Il legno è il primo materiale da costruzione utilizzato dall’uomo e il suo impiego si perde nella notte dei tempi. L’uso del legno nella realizzazione di solai e coperture è diffuso sin dall’antichità. Oggi, i solai in legno rappresentano una scelta sempre più diffusa per l’edilizia moderna, grazie alle loro elevate prestazioni e all’estetica calda e accogliente.
Un solaio in legno è molto più di una semplice struttura: è l’elemento che separa e collega i vari piani di un edificio, garantendo sicurezza, stabilità e isolamento. Il solaio è la parte orizzontale di un edificio che separa i vari piani e sostiene i carichi che agiscono su di esso. Da un punto di vista tecnico, un solaio in legno è considerato una struttura bidimensionale, in quanto presenta due dimensioni prevalenti rispetto alla terza e si estende orizzontalmente tra due punti di appoggio. La funzione principale del solaio è quella di trasferire i carichi fissi e i sovraccarichi variabili alla struttura portante. Per molti anni i solai in legno, grazie alla loro leggerezza, hanno rappresentato una valida alternativa costruttiva alle coperture a volta, le quali a causa del loro peso richiedevano grandi spessori murari.
L’ingegneria strutturale garantisce sicurezza e durabilità alle costruzioni. 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.
Componenti e Tipologie dei Solai in Legno
Come sono fatti i solai in legno? Un solaio in legno viene realizzato con la disposizione di travi di diverse sezioni e interposte a intervalli regolari, che formano l’orditura principale e travetti perpendicolari di dimensione minore che, invece, costituiscono l’orditura secondaria. In generale, un solaio a struttura lignea è completato superiormente da un tavolato di chiusura che sostiene le pavimentazioni; tale elemento può essere a sua volta in legno o con tavelle piene o tavelloni in laterizio. Il solaio classico è composto da una base di travetti di sostegno su cui vengono fissate delle assi per formare un piano sopra al quale è possibile posare un’ulteriore pavimentazione.
In passato, spesso si faceva ricorso a tronchi di alberi come abeti o larici per la realizzazione dei solai in legno. Tuttavia, nei solai in legno contemporanei, si fa un uso esclusivo del legno lamellare che offre il vantaggio di coprire luci maggiori rispetto a quanto fosse possibile con le tecniche tradizionali. L’utilizzo del legno lamellare rappresenta una soluzione moderna e altamente efficiente per la progettazione di solai in legno.
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La struttura portante di un solaio è caratterizzata da un’orditura principale composta principalmente da travi lignee, che possono assumere diverse sezioni, come circolari o rettangolari. In base all’organizzazione delle travi, i solai in legno si suddividono in:
- Solaio in legno a orditura semplice: un solaio di questo tipo dispone unicamente di un’orditura principale, la quale è composta da travetti con sezione quadrata. Questa configurazione strutturale ricorda il design tipico del solaio alla veneziana ed è particolarmente adatta per ambienti che sono lunghi e stretti. La continuità del solaio viene garantita dalla disposizione di un tavolato di collegamento tra le varie travi principali.
- Solaio in legno a doppia orditura: questo tipo di struttura è costituito da due componenti portanti fondamentali: le travi principali, collocate ad intervalli regolari e i travetti disposti perpendicolarmente ad esse. La combinazione di queste due parti forma una struttura solida e affidabile che offre la capacità di coprire ambienti di dimensioni considerevoli, rendendola una scelta popolare nella progettazione e costruzione di edifici di varie tipologie. Le travi principali sono posizionate ad un interasse di 2/4 metri, ordendo le stesse secondo la dimensione minore dell’ambiente.
- Solaio in legno a tripla orditura: è una soluzione prescelta per ambienti di ampie dimensioni o con carichi significativi. L’orditura principale è solitamente costituita da travi rinforzate con saette, contraffissi o tiranti. Alcuni solai possono anche impiegare travi di grandi dimensioni.
