Aumentare la Base e Rinforzare le Travi in Legno: Tecniche e Considerazioni Strutturali

I solai in legno sono tuttora diffusissimi nelle palazzine dei centri storici e nelle abitazioni rurali. 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. I solai in legno hanno un fascino che non passa mai inosservato: sono caldi, autentici e capaci di dare carattere a un appartamento su due piani in mansarda o a un edificio storico. Si tratta inoltre di strutture leggere, elastiche e totalmente compatibili con il funzionamento strutturale degli edifici in cui si trovano inseriti: rimuoverli o sostituirli può dunque alterare schemi statici ormai consolidati, riattivando dissesti preesistenti oppure creandone di nuovi. Sono infine testimonianze di tecniche artigianali, prassi di cantiere e soluzioni costruttive ormai cadute in disuso, e perciò molto importanti come documenti di interesse storico, culturale e antropologico.

Tuttavia, proprio perché sono elementi strutturali vivi e naturali, hanno bisogno di attenzioni, con diagnosi e interventi mirati. Rinforzare una trave è quasi sempre una necessità, risolvendo un problema strutturale o aggiungendo un tassello al quadro della prevenzione, soprattutto in prospettiva antisismica.

La Diagnosi e le Cause di Degrado dei Solai in Legno

Il legno è un materiale straordinario, ma sensibile: teme l’umidità, gli insetti e si può espandere o restringere. Per questo, prima di qualsiasi intervento, devi far eseguire una diagnosi accurata per verificare lo stato delle travi e del tavolato. Inoltre, trattandosi normalmente di strutture antiche e costruite con il legname disponibile localmente (o recuperato da altri edifici o addirittura da imbarcazioni), sono spesso soggetti a problemi statici di vario tipo.

I Principali Dissesti e Deformazioni

• In linea di principio, le cause di degrado di un solaio in legno sono essenzialmente tre: gli insetti xilofagi (tarli e termici), la presenza di difetti nel legno e la proliferazione di muffe come la pericolosissima carie bruna o a cubetti.
• I danni dovuti alla carie del legno, in particolare bruna o a cubetti, sono decisamente più gravi: nei casi peggiori il legno attaccato da questo fungo perde completamente la propria resistenza meccanica, causando il cedimento della struttura coinvolta.
• I punti più vulnerabili sono le teste delle travi principali: infatti, essendo incassate nella muratura, risultano più esposte alla formazione di condensa e al ristagno di acqua, cioè alle condizioni ideali per la proliferazione della carie.
• Un altro problema piuttosto comune nei solai in legno è l'eccessiva deformazione della trave principale in seguito alla presenza di carichi a flessione per periodi estremamente prolungati (vari secoli). Il fenomeno, detto fluage o deformazione viscosa, riguarda soprattutto le membrature strutturali sottodimensionate o con sezioni snelle.

In questi casi l'orditura principale del solaio (cioè la trave maestra), o più spesso i travetti dell'orditura secondaria, possono arrivare anche a rompersi.

Quando è Necessario Rinforzare?

Quando un solaio mostra segni di cedimento o non è adeguato alle esigenze di peso di un appartamento moderno, puoi intervenire con un consolidamento o un rinforzo. Il primo ripristina la capacità originaria, mentre il rinforzo la aumenta. La necessità di rinforzo può derivare da:

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• Usura: Il fisiologico trascorrere del tempo può compromettere l’integrità di alcuni elementi, travi incluse. Questa dinamica riguarda soprattutto i materiali meno durevoli, come il legno.
• Aumento dei carichi: Innalzamenti e modificazioni simili richiedono un intervento di rinforzo delle travi.
• Rinforzo antisismico: Le travi possono essere rinforzate in una prospettiva preventiva, ovvero per ridurre i danni causati da un eventuale terremoto.
• Lesioni: Eventi di varia natura, non ultimo i sismi, possono causare lesioni alle travi.

Metodologie per il Consolidamento e il Rinforzo delle Travi in Legno

I solai in legno vanno rinforzati con tecniche adeguate, rispettose dei principi del restauro (compatibilità, reversibilità, riconoscibilità e minimo intervento). Gli interventi di rinforzo delle travi fanno riferimento ad approcci variegati, adottati in base all’effettivo stato dell’elemento e al materiale di cui è composto. Le travi in legno si prestano a svariati interventi di rinforzo.

Interventi di Sostituzione e Ricostruzione

Nel caso di travi in legno ammalorate, l'intervento possibile consiste nella sostituzione dell'intera trave coinvolta, o nella ricostruzione delle sole parti ammalorate. La seconda soluzione viene normalmente preferita nel caso di solai di pregio, soprattutto decorati.

I metodi possibili per la ricostruzione sono due: la predisposizione di protesi in legno massiccio e lamellare, o la ricostruzione con resine strutturali e polvere di legno. Per eseguire l'intervento, per prima cosa si rimuove la porzione ammalorata della trave originaria, predisponendo al suo posto una protesi (a seconda dei casi di legno massiccio o lamellare) con la stessa forma e dimensione. Questa, oppure la porzione sana della trave originaria, viene munita di un certo numero di tirafondi o piastre metalliche a scomparsa, adeguatamente fissate al legno con l'adesivo strutturale. A questi elementi di fissaggio fanno riscontro ulteriori fori o scanalature praticati nell'altro pezzo da unire, così da formare un incastro a maschio-femmina. Una volta posizionati gli elementi, i fori vengono completamente sigillati con altra resina epossidica, rendendo la giunzione praticamente indistruttibile.

Aumento della Sezione e Aggiunta di Appoggi Intermedi

Una delle soluzioni per aumentare la portata e la rigidità di un solaio esistente o di una trave è quella di intervenire per aumentarne la sezione o ridurne la luce di inflessione. Un esempio concreto è l'esigenza di rinforzare le solette in c.a. di un immobile risalente agli anni '40, da destinarsi a biblioteca, che presentano lesioni perimetrali. Non avendo somme a disposizione per la loro demolizione e ricostruzione, si può intervenire riducendo le luci con delle travi in legno da lasciare a vista. In questo scenario, si intendono adottare le travi in legno come appoggi intermedi per la soletta in c.a. esistente, configurando uno schema statico di soletta poggiante su appoggi cedevoli dati dalle travi in legno.

Considerazioni per l'Aggiunta di Travi in Legno come Appoggi Intermedi

Per la corretta realizzazione di un intervento che prevede l'aggiunta di travi in legno come appoggi intermedi, è fondamentale prestare attenzione a taluni aspetti legati alla modalità realizzativa dell’opera e al comportamento del materiale legno:

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1. È opportuno realizzare le opere di finitura del solaio una volta poste in opera le travi sottostanti in modo da limitare frecce e tensioni nella soletta. A tale scopo le travi lignee dovranno essere messe in opera garantendo il perfetto contatto con la sovrastruttura e prestando particolare attenzione alle tolleranze di posa in opera, per evitare inflessioni della soletta superiori a quelle ipotizzate e/o accettabili.
2. Si deve considerare che in seguito a variazioni di umidità il legno è soggetto a movimenti igroscopici di ritiro e rigonfiamento: se le travi poste in opera non sono ben stagionate queste subiranno durante la vita in esercizio fenomeni di ritiro. L’eventuale ritiro in seguito a perdita di umidità delle travi provocherà un abbassamento delle stesse e quindi un cedimento degli appoggi della soletta. È quindi assolutamente consigliabile porre in opera legno massiccio ben essiccato o elementi in legno lamellare.
3. Nel calcolo si dovrà considerare che le proprietà del legno dipendono dal tempo. In particolare le deformazioni degli elementi lignei sono influenzate dalla durata del carico e dall’umidità e quindi nella valutazione della rigidezza delle travi lignee è bene considerare che, se inizialmente il valore del modulo di elasticità del legno è pari a Emean, la rigidezza e le deformazioni a lungo termine devono essere calcolate utilizzando i valori medi dei moduli elastici ridotti opportunamente (si veda ad esempio la definizione del coefficiente di deformazione nelle normative di riferimento, per esempio l'Eurocodice). Tale riduzione di modulo elastico porta nel tempo ad un aumento della cedevolezza del vincolo offerto alla soletta.
4. Il collegamento mediante connettori non è strettamente necessario, a condizione che le forze trasmesse da un elemento all'altro siano esclusivamente forze di compressione. In caso contrario occorrerà prevedere dei connettori adeguati.
5. Non da ultimo occorre tener presente che lo stato tensionale delle travi esistenti non viene modificato dalla semplice aggiunta di appoggi intermedi, formati dalle travi aggiunte sottostanti eventualmente aggiunte alla struttura esistente. Le sollecitazioni aggiuntive, dovute ai nuovi carichi, devono quindi essere sovrapposte a quelle presenti al momento della modifica del sistema statico (aggiunta dei nuovi elementi).

