Consolidamento e Rinforzo delle Strutture in Legno: Metodologie e Tecniche Avanzate

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. Ma proprio perché sono elementi strutturali vivi e naturali, hanno bisogno di attenzioni, con diagnosi e interventi mirati.

Gli elementi strutturali in legno come capriate, solai, volte o catene si presentano spesso in condizioni di forte degrado statico o ammalorati per la presenza di insetti xilofagi o di funghi parassiti. Le stesse variazioni di umidità e temperatura o il contatto con elementi metallici o murari possono essere causa di alterazioni delle caratteristiche meccaniche del legno. In questi casi è fondamentale intervenire al consolidamento dei punti critici, come ad esempio innesti delle capriate nella muratura o collegamenti tra solai in legno e muratura. Nelle operazioni di ristrutturazione o restauro è spesso richiesto un intervento specifico per il consolidamento di capriate e di strutture in legno.

Diagnosi e Valutazione delle Strutture in Legno

Prima di qualsiasi intervento, è necessario far eseguire una diagnosi accurata per verificare lo stato delle travi e del tavolato. 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 puoi 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.

Capacità Portante e Criteri di Intervento

La portata di un solaio non è un valore fisso: dipende dal tipo di legno, dalla sezione delle travi, dalla distanza tra gli appoggi e dallo stato di conservazione. I solai di un edificio moderno sono progettati per reggere carichi intorno ai 200 kg/m², ma negli edifici storici può essere più bassa, soprattutto se si notano deformazioni, scricchiolii anomali o fessurazioni. Quando un solaio mostra segni di cedimento o non è adeguato alle esigenze di peso di un appartamento moderno, si può intervenire con un consolidamento o un rinforzo. Il primo ripristina la capacità originaria, mentre il rinforzo la aumenta.

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Tecniche di Consolidamento e Rinforzo

Il legno è un materiale straordinario, ma sensibile: teme l’umidità, gli insetti e si può espandere o restringere.

Utilizzo degli FRP per il Consolidamento

Gli FRP rappresentano una soluzione efficace per il rinforzo e il consolidamento delle strutture in legno. I principali ambiti di impiego sono due: la ricostruzione di testate ammalorate e il rinforzo di elementi prevalentemente inflessi.

Ricostruzione di Testate Lignee Ammalorate

Nel primo caso, è possibile procedere alla ricostruzione delle testate lignee ammalorate con getti epossidici. Per farlo, occorre seguire questa procedura:

• scavare l'estradosso e predisporre i casseri;
• inserire le armature sintetiche FRP;
• realizzare il getto epossidico collaborante ed eseguire il rinforzo localizzato con fibre.

Rinforzo di Elementi Inflessi con FRP

Nel caso dei rinforzi di elementi lignei prevalentemente inflessi, come singole travi, putrelle di solai o singoli elementi di sistemi strutturali più complessi come le capriate e i telai, il materiale di rinforzo può essere costituito da tessuti di varia costituzione o da lamine, applicati secondo criteri tali da conseguire vantaggi in termini di resistenza e di deformabilità, oppure di duttilità.

Rinforzo con Tessuti in FRP

L'applicazione dei tessuti di rinforzo FRP, principalmente utilizzati come rinforzo flessionale, consente di incrementare la resistenza flessionale degli elementi mediante incollaggio delle fasce di tessuto di rinforzo in zona tesa. Il rinforzo potrà essere realizzato con fasce di tessuto in fibra di vetro o in fibra di carbonio. Tale intervento si presta a essere utilizzato principalmente negli ambienti di sottotetto, nelle zone in cui è previsto un controsoffitto di finitura, oppure nei casi in cui è possibile rivestire esternamente l'elemento ligneo.

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Rinforzo con Lamine in FRP

L'intervento di rinforzo da eseguire mediante le lamine, prevede invece l'utilizzo di Kimitech PLATE. Il materiale di rinforzo viene quindi inserito all'interno di fessure appositamente prodotte per contenere le lamine stesse e consente quindi di ridurre al minimo l'impatto estetico dell'intervento. Per effettuare questa procedura occorre, nell'ordine:

• incidere lateralmente la trave;
• eseguire il pre-riempimento dell'intercapedine con resina;
• inserire la lamina;
• effettuare la successiva stuccatura con resina;
• a stagionatura conclusa, procedere con la verniciatura.

