venerdì 14 marzo 2025 · 0 min read
Calcolo Della Tensione di Tiro di Catene e Tiranti
La conservazione del patrimonio storico italiano rappresenta una sfida cruciale per la salvaguardia della nostra identità culturale. La Casa Desanti-Bossi di Novara è uno degli elementi identificativi di un'Italia ricca di storia. Preservare tale patrimonio è possibile con l’impiego di sistemi di rinforzo, in particolare, i tiranti di tensionamento che costituiscono elementi fondamentali per garantire la stabilità strutturale di edifici storici. Questi componenti non solo preservano l’integrità architettonica, ma consentono anche di affrontare le esigenze di sicurezza e di fruibilità moderne. Attraverso un'analisi accurata e un monitoraggio continuo della struttura e dei sistemi stessi che la preservano, è possibile prevenire il degrado ottimizzando costi e interventi di manutenzione.
Engineering Controls Srl è una società italiana di ingegneria strutturale fondata nel 1988. Le sue attività comprendono l'ingegneria civile, geotecnica e stradale attraverso prove di laboratorio e indagini sui materiali in loco. L'azienda ha deciso di monitorare e analizzare la grande villa a Novara, Casa Desanti-Bossi. Questa villa è stata progettata dal famoso architetto Alessandro Antonelli ed è un simbolo dell'architettura neoclassica italiana.
Costruzione ed Evoluzione Storica
Alessandro Antonelli (14 luglio 1798 - 18 ottobre 1888) è noto per le importanti realizzazione. Tra queste, la Mole Antonelliana di Torino, che porta il suo nome. Progettò anche il Duomo di Novara e la Basilica di San Gaudenzio a Novara.
Costruita tra il 1857 e il 1861, l’edificio si distingue per il suo equilibrio tra forme monumentali e dettagli decorativi. Situata a Novara, la casa è concepita come una dimora borghese innovativa, in linea con l’evoluzione del periodo ottocentesco, in cui si abbracciavano i cambiamenti economici, sociali e culturali della nascente modernità.
Inizialmente proprietà della famiglia Desanti, Casa Bossi cambiò diversi proprietari e funzioni nel tempo. Nel 1880, fu acquistata dal cavalier Carlo Bossi, il cui nome è rimasto legato all’edificio. Dopo la morte dell’ultimo erede Bossi nel 1951, l’edificio fu donato al Civico Istituto Dominioni e successivamente, nel 1990, al Comune di Novara. Nel 1980, Casa Bossi fu sottoposta a vincolo monumentale, riconoscendone l’importanza storico-artistica.
L’edificio rappresenta un esempio perfetto del neoclassicismo, ma incorpora anche elementi che anticipano il romanticismo e la transizione verso una produzione edilizia più industriale. Antonelli ha creato un’opera che combina spazi abitativi innovativi con elementi decorativi tradizionali, rendendo Casa Bossi una testimonianza del cambiamento culturale dell’epoca.
Problemi Strutturali e Degrado
Nel corso degli anni, Casa Bossi ha subito un progressivo deterioramento. Interventi non originali, come l’adesione di altri edifici alle facciate, hanno nascosto parte dei dettagli decorativi, mentre l’incuria ha lasciato molte aree dell’edificio in uno stato di degrado. La necessità di interventi strutturali e conservativi è stata riconosciuta solo negli ultimi decenni.
Nel 2010, la comunità locale e il FAI hanno promosso progetti per la riqualificazione dell’edificio. Tra i più significativi vi è il progetto “Casa Bossi – Centro Culturale Urbano e Sistema Antonelliano”, volto a trasformare l’edificio in un centro culturale. Questo progetto ha previsto interventi di consolidamento strutturale e l’introduzione di tecnologie per il monitoraggio e la gestione degli spazi, rispettando lo stile originale.
Per maggiori informazioni, visitare il sito FAI website.