A questa situazione (elementi danneggiati o insufficienti) si può rimediare in vari modi:

• Sostituendo l'elemento danneggiato o ammalorato, una soluzione vantaggiosa soprattutto per i travetti ammalorati dell'orditura secondaria.
• Affiancandogli due elementi (uno per lato) per alleggerire o eliminare i carichi gravanti su di esso.
• Sostenendolo con un rompitratta (ad esempio costituito da un profilato metallico tipo IPE o HE) posto perpendicolarmente sotto ad esso. Tuttavia questo metodo è applicabile solo se l'altezza del vano lo consente e il risultato risulta accettabile dal punto vista estetico.
• Aggiunta di nuove travi.
• Aggiunta di piastre di acciaio. Una soluzione consiste nell’installazione di piastre in acciaio allo scopo di aumentare la sezione della trave.
• 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 vuoi mantenere il solaio a vista e allo stesso tempo rinforzarlo per ottenere prestazioni superiori.
• Oltre al rinforzo con le putrelle puoi utilizzare delle travi in legno lamellare, che sono perfette se vuoi mantenere l’estetica esistente e migliorare la stabilità.

Rinforzo con Connettori e Solette Collaboranti

L'esigenza più comune negli interventi di ristrutturazione riguarda la necessità di irrigidire i solai troppo elastici, oppure di adeguarli dal punto di vista sismico, eseguendo una soletta collaborante di calcestruzzo, con spessore di 4-6 cm e armata con una rete elettrosaldata, adeguatamente connessa ai travetti del solaio con appositi connettori. È un intervento che migliora la rigidezza, il comportamento dinamico e la capacità portante, mantenendo però la leggerezza del solaio esistente.

Per risolvere tali problematiche l'azienda TECNARIA spa propone alcune soluzioni di connettori:

• CTL Base: è costituito da un connettore a piolo di acciaio con una piastra quadrata che funge da base, avente i lati di 5 cm e spessore di 4 mm, fornita di due fori per il passaggio dei tirafondi. Questi a loro volta hanno un gambo filettato di acciaio zincato con diametro compreso tra 8 e 12 mm. Il piolo superiore viene volutamente lasciato sporgere dall'estradosso dell'impalcato, allo scopo di inserirsi tra le maglie dell'armatura della soletta e annegarsi nel getto del calcestruzzo. I due tirafondi sono invece avvitati nel legno dei travicelli grazie alla filettatura integrata del gambo.
• Omega: ha questo nome perché la particolare forma della piastra ricorda appunto quella di un’Ω maiuscola. Il centro della piastra è inoltre munito di un foro di diametro adeguato all’inserimento di un unico tirafondo con diametro di 10 mm. La particolare forma della piastra (le cui dimensioni sono lunghezza di 9 cm, larghezza di 3 cm, altezza di 3,8 cm e spessore di 4 mm) è appositamente studiata per consentire una connessione migliore sia con la rete elettrosaldata della soletta, che con il corpo del calcestruzzo. I tirafondi sono invece disponibili con lunghezza di 10, 12 o 14 cm.

Una valida alternativa alla soletta integrativa di cls prevede l'inserimento di un secondo tavolato strutturale sopra quello preesistente, ordito in direzione perpendicolare ad esso. L'azienda Rothoblaas propone ad esempio VGZ, un'interessante evoluzione di questo sistema, che sostituisce i tavoloni in legno massiccio con pannelli rettangolari a cinque strati di legno lamellare.

