Il Consolidamento dei Solai in Legno: Cause dell'Abbassamento e Interventi Efficaci

Il problema dell'eccessiva deformabilità interessa prevalentemente solai pre-moderni in putrelle e voltini (o tavelloni) e gli antichi solai lignei. Ad eccezione dei solai di tipologia moderna in laterocemento, i quali nella maggior parte dei casi sono già comprensivi di una soletta estradossale di irrigidimento. Questa pubblicazione fornisce indicazioni sia di tipo progettuale che di tipo esecutivo per il consolidamento di solai esistenti con esempi di intervento e inquadramento normativo degli stessi. Il volume tiene conto dell’evoluzione normativa, in particolare della necessità diffusa su tutto il territorio nazionale di progettare o recuperare strutture con requisiti antisismici e delle novità sul come considerare i solai nel contesto globale dell’edificio.

Cause di Deformazione e Degrado nei Solai

I solai, elementi strutturali fondamentali di un edificio, possono manifestare segni di cedimento e degrado a causa di molteplici fattori. Nei solai in legno, le deformazioni e le perdite di planarità sono spesso legate a fenomeni di rilassamento di tipo flessionale dell'orditura secondaria (travicelli) e di quella primaria. Il legno, essendo un materiale straordinario ma sensibile, teme l’umidità, gli insetti e si può espandere o restringere.

Tra le cause esterne che possono incidere sullo stato di salute dei solai vi sono possibili eventi eccezionali, come sismi, allagamenti o incendi. Anche il degrado dei solai in laterocemento può essere sia di natura strutturale che non strutturale. Per prevenire questi problemi è fondamentale prestare attenzione alle condizioni del solaio, che spesso fornisce avvisi come crepe, avvallamenti, infiltrazioni o distacchi localizzati.

I problemi strutturali hanno conseguenze molto più gravi e impediscono al solaio di assolvere ai requisiti tecnici e di sicurezza richiesti. Le sollecitazioni non previste, infatti, possono provocare deformazioni e pressioni sugli elementi che compongono la struttura. Una volta compromessa la stabilità del solaio, questo non è più agibile e il danno è irreversibile, a meno di interventi invasivi necessari al ripristino della struttura.

La debolezza strutturale è un aspetto critico: soprattutto i solai di una volta soffrono di una certa debolezza. Le infiltrazioni, causate da problemi al tetto o agli impianti idraulici, possono raggiungere gli spazi abitativi se il solaio presenta lesioni. Lo sfondellamento è un fenomeno molto diffuso, che indica la perdita di pezzi del solaio o lesioni superficiali.

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Infine, capita spesso di dover aumentare la portata di un solaio in legno costruito decenni fa, ad esempio per un cambio di destinazione d'uso. I solai di un edificio moderno sono progettati per reggere carichi intorno ai 200 kg/m², ma negli edifici storici la capacità può essere più bassa, soprattutto se si notano deformazioni, scricchiolii anomali o fessurazioni. Prima di qualsiasi intervento, è essenziale eseguire una diagnosi accurata per verificare lo stato delle travi e del tavolato.

L'Evoluzione Normativa e la Rigidezza dei Solai

Il solaio è una delle componenti più esposte ai terremoti e la sua corretta progettazione e consolidamento sono cruciali in un contesto antisismico. In particolare, la progettazione antisismica descritta al par. 7.2.1 delle NTC18 sostiene che la struttura abbia i requisiti di simmetria in pianta quando «[…] ciascun orizzontamento ha una rigidezza nel proprio piano tanto maggiore della corrispondente rigidezza degli elementi strutturali verticali da potersi assumere che la sua deformazione in pianta influenzi in modo trascurabile la distribuzione delle azioni sismiche tra questi ultimi e ha resistenza sufficiente a garantire l’efficacia di tale distribuzione […]».

A differenza di quanto richiedevano le precedenti NTC08, che al par. 7.2.2 specificavano che «[…] gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti», le attuali normative non impongono più di ricercare ad ogni costo l’infinita rigidezza. Infatti, sebbene l'affermazione «[…] Gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano, a condizione che siano realizzati in cemento armato, oppure in latero-cemento con soletta in c.a.» risulti ancora presente e valida al par. 7.2.6 delle attuali NTC18, l'obiettivo finale è fortunatamente cambiato, limitandosi ad un miglioramento della rigidezza dell’impalcato. Questo perché in molti casi il precedente "accanimento terapeutico" poteva comportare interventi invasivi e un aumento delle masse sismiche.

