Cerchiatura: come calcolarla per l’intervento di apertura vano in una parete in muratura [+file xls di Excel]

La messa in opera del telaio di cerchiatura si rende necessaria a seguito dell’apertura di un nuovo vano in una parete in muratura, nel caso in cui la parete subisca una diminuzione significativa di rigidezza, resistenza o capacità deformativa. Il telaio di cerchiatura ha lo scopo di ridurre la variazione di rigidezza e resistenza della parete dopo la realizzazione della nuova apertura.

In quest’articolo ti mostro come calcolare il telaio di cerchiatura per l’apertura di un vano in una parete portante, quale schema statico utilizzare ai fini del calcolo e quali sono i limiti geometrici da rispettare per la sua messa in opera.

Contenere le variazioni di rigidezza, resistenza e capacità di deformazione della parete oggetto di intervento è indispensabile per poter classificare l’intervento di apertura vano come intervento locale, evitando in tal modo di eseguire l’analisi globale dell’intero edificio esistente.

Nel corso dell’articolo potrai scaricare un’applicazione implementata in Microsoft Excel (xls) che ti consentirà di progettare e verificare il telaio di cerchiatura ed eseguire la verifica dell’intervento di apertura vano in una parete in muratura.

Potrai inoltre scaricare nel corso dell’articolo il Focus Normativo PDF che raccoglie tutte le prescrizioni delle NTC2018, della Circolare 2019 e del documento tecnico emanato dal CTS Regione Toscana sull’intervento di apertura vano in una parete portante.

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Scarica l’app Wally (xls di Microsoft Excel) per il calcolo dell’intervento di apertura vano e del telaio di cerchiatura

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Telaio di cerchiatura: quando è necessario

In un post precedente ti ho parlato dell’intervento di apertura di un vano in una parete portante in muratura 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, resistenza e capacità deformativa della parete fra stato di fatto e stato di progetto dovrà essere non significativa. La Circolare 2019 non quantifica numericamente il range ammissibile di variazione non significativa per la resistenza, rigidezza e deformabilità della parete.

A tal proposito si può fare riferimento ad un documento tecnico di comprovata validità emanato dal Comitato Tecnico Scientifico della Regione Toscana in data 3/10/2012 che affronta il problema del calcolo, verifica e realizzazione dell’intervento di apertura vano in una muratura e che quantifica una variazione ammissibile di rigidezza della parete pari al 15%.

Per controllare il rispetto delle condizioni sopra riportate, bisognerà valutare la rigidezza, resistenza e capacità di deformazione della parete nello stato di fatto (prima della realizzazione della nuova apertura) e di progetto (dopo la realizzazione della nuova apertura) relativamente al singolo interpiano oggetto dell’intervento. Non sarà necessario analizzare l’intera parete del fabbricato in tutta la sua altezza.

Se a seguito dell’apertura del vano nella parete si verificherà una riduzione significativa di rigidezza e resistenza, allora sarà necessario prevedere la messa in opera del telaio di cerchiatura.

Il telaio di cerchiatura sarà necessario solo se la rigidezza e resistenza della parete subiranno una diminuzione fra stato di fatto e stato di progetto, in quanto la presenza del telaio di cerchiatura incrementa la rigidezza e resistenza dell’intera parete.

Telaio di cerchiatura: lo schema statico per il calcolo

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

Una volta note la rigidezza e la resistenza della parete nello stato di fatto e di progetto (per valutare questi parametri potrai utilizzare l’app Wally scaricabile alla fine dell’articolo), bisognerà dimensionare il telaio di cerchiatura in modo tale da rendere non significativa la modifica di rigidezza e resistenza della parete.

Come detto in precedenza, la Circolare 2019 non specifica i limiti entro i quali la variazione di rigidezza e resistenza può essere considerata non significativa. A tale scopo può essere utilizzato come riferimento il documento tecnico del CTS Regione Toscana che indica un valore limite del 15% per la variazione della rigidezza e resistenza della parete. Troverai l’estratto nel Focus Normativo PDF che potrai scaricare in fondo alla pagina.

