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Tiranti o catene: focus su posizionamento, fissaggio e funzionamento in caso di sisma

I tiranti assicurano un comportamento scatolare nelle strutture in muratura prive di ammorsamento e vengono fissati con delle piastre d’acciaio che possono essere tonde o rettangolari. Ecco un focus che spiega il funzionamento di questi elementi strutturali.

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tirante

I tiranti vengono utilizzati per due motivi, il primo per contrastare le spinte degli archi o delle volte, il secondo per solidarizzare tra loro le murature portanti.

Analizziamo nel dettaglio questi elementi strutturali, così come descritti dall’autore Santino Ferretti nel Prontuario operativo di calcolo delle strutture edito da Maggioli Editore.

In figura 1 viene riportata la classica struttura di un orizzontamento a volta. Si notano i muri portanti del piano terra e quelli del piano primo che diventano di minore spessore per poter dare un valido appoggio all’arco. Si nota l’arco vero e proprio e il materiale di carico della volta.

Infatti l’arco si regge grazie alla mutua pressione dei vari elementi che lo costituiscono, spesso fatti di mattoni pieni. Il materiale di carico serve proprio per mantenere una sufficiente pressione tra i mattoni in modo da assicurare la stabilità dell’arco.

Le forza che i vari mattoni si esercitano l’uno sull’altro sono quindi di compressione e pertanto possiamo immaginare che la forza è sempre passante per il baricentro dei mattoni e quindi risulta tangente all’asse dell’arco stesso.

Figura 1_Struttura di una volta ad arco ©Prontuario operativo di calcolo delle strutture – Maggioli Editore

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In figura 2 viene indicata la forza S, all’altezza del tirante, che gli elementi che costituiscono l’arco si trasmettono l’uno all’altro per mantenersi reciprocamente premuti.

Detta forza S ha una componente orizzontale indicata H e una componente verticale non indicata in figura. La componente verticale genera la compressione sui muri e se i muri sono stati dimensionati bene riesce a sopportare la tensione risultante. La componente orizzontale H, invece, tende a far ribaltare il muro portante in modo da allontanarlo.

Figura 2_Forze generate dall’arco ©Prontuario operativo di calcolo delle strutture – Maggioli Editore

Siccome la forza H agisce sia a destra che a sinistra dell’arco, il risultato è che tende ad allontanare i muri portanti e ciò potrebbe far nasce le lesioni sull’arco indicate in figura 2. Inoltre, dette azioni H potrebbero far ribaltare i muri portanti creando addirittura il crollo della costruzione o comunque dei gravi dissesti.

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L’effetto dei tiranti in caso di sisma

Infine, in caso di terremoto, l’azione sismica F, come si nota in figura 2, tende ad aumentare la spinta sul muro di sinistra ed a ridurre quella sul muro di destra; quando l’azione sismica cambia verso, giacché è un fenomeno oscillatorio, accade il contrario.

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Pertanto, con l’azione sismica, i muri potrebbero subire degli spostamenti elevati al punto da generare il crollo della volta o gravi dissesti nella struttura. Per eliminare la spinta orizzontale, che risulta pericolosa, si utilizzano i tiranti, come accennato in figura 2 con linea a tratto.

Il tirante non è altro che un tondino di acciaio che viene collocato come mostrato in figura e serve a spingere l’uno contro l’altro i muri portanti, in modo da bilanciare l’azione della spinta H. Pertanto la spinta H tende ad allontanare i muri generando trazione sul tirante, mentre il tirante tende ad avvicinarli in modo che le due cose si bilancino e l’azione della spinta viene eliminata.

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Fissaggio tirante

In definitiva il tirante è un tondino di acciaio sottoposto a trazione, che viene messo in opera in vari modi e in figura 3 ne viene indicato un classico esempio.

Figura 3_Fissaggio tirante ©Prontuario operativo di calcolo delle strutture – Maggioli Editore

Nel caso di figura, il tirante viene fissato da ambo le parti con delle piastre d’acciaio che possono essere tonde o rettangolari, attraverso un bullone che serve a precaricare il tirante stesso nel momento della messa in opera in modo da annullare la spinta H dell’arco.

La piastra serve per ripartire la pressione che si genera sul muro su una superficie maggiore, altrimenti il muro stesso potrebbe localmente rompersi. In tal modo si elimina la spinta, quindi si evita che l’arco possa fessurarsi, come mostrato in figura 2 e si evita che i muri portanti possano allontanarsi generando dissesti fino al caso estremo di completo ribaltamento, soprattutto in caso di sisma.

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Le ammorsature e il comportamento scatolare

Spesso nelle strutture in muratura realizzate nell’antichità, anche se non ci sono archi, accade che le murature non sono tra loro ammorsate. Questa condizione fa venire a mancare quel comportamento scatolare. Pertanto, specie in caso di sisma, le murature non collaborando tra loro, potrebbero portare al crollo dell’edificio.

Al fine di ridare solidarietà alle murature, si possono utilizzare le catene nel modo indicato in figura 5. Infatti, supposto che i muri portanti siano tra loro scollegati, utilizzando le catene sia in direzione orizzontale che verticale, generiamo delle pressioni tra i muri stessi che quindi tendono a mantenersi uniti in un comportamento scatolare.

Figura 4_Catene nelle strutture in muratura ©Prontuario operativo di calcolo delle strutture – Maggioli Editore

Affinché tale tecnica possa funzionare al meglio, la catene andrebbero collocate ad ogni orizzontamento e possibilmente anche al piano dello spiccato della fondazione in modo che le mutue pressioni tra i muri portanti, generate dalle catene, per attrito, mantengano tra loro solidarizzate le pareti. Ovviamente le catene vanno inserite nelle due direzioni principali dell’edificio.

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Prontuario operativo di calcolo delle strutture, utile per la preparazione all’esame di stato per ingegneri e architetti

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Santino Ferretti, 2020, Maggioli Editore

Questo prontuario si rivolge ai progettisti, già esperti o alle prime armi nel calcolo strutturale, e a tutti coloro che prendono parte al processo di progettazione o di costruzione, per rendere più sicure le opere di ingegneria civile. Risulterà utile anche a...



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