La creazione e la modifica di aperture nei solai, in particolare durante interventi di ristrutturazione, rappresentano operazioni complesse che richiedono una scrupolosa attenzione sia alla sicurezza dei lavoratori che all'integrità strutturale dell'edificio. Questo articolo esplora il quadro normativo di riferimento, le tecniche di intervento per la cerchiatura delle aperture e le metodologie di rinforzo per solai esistenti, con un focus specifico sull'utilizzo di tavole di legno orizzontali.
Il Quadro Normativo per la Sicurezza nei Cantieri
Il Titolo IV del Testo Unico sulla Sicurezza sul Lavoro (D.Lgs. 81/2008) riguarda le disposizioni relative alla salute e sicurezza nei cantieri temporanei o mobili, con l'obiettivo di prevenire infortuni e incidenti sul lavoro. Questo titolo è suddiviso in vari capi e sezioni che trattano diversi aspetti relativi alla sicurezza nei cantieri.
Il Capo II, in particolare, "Norme per la prevenzione degli infortuni sul lavoro nelle costruzioni e nei lavori in quota", si articola in varie sezioni che trattano specificamente la prevenzione degli infortuni in contesti particolarmente rischiosi, come i lavori di costruzione e quelli in quota.
Protezione delle Aperture: L'Articolo 146
All'interno della Sezione VII, intitolata "Costruzioni edilizie", che fornisce le misure di sicurezza specifiche per i lavori di costruzione edile, con particolare attenzione alla prevenzione degli infortuni, troviamo l'Art. 146 - Difesa delle aperture. Questo articolo stabilisce la necessità di proteggere, tutte le eventuali aperture, lasciate nei solai per diversi motivi, al momento stesso del disarmo al fine di evitare la caduta di persone.
Dispositivi di Protezione Individuale (DPI) e Misure Generali
La sicurezza in cantiere è garantita anche dall'uso corretto e costante dei Dispositivi di Protezione Individuale (DPI), come indicato dagli Art. 75-78 del D.lgs. 81/2008. È fondamentale Utilizzare sempre i dispositivi di protezione individuali previsti e Verificare l’uso costante dei D.P.I. da parte di tutto il personale operante. Di seguito, una sintesi dei principali DPI e delle loro finalità:
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| DPI | Descrizione e Riferimento Normativo |
|---|---|
| Elmetto di protezione | Dispositivo utile a proteggere il lavoratore dal rischio di offesa al capo per caduta di materiale dall'alto o comunque per contatti con elementi pericolosi (Art. 75 - 77 - 78 , Allegato VIII - punti 3, 4 n.1 del D.lgs. 81/2008). |
| Occhiali di protezione | Con lente unica panoramica in policarbonato trattati anti graffio, con protezione laterale (Art. 75 - 77 - 78, Allegato VIII-punto 3, 4 n.2 del D.lgs. 81/2008). |
| Protettori dell'udito | In spugna di PVC, inseriti nel condotto auricolare assumono la forma dello stesso. Requisiti generali (Art. 75 - 77 - 78, Allegato VIII - punti 3, 4 n.3 del D.lgs. 81/2008). |
| Mascherina per protezione vie respiratorie | Per la protezione di polveri a media tossicità, fibre e aerosol a base acquosa di materiale particellare >= 0,02 micron (Art. 75 - 77 - 78 , Allegato VIII-punto 3, 4 n.4 del D.lgs. 81/2008). |
| Guanti di protezione | Da utilizzare nei luoghi di lavoro caratterizzati dalla presenza di materiali e/o attrezzi che possono causare fenomeni di abrasione /taglio/perforazione delle mani (Art. 75 - 77 - 78, Allegato VIII - punti 3, 4 n.5 del D.lgs. 81/2008). |
| Scarpe antinfortunistiche | Per prevenire ferite degli arti inferiori e suola antiscivolo e per salvaguardare la caviglia da distorsioni (Art. 75 - 77 - 78, Allegato VIII - punti 3, 4 n.6 del D.lgs. 81/2008). |
| Cintura di sicurezza/Imbracatura | Utilizzata in edilizia per la prevenzione da caduta di persone che lavorano in altezza su scale o ponteggi. Da utilizzare con cordino di sostegno (Art. 75 - 77 - 78, Allegato VIII punti 3, 4 n.9 del D.lgs. 81/2008 UNI EN 361/358 (2003)). |
Tra le altre precauzioni generali, si ricorda la necessità di evitare i depositi dei blocchi di laterizio sui ponteggi esterni: quelli consentiti, e strettamente necessari all'andamento del lavoro, non devono eccedere in altezza la tavola ferma piede (Art.124 del D.lgs. 81/2008). È inoltre fondamentale predisporre tutti gli interventi tecnici, organizzativi e procedurali concretamente attuabili al fine di ridurre al minimo i rischi derivanti dall’esposizione al rumore (Art.192 del D.lgs. 81/2008).
