di deformazione della parete oggetto di intervento è un requisito indispensabile per poter classificare quest’intervento come intervento locale. In caso contrario sarebbe necessario eseguire l’analisi globale dell’intero edificio esistente.

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Al prossimo post.

Marco