Definizione
Elemento strutturale soggetto prevalentemente a trazione, costituito da un cavo, da una barra o da un elemento prismatico, in genere particolarmente snello. Il termine consiste nel participio presente sostantivato del verbo tirare.
Generalità
Se isolato, ha la funzione di collegare e trattenere elementi strutturali altrimenti separati; ad esempio due muri opposti di una scatola muraria.
All’interno di strutture composite, come ad esempio le strutture reticolari, caratterizzate da un insieme di aste snelle collegate alle estremità, sottoposte prevalentemente a sforzi monoassiali di trazione o di compressione, si definisce tirante ogni elemento teso, in contrapposizione ai puntoni che sono gli elementi compressi. In particolare, nella classica capriata triangolare di copertura, il tirante (o catena) è l’elemento orizzontale che assorbe alla base le spinte dei puntoni, rendendola nel complesso una struttura non spingente sugli appoggi.
Il tirante può essere inserito in una costruzione per contrastare le spinte prodotte da altri elementi strutturali (archi, volte, puntoni di copertura), le spinte sismiche o, più in generale, per ricollegare tra loro elementi lesionati e prevenire l’evolversi di dissesti. Può essere previsto fin dalla costruzione oppure essere inserito successivamente come elemento di consolidamento, provvisorio o definitivo.
Il tirante è particolarmente diffuso come rinforzo nelle costruzioni in muratura, per ovviare ai dissesti legati alla ridotta resistenza a trazione di questo materiale, grazie al suo ingombro molto limitato, alla facilità di realizzazione e all’economicità. Nelle zone sismiche, l’inserimento sistematico di tiranti nelle due direzioni principali delle scatole murarie (tirantatura) consente, senza aumentare le masse, di migliorare considerevolmente le connessioni tra pareti e tra pareti e orizzontamenti, eliminando i rischi connessi ai meccanismi di collasso più pericolosi (ribaltamenti locali) e garantendo un benefico effetto scatolare alla struttura nel suo complesso. Inoltre, migliora il comportamento nel piano di pareti forate, consentendo la formazione del meccanismo tirante-puntone nelle fasce sopra porta e sotto finestra. Nel caso di tiranti disposti sul perimetro quadrato, poligonale o circolare di un edificio (ad es. intorno all’imposta di una cupola o sulla sommità di un edificio) si preferiscono i termini di cerchiatura e cordolatura.
Materiali e tecnologie
Per svolgere efficacemente il ruolo strutturale che gli compete, il tirante deve essere realizzato con materiali con buona resistenza a trazione, tradizionalmente metalli (cavi, barre e profilati d’acciaio, ma anche vere e proprie catene, come nei primi ponti sospesi) e legno (elementi prismatici o cilindrici, anche composti). In tempi più recenti si è diffuso anche l’uso di materiali fibro-rinforzati, quali tiranti a base di fibre di carbonio, fibre di vetro e altre.
Affinché siano immediatamente attivi, è opportuno che i tiranti, una volta posti in opera, siano tesati, ovvero messi in trazione mediante l’applicazione di un tiro iniziale. Il tiro può essere applicato a caldo (tecnica tradizionalmente usata per i tiranti metallici che venivano allungati scaldandoli e poi bloccati) o a freddo, attraverso elementi di tensionamento alle estremità (a vite e dado o a cuneo) o intermedi (a forchetta, a manicotto o a gabbia). Il tiro iniziale può però essere soggetto a cali di tensione per effetto della temperatura (in particolare nei tiranti metallici, se posti in opera in stagioni fredde), per effetto di fenomeni di viscosità (in particolare nel legno e nei materiali fibro-rinforzati) o per fenomeni di plasticizzazione del materiali ai quali sono ancorati (ad esempio rilassamento delle murature); in tali casi può essere opportuno riapplicare un nuovo stato tensionale.
In altri casi, all’opposto, i tiranti possono essere sottoposti a incrementi di tensione per deformazioni non perfettamente reversibili dovute a cicli termici. I giunti intermedi, limitando la lunghezza dei singoli pezzi di cui si compone il tirante, ne facilitano il trasporto, la posa in opera, la messa in tensione iniziale e l’eventuale ripresa del tiro per recuperare i cali di tensione.
Particolare cura deve essere posta nell’ancoraggio delle estremità del tirante, zona nelle quali sono presenti forti azioni concentrate. Nelle costruzioni in muratura, l’ancoraggio dei tiranti si realizza con capichiave – a paletto o a piastra, esterni o incassati – o per aderenza – inserendo le barre in fori e inghisandole con iniezioni di resine o di malte idrauliche a elevata resistenza – in modo da ripartire le azioni su una superficie sufficientemente ampia ed evitare concentrazioni di tensione.
Per assorbire le forze orizzontali generate da elementi strutturali spingenti, il tirante deve essere posizionato in prossimità del punto di maggiore spinta: per gli archi questo livello si trova in corrispondenza delle reni, anche se spesso in passato le catene sono state poste all’imposta o all’estradosso, per motivi estetici, con conseguente minore efficacia.
Storia
Storicamente i primi tiranti sono stati in legno, sia in strutture composite (capriate e incavallature), sia all’interno di costruzioni in muratura; i romani utilizzavano elementi di legno posti trasversalmente nelle murature di grosso spessore per limitarne le dilatazioni trasversali.
Gli sviluppi della siderurgia, in particolare da parte degli ottomani, ha portato all’impiego di tiranti metallici anche di notevoli dimensioni già nel XVI secolo. Uno dei primi e più significativi esempi di applicazione di tiranti metallici per il consolidamento di un monumento riguarda Hagia Sophia, a Istanbul: dopo l’occupazione della città da parte degli ottomani, Sinan, incaricato di consolidare il grande edificio da parte di Solimano il Magnifico, inserì nel XVI secolo una cerchiatura composta da una serie di tiranti metallici posti lungo la circonferenza di base della cupola che ne ha garantito la conservazione, pur in un’area fortemente sismica, fino a oggi. Lo stesso Sinan ha poi utilizzato diffusamente i tiranti per la realizzazione di tutte le sue moschee cupolate.
Tirante idrico
In campo idraulico si definisce tirante idrico l’altezza dell’acqua nella sezione fluviale, ovvero la distanza del pelo libero dal fondo di un alveo.
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