Il Solaio Copertura con Travi in Legno: Guida Completa alla Progettazione e Realizzazione

Il legno, materiale da costruzione primordiale, ha ritrovato negli ultimi anni una grande popolarità nel settore edile, specialmente per la realizzazione di solai e coperture. Questa diffusione è stata favorita dallo sviluppo delle normative di settore e dal progresso tecnologico, che ne hanno esaltato le qualità strutturali, estetiche e di sostenibilità.

Cos'è un Solaio in Legno e la sua Funzione

Il solaio è la parte di una struttura che consente di realizzare più piani in un edificio. Funge, da un lato, da copertura per il piano sottostante e, dall’altro, da piano di appoggio per il piano soprastante. Il solaio in legno è un componente strutturale essenziale all’interno di un edificio che separa un piano dall’altro.

I solai vengono progettati per sostenere e ripartire le azioni su di essi agenti. 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 quindi 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. I solai in legno sono una scelta versatile e sostenibile per ogni tipo di costruzione. Grazie alla loro leggerezza strutturale, offrono numerosi vantaggi, tra cui facilità di posa e tempi di realizzazione ridotti.

Tipologie e Composizione dei Solai in Legno

Il 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 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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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.

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.

Ulteriori classificazioni includono:

• Solaio in legno standard: Realizzato con travi di legno (massello o lamellare) disposti parallelamente e coperti con tavolato o pannelli in legno.
• Solaio a travi e travetti (doppia orditura): Costituito da travi principali portanti e travetti trasversali su cui di norma vengono posate delle pianelle in laterizio.
• Solaio a pannelli prefabbricati: Composto da pannelli in legno preassemblati, come i pannelli X-LAM o CLT (Cross Laminated Timber).

Il Solaio Prefabbricato in Legno Lamellare

Il pannello solaio in legno lamellare è prefabbricato e si utilizza per solai e tetti, ha ottime caratteristiche strutturali ed è già pronto per il montaggio. Il solaio in legno lamellare può essere utilizzato per luci fino a 18 m se in abbinamento ad un’orditura principale.

Ecco alcune delle sue caratteristiche tecniche e certificazioni:

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• Tipo di legno: Abete rosso (Larice su richiesta) - PEFC
• Spessore solaio: Standard da 80 a 280 mm (Spessori maggiori su richiesta)
• Durabilità: Classe di servizio 1 e 2 EN 1995-1-1
• Classe di resistenza pannello: GL24h UNI 11035-2003 - EN 338 - EN 14081-1
• Classe di resistenza delle travi lamellari di rinforzo all’intradosso: GL 24h (su richiesta anche: GL 28h, GL 28c, GL 30c e GL 32c)
• Norma di prodotto: EN 14080:2013
• Giunzioni a pettine: EN 385:2002
• Selezione: Meccanica conforme a DIN 4074-4 e a EN 14081-1
• Umidità del legno: 11% (+/- 2,5%) alla consegna
• Incollaggio: Colla trasparente resistente agli agenti atmosferici, emissione di formaldeide in classe E1. Conforme EN 301 per elementi costruttivi portanti e non portanti, per interni ed esterni.
• Peso: 470 kg/m³ (5,0 kN/m³ secondo EN 1991-1-1:2002 per i calcoli statici)
• Deformazione: Sul piano del pannello ~0,01% per % di variazione dell’umidità del legno.

La Copertura in Legno: Estetica e Funzionalità

La copertura, più comunemente detta tetto, ha la funzione di definire la parte superiore dell’edificio e di preservare l’ambiente interno dagli agenti atmosferici. Lo scopo essenziale delle coperture è impedire l’insorgere di umidità e opporre resistenza alle sollecitazioni di neve e vento. Il manto di copertura garantisce la tenuta dell’acqua, mentre la struttura portante ha il compito di sostenere il manto. Sulla forma della copertura influiscono vari fattori, tra cui quello geografico ed urbanistico.

Il tetto in legno rappresenta la perfetta combinazione di estetica naturale, innovazione e funzionalità. Ha notevoli vantaggi rispetto alle classiche coperture in latero-cemento: l'esecuzione è più veloce, il peso della struttura è minore ma allo stesso tempo garantisce una notevole resistenza. La duttilità del legno favorisce molteplici configurazioni creative nelle forme e finiture della copertura, adattandosi ad ogni tipo di stile architettonico dal classico al moderno.

Inoltre, le caratteristiche proprie del legno, quali la bassa conducibilità, l’elevata inerzia termica e l’alta igroscopicità generano un effetto positivo sulla qualità dell’aria all’interno dell’ambiente e sul benessere percepito. Grazie alle sue proprietà isolanti, un tetto in legno assicura un clima interno confortevole in tutte le stagioni, riducendo i costi di riscaldamento invernali e mantenendo la freschezza in estate.

La copertura è composta da un pacchetto di diversi strati. Le tipologie più comuni di tetti includono:

• Tetto a falde: La struttura più comune, caratterizzata da una o più falde inclinate per facilitare il deflusso dell'acqua piovana.
• Tetto a padiglione: Ha quattro falde che si incontrano in un punto centrale, formando un tetto piramidale.
• Tetto piano: Ha una pendenza minima e viene utilizzato principalmente in contesti moderni e per tetti abitabili o giardini pensili.
• Tetto ventilato: Dotato di uno spazio tra il manto di copertura e lo strato isolante, che permette la circolazione dell'aria.

La Stratigrafia: Chiave per le Prestazioni Ottimali

Progettare la stratigrafia con accuratezza è fondamentale per le prestazioni di tetti e solai in legno. Le prestazioni sono fortemente influenzate dalla stratigrafia utilizzata: particolare attenzione deve esser rivolta alla combinazione dei materiali da utilizzare per raggiungere le prestazioni strutturali, di traspirabilità, di bio-ecologicità, di durabilità, di isolamento termico ed acustico.

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Aziende specializzate come Zