Il solaio rappresenta una componente fondamentale di un edificio, fungendo da elemento di separazione tra i diversi piani, da copertura per quello inferiore e da base per quello superiore. Dal punto di vista tecnico, può essere definito come una struttura bidimensionale piana, la cui funzione principale è quella di sopportare i carichi presenti e di trasferirli alle strutture portanti, generalmente le travi, su cui si appoggia.
Per assicurare la stabilità e la funzionalità degli edifici, è indispensabile effettuare verifiche accurate di tutti gli elementi strutturali, garantendo così la sicurezza complessiva. In questo contesto, l'impiego di strumenti aggiornati alle normative vigenti, come software di calcolo strutturale per la progettazione di edifici in vari materiali, inclusi legno, ferro e cemento armato, è altamente consigliato.
Tra le diverse tipologie, i solai in legno sono quelli di concezione più antica e mantengono ancora oggi un ruolo significativo nell'edilizia, sia tradizionale che moderna, spesso in combinazione con altri materiali come il calcestruzzo, dando vita a soluzioni innovative per il rinforzo e la costruzione, anche attraverso la "gettata" di massetti o solette collaboranti.
Caratteristiche Tecniche e Classificazione dei Solai in Legno
La struttura portante dei solai in legno è caratterizzata da un’orditura principale, la cui complessità può variare, costituita da travi lignee che possono avere sezione circolare o rettangolare. L'organizzazione delle travi permette una classificazione dettagliata:
- Solai a semplice orditura: Le travi sono disposte secondo la minima dimensione dell’ambiente da coprire e sono generalmente utilizzati per luci fino a 3/4 metri.
- Solai a doppia orditura: Le travi principali sono disposte con un interasse di 2/4 metri, seguendo la dimensione minore dell’ambiente, mentre una serie di travi secondarie, di dimensioni inferiori, sono disposte perpendicolarmente ad esse.
- Solai a tripla orditura: Questi sono impiegati quasi esclusivamente per ambienti di grande luce o con carichi rilevanti. L’orditura principale è spesso costituita da travi armate con saette o contraffissi e tiranti, oppure da travi composte di grandi dimensioni.
- Solai a cassettoni: In questa tipologia, l’orditura secondaria è inserita nello spessore della primaria, avendone la stessa dimensione, e, tramite connessioni meccaniche, realizza un graticcio piano bidirezionale.
Oltre all'orditura principale, può essere presente un'orditura secondaria, la cui funzione è quella di riempire i vuoti e di costituire la base per gli strati superiori del solaio. Questa può essere composta da:
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- Tavole in legno (tavolato o assito), che possono avere giunti allineati o sfalsati.
- Un incannucciato su cui poggia un massetto, una soluzione che prevede una "gettata" leggera.
- Elementi lignei ricavati dalla segagione dei tronchi, come nel caso del solaio alla napoletana con assito costituito da “panconcelli”.
- Elementi in laterizio piani, quali pianelle in cotto o tavelle.
- Elementi in laterizio con voltine di mattoni forati.
- Lastre di pietra appoggiate alle estremità e soggette a flessione.
La Gestione di Grandi Luci e il Problema dell'Appoggio delle Travi Lignee
In passato, i solai in legno erano utilizzati anche per coprire grandi luci o per sostenere carichi elevati. Le tecniche più diffuse prevedevano l'impiego di:
- Travi composte con superfici di contatto a saetta e biette di forzamento.
- Travi composte con superfici di contatto a saetta e staffe.
- Inserimento di grossi chiodi per “legare” le due parti della trave e impedirne la separazione.
- Travi armate con un contraffisso e due tiranti, creando una sorta di “capriata rovescia”.
- Travi armate con due contraffissi e tre tiranti.
- Travi armate con saettoni in legno.