La Cerchiatura di un Foro nel Solaio: Cos'è e Perché è Fondamentale
Negli interventi di ristrutturazione, è frequente la necessità di creare aperture nel solaio per rifunzionalizzare gli spazi interni e prevedere nuovi collegamenti verticali tra i diversi livelli di un edificio esistente. La cerchiatura di un foro in un solaio è un intervento strutturale che richiede una conoscenza approfondita delle dinamiche dei materiali, delle sollecitazioni e l’utilizzo di software per il calcolo strutturale.
In edilizia, la cerchiatura è un intervento strutturale che consiste nel rinforzare l’area attorno a un foro praticato in un solaio o in una parete in muratura portante. Questo procedimento è necessario quando si interviene su una struttura esistente per realizzare aperture o ridimensionare porte, finestre, vani ascensore o scale, ecc.
La cerchiatura è fondamentale per prevenire la compromissione della stabilità della struttura, che può verificarsi quando vengono rimosse porzioni significative di materiale necessario a garantire il funzionamento dell’elemento strutturale portante. L’obiettivo principale della cerchiatura è garantire la sicurezza dell’edificio. Quando si crea un’apertura, si riduce la superficie portante del solaio, aumentando il rischio di sollecitazioni e tensioni che possono portare a cedimenti o fenomeni di fessurazione. La cerchiatura distribuisce i carichi in modo uniforme, mantenendo l’integrità strutturale.
Metodi di Realizzazione per Solai in Latero-cemento
La realizzazione di un foro in un solaio richiede un’analisi attenta delle modalità di intervento, in funzione delle dimensioni e delle condizioni strutturali esistenti. Di seguito vengono approfonditi tre metodi principali per effettuare una cerchiatura in un solaio in latero-cemento:
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- Cerchiatura per piccole aperture: Questo metodo è adatto nei casi in cui si ha necessità di aprire fori di dimensioni ridotte, con direzione prevalente parallela ai travetti. In questo caso, l’intervento coinvolge uno o due travetti, minimizzando le modifiche allo stato ante-operam. L’intervento prevede la realizzazione di due travi trasversali (il cosiddetto ‘bilancino’) che vengono ancorate ai travetti sul bordo del foro. Queste travi devono essere dimensionate per sopportare il carico dei tratti di travetti che vengono rimossi per la realizzazione del foro nel solaio.
- Cerchiatura per aperture medie: I travetti a bordo del foro devono essere verificati sia a flessione che a taglio. In questo caso, si ripristina la continuità dei travetti tagliati mediante una cerchiatura in calcestruzzo armato che interessa tutti e quattro i lati del foro. Nello specifico, si prevedono due travi trasversali (T1 e T2) e due travi longitudinali (L1 e L2), che creano una cerchiatura intorno al foro. Questa configurazione mantiene l’orditura originale nella zona del foro, senza alterare significativamente lo schema statico.
- Cerchiatura per grandi aperture: Le travi longitudinali hanno il compito di trasferire le sollecitazioni che prima del taglio erano sostenute dai travetti. Qui è richiesta una riqualificazione più complessa della zona interessata. In pratica, occorre rimuovere interamente i travetti e ricreare due campi di solaio con un’orditura ruotata e sostenuta grazie alla realizzazione di due cordoli di bordo. Le nuove travi devono essere ancorate in modo adeguato, garantendo stabilità e sicurezza. Le due nuove porzioni di solaio ricostruire con orditura ruotata devono essere calcolate utilizzando schemi di appoggio limite come “appoggio-appoggio” e “incastro-incastro”.