«[…] Per le suddette ragioni risulta utile un limitato irrigidimento dei solai, di cui vanno valutati gli effetti, a cui si associa inevitabilmente un aumento della resistenza degli elementi.» L’attuale contesto normativo, infatti, non può far dimenticare al progettista che il consolidamento di un solaio può (e deve) essere anche un’occasione per intervenire sul comportamento sismico dell’edificio, con ricerca di soluzioni e dettagli di consolidamento (locale o generale a seconda dell’estensione dell’intervento) che migliorino il comportamento strutturale globale, con particolare riferimento alla prevenzione del ribaltamento delle murature e al miglioramento del comportamento scatolare dei muri portanti.

Tipologie di Solai Esistenti

Prima di procedere con la descrizione delle tecniche di consolidamento, è bene fornire una panoramica delle varie tipologie di solaio che si possono incontrare negli edifici esistenti.

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• Solai in Laterocemento: Sono i più diffusi. Nella maggior parte dei casi, presentano una struttura in calcestruzzo armato, valorizzata da elementi di alleggerimento. Spiccano per una certa facilità di posa, per le buone caratteristiche strutturali e per una fonoassorbenza marcata. Di contro, difettano in flessibilità ed elasticità.

• Solai in Putrelle di Ferro: Si trovano soprattutto nelle abitazioni datate. Sono moderatamente efficaci, facili da posare e comunque in grado di sostenere gli elementi sovrastanti. Tuttavia, sono pensati per piccoli carichi. Un’evoluzione è rappresentata dai solai in acciaio, più moderni ed efficienti.

• Solai in Legno: Rappresentano una soluzione comoda, di grande pregio estetico e anche moderatamente sicura. Di contro, potrebbero soffrire di una certa incapacità statica se gli elementi sovrastanti sono molto pesanti e i carichi da sopportare sono importanti.

Un solaio con travi in legno normalmente è composto dalle travi principali, dai travetti e da un tavolato che distribuisce i carichi. Le travi a volte vengono lasciate a vista per valorizzare il soffitto di una stanza. A seconda dell’epoca costruttiva si possono trovare solai completamente in legno oppure solai in legno e cemento, con una soletta che aumenta rigidezza e stabilità. Lo spessore complessivo di un solaio in legno varia in genere tra 20 e 35 cm, considerando travi, tavolato e strati di finitura. Le dimensioni delle travi in legno per i solai dipendono dalla luce da coprire: più è ampia, maggiore deve essere l’altezza della trave. La sezione dei solai in legno è il rapporto tra altezza e larghezza delle travi ed è un parametro fondamentale per valutare la portanza e, quindi, quanto peso può reggere il solaio. Anche il tavolato ha un ruolo strutturale: nei solai più datati influenza la rigidezza del piano e la capacità di distribuire i carichi.

Interventi di Consolidamento e Rinforzo dei Solai

Prima di essere irrigidito, il solaio ha bisogno che siano analizzati e migliorati i collegamenti delle sue travi alle pareti di appoggio, mediante vincoli che eliminino il pericolo di sfilamento durante l’azione sismica. L’irrigidimento dei solai esistenti dipende dalla tipologia di solaio e una volta osservata la presenza di “sintomi” di degrado, è opportuno andare alla radice del problema, indagando sullo stato dell’intera struttura.

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Consolidamento con Soletta Collaborante

Una delle soluzioni più efficaci e diffuse per il consolidamento è l'utilizzo di una soletta collaborante. Questa tecnica è particolarmente utile per quei solai che soffrono per loro stessa natura di una certa debolezza strutturale, ma che allo stesso tempo non possono essere demoliti, pena la perdita del valore estetico dell’edificio e l’aumento esponenziale dei costi, come nel caso dei solai in legno.

I solai pre-moderni come quelli in putrelle e tavelloni (o voltini) potranno essere irrigiditi solitamente con l’inserimento di una soletta in calcestruzzo (meglio alleggerito) armata con rete metallica o in fibra di vetro. L’intervento acquisisce un senso unicamente se la soletta diventa collaborante con le putrelle mediante applicazione di pioli metallici su di esse, e se viene connessa a tutte le pareti perimetrali mediante connessioni puntuali della tipologia a coda di rondine.