- Solaio in legno a cassettoni: in questa configurazione l’orditura secondaria è costituita da travi simili in dimensioni e spessore a quelle utilizzate per l’orditura primaria. Le due serie di travi sono collegate tra loro mediante dispositivi metallici che formano un graticcio bidirezionale. Questo graticcio è progettato per distribuire uniformemente i carichi su tutti i lati della struttura. Questo tipo di soluzione è particolarmente adatto per ambienti con una pianta quadrata o con lati di lunghezza molto simile, in quanto contribuisce a garantire una distribuzione equa dei carichi sulla superficie del solaio.
All’interno di queste strutture è possibile trovare elementi secondari aggiuntivi che hanno il compito di riempire gli spazi tra le travi principali. Questi elementi possono includere tavole in legno (tavolato o assito), tavolato con giunti allineati, tavolato con giunti sfalsati, un incannucciato su cui poggia un massetto, o elementi lignei ottenuti dalla segagione dei tronchi, noti come panconcelli. In alternativa, si possono utilizzare elementi in laterizio, come pianelle in cotto o tavelle, oppure ancora elementi in laterizio con voltine di mattoni forati. In alcuni casi, le lastre di pietra possono essere posizionate alle estremità del solaio, soggette a flessione.
Progettazione, Calcolo e Normativa per la Sicurezza
Il solaio è una struttura complessa che deve essere calcolata e progettata con grande attenzione a garanzia della resistenza, in modo sicuro e affidabile, alle sollecitazioni a cui è sottoposta. L’analisi dei carichi di un solaio rappresenta una tappa di primaria importanza nell’ambito della progettazione e dell’ingegneria strutturale. Tale procedura richiede una valutazione precisa della distribuzione dei pesi e delle azioni che agiscono sulla struttura. Il suo ruolo fondamentale è assicurare che il solaio sia in grado di sopportare i carichi e le sollecitazioni a cui è sottoposto senza mettere a rischio la sua integrità strutturale.
Fasi del Calcolo di un Solaio in Legno
Per il calcolo di un solaio in legno le operazioni che vengono compiute sono volte a verificare che gli elementi predimensionati siano sufficienti a sostenere i carichi applicati. Dunque, le operazioni che vengono condotte sono:
- Predimensionamento: degli elementi strutturali in funzione dello schema strutturale del solaio, del tipo di legno scelto e dell’interasse fra gli elementi che si è scelto: trave; travetto (presente se il solaio è a doppia orditura); tavolato.
- Analisi dei carichi: effettuato il predimensionamento si potrà passare all’analisi dei carichi, cioè alla valutazione di pesi agenti sul solaio.
- Analisi strutturale: effettuata l’analisi dei carichi si passa all’analisi strutturale volta alla valutazione delle sollecitazioni indotte dai carichi agenti sul solaio.
- Verifica degli elementi strutturali: note le sollecitazioni si potrà passare alla fase di verifica degli elementi strutturali, operazione volta a dimostrare che la capacità strutturale sia maggiore della domanda e dunque che il solaio sia capace di sostenere i carichi applicati.
Nel caso di solai in legno le verifiche che vengono eseguite sono per la trave principale, il travetto e il tavolato, riguardando la flessione semplice retta, la verifica a taglio e la deformazione. Inoltre, si dovrà sempre effettuare la verifica di deformabilità, prestando maggiore attenzione quando i carichi accidentali previsti si riferiscono a pesi applicati nella loro completa entità e per lunga durata (ad esempio, biblioteche, archivi, magazzini permanenti, ecc.) in modo da evitare deformazioni permanenti per effetto del flauge. Per flauge si intende il fenomeno che induce deformazioni progressive a parità di carico oltre quelle elastiche istantanee. Nel legno è particolarmente evidente tanto che le deformazioni iniziali, in funzione anche di umidità e temperatura, possono quadruplicarsi nel tempo.
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Lo spessore minimo dei solai a portata unidirezionale che non siano di semplice copertura non deve essere minore di 1/25 della luce di calcolo ed in nessun caso minore di 12 cm. Il sovraccarico di un piano come un solaio di un soppalco in legno o cemento, deve rispettare alcune regole specifiche in merito alla staticità della struttura.