Questa procedura è stata eseguita con successo per l'intervento di consolidamento strutturale della Chiesa di Santa Maria della Pace a Chiusi, in provincia di Siena. In quel caso, le travi del solaio, essendo decorate all'intradosso, dovevano essere mantenute a vista e la finitura non doveva essere alterata in alcun modo.

Altre Soluzioni per Solai in Legno

Una delle soluzioni più efficaci è utilizzare una soletta collaborante legno-calcestruzzo, realizzata con una soletta in cemento unita al tavolato esistente con dei connettori metallici. È un intervento che migliora la rigidezza, il comportamento dinamico e la capacità portante, mantenendo però la leggerezza del solaio esistente. Altre tecniche prevedono la sostituzione delle travi rovinate, l’inserimento di travi aggiuntive o l’irrigidimento del tavolato con pannelli strutturali.

Rinforzo con Putrelle e Sistemi Misti

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 delle travi in legno lamellare, che sono perfette se si vuole mantenere l’estetica esistente e migliorare la stabilità, delle piastre metalliche laterali oppure dei rinforzi con fibre di carbonio, discreti e molto performanti.

Rinforzo dei Solai da Sotto

Il rinforzo dei solai in legno da sotto è un’ottima alternativa quando non è possibile 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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Problematiche Specifiche e Soluzioni

Deterioramento delle Testate di Trave negli Appoggi

Quando le estremità delle travi lignee risultano gravemente deteriorate, è possibile rigenerare l'appoggio con tecniche puntuali in situ. L’articolo affronta il tema del ripristino delle parti degradate delle travi in legno nei punti di appoggio su murature, descrivendo cause di degrado, criticità strutturali e soluzioni tecniche di ricostruzione. L’obiettivo è fornire indicazioni operative per interventi compatibili, durabili e rispettosi delle strutture esistenti, con particolare attenzione agli edifici storici.

Il sistema di consolidamento mediante ricostruzione della parte ammalorata con protesi realizzata in opera con travi di analoghe dimensioni e rinforzi in acciaio, permette di risolvere la maggioranza di questi casi. L’intervento può essere realizzato con le strutture a pieno carico. Inoltre, l’intervento, una volta finito, sarà contenuto nelle dimensioni originali della trave stessa e ci permetterà di poter lasciare la struttura a vista senza notare eccessivamente l’intervento di ricostruzione.

L’intervento proposto consiste nell’eseguire, dopo aver effettuato l’asportazione della parte ammalorata della testa della trave, tagli paralleli all’asse nei quali inserire profilati piatti d’acciaio di adeguato spessore, precedentemente preparati fuori opera. Barre filettate o bulloni e dadi “a scomparsa” completano il collegamento; i tagli dovrebbero essere saturati con resine epossidiche.

Quindi la prima soluzione comporta la costruzione dell’esatta parte mancante con una protesi di legno; la seconda il rifacimento con una malta epossidica gettata all’interno di una cassaforma.

La prima fase di intervento consiste nella completa asportazione della parte ammalorata alla quale seguono le perforazioni, parallele all’asse della trave, che accoglieranno le barre filettate d’acciaio o di vetroresina. Successivamente i fori, asportati i residui della perforazione mediante soffiaggio e aspirazione, vengono saturati preferibilmente con idonee resine epossidiche prima dell’inserimento delle barre. La protesi, una volta inserita, è resa solidale alla trave mediante iniezione di resina (o betoncino epossidico) effettuata attraverso il foro previsto nella parte superiore della trave stessa. Facendo ricorso ad una cassaforma si riproduce la geometria originaria della parte di trave asportata per mezzo di un getto di malta epossidica che ingloba le barre di armatura.