Tecniche Avanzate di Rinforzo

• Applicazione di resina epossidica: Si tratta di una soluzione rapida e poco invasiva.
• Rinforzo con FRP (Fyber Reinforced Polymers): I FRP possono essere considerati dei materiali compositi, frutto di un mix tra matrici polimeriche e fibre di carbonio/vetro. Il rinforzo in FRP viene in genere applicato nei punti di debolezza della trave, ovvero in quelle porzioni in cui la capacità di resistenza è surclassata dalle forze che la sollecitano. Ovviamente, prima di procedere con l’applicazione delle FRP è necessario “ripulire” la trave, ovvero rimuovere le parti ammalorate, se necessario spazzolare i ferri. Anche le travi in legno possono essere rinforzati con l’applicazione dei FRP.
• Cerchiatura con elementi in acciaio: È una soluzione leggermente più invasiva in quanto consiste nell’applicazione di fascette di acciaio in corrispondenza delle eventuali fessurazioni.
• Sistemi di post-tensione: Se ti preoccupa la deformazione acquisita puoi pensare di recuperarla con sistemi di post tensione sul legno, creando una sorta di reticolare saettata.

Rinforzo dei Solai in Legno da Sotto

Il rinforzo dei solai in legno da sotto è un’ottima alternativa quando non puoi 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 dei profili metallici, dei piatti in acciaio o dei pannelli strutturali, che irrigidiscono l’orditura senza toccare il piano superiore. È un intervento rapido, poco invasivo e spesso risolutivo.

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Il Predimensionamento delle Travi in Legno

Il predimensionamento degli elementi strutturali costituisce il primo fondamentale passo nella progettazione di un edificio. Quando eseguito correttamente, evita la necessità di apportare modifiche significative nelle fasi successive del progetto. Il predimensionamento strutturale rappresenta la tappa iniziale, di fondamentale importanza, nella progettazione di un edificio, poiché serve a stabilire le dimensioni di massima degli elementi portanti, come travi e pilastri, al fine di creare un modello preliminare della struttura da sottoporre a successive analisi ed elaborazioni.

Il predimensionamento delle travi in legno viene generalmente eseguito utilizzando tabelle che forniscono le dimensioni della sezione in base al carico applicato e alla luce della trave. Queste tabelle contengono una serie di combinazioni di carico e luce, e per ciascuna combinazione forniscono le dimensioni consigliate per l’altezza e la base della trave. Le tabelle di predimensionamento per le travi in legno possono essere reperite in prontuari tecnici. È importante sottolineare che queste tabelle forniscono solo dimensioni approssimative e rappresentano solo una fase preliminare del processo di progettazione. Successivamente, è necessario eseguire un’analisi strutturale più dettagliata per verificare che le dimensioni stimate siano adeguate e soddisfino i requisiti di resistenza e sicurezza specifici dell’edificio o della struttura in esame.

Per progettare in modo efficiente le tue strutture in legno, acciaio o cemento armato, dopo un accurato predimensionamento, ti consigliamo di affidarti alla potenza di un software di calcolo strutturale all’avanguardia. Questo strumento offre una serie di vantaggi che ti permetteranno di ottenere risultati affidabili e ottimizzare le tue progettazioni. Grazie alla tecnologia BIM, potrai modellare le tue strutture in modo intelligente, utilizzando oggetti parametrici ricchi di informazioni. Il software dispone, inoltre, di un solutore FEM integrato che ti permetterà di condurre analisi dettagliate sul comportamento strutturale. Potrai valutare la risposta delle tue strutture sotto diverse condizioni di carico e ottenere risultati affidabili che garantiscano la sicurezza e l’efficienza del tuo progetto.

Isolamento Acustico per Solai in Legno

Il legno è leggero e trasmette facilmente vibrazioni e rumori da calpestio. Per migliorare il comfort puoi intervenire aggiungendo dei materassini fonoisolanti sotto il pavimento, dei 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.

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