I solai misti rappresentano una soluzione strutturale sempre più importante nella progettazione, perché consentono di combinare materiali diversi e di sfruttarne in modo efficace le caratteristiche resistenti. Il consolidamento dei solai è da sempre un argomento d’attualità. Come si sa il patrimonio edilizio italiano è costituito in maggioranza da edifici vetusti e in cui gli interventi di refitting saranno, sempre che non lo siano già, la maggioranza delle attività in ambito edilizio. La ricerca e il progresso tecnologico spingono il normatore a proporre metodi di calcolo sempre più sofisticati. Lo scopo è sempre quello di affinare la conoscenza dei fenomeni per garantire dei livelli di sicurezza adeguati. Nel tempo anche la normativa del settore ha fatto passi avanti, spinta dalle ricerche accademiche, e si è resa più complessa, richiedendo al tecnico analisi a volte non così semplici.
Il Solaio Misto Legno-Calcestruzzo: Concetti Base
Il solaio è la parte di un edificio che divide un piano dall’altro, facendo da copertura per il piano sottostante e da base per quello soprastante. Da un punto di vista tecnico può essere definito come una struttura bidimensionale piana con la funzione di sopportare i carichi presenti su di essa e trasferirli alle strutture (generalmente le travi) su cui si appoggiano. Nei solai misti in legno con soletta in calcestruzzo, il programma consente di modellare configurazioni in cui la trave in legno lavora insieme alla soletta superiore attraverso un sistema di connessione a taglio. I solai lignei esistenti esigono spesso interventi di rinforzo e irrigidimento in quanto, realizzati per sopportare carichi modesti, presentano quasi sempre deformabilità eccessiva rispetto alle abituali esigenze.
Aspetti Normativi e Metodologie di Calcolo
Per progettare edifici sicuri e funzionali, è necessario effettuare le verifiche di tutti gli elementi strutturali al fine di garantire la sicurezza della struttura. Il calcolo dei solai composti legno-calcestruzzo può essere eseguito applicando l’analisi semplificata riportata nell’appendice B della norma UNI EN 1995-1-1 (o in altri documenti normativi di comprovata validità, come, ad esempio, la DIN 1052:2004).
La DIN 1052:2004 dà indicazioni analoghe, indicando che per la verifica allo stato finale di elementi composti legno-cls si può considerare il fenomeno della deformazione viscosa del calcestruzzo, dividendo il modulo elastico per 3,5 (assumendo quindi implicitamente un coefficiente di viscosità pari a 2,5).
Calcolo per Trave Continua e Deformazioni a Tempo Infinito
Attualmente, nella progettazione di solai piuttosto lunghi a più campate, sorge la questione della possibilità di un'analisi a più campate con inversione di momento sull'appoggio e di come questa possibilità influenzi le deformate a tempo infinito del solaio collaborante. Esiste un grande numero di pubblicazioni riguardanti il progetto di strutture composte legno-calcestruzzo, ma in genere si fanno solo accenni alle strutture continue. In alcune pubblicazioni viene indicato di calcolare il solaio ridotto, come se fosse della lunghezza reale x 0,8. La veridicità di tale approccio necessita di approfondimenti e di un confronto con le indicazioni normative più consolidate.
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Nel caso delle travi continue, il calcolo delle sollecitazioni e delle deformazioni è molto influenzato dalla variazione dell’inerzia lungo la trave, legata soprattutto alla fessurazione delle zone soggette a momento negativo in corrispondenza degli appoggi. In assenza di specifiche indicazioni normative si può procedere in modo analogo a quanto prevede la norma EN 1994-1-1 a proposito delle strutture composte acciaio-calcestruzzo (punto 5.4.2.3), considerando delle zone fessurate per il calcestruzzo per una lunghezza pari al 15% della campata di ciascun lato di appoggio interno. In via semplificata si può ad esempio procedere considerando in tali zone una rigidezza del calcestruzzo fessurato pari al 40% della rigidezza non fessurata (EN 1995-2 punto 5.3).
Per la parte in calcestruzzo si fa riferimento alle verifiche e alle prescrizioni costruttive riportate nella EN 1992: in tutte le zone in cui si supera la resistenza a trazione del calcestruzzo è ovviamente necessario disporre un’adeguata armatura a trazione. Nel caso di travi in semplice appoggio si considera in genere nei calcoli delle rigidezze la sezione di calcestruzzo come interamente reagente, salvo poi disporre un’adeguata armatura nelle zone tese.
Panoramica delle Norme di Riferimento per i Solai Misti
Le principali norme che guidano la progettazione dei solai misti sono:
- UNI EN 1995-1-1 Eurocodice 5. Progettazione delle strutture di legno.
- UNI EN 1995-2 Eurocodice 5. Progettazione delle strutture di legno.
- UNI EN 1992-1-1 Eurocodice 2. Progettazione delle strutture di calcestruzzo.
- UNI EN 1994-1-1 Eurocodice 4. Progettazione delle strutture composte acciaio-calcestruzzo.
- DIN 1052:2004 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken.