Un punto particolarmente critico nella progettazione e realizzazione dei solai in legno è l'appoggio delle travi sul muro, dove si verificano elevate concentrazioni di sforzo. Gli sforzi di taglio possono generare fessure che partono dagli spigoli della trave e si propagano verso il basso con inclinazione a 45°.
Per una migliore distribuzione del carico ed evitare lesioni o la frantumazione della muratura, si usano accorgimenti come alcuni corsi di mattoni (per muri in pietrame) o l'interposizione di una tavola di legno duro o una lastra di pietra. Un elemento fondamentale in questo contesto è il dormiente, interposto tra travicelli, travi principali e muro, con la mera funzione di distribuire il peso su una superficie più ampia. Per migliorare l'appoggio delle travi, incrementando la profondità di penetrazione nel muro e riducendo la luce netta, venivano spesso adoperate mensole in legno.
In presenza di aperture come porte e finestre, o per facilitare il passaggio di canne fumarie, i solai possono avere orditure molto complesse. In questi casi, si può ricorrere a un travetto “bilancino”, un elemento ligneo che sostiene il travetto interrotto e lo collega ai due adiacenti.
Rinforzo solai di legno - Peter Cox®
Il Legno Lamellare: Un Materiale Innovativo per Grandi Luci
La diffusione delle costruzioni in legno ha registrato una crescita significativa negli ultimi anni, anche grazie allo sviluppo di materiali come il legno lamellare. Questo materiale strutturale, molto solido e resistente, è prodotto industrialmente incollando tavole di legno per uso strutturale, ed è particolarmente adoperato per le coperture di grandi luci.
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Il legno lamellare è un materiale composito che mantiene i pregi del legno naturale, ma è anche un prodotto nuovo, realizzato su scala industriale, che tramite un procedimento tecnologico di incollaggio a pressione riduce i difetti propri del legno massiccio. La produzione consiste nel ridurre il tronco in assicelle (lamelle), generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Nella loro ricomposizione tramite incollaggio a caldo e sotto pressione, le lamelle sono posizionate tra loro con venatura contrapposta, garantendo una maggiore uniformità nella resistenza della trave. Questo processo consente di produrre elementi di forma e dimensione desiderate, superando i limiti imposti dalla dimensione naturale dell'albero e ottimizzando le prestazioni meccaniche della trave. Il limite in lunghezza di una trave in legno lamellare è dato principalmente dalla possibilità di trasporto e messa in opera.
I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, abbracciando aspetti tecnici, ecologici e strutturali:
- Durabilità: Molti solai realizzati in epoca medioevale sono ancora intatti.
- Elasticità: Ampia applicazione dal settore domestico a quello industriale e pubblico.
- Alto coefficiente di resistenza delle assi alle scosse.
- Alta versatilità: La sua curvatura permette la realizzazione di ponti, archi e simili.
- Capacità di assorbire i suoni.
- Ottima ventilazione dell’ambiente: Evita la formazione di condensa.
- Alta resistenza al fuoco: Grazie a vernici specifiche.
- Alta resistenza ad acqua e gelate.
In termini di progettazione allo stato limite ultimo (SLU), il legno lamellare permette di ottenere solai di luce considerevole e di altezza modesta, con ottimi risultati per la deformabilità del materiale (circa il 30% di quella del calcestruzzo).
Aspetti Normativi e Verifiche per i Solai in Legno
La norma UNI EN 1995-1-1 (Eurocodice 5) è il riferimento principale per la progettazione delle strutture in legno, fornendo regole generali e specifiche per gli edifici. Essa si applica a diverse tipologie di legno e prodotti a base di legno, come legno massiccio, segato, piallato, lamellare incollato e prodotti strutturali a base di legno (ad esempio LVL) e pannelli a base di legno, uniti tramite adesivi o collegamenti meccanici.