Fasi di Esecuzione di una Cerchiatura di un Solaio
La validità delle ipotesi teoriche alla base del progetto è strettamente legata alla corretta esecuzione in cantiere. È essenziale garantire che le nuove strutture siano collegate in modo appropriato a quelle esistenti. Ciò si ottiene attraverso ancoraggi chimici o mediante una demolizione controllata che preservi le armature esistenti. Un collegamento inadeguato può rendere inefficaci le soluzioni progettuali e compromettere la sicurezza dell’intero intervento. Quando si eseguono interventi di cerchiatura in un solaio in latero-cemento, è fondamentale seguire un protocollo preciso per garantire la sicurezza e l’efficacia dell’intervento. Ogni fase deve essere eseguita con attenzione ai dettagli costruttivi, in quanto eventuali errori possono compromettere la stabilità strutturale. Di seguito sono descritte le fasi principali del processo:
- Fase 1: Puntellamento del solaio. La prima fase consiste nel puntellare l’intero solaio seguendo le indicazioni fornite dalla Direzione Lavori. Questa operazione è cruciale per garantire la stabilità del solaio durante le successive fasi di lavorazione. In questa fase si procede già alla predisposizione della casseratura nella zona del foro.
- Fase 2: Taglio dei travetti. Successivamente, si procede al taglio dei travetti interessati dal foro. È importante effettuare il taglio oltre il perimetro interno dell’apertura, in modo da garantire un ancoraggio efficace alla sezione del cordolo della cerchiatura. La lunghezza del taglio deve essere calcolata tenendo conto del diametro e delle caratteristiche meccaniche dei ferri e del calcestruzzo, assicurando così un adeguato supporto strutturale.
- Fase 3: Rimozione del calcestruzzo delle armature esistenti. Nella terza fase, si procede alla scopertura delle armature dei travetti tagliati. Questa operazione richiede la demolizione del calcestruzzo fino ad almeno metà della larghezza del cordolo. È fondamentale prestare attenzione durante questa fase per evitare di compromettere le armature esistenti.
- Fase 4: Posizionamento delle armature della cerchiatura. Dopo aver scoperto le armature, si procede a disporre le armature del cordolo della cerchiatura. I ferri dei travetti tagliati devono essere ripiegati in modo appropriato e ancorati all’armatura del cordolo trasversale. Questa fase è cruciale per garantire la continuità strutturale tra le nuove e le vecchie parti del solaio.
- Fase 5: Casseratura e getto del calcestruzzo. Infine, si procede alla casseratura dei lati interni del foro e si esegue il getto del calcestruzzo. È fondamentale assicurarsi che la casseratura sia robusta e ben fissata per evitare deformazioni durante il getto. Dopo l’esecuzione del getto, i puntelli e la casseratura devono rimanere in posizione fino al completo raggiungimento della maturazione del calcestruzzo, garantendo così la stabilità del nuovo elemento strutturale.
Cerchiatura
Rinforzo dei Solai Lignei Esistenti e Protezione con Tavole Orizzontali
Il rinforzo dei solai lignei esistenti negli edifici tradizionali in muratura rappresenta, dal punto di vista del progetto di recupero della struttura, una delle criticità più frequenti con cui i progettisti si devono interfacciare. In molti edifici italiani, anche non vincolati, vi sono molti solai di piano coperture realizzate con travi di legno e doppio tavolato superiore quale legame strutturale orizzontale ed altro per il tetto.
Prescindendo dal tentare di elencarle tutte, si può far riferimento al documento CNR DT201/2005 che isola due caratteristiche tipologiche fondamentali: l’ordito e l’impalcato. L’ordito è costituito da uno o più ordini di travi, tessuti in direzioni fra loro ortogonali (in genere, un’orditura principale, costituita dalle travi, ed un’orditura secondaria, costituita dai travetti). L’ordito ha la funzione statica di resistere alle azioni verticali dovute al peso proprio, al peso degli elementi di impalcato e delle parti di completamento all’intradosso e all’estradosso, nonché al peso di eventuali tramezzi ed all’azione dei sovraccarichi variabili. L’impalcato è costituito nella sua configurazione più semplice, da un elemento piano realizzato da uno o più strati di tavole di legno tra loro accostate, o anche realizzato da pianelle di laterizio appoggiate ai travetti.