Consolidamento di Archi e Volte
La struttura internamente presenta archi e volte in muratura, elementi molto diffusi nelle architetture storiche per distribuire il carico dei piani superiori. Col tempo questi elementi possono, però, risentire del deterioramento strutturale. Questo processo, spesso accelerato da fattori come infiltrazioni d'acqua, vibrazioni, terremoti o carichi eccessivi, porta alla comparsa di fessurazioni, deformazioni e cedimenti parziali. Le tensioni interne possono compromettere la stabilità generale, specialmente quando le spinte orizzontali non trovano adeguato contrasto nei piedritti o nei contrafforti.
Consolidamento con i Tiranti
Per mitigare i problemi di stabilità, una tecnica ampiamente utilizzata è il consolidamento con tiranti. Questi elementi metallici (o talvolta in materiali avanzati) vengono installati per contenere le spinte laterali e ridistribuire i carichi, contribuendo a stabilizzare la struttura. I tiranti possono essere applicati in diversi modi:
Internamente all'arco o alla volta: vengono nascosti all'interno della muratura, preservando l'estetica dell'opera.
Sull'estradosso delle volte: integrati con cappette collaboranti in calcestruzzo o materiali compositi.
In accoppiamento a nuove strutture: come nel caso di sistemi che collegano archi a telai o solette superiori, trasformando le volte in elementi “appesi” per ridurre le spinte sui piedritti.
Questi interventi, abbinati spesso a materiali innovativi come malte fibrorinforzate o resine epossidiche, consentono di migliorare la capacità portante senza stravolgere il valore storico e architettonico delle strutture.
Sebbene questi elementi vadano a rinforzare la struttura, sono anch'essi soggetti ad agenti di deterioramento che vanno ad intaccare la tensione di tiro. Il deterioramento può riguardare il materiale costituente o il punto di vincolo del tirante stesso. Per tale ragione si svolge il monitoraggio dello stato di tensione dei tiranti. Questo può avvenire in due modi:
1. Metodo Statico
Questo metodo si basa sull’equilibrio statico della catena e considera:
Peso proprio della catena: Forza dovuta alla gravità sulla massa lineica.
Geometria della catena: Lunghezza, freccia (curvatura) e tipo di vincolo (appoggio o incastro)
Carichi esterni: Forze applicate sulla struttura (ad esempio, vento o carichi distribuiti).
La tensione viene calcolata utilizzando formule derivate dalla meccanica dei corpi rigidi, come la relazione tra peso, lunghezza e curvatura in una catena catenaria. Formula per il tiro in catene catenarie:
Dove:
T è la tensione massima (tiro),
q è il carico distribuito (ad esempio, peso per unità di lunghezza),
L è la lunghezza della catena,
f è la freccia della catena.
2. Metodo dinamico (analisi modale)
Questo metodo utilizza la risposta dinamica della catena per stimare la tensione. È utile quando la catena è soggetta a vibrazioni (come il vento o il traffico). I passaggi includono:
Misurazione delle frequenze naturali: Le frequenze di oscillazione vengono identificate con sensori (accelerometri o geofoni).
Confronto con modelli teorici: Utilizzando le equazioni del moto libero di un sistema vibrante, si calcola il tiro necessario affinché la catena vibri a quelle frequenze.
Relazione tra tiro e frequenza:
Dove:
TTT è il tiro,
mmm è la massa lineica della catena,
LLL è la lunghezza della catena,
fff è la frequenza naturale di un determinato modo.
Setup di Analisi Tiranti - Casa Desanti-Bossi
L’analisi della tensione di tiro a campione dei tiranti di casa Desanti-Bossi è stata svolta dalla società Engineering Controls Srl applicando dei test di tipo dinamico.
Il sistema è stato configurato come segue:
Software di Acquisizione: DewesoftX
Sistema di Acquisizione Dati (DAQ): DEWE-43A
Accelerometro Monoassiale: MMF KS48C
Software di Analisi Modale: Dewesoft Artemis OMA
L’obiettivo di tale analisi è stato quello di fornire i valori di tiro al variare delle ipotesi di vincolo fatte sul tirante. I valori di tiro sono stati estratti dalle frequenze di risonanza ottenute da un'analisi OMA svolta analizzando le vibrazioni del tirante agli stimoli del rumore ambientale.