Vincoli alla base e alla testa dei montanti

Il vincolo interno fra architrave e montanti dovrà essere obbligatoriamente un incastro al fine di assicurare il coretto comportamento statico del telaio metallico ed evitare labilità nel caso in cui non si riesca a realizzare un incastro alla base dei montanti.

Il vincolo alla base dei montanti può essere modellato come:

• 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 montani al piede. In alternativa il collegamento può essere realizzato tramite la messa in opera di un traverso in acciaio collegato alla base dei piedritti;
• una cerniera*: questo vincolo viene applicato quando non è presente un cordolo inferiore che collega i due montanti, né un traverso inferiore di collegamento.

(*) Attenzione: l’adozione del vincolo a cerniera alla base dei montanti deve essere valutata con cautela. Nella pratica infatti non è possibile realizzare una cerniera perfetta. Il collegamento alla base dei montanti offrirà sempre un certo grado di vincolo nei confronti delle rotazioni. Ne deriva che la rigidezza reale del telaio sarà maggiore rispetto a quella calcolata utilizzando lo schema statico con cerniere alla base. Si suggerisce di prevedere, quando possibile, dei dettagli costruttivi che assicurino un  incastro alla base e assumere tale ipotesi nel calcolo.

Schema statico semplificato per il dimensionamento dei montanti

Un primo dimensionamento della sezione dei montanti può essere eseguito ipotizzando il traverso infinitamente rigido. Sotto tale ipotesi è possibile calcolare la rigidezza traslante dei montanti adottando uno fra i due seguenti schemi statici semplificati:

• incastro scorrevole in testa e incastro alla base del montante, nel caso di presenza di cordolo o traverso inferiore;
• incastro scorrevole in testa e cerniera alla base del montante, nel caso di assenza di cordolo o traverso inferiore.

Da questi schemi statici è possibile calcolare la rigidezza traslante dei montanti e valutare la sezione necessaria per ridurre al massimo la variazione di rigidezza dell’intera parete. Le formule da utilizzare per il calcolo della rigidezza traslante del singolo profilo del montante sono le seguenti:

La rigidezza traslante dello schema semplificato telaio di cerchiatura con traverso rigido sarà data dalla somma delle rigidezze traslanti dei singoli montanti.

Schema statico completo per il calcolo della rigidezza traslante

Lo schema statico semplificato visto in precedenza può essere utilizzato ai fini del predimensionamento, ma non è abbastanza accurato per il calcolo definitivo dell’intervento. Tale schema sovrastima la rigidezza traslante del telaio di cerchiatura in quanto non tiene conto dell’effettiva rigidezza flessionale del traverso, che nella realtà non sarà infinitamente rigido.

Per calcolare la rigidezza traslante del telaio di cerchiatura bisognerà risolvere lo schema completo del telaio considerando le sezioni adottate per i montanti e per il traverso. Nell’app Wally è implementata la risoluzione completa del telaio di cerchiatura per il calcolo della rigidezza traslante.

Telaio di cerchiatura: analisi statica non lineare (video)

Questo paragrafo è disponibile anche in versione video. Clicca su play per guardarlo.

La resistenza e il legame forza-spostamento del telaio di cerchiatura sottoposto ad azioni orizzontali va valutata eseguendo un’analisi statica non lineare con ridistribuzione dei momenti che tiene conto della progressiva formazione delle cerniere plastiche all’aumentare dello spostamento laterale del telaio. Tale tipologia di analisi è implementata nell’app Wally.

La forma del legame taglio-spostamento del telaio di cerchiatura dipende dall’ordine di formazione delle cerniere plastiche nel traverso e nei montanti. In corrispondenza della formazione delle cerniere plastiche, si avrà una riduzione di rigidezza nel legame forza-spostamento.

Ti mostro di seguito una schermata dell’app Wally con i risultati dell’analisi statica non lineare del telaio di cerchiatura:

• la deformata del telaio di cerchiatura con le cerniere plastiche indicate con un cerchio rosso;
• il diagramma del momento flettente;
• il legame forza-spostamento del telaio.