Evoluzione delle Tecniche di Rinforzo per Solai Lignei
La necessità di adeguare i diaframmi ai carichi d’esercizio suggeriti dalle vigenti normative, magari in presenza di un cambio di destinazione d’uso (specialmente nel caso di edifici storici di pregio), richiede il ricorso a delle tecniche in grado di incrementare sia la resistenza che la rigidezza fuori piano dei solai. È ormai assodato che il comportamento di piano degli orizzontamenti gioca un ruolo fondamentale nel determinare la performance sismica di un edificio in muratura, sia dal punto di vista della risposta globale che dal punto di vista dei meccanismi locali.
La soluzione più naturale sembrò quella di sostituire i solai lignei con solai in latero-cemento: “Qualora i solai siano avvallati e comunque deteriorati, sì da non possedere adeguata rigidezza nel proprio piano, essi devono essere sostituiti con solai in cemento armato ordinario o precompresso, ovvero in acciaio” [DM 2/7/1981]. Vent’anni dopo, il terremoto del Molise (2002) evidenziò seri limiti relativi a tale pratica. In murature di scarsa qualità meccanica e tessitura irregolare, la realizzazione di cordoli in breccia è infatti spesso causa di un pericoloso indebolimento locale con alterazione dei flussi di tensione legati ai carichi verticali [Borri, (2004)]. A ciò si unisce un possibile effetto "lama" esercitato dal solaio rigido sull’area indebolita dallo scasso.
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Il passo successivo dunque, al fine di ottenere un rinforzo/irrigidimento che sia efficace sia nel piano che fuori-piano, è stato quello di realizzare una soletta in calcestruzzo resa collaborante con i travetti tramite l’inserimento di connettori di varia natura. Tale tecnica ha goduto e gode tuttora di ampio favore tra i professionisti del settore. Meno “invasiva” di una sostituzione del solaio ligneo con uno in latero-cemento, la soluzione della cappa collaborante comporta tuttavia un notevole incremento di massa (e dunque di carico inerziale) rispetto alla configurazione originaria.
Le Tecniche di Rinforzo "Legno-Legno" con Tavole Orizzontali
Ecco quindi che le tecniche di rinforzo cosiddette “legno-legno”, grazie al peso specifico del legno che è minore di un quinto di quello del calcestruzzo, rappresentano una valida alternativa alla soluzione con soletta collaborante in conglomerato cementizio. Inoltre la possibilità di realizzare a secco, qualora si utilizzino viti, un intervento di rinforzo totalmente reversibile, rappresenta un sicuro punto di forza quando si tratta di intervenire su edifici soggetti a tutela.
La Circolare 02 febbraio 2009 n°617/C.S.LL.PP chiarisce che: "Nei casi in cui risulti necessario un consolidamento statico del solaio per le azioni flessionali, è possibile, con le tecniche legno-legno, conseguire contemporaneamente l’irrigidimento nel piano e fuori dal piano, posando sul tavolato esistente, longitudinalmente rispetto alle travi dell’orditura, dei nuovi tavoloni continui, resi collaboranti alle travi mediante perni anche di legno, irrigiditi nel piano del solaio con l’applicazione di un secondo tavolato di finitura."
I tavoloni possono essere realizzati in legno massiccio oppure si possono impiegare travi in legno lamellare disposte su un fianco (Figura 2a). Alternativamente è possibile fare ricorso a dei pannelli X-lam che, essendo più “stabili dimensionalmente” nei confronti di variazioni del contenuto d’acqua, possono essere posti in adiacenza ed assolvere così contemporaneamente alla funzione di irrigidimento fuori-piano e nel piano, senza necessità di un tavolato di rinforzo aggiuntivo (Figura 2b).
Studi Sperimentali sull'Efficacia delle Connessioni
Presso il Laboratorio di Prove Sperimentali dell'Università di Trento, sono stati condotti dei test per valutare l’efficacia di tali tecniche legno-legno. In particolare, l’attenzione è stata rivolta alla risposta fuori piano della soluzione con rinforzo in lamellare sdraiato. Sono stati testati quattro “campioni” costituiti da una trave in legno lamellare con un tavolone superiore e un tavolato intermedio, considerando quattro diversi sistemi di connessione con viti autofilettanti. Tra le configurazioni testate, vi erano l'uso di coppie di viti a doppio filetto in disposizione incrociata a 45°, viti a filetto continuo e viti standard a filetto singolo inserite a 90° rispetto all’orizzontale.