La tabella seguente riassume le indicazioni chiave di alcune di queste norme per il calcolo dei solai misti o composti:
| Norma | Indicazioni chiave per solai misti legno-calcestruzzo / composti |
|---|---|
| UNI EN 1995-1-1 | Analisi semplificata (Appendice B), regole generali per strutture in legno. |
| DIN 1052:2004 | Considerazione della deformazione viscosa (E/3,5), coefficiente di viscosità 2,5. |
| UNI EN 1994-1-1 | Analogia per zone fessurate (15% campata, appoggi interni), rigidezza 40%. |
| UNI EN 1995-2 | Rigidezza calcestruzzo fessurato pari al 40% della non fessurata. |
| UNI EN 1992-1-1 | Verifiche e prescrizioni costruttive per la parte in calcestruzzo, armatura a trazione. |
Il Ruolo Cruciale dei Connettori
Nei solai misti la connessione tra gli elementi è un aspetto essenziale del comportamento strutturale. Per questo il software prevede tipologie con connessione a taglio, utili a rappresentare il comportamento collaborante tra trave e soletta nei casi previsti dal modello. Qualora il connettore adottato sia di tipo commerciale, le rigidezze KSer e Ku saranno quelle definite nei dati dei connettori. La vite ASSY PLUS VG rappresenta la soluzione di riferimento per la realizzazione di solai legno-calcestruzzo e per il risanamento di solai con travi in legno in edifici residenziali, industriali e storici. In base alle indicazioni contenute nel nuovo certificato ETA, è stata tolta dalle opzioni di dimensionamento dei solai in legno e calcestruzzo la possibilità di utilizzare le viti ASSY PLUS VG con diametro di 10 mm.
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Verifiche agli Stati Limite
Per non correre alcun rischio, ti suggerisco di affidarti a strumenti completi e aggiornati alle norme in vigore. Le verifiche sono condotte agli stati limite considerando i due istanti temporali T0 e T∞. A tempo iniziale si trascurano gli effetti viscosi e il ritiro della soletta in calcestruzzo (se presente). Le sollecitazioni utili alla verifica allo stato limite ultimo vengono calcolate considerando la rigidezza a taglio Ku dei connettori. Per le verifiche allo stato limite di esercizio si considera invece la rigidezza KSer.
A causa della mancata planarità della sezione mista dovuta alla deformabilità tagliante dei connettori, le verifiche vengono condotte separatamente per ogni concio di trave e soletta e per ogni connettore. La trave in legno viene verificata a SLU per pressoflessione, taglio e compressione ortogonale alla fibra. Viene verificata a SLE per deformabilità a breve e lungo termine. Le verifiche agli stati limiti di esercizio (SLE) divengono dunque determinanti nella progettazione di tali elementi strutturali. Le verifiche, sono effettuate in termini di spostamenti e deformazioni. Si fa generalmente riferimento al calcolo degli spostamenti verticali per effetto dei carichi gravitazionali (permanente e variabili), sia a breve che a lungo termine, nonché alla valutazione nei confronti delle vibrazioni. In secondo luogo è necessario non trascurare la valutazione nei confronti delle vibrazioni dei solai in legno che, per effetto della ridotta massa e della ridotta rigidezza, possono essere soggetti a fenomeni di risonanza o di valori di accelerazioni tali da non garantire il confort degli utenti, rendendo così necessario interventi di adeguamento in opera spesso molto difficili da realizzare o dal costo elevato.
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Software per il Calcolo Strutturale dei Solai Misti
Gli strumenti di calcolo a servizio dei tecnici funzionano solo se sono in grado di mantenere affidabilità e sicurezza assieme alla semplicità d’uso. Siamo convinti che solo strumenti di calcolo adeguati e affidabili e che consentono di gestire ampie casistiche senza la necessità di legarsi a tecnologie proprietarie, possano assicurare ai tecnici autonomia, competitività e sicurezza. Per eseguire il calcolo e le verifiche di tutti gli elementi strutturali, ti suggerisco di utilizzare il software calcolo strutturale, che ti permette di guida nella progettazione strutturale secondo le normative in vigore.
- Un utile strumento di calcolo per questa tipologia di solai è Beamcad+, in grado di affrontare il calcolo dell’insieme trave-connettori-soletta con una analisi ad elementi finiti pur mantenendo un semplice approccio bidimensionale, come si è sempre fatto per i solai. L’analisi tiene conto delle indicazioni di NTC 2018 e degli Eurocodici relativi a c.a. Sono verificabili le sezioni miste composte da travetti in legno rettangolari e circolari, con soletta rettangolare in legno, rettangolare in c.a. e a T in c.a. È inoltre possibile specificare i valori γM per il materiale legno e un incremento del valore di kdef per considerare legno massiccio posto in opera con umidità prossima alla saturazione, in accordo a EN1995-1-1 §3.2(4).
- Dalla collaborazione tra Würth e Timbertech di Trento è nato Würth Connections, un software di calcolo per la progettazione di solai collaboranti in legno-calcestruzzo. Il software per solai gratuito rappresenta una valida soluzione per i progettisti che possono configurare già in fase di progettazione la struttura con viteria Würth, offrendo un efficace supporto per l’esecuzione a regola d’arte del lavoro in cantiere.
- Il software Solaio include tra le tipologie gestibili anche le sezioni miste acciaio-calcestruzzo e legno-calcestruzzo. Nel caso dei solai misti in legno con soletta in calcestruzzo, il programma consente di modellare configurazioni in cui la trave in legno lavora insieme alla soletta superiore attraverso un sistema di connessione a taglio. Una volta definito il modello del solaio misto, il programma consente di eseguire l’analisi e di controllare i risultati ottenuti attraverso gli strumenti di output e verifica disponibili.
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