Consolidamento delle Capriate

Anche le capriate delle coperture sono particolarmente vulnerabili ai dissesti. Uno di questi, molto pericoloso, è costituito dallo scorrimento del puntone sulla catena, che - se non contrastato adeguatamente - innesca un meccanismo a catena che comporta il collasso della capriata. Il nodo puntone-catena è perciò un punto assai delicato, generalmente realizzato mediante un intaglio nella catena, semplice o sagomato a dardo di Giove. Il suo cedimento si verifica per due motivi: rottura a taglio, facilmente riconoscibile per la formazione delle tipiche lesioni parallele alla membratura, e geometria inadeguata. Un caso di geometria inadeguata si nota in una capriata della Reggia di Colorno (Parma), in cui il nodo è stato eseguito con un grave errore progettuale consistente nell’omissione dell’intaglio: il puntone è perciò semplicemente appoggiato sulla catena. Questa tipologia di intervento è particolarmente indicata per il consolidamento e il rinforzo di capriate in legno.

È possibile eseguire consolidamenti per rinforzare travi in legno che hanno perso le loro capacità strutturali originarie mediante inserimento di nuova armatura in acciaio. Questo metodo consiste nell’esecuzione di precisi scassi nella trave, atti ad alloggiare le nuove barre.

Fessurazioni da Chiodatura

Un ultimo problema che si verifica spesso negli elementi strutturali in legno consiste nella creazione di lunghe fessure alle estremità dovute all’infissione di chiodi per il fissaggio di travetti, cantonali, saettoni o presidi di consolidamento. Il dissesto è molto pericoloso perché, separando i fasci delle fibre, indebolisce l’elemento e funge da punto di innesco di altri gravi dissesti come rotture a taglio o flessione.

Un caso molto frequente riguarda le strutture di copertura e in particolare le carpenterie molto complesse con numerosi cantonali e traversi per il sostegno delle falde secondarie, che venivano ancorati all’orditura principale con chiodi infissi “alla traditora”, cioè disposti obliquamente in posizione nascosta. In tali casi, per confinare adeguatamente le fibre a rischio rottura si ricorreva ancora una volta a fasciature con piattine in ferro battuto, anch’esse fissate con piccoli chiodi: è un metodo semplice ma tutto sommato efficace. Un ottimo esempio di questa prassi è visibile in un’abitazione nel centro di Modena. L’orditura secondaria è costituita da un cantonale sorretto rispettivamente dalla muratura perimetrale dell’edificio e dal falso puntone della capriata dissimmetrica. A circa metà del cantonale convergono ben 4 cantonali minori (orditura terziaria), tre sul lato destro e uno sul lato sinistro. La loro giunzione è assicurata da chiodi infissi alla traditora, mentre un gattello migliora l’appoggio.

Interventi Storici e loro Criticità

La rottura della trave maestra di un solaio o del puntone di una capriata erano (e sono tuttora) molto frequenti soprattutto per due motivi spesso combinati: eccessivi carichi a flessione e difetti del legno quali nodi, cipollature, fessure da ritiro troppo estese o intagli per l’inserimento di travetti o elementi del controsoffitto. Il sistema più semplice, ben visibile ad esempio in una trave a Città di Castello, consisteva nel porre in opera una barra di irrigidimento su ciascun lato della trave, fissata al legno e ulteriormente serrata da due cerchiature.

Quando invece a rompersi erano più travi ravvicinate, si tentava di sostenerle con degli elementi provvisionali, come si nota in un solaio del Castello di Levizzano a Castelvetro di Modena. In questo caso si è infatti utilizzata una trave rompitratta posta sotto all’orditura principale perpendicolarmente ad essa, infissa in un apposito alloggiamento ricavato nella muratura e appesa all’altra estremità all’orditura del solaio con una staffa ad U inchiodata su un lato della trave originaria.

Si tratta però di interventi decisamente inadeguati, magari efficienti nell’immediato ma completamente inaffidabili nel medio-lungo periodo. Le fasciature in ferro battuto, non chiuse ad anello mediante saldature ma semplicemente inchiodate alla trave, tendono infatti ad allentarsi, consentendo lo scorrimento reciproco degli elementi che dovrebbero invece bloccare: lo si nota molto bene ad esempio nella trave con più consolidamenti, in cui una delle fasciature appare visibilmente aperta e deformata. Anche il consolidamento del solaio sopra descritto non offre adeguate garanzie, perché dal punto di vista statico si tratta di una trave con un’incastro a un’estremità e un carrello cedevole all’altra, che perciò si comporta (e si deforma) come una mensola vera e propria.