Rigidezza e resistenza relativa traverso/montante: come evolve la plasticizzazione del telaio di cerchiatura

L’ordine di formazione delle cerniere plastiche all’aumentare dello spostamento laterale δ della sommità del telaio dipende dalla rigidezza relativa fra traverso e montante e dall’entità dei momenti resistenti di questi elementi strutturali.

Dalla rigidezza relativa fra traverso e montanti dipende la forma del diagramma del momento flettente. Possiamo rendercene conto considerando i due seguenti casi limite:

• traverso infinitamente rigido: diagramma del momento nei montanti del tipo a farfalla, con pari valore alla testa e al piede;
• traverso infinitamente deformabile: diagramma del momento nei montanti di tipo triangolare, con valore massimo alla base e nullo alla testa;
• nei casi intermedi il punto di nullo del diagramma del momento nei montanti cadrà nella metà superiore dell’asse.

Nell’immagine seguente puoi vedere la rappresentazione dei tre casi appena citati.

Dalla forma del diagramma del momento flettente dipende in quale punto si raggiungerà prima il momento di prima plasticizzazione nei montanti e nel traverso. Ad esempio, a parità di momento di plasticizzazione di montanti e traverso, nel caso di traverso molto deformabile si formeranno prima le cerniere plastiche alla base dei montanti e poi alle estremità del traverso.

L’ordine di formazione delle cerniere plastiche dipenderà anche dall’entità dei momenti resistenti di montanti e traverso. Ad esempio, sotto l’ipotesi di traverso infinitamente rigido e momento resistente del traverso inferiore al momento resistente dei montanti, le cerniere plastiche si formeranno prima alle estremità del traverso e poi alla base dei montanti.

A seconda della combinazione dei parametri di rigidezza e resistenza di montanti e traverso, sotto l’ipotesi di telaio incastrato alla base, potrà verificarsi quindi uno dei due seguenti scenari:

• formazione delle cerniere plastiche prima alle estremità del traverso e poi alla base dei montanti;
• formazione delle cerniere plastiche prima alla base dei montanti e poi alle estremità del traverso.

Per massimizzare la resistenza e duttilità del telaio è consigliabile applicare il principio di gerarchia delle resistenze, progettando i montanti in modo tale che il momento resistente sia maggiore del momento resistente del traverso amplificato per un fattore di sovraresistenza γ_Rd generalmente pari a 1.30. Con tale accorgimento è più probabile che le cerniere plastiche si formeranno prima nel traverso e poi alla base dei montanti.

Lo spostamento ultimo del telaio può essere calcolato in maniera semplificata amplificando lo spostamento al limite elastico, cui corrisponde la formazione della prima coppia di cerniere plastiche nel traverso o nel montante, per un fattore di duttilità μ pari a 2.5.

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Telaio di cerchiatura: suggerimenti per la corretta posa in opera

Ti riporto di seguito le prescrizioni e i suggerimenti di buon senso per la corretta realizzazione del telaio di cerchiatura contenuti nel documento tecnico Orientamenti interpretativi in merito a interventi locali o di riparazione in edifici esistenti emanato dal Comitato Tecnico Scientifico della Regione Toscana.

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).

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.

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.

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Scarica il Focus Normativo PDF sul telaio di cerchiatura

Tutte le prescrizioni della Normativa Tecnica NTC2018, della Circolare 2019 e del documento tecnico emanato dal CTS Regione Toscana riguardanti l’intervento di apertura vano in una muratura portante raccolte in unico documento PDF scaricabile gratuitamente. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante un’email contenente il link per eseguire il download.

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Conclusioni

La realizzazione di un’apertura di un vano in una parete portante in muratura dovrà essere accompagnata dalla messa in opera di un telaio di cerchiatura al contorno del nuovo vano nel caso in cui nello stato di progetto risulti una riduzione significativa della rigidezza e resistenza della parete.

Spero che le informazioni contenute in questo post ti siano state d’aiuto per capire a cosa serve il telaio di cerchiatura e quando va previsto in concomitanza all’intervento di apertura vano in una parete in muratura.

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Al prossimo post.

Marco

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Pubblicato il 18/3/2019, aggiornato il 30/3/2022.