In figura è presente l’esempio di un solaio in legno (ma la tecnica è valida anche per solai in putrelle e voltini o tavelloni) consolidato con soletta collaborante in c.a. mediante l’inserimento dei pioli metallici sull’estradosso delle travi. È possibile individuare l’esempio di ancoraggio della soletta alla muratura perimetrale mediante inserimento di armatura metallica della medesima forma della coda di rondine all’interno dello scasso murario puntuale, oppure mediante inghisaggio diretto di barra metallica alla parete perimetrale, con un opportuno passo.

I micro-calcestruzzi HPFRC risultano adatti per il consolidamento strutturale di solai con struttura in legno, acciaio, o calcestruzzo, poiché permettono di realizzare cappe collaboranti in basso spessore senza armature integrative. Laterlite pubblica una guida tecnica dedicata al consolidamento dei solai con soluzioni leggere, certificate e compatibili con i CAM. L'uso di una soletta collaborante legno-calcestruzzo, realizzata con una soletta in cemento unita al tavolato esistente con dei connettori metallici, migliora la rigidezza, il comportamento dinamico e la capacità portante, mantenendo però la leggerezza del solaio esistente.

Altre Tecniche di Irrigidimento e Consolidamento

Diversificate risultano le soluzioni di irrigidimento per gli antichi solai in legno, qualora siano ancora nelle condizioni statiche per essere riutilizzati. Oltre alla soletta in cls collaborante (i cui effetti «[…] vanno valutati in relazione alle specifiche esigenze di conservazione»), esistono soluzioni più tradizionali applicabili a secco, quale la posa di un doppio o triplo tavolato incrociato, eventualmente reso anche collaborante con la trave mediante l’inserimento di connettori.

Altre tecniche prevedono la sostituzione delle travi rovinate, l’inserimento di travi aggiuntive o l’irrigidimento del tavolato con pannelli strutturali. Se è necessario correggere problematiche relative a luci eccessive o a deformazioni, è da valutare l’inserimento di una trave rompitratta. Se buona parte del solaio è compromessa, si può procedere con la sostituzione parziale o totale dei travetti, così come degli altri elementi, ad esempio il tavolato in legno.

Il rinforzo dei solai in legno con putrelle è una soluzione tradizionale ma ancora molto efficace, in cui le putrelle vengono affiancate alle travi esistenti o inserite tra di esse, creando una struttura mista legno-acciaio molto resistente. È un intervento robusto, ideale se si vuole mantenere il solaio a vista e allo stesso tempo rinforzarlo per ottenere prestazioni superiori. Oltre al rinforzo con le putrelle si possono utilizzare travi in legno lamellare, perfette per mantenere l’estetica esistente e migliorare la stabilità, piastre metalliche laterali oppure rinforzi con fibre di carbonio, discreti e molto performanti.

Altri interventi includono l'applicazione di tiranti, un intervento moderatamente invasivo il cui scopo è incatenare tra loro gli elementi, come la soletta ai muri portanti. L'applicazione di una rete elettrosaldata, una rete a maglie molto fini saldata alla parte inferiore del solaio, ha lo scopo di trattenere la caduta di materiale. L'iniezione di resine è finalizzata a riempire le lesioni profonde del solaio. Per prevenire il fenomeno dello sfondellamento e mettere in sicurezza il solaio, è possibile ricorrere a dei sistemi a secco, una soluzione pratica e poco invasiva.

Consolidamento del Solaio da Sotto

Il consolidamento del solaio da sotto è un intervento molto utile e poco invasivo. Il suo scopo è il recupero della funzionalità del solaio, soprattutto dal punto di vista strutturale. Con l’espressione del consolidamento solaio “da sotto” si intendono gli interventi che coinvolgono l’intradosso, ovvero la parte inferiore dell’elemento. Sono in genere i più apprezzati perché meno invasivi e un’ottima alternativa quando non si può intervenire dall’alto, magari perché il pavimento è nuovo o perché l’appartamento è abitato e non può essere svuotato.