Nei solai alla toscana, in cui il tavolato strutturale è sostituito da uno scempiato di mezzane in cotto semplicemente appoggiate sui travetti o al massimo fissate con un po’ di malta, un altro dissesto caratteristico è costituito dal cedimento localizzato dello scempiato. Per motivi di costo, difficoltà tecniche e poiché il cedimento riguardava probabilmente soltanto una decina di mezzane in aderenza alla muratura perimetrale non si è proceduto alla loro sostituzione ma alla posa in opera di un’opera provvisionale definitiva ugualmente efficace. Antichi consolidamenti inadeguati sono stati riscontrati anche nel nodo puntone catena con un grave errore progettuale mediante l’inserimento di una reggetta in ferro a forma di U.

Considerazioni Aggiuntive

Trattamento del Legno Attaccato da Parassiti

Se sezionassimo una trave in legno attaccata da qualsivoglia parassita, scopriremmo che l'area resistente diminuisce anche del 40% a causa del materiale che i famelici amichetti ingoiano, digeriscono e restituiscono sottoforma di polvere impalpabile. I migliori prodotti antitarlo penetrano solo per qualche centimetro e solo grazie all'azione di elevate pressioni (autoclave), non esiste trattamento economicamente conveniente in grado di consolidare una vecchia trave la cui capacità di sopportare azioni flettenti e taglianti trasmesse da un solaio è ormai compromessa. In questi casi, le travi vanno sostituite o consolidate con profilati in acciaio opportunamente disposti.

Conservazione e Restauro dei Solai Antichi

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.

Isolamento Acustico

Il legno è leggero e trasmette facilmente vibrazioni e rumori da calpestio. Per migliorare il comfort si può 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.

L'Esperienza di Specialisti nel Consolidamento

La S.I.C.E.M. si occupa della produzione e della posa in opera di strutture di supporto reversibili, costituite sostanzialmente da profili metallici. È un processo operativo importante nel consolidamento di strutture in legno costituite da capriate e coperture. Grazie a elementi snelli e leggeri prodotti in officina è possibile rinforzare travi in legno in maniera efficace e sostenibile. In base alle esigenze strutturali e di contesto è inoltre possibile produrre i kit strutturali in acciaio al carbonio S275 S355 o nei diversi tipi di inossidabile, garantendo la massima possibilità di scelta anche per tematiche dipendenti da esigenze progettuali e da zone di installazione (come la protezione a corrosione). Le strutture in legno, acciaio, o miste vengono installate e messe in tensione con meccanismi appositi prodotti in officina. Per tutte le operazioni di rinforzo travi legno con profili in acciaio ci si occupa direttamente della produzione e della posa in opera dei kit strutturali e della loro certificazione.

A Brescia e nelle altre province italiane, la Deldossi si adopera per mettere in sicurezza le coperture lignee e migliorarne sensibilmente gli aspetti estetici. L’esperienza dell’impresa è decisiva anche in queste operazioni di consolidamento dei solai e delle travi in legno, che risultano sempre particolarmente delicate e complesse. I tecnici della Deldossi si propongono di effettuare interventi il meno invasivi possibile. A tal proposito gli innesti delle protesi lignee assumono caratteristiche di particolare precisione e delicatezza, come nelle situazioni in cui acqua, umidità, esposizione prolungata agli agenti atmosferici e all’usura del tempo, hanno danneggiato magari solo parzialmente parti di coperture o di capriate. In tal caso l’azienda non sostituisce l’intero manufatto, ma interviene con particolare cura solo sulle parti maggiormente compromesse. Nel restauro strutturale capita molto spesso di trovare situazioni di degrado di strutture lignee, che però per vari motivi non è possibile sostituire o rinforzare con i metodi convenzionali.

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