Aspetti Normativi: L'Eurocodice 5
Nell’ambito della progettazione di solai in legno è fondamentale comprendere appieno gli aspetti normativi, con particolare attenzione all’Eurocodice 5, rappresentato dalla norma UNI EN 1995-1-1. Questa regolamentazione fornisce un quadro completo per la progettazione delle strutture in legno, incorporando regole generali insieme a direttive specifiche per gli edifici. L’Eurocodice 5 si applica a una vasta gamma di strutture, tra cui: legno massiccio; legno segato; legno piallato o sotto forma di pali; legno lamellare incollato; prodotti strutturali a base di legno, come LVL; pannelli a base di legno, uniti mediante adesivi o collegamenti meccanici.
La scelta dei criteri di verifica in fase di progettazione è un aspetto di fondamentale importanza. Questa selezione non solo mira a soddisfare requisiti funzionali e di comfort, ma rappresenta anche un elemento chiave nella valutazione economica complessiva del progetto. Il progettista, in conformità con la normativa vigente, collabora con il committente per definire le prestazioni richieste al solaio per l’intera durata della sua vita utile. Questa definizione deve tener conto non solo delle esigenze funzionali ma anche delle implicazioni economiche delle scelte effettuate.
Classi di Servizio e Durata del Carico secondo Eurocodice 5
I valori di calcolo per le proprietà del materiale, a partire dai valori caratteristici, si assegnano con riferimento combinato alle classi di servizio e alle classi di durata del carico. Si riportano per comodità alcuni valori e definizioni dettati dalle normative vigenti:
| Parametro | Descrizione | Esempio/Valore |
|---|---|---|
| Coefficiente parziale di sicurezza (γM) | Coefficiente di sicurezza relativo al materiale. | 1.45 (per legno lamellare) |
| Coefficiente Kmod | Correttivo che tiene conto dell’effetto, sui parametri di resistenza, sia della durata del carico sia dell’umidità della struttura. | Per carichi di media durata: 0.800 (Classe 1, legno massiccio/lamellare); Per soli carichi permanenti: 0.600 |
| Classi di durata del carico | Definiscono il periodo di tempo in cui si prevede che un carico agisca sulla struttura. | Permanente, Lunga durata, Media durata, Breve durata, Istantanea |
| Classe di servizio 1 | Umidità del materiale in equilibrio con l'ambiente a una temperatura di 20 °C e un'umidità relativa dell'aria circostante che non superi il 65%, se non per poche settimane all'anno. | Ambienti interni riscaldati |
| Classe di servizio 2 | Umidità del materiale in equilibrio con l'ambiente a una temperatura di 20 °C e un'umidità relativa dell'aria circostante che superi l'85% solo per poche settimane all'anno. | Ambienti coperti ma non riscaldati |
| Classe di servizio 3 | Umidità più elevata di quella della classe di servizio 2. | Ambienti esterni esposti |
Considerazioni Sismiche e Deformazioni
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. L’attuale contesto normativo non può far dimenticare al progettista che il consolidamento di un solaio può (e deve) essere anche una occasione per intervenire sul comportamento sismico dell’edificio con ricerca di soluzioni e dettagli di consolidamento che migliorino il comportamento strutturale globale, con particolare riferimento alla prevenzione del ribaltamento delle murature ed al miglioramento del comportamento scatolare dei muri portanti.
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I solai in legno, essendo tendenzialmente leggeri, soffrono di problematiche legate alla deformazione eccessiva e alla vibrazione (stati limite di servizio). È necessaria quindi una progettazione accurata per evitare questi problemi. In secondo luogo, è essenziale considerare l’analisi delle vibrazioni dei solai in legno. A causa della loro ridotta massa e rigidezza, possono essere suscettibili di fenomeni di risonanza o di accelerazioni che compromettono il comfort degli utenti. Questo rende necessari adeguamenti in loco che, spesso, sono complessi da realizzare o comportano costi significativi.
