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. Per progettare edifici sicuri e funzionali, è necessario effettuare le verifiche di tutti gli elementi strutturali al fine di garantire la sicurezza della struttura.
Le Caratteristiche dei Solai in Legno e il Problema dell'Appoggio
I solai in legno sono i solai di concezione più antica. La struttura portante è caratterizzata da un’orditura principale più o meno complessa, costituita da travi lignee a sezione circolare o rettangolare.
Tipologie di Orditura dei Solai in Legno
I solai in legno possono essere classificati in base all’organizzazione delle travi:
- solai a semplice orditura, in cui le travi sono disposte secondo la minima dimensione dell’ambiente da coprire (utilizzati per luci fino a 3/4 m)
- solai a doppia orditura, in cui le travi principali sono disposte ad interasse di 2/4 m, secondo la dimensione minore dell’ambiente e una serie di travi secondarie di minore dimensione sono disposte perpendicolarmente
- solai a tripla orditura, sono utilizzati quasi esclusivamente per ambienti di grande luce o con carichi rilevanti, nei quali l’orditura principale è in genere costituita da travi armate con saette o con contraffissi e tiranti, oppure da travi composte di grandi dimensioni
- solai a cassettoni, nei quali l’orditura secondaria è inserita nello spessore della primaria (e ne ha la stessa dimensione) e, attraverso connessioni meccaniche, realizzando un graticcio piano bidirezionale
Può essere presente o meno un’orditura secondaria, che serve a riempire i vuoti, costituita da:
- tavole in legno (tavolato o assito)
- tavolato con giunti allineati
- tavolato con giunti sfalsati
- elementi in laterizio piani (pianelle in cotto o tavelle)
La Criticità dell'Appoggio delle Travi e le Soluzioni Tradizionali
L’appoggio delle travi di un solaio sul muro è un punto critico, perché si hanno elevate concentrazioni di sforzo. Per effetto degli sforzi di taglio si generano delle fessure che partono dagli spigoli della trave e vanno verso il basso con inclinazione a 45°. Per distribuire meglio il carico si usano alcuni corsi di mattoni (per muri in pietrame) oppure una tavola di legno duro o una lastra di pietra.
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Per evitare lesioni e frantumazione della muratura si frappone tra travicelli e/o travi principali e muro un elemento detto dormiente che ha una mera funzione di distribuzione del 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.
L'Evoluzione verso Solai Misti e Rinforzi in Acciaio
I solai in ferro rappresentano la naturale evoluzione tecnologica dei solai in legno. Oggi, 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 desidera 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.
Restauro e rinforzo di una Badia XI sec realizzazione di un nuovo solaio legno ferro
Soluzioni Miste Acciaio-Legno per Nuove Costruzioni e Ristrutturazioni
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. 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. Il software consente di gestire anche solai misti con trave in acciaio e soletta superiore in calcestruzzo, comprese configurazioni con elementi trasversali quali lamiera grecata o tavolato in legno. Nei solai misti la connessione tra gli elementi è un aspetto essenziale del comportamento strutturale.
In un progetto di modifiche interne, per ospitare una terrazza a tasca, è stata considerata la realizzazione di un solaio in acciaio-legno (senza soletta) sia per contenere l'incremento dei carichi sia per creare una struttura che non fosse "eccessivamente" rigida. La struttura in legno si adatta bene a interventi di questo tipo, non solo per il peso ridotto, ma anche per le condizioni di realizzazione relativamente semplici; si pensi alla lavorazione sul posto degli elementi di legno, in modo da adattarli al meglio all'esistente. È doveroso ricordare che una struttura di acciaio leggera - cioè senza solette o piastre in calcestruzzo armato - non è più pesante di una struttura di legno; e anche in relazione alla rigidezza complessiva della struttura le differenze non dovrebbero risultare particolarmente grandi. La soluzione acciaio-legno permette di coniugare l'efficacia strutturale della struttura lineare metallica (poche travi, di sezione ridotta, con appoggi concentrati sull'esistenza), con la leggerezza degli elementi piani e sottili di legno, che assicurano l'effetto piastra e l'irrigidimento orizzontale (effetto lastra) della struttura. Si tratta di una soluzione spesso interessante alla luce delle esigenze di peso ridotto, rigidezza e resistenza comunque sufficienti e montaggio semplice.
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La Mensola PBH: Un Componente Strutturale in Acciaio
La mensola PBH è una parte strutturale in acciaio utilizzata per appoggiare solai prefabbricati su travi. Viene generalmente utilizzata in lastre TT o travi secondarie posizionate tra le strutture portanti. La mensola PBH è una parte strutturale in acciaio gettata nelle lastre TT o nelle travi secondarie.
Durante il montaggio i carichi permanenti dell'elemento prefabbricato in calcestruzzo e del getto di completamento effettuato in cantiere vengono sorretti dalla mensola PBH e trasferiti alla struttura portante. Quando il getto di completamento è maturato, la capacità portante totale della costruzione è data quindi dalla resistenza della mensola PBH e dalla capacità portante della piastra.
Consolidamento e Rinforzo dei Solai in Legno Esistenti con Travi in Acciaio da Sotto
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. Nei solai in legno le deformazioni e le perdite di planarità sono spesso legate a fenomeni di rilassamento di tipo flessionale dell'orditura secondaria (travicelli) e di quella primaria. In questi casi il rinforzo strutturale deve migliorare la capacità portante senza sostituire gli elementi originari.
L’articolo illustra un intervento di rinforzo strutturale su un solaio in legno interessato da deformazioni in esercizio dovute a rilassamento flessionale dell’orditura. La soluzione adottata prevede un intervento esclusivamente all’intradosso, senza alterazioni degli ambienti sovrastanti, per mezzo di travi in acciaio integrate con funi e tenditori, anch'essi d'acciaio, operanti per contrasto con le strutture presenti, senza alcuna loro sostituzione.
L’intervento di consolidamento eseguito all’intradosso del solaio ha previsto la posa in opera di travi di acciaio profilato parallele a quelle esistenti di legno, posizionate sotto i travicelli, tra una trave portante di legno e l’altra.
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Nell’ultima fase dell’intervento è stato effettuato l’inserimento, tramite battitura, di cunei di acciaio fra le ali superiori dei profilati e i travicelli. Le funi di acciaio sono state fissate alle pareti per mezzo di perforazioni armate con barre filettate e golfari.
Questo tipo di intervento, il rinforzo dei solai in legno da sotto, è un’ottima alternativa quando non si può 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.
Aspetti Progettuali e Verifiche Strutturali
Per progettare edifici sicuri e funzionali, è necessario effettuare le verifiche di tutti gli elementi strutturali al fine di garantire la sicurezza della struttura. 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.
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 a valori di accelerazioni tali da non garantire il comfort degli utenti, rendendo così necessario interventi di adeguamento in opera spesso molto difficili da realizzare o dal costo elevato.
Per non correre alcun rischio, si suggerisce di affidarsi a strumenti completi e aggiornati alle norme in vigore, come il software di calcolo strutturale, la soluzione modulare per la progettazione strutturale di edifici nuovi ed esistenti in ferro, legno e cemento armato.