Per rinforzare dal basso vengono applicati sull’intradosso del solaio profili metallici, piatti in acciaio o pannelli strutturali, che irrigidiscono l’orditura senza toccare il piano superiore. È un intervento rapido, poco invasivo e spesso risolutivo. Tra gli interventi minori ma importanti vi è anche la riparazione delle finiture.

Interventi su Solai Antichi e la Loro Conservazione

I solai in legno antichi richiedono un approccio delicato e rispettoso per conservare l’esistente, evitando di sostituire quando possibile. È necessario procedere con trattamenti antitarlo e pulizia delle superfici per capire dove agire. Per eventuali sostituzioni devono essere utilizzati legni della stessa essenza e rinforzi reversibili che non alterano l’aspetto originario. Quando il solaio è a vista, il recupero estetico deve diventare parte integrante di un progetto di ristrutturazione.

Classificazione degli Interventi: Locale, Miglioramento o Adeguamento Sismico

La normativa tecnica distingue gli interventi strutturali in diverse categorie, a seconda della loro estensione e del loro impatto sulla struttura complessiva dell'edificio.

• Interventi Locali: Se la sostituzione dei solai non comporta una variazione dei carichi in fondazione per più del 10%, si configura un intervento locale e pertanto non è tenuto ad eseguire la verifica dell'edificio ma solo del solaio nuovo. Come intervento locale si considerano solo i casi di sostituzione o di riparazione di elementi già esistenti. L'inserimento di un solaio, tuttavia, potrebbe modificare la rigidezza di un piano e quindi la ridistribuzione degli sforzi sugli elementi resistenti. Un intervento locale non deve alterare il comportamento globale della struttura, non apportando modifiche sostanziali in termini di massa e rigidezza. Nel caso di intervento locale, è sufficiente eseguire un’analisi non sismica per verificare esclusivamente il solaio. L'interazione del solaio con la struttura viene colta solo modellando l'intera struttura, ma in questo caso non parleremmo più di intervento locale. Il Sismabonus prevede gli interventi locali.

• Interventi di Miglioramento Sismico: Sono finalizzati ad accrescere, attraverso l'intervento progettuale, la capacità di resistenza delle strutture esistenti, senza necessariamente raggiungere i livelli di sicurezza di una nuova costruzione. Se la variazione dei carichi in fondazione è più significativa (>10%), si ricade in un intervento di miglioramento sismico.

• Interventi di Adeguamento Sismico: Prevedono, per le strutture esistenti, il raggiungimento di livelli di sicurezza pari a quelli raggiunti dalle strutture di nuova costruzione.

È cruciale verificare che l'intervento sia realmente di tipo locale, nel senso che non altera il comportamento globale della struttura in quanto non apporta ad essa modifiche sostanziali in termini di massa e rigidezza. Un solaio intermedio, ad esempio, potrebbe suddividere la luce libera di alcuni elementi strutturali (pilastri) o introdurre dei taglianti di piano. Bisogna verificare le opere strutturali che "subiscono" la nuova opera. Se per qualche motivo le variazioni di sollecitazione sono inferiori al 10% probabilmente questi saranno ragionevolmente adeguati. Tuttavia, i numeri non sono tutto: un intervento sciagurato che non comporta sollecitazioni superiori al 10% rimane un intervento sciagurato. È importante la cautela quando si eseguono più interventi che, singolarmente, sarebbero qualificabili come locali, poiché la loro combinazione potrebbe portare a dover verificare l'intera struttura, ricadendo nell'ambito di un adeguamento sismico.

Isolamento Acustico dei Solai in Legno

Il legno, essendo un materiale leggero, trasmette facilmente vibrazioni e rumori da calpestio. Per migliorare il comfort acustico, è possibile intervenire aggiungendo materassini fonoisolanti sotto il pavimento, pannelli in fibra di legno o lana minerale tra le travi, o creare un controsoffitto con materiali fonoassorbenti. Un buon intervento di isolamento acustico dei solai in legno esistenti può cambiare la percezione dello spazio, evitando che i rumori provenienti dall’alto vengano amplificati dalla struttura in legno.

Costi degli Interventi di Consolidamento

Il costo del consolidamento di un solaio varia notevolmente. Le cifre dipendono dall’effettivo stato del solaio, dalla tipologia specifica del solaio e dalla tecnica di intervento utilizzata.

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