Vantaggi dei Solai in Legno
I solai in legno sono apprezzati non solo per il loro aspetto estetico, ma anche per una serie di pregi funzionali e pratici che li rendono una scelta attraente nella progettazione di edifici. I solai in legno rappresentano una soluzione costruttiva moderna, versatile e sostenibile, che offre numerosi vantaggi rispetto ai solai tradizionali in cemento armato o laterizio. Tra questi:
- Leggerezza strutturale e flessibilità: questa caratteristica contribuisce a ridurre il carico complessivo sull’edificio, il che può essere particolarmente vantaggioso in costruzioni con limitazioni di carico o in ristrutturazioni. La leggerezza dei solai in legno li rende ideali per la costruzione di piani superiori in edifici esistenti. I solai in legno possono essere progettati per adattarsi a una vasta gamma di esigenze strutturali, compresi edifici residenziali, commerciali o industriali.
- Elevato isolamento termico: Il legno è un materiale isolante naturale che permette di ottenere un ottimo comfort abitativo in tutte le stagioni.
- Resistenza sismica: I solai in legno sono realizzati con legname strutturale certificato e ad alta resistenza, garantendo un’elevata sicurezza antisismica.
- Rapidità di costruzione: I solai in legno vengono prefabbricati in stabilimento e poi assemblati in cantiere, il che significa che i tempi di costruzione sono notevolmente più brevi rispetto ai solai tradizionali in cemento armato.
- Versatilità architettonica: Il solaio in legno offre una grande libertà di progettazione, permettendo di realizzare diverse forme e geometrie.
- Materiali ecocompatibili e sostenibilità ambientale: Il legno è una risorsa rinnovabile e il suo utilizzo nella costruzione di solai contribuisce a ridurre l’impatto ambientale dell’edificio. Oltre ai vantaggi sopraccitati, i solai in legno possono contribuire al conseguimento degli obiettivi di efficienza energetica e di riduzione delle emissioni di gas serra previsti dalla normativa europea.
- Benessere abitativo: Il legno è un materiale naturale che crea un’atmosfera calda e accogliente all’interno dell’abitazione.
- Resistenza e durabilità: Nonostante la sua leggerezza, il legno offre un’elevata resistenza meccanica e una notevole durabilità nel tempo.
Analizzando ad esempio il rapporto f/ρ (resistenza a compressione/massa volumica) o E/f (modulo elastico/resistenza a compressione) per un legno di conifera GL24, è possibile osservare come l’efficienza di questo materiale sia paragonabile a quella dell’acciaio e superiore a quella del calcestruzzo (Piazza et al., 2009).
Criticità e Degradazione dei Solai in Legno
Negli ultimi anni, si è assistito alla rapida diffusione dei sistemi costruttivi in legno che, però, hanno anche evidenziato alcune criticità legate alla durabilità del materiale, di per sé stesso marcescibile. Si tratta di un aspetto di vitale importanza da affrontare con consapevolezza e rigore per garantire il futuro di un settore in crescita.
Oltre all’analisi del materiale “legno” e il suo degrado, vengono affrontate le cause e i meccanismi patologici delle tecnologie costruttive attualmente più diffuse e delle finiture, studiando i punti critici della durabilità di un edificio in legno (attacco a terra, coperture, terrazzi e impermeabilizzazioni, impianti) con esemplificazioni tratte dalla pratica progettuale e dalle esperienze in cantiere. Possono incidere sullo stato di salute dei solai anche alcune cause esterne tra cui possibili eventi eccezionali, come sismi, allagamenti o incendi.
Per prevenire questo problema è fondamentale prestare attenzione alle condizioni del solaio, che spesso fornisce qualche avviso, come possibili crepe, avvallamenti, infiltrazioni o distacchi localizzati. I problemi strutturali, invece, 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. Una volta osservata la presenza di uno di questi “sintomi” è opportuno andare alla radice del problema, indagando sullo stato dell’intera struttura.
Un esempio concreto è il caso di un solaio in maltapaglia con travi in legno che con il passare del tempo (la casa ha 150 anni) si sono ammalorate per la presenza di funghi. Infatti, il forte carico prolungato risulta una delle fondamentali cause di deperimento delle strutture in legno. Nei casi pratici si possono riscontrare sezioni che non sono state dimensionate correttamente per i carichi di lunga durata e presentano deformazioni permanenti tali da rendere inservibili gli elementi costruttivi.