La scelta dei criteri di verifica è un aspetto cruciale in fase di progettazione, non solo per soddisfare requisiti funzionali e di comfort, ma anche per una valutazione economica del progetto. Le verifiche agli stati limiti di esercizio (SLE) diventano determinanti nella progettazione di tali elementi strutturali e sono effettuate in termini di spostamenti e deformazioni. Si fa generalmente riferimento al calcolo degli spostamenti verticali, sia a breve che a lungo termine, dovuti ai carichi gravitazionali (permanenti e variabili), oltre alla valutazione nei confronti delle vibrazioni.
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È fondamentale che il progettista, in accordo alla normativa vigente, definisca con il committente le prestazioni che il solaio deve garantire durante la sua vita utile, anche in relazione ai costi che tale scelta può comportare. Non va trascurata la valutazione delle vibrazioni dei solai in legno che, a causa della ridotta massa e rigidezza, possono essere soggetti a fenomeni di risonanza o a valori di accelerazioni tali da compromettere il comfort degli utenti, rendendo necessari interventi di adeguamento spesso complessi e costosi.
Il Rinforzo dei Solai in Legno Esistenti: Soluzioni Composte Legno-Calcestruzzo
Il rinforzo dei solai in legno esistenti, in particolare quelli di edifici storici o d'epoca, è un tema di grande importanza per garantirne la stabilità e la sicurezza a lungo termine. La realizzazione di strutture composte legno-calcestruzzo è una tecnica ormai consolidata che, se ben progettata, consente di incrementare significativamente la rigidezza del solaio e migliorarne le prestazioni statiche e dinamiche.
Questa tecnica, che implica una "gettata" di calcestruzzo (o soletta collaborante) sopra le travi lignee esistenti, è ampiamente studiata e applicata, offrendo soluzioni efficaci per la stabilità e la sicurezza delle strutture antiche. Ad esempio, per un appartamento situato in una casa d'epoca, presumibilmente del 1800, l'adozione di questa metodologia può rivelarsi una soluzione rassicurante e funzionale per incrementare la rigidezza e la capacità portante del solaio.
Breve Panoramica su Altre Tipologie di Solai: Ferro e Cemento Armato
Per comprendere l'evoluzione e le alternative ai solai in legno, è utile menzionare brevemente altre tipologie che hanno segnato la storia dell'edilizia.
Solai in Ferro
I solai in ferro rappresentano una naturale evoluzione tecnologica dei solai in legno, sostituendo le travi portanti lignee con travi in acciaio (le cosiddette putrelle). Questo cambiamento è motivato da caratteristiche quali maggiore capacità portante, ridotta deformabilità, superiore durabilità nel tempo e incombustibilità.
Nel caso delle putrelle in acciaio, l’ampiezza della superficie di appoggio è ancora più critica che nelle travi di legno, data la generalmente superiore entità del carico trasmesso. La superficie di appoggio sulla muratura veniva aumentata interponendo un blocco di pietra molto resistente. Esistono diverse tipologie di solai in ferro a seconda dell’elemento di riempimento tra i profilati metallici, come solai con voltine, tavelloni, lamiera grecata o impalcato di tavole di legno. I solai in ferro con lamiera grecata, per esempio, utilizzano lamiere corrugate come cassero a perdere e base per una "gettata" di calcestruzzo, che, grazie a connettori, crea una collaborazione intima tra acciaio e calcestruzzo.
Solai con Struttura in Cemento Armato
I solai in cemento armato si diffusero rapidamente all'inizio del '900, unendo i vantaggi di rigidezza delle volte (senza azioni orizzontali sui muri) e resistenza dei solai in acciaio. Erano considerati monolitici, molto resistenti al fuoco ed "eterni". Possono essere distinti in solai a soletta piena e solai alveolari (o alveolati). Questi ultimi, costituiti da lastre prefabbricate in cemento armato vibrato e precompresso, sono apprezzati per il risparmio di materiale, fonoassorbenza, isolamento termico e resistenza al fuoco. Anche in questi casi, la realizzazione spesso prevede delle "gettate" di calcestruzzo, sia in situ che prefabbricate, a seconda della tipologia.