Per tutte le configurazioni è stato registrato un notevole incremento di rigidezza rispetto ai test eseguiti sui campioni con l’elemento di rinforzo in posizione ma senza la presenza dei connettori. Si è visto come l’utilizzo di viti in configurazione inclinata/incrociata, sfruttando la notevole rigidezza assiale dei connettori permetta di ottenere sistemi di connessione estremamente efficienti. Allo stato attuale però, mancano ancora indicazioni normative esaustive (specialmente per quanto riguarda la rigidezza) su come calcolare questa particolare tipologia di connessioni. In letteratura fortunatamente esistono dei modelli di calcolo [Tomasi et al. (2010)] che permettono di stimarne il comportamento con buona precisione (la differenza tra freccia sperimentale e freccia teorica per i primi tre solai è risultata attorno al 5%). Molto spesso, quando si tratta di recuperare solai lignei esistenti, ci si trova nella situazione di avere a disposizione spazi limitati per l’inserimento del rinforzo e dove la verifica di freccia risulta essere la verifica più vincolante.
In relazione alla descrizione e valutazioni del solaio con travi di legno, la verifica della sezione residua delle travi di legno dopo il tempo d'incendio previsto (30 -60 min) è cruciale. In un caso analogo a quello dei solai lignei, dove si presenta il problema della resistenza al fuoco, è stato utilizzato una protezione EI a lastre in fibrogesso posate all'estradosso, previa demolizione del pavimento, per raggiungere la resistenza EI. Questo perché il tavolato con i suoi 20-25mm non ha una resistenza significativa e cederà molto prima della trave.
Progettazione e Valutazione degli Interventi di Rinforzo
Quando si lavora su un edificio esistente, è fondamentale iniziare con l’individuazione della tipologia di intervento, in conformità a quanto previsto dalla normativa tecnica. Questo passaggio è cruciale per orientare correttamente la progettazione e definire le fasi operative da seguire. Escludendo quegli interventi di dimensioni tali da essere considerati privi di rilevanza, è necessario ricondursi sempre a una delle categorie di intervento previste dalla normativa.
Generalmente, praticare una cerchiatura nel solaio, è considerato un intervento locale perché non altera significativamente il comportamento globale della struttura e interessa solo una porzione dell’edificio. Possiamo di conseguenza affermare che la modifica di una porzione di solaio rientra tra gli interventi locali. Bisogna comunque valutare le conseguenze dell’intervento dal punto di vista globale.
Il progettista sarà quindi, tenuto a dimostrare agli organi di controllo che l’intervento di cerchiatura è adeguato a ripristinare la portanza ai carichi verticali del solaio e la rigidezza del solaio in termini di risposta alle azioni orizzontali. Per questi elementi devono essere valutate le sollecitazioni derivate dal collegamento con i travetti tagliati e quelli ancora integralmente in opera. Per questi elementi si devono considerare le sollecitazioni derivanti dal collegamento con le travi di collegamento del punto precedente e assumendo una collaborazione alla portanza dei carichi per la parte competente in termini geometrici.
La rigidezza è definita considerando un’azione orizzontale agente perpendicolarmente all’orditura del solaio. Vista la variabilità delle soluzioni circa la messa in opera del collegamento tra elementi nuovi ed esistenti dove essere valutato un sistema di vincolo con diversi gradi di incastro: semplice appoggio, incastro o semi-incastro. Le sollecitazioni flettenti e taglianti è opportuno che vengano valutate assumendo lo scarico concentrato degli elementi di collegamento primari se presenti, le azioni torcenti derivanti dal grado di vincolo posto in opera e dall’azione di carico considerata. Le sollecitazioni dovranno quindi essere valutate sia per la combinazione di calcolo SLU che per la combinazione di calcolo SLE rara. Per quest’ultima viene valutata anche la freccia massima in campata. Anche per questo rinforzo è opportuno valutare il contributo in termini di rigidezza. In alcuni situazioni di intervento è opportuno considerare anche un’incremento di rigidezza per il solaio oggetto di modifica. Nella progettazione di tali interventi, dunque, è sempre necessario far riferimento alle norme tecniche ed utilizzare un software per il calcolo strutturale che ti consente di rispondere ai parametri previsti dalla normativa vigente.