Interventi di Consolidamento e Rinforzo
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. Se è necessario correggere problematiche relative a luci eccessive o a deformazioni, è da valutare l’inserimento di una trave rompitratta. Infine, 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. Capita spesso di dover aumentare la portata di un solaio in legno costruito decenni fa, banalmente per un cambio di destinazione.
Il costo di interventi di rinforzo del solaio può variare in base a diversi fattori. Di solito si parla di 60-150 euro a metro quadro. La notazione a parte è relativa alle metodologie di consolidamento che devono essere volte non solamente al recupero tout-court.
A volte, per risolvere problemi di spessore finale o di appoggi problematici, si possono prescrivere staffe ad L fissate alla trave con un tot di viti, un approccio che porta a portata garantita e assenza di oscillazioni. Per affrontare la questione "che altre soluzioni possono essere previste oltre che all'utilizzo di putrelle in ferro/acciaio a sostegno delle travi di legno? Dato il prezzo del ferro di questi tempi usare delle travi precompresse di cemento?", è importante considerare le nuove tecnologie.
Solai Ibridi: L'Innovazione Legno-Calcestruzzo
Nella costruzione moderna l'integrazione di materiali differenti ha permesso di affinare tecniche edilizie che sfruttano i punti di forza di ciascun componente. Grazie alla rigidezza del cemento armato anche il sistema costruttivo post-and-slab può ora essere ripensato con un approccio ibrido che combina i benefici strutturali del legno con la solidità del calcestruzzo.
Il sistema Rothoblaas TC FUSION permette di unire i pannelli non più tramite incollaggio, bensì tramite una connessione legno-calcestruzzo-legno. Grazie alla rigidezza del cemento armato, i solai così realizzati risultano particolarmente resistenti alla deformazione e alle vibrazioni, consentendo una maggiore distanza tra le colonne rispetto ai canonici 6 m. L’optimum si ottiene quando si combina TC FUSION con una soletta collaborante, che aumenta le prestazioni del solaio realizzando una “sezione mista”.
La tecnologia su cui si basa TC FUSION è in realtà molto semplice, affidabile e ben conosciuta dagli ingegneri, si tratta, per semplificare, di viti e cemento armato. Le viti, certificate per legno e calcestruzzo, sono inserite in parte nel legno e in parte nel cemento armato e permettono di trasferire gli sforzi tra i due materiali. TC FUSION unisce la semplicità e la precisione della costruzione in legno alle tolleranze tipiche della costruzione in cemento armato, risolve le discontinuità dei pannelli in X-LAM e rende più semplice il loro trasporto in cantiere. Con TC FUSION è finalmente disponibile una combinazione di viti e barre di rinforzo strutturale che risolve la giunzione di strutture ibride, situazioni di prefabbricazione e sistemi post-and-slab.
Il sistema pilastro-solaio è particolarmente adatto per edifici residenziali, commerciali e strutture pubbliche dove l'estetica del legno e la solidità del cemento possono essere combinate per creare ambienti sicuri, duraturi e visivamente piacevoli. Il sistema SPIDER di Rothoblaas è nato con l’obiettivo di realizzare connessioni tra colonne e solai capaci di sopportare grandi carichi, per permettere di sviluppare la costruzione in altezza e per ridurre al minimo il numero di colonne.
L'Importanza del Professionista
Per qualsiasi intervento su un solaio in legno, è assolutamente necessario fare controllare il tutto da un ingegnere. Ti consiglio di rivolgerti ad un tecnico. L'ingegneria strutturale garantisce sicurezza e durabilità alle costruzioni. La progettazione della stratigrafia di un solaio in legno richiede competenze specifiche e deve essere effettuata da un progettista esperto, che consideri le specifiche esigenze del progetto e le normative vigenti. Senza un progetto e una direzione lavori, non si dovrebbe procedere autonomamente.
Con noi di Gruppo Nulli, questo concetto si evolve, grazie all’unione tra la passione per i materiali naturali e le tecnologie moderne. Da oltre 70 anni, diamo vita a soluzioni che combinano l’estetica calda e accogliente del legno con la resistenza strutturale del calcestruzzo, grazie al sistema PREPANEL®. Ogni progetto è frutto di un equilibrio perfetto tra tradizione e innovazione, creato per soddisfare anche le esigenze più complesse.