Procedure di Calcolo della Tensione di Tiro
I valori di tiro della catena sono stati ottenuti seguendo dei passi ben definiti nella fase di analisi dei tiranti:
1. Identificazione dei Parametri della Catena
Di seguito vengono riportate le caratteristiche geometriche e meccaniche della catena in acciaio:
Ø (diametro): 2.40 cm
A (area della sezione): 4.52E-04 m²
Peso specifico: 7830 daN/m³
Modulo Elastico (E): 1.96E+10 daN/m²
Questi valori definiscono la resistenza e il comportamento elastico del materiale in caso di carico.
2. Analisi OMA del Tirante
Una volta svolta l’acquisizione dei valori accelerometrici, si passa all’identificazione delle frequenze di risonanza alle quali la catena oscilla naturalmente.
Sebbene l’analisi avesse come obiettivo l’identificazione delle frequenze di risonanza, una semplice FFT non sarebbe stata sufficiente a definire le frequenze in questione. Ogni elemento oscillante della struttura direttamente collegato al tirante rappresenta una fonte di rumore spettrale nell’identificazione delle frequenze di risonanza del tirante.
Per tale ragione l’analisi modale con lo studio delle forme modali del tirante è stata necessaria ad escludere le eventuali frequenze di disturbo presenti nello spettro.
Indicatori colorati: rappresentano le modalità stabili (giallo) e instabili (rosso).
Frequenze sull'asse X: mostrano i punti di risonanza della catena, evidenziati dalle linee verticali.
3. Calcolo del Tiro nella Catena
Il calcolo del tiro (T) è presentato per due ipotesi di vincolo:
Appoggio-appoggio: la catena è semplicemente appoggiata a entrambe le estremità.
Incastro-incastro: la catena è bloccata rigidamente alle estremità.
Ogni modalità di vincolo genera diversi valori di tiro (espressi in daN), che rappresentano le forze interne necessarie a mantenere l’equilibrio della catena.
Per calcolare il tiro in una catena a partire dalle sue frequenze proprie di vibrazione, si possono utilizzare formule analitiche che tengono conto di determinate ipotesi semplificative. Si assume che:
La catena abbia caratteristiche geometriche uniformi lungo tutto il suo sviluppo.
La rigidezza tensionale della catena sia trascurabile.
I vincoli di estremità siano rigidi (non deformabili).
Il tiro T si ricava dalla relazione con le frequenze proprie di vibrazione del sistema.
Considerando:
Lunghezza della Catena (L)
Modulo Elastico (E)
Peso Lineare (Pl)
Accelerazione di Gravità (g)
Coefficiente di Vincolo (kn)
La frequenza propria fn è espressa dalla relazione:
Dove:
n è il modo di vibrare considerato.
J è il momento di inerzia della sezione della catena.
Conclusioni
Nonostante il persistere di sfide legate al degrado, Casa Desanti-Bossi rappresenta oggi un luogo di grande interesse culturale e simbolico. La comunità di Novara continua a impegnarsi per restituire all’edificio il suo antico splendore, combinando innovazione tecnologica e rispetto per il patrimonio storico.
Risulta perciò di grande rilevanza svolgere monitoraggi continui degli elementi edilizi e dei sistemi di consolidamento al fine di preservare il patrimonio dal lento e naturale degrado strutturale.
Le analisi svolte sui tiranti sono un punto fondamentale di questo processo di monitoraggio che richiede strumentazioni e procedure specifiche che non vadano a ledere la struttura stessa in fase di analisi.
I report che sono stati forniti documentano gli sforzi atti a preservare la struttura, lasciando la corretta interpretazione dei sintomi agli studi di ingegneria specializzati. Questo tipo di analisi risulta perciò fondamentale per:
Valutare la sicurezza della struttura.
Individuare possibili criticità (ad esempio, eccessivo stress e instabilità)
Pianificare interventi di manutenzione o rinforzo.
Si ringraziano Engineering Controls Srl e gli ingegneri che hanno eseguito le analisi, condividendo il materiale mostrato nell’articolo. In particolar modo si ringraziano:
Geom. Davide Gondolo
Ing. Alessandro Gaiotti
Arch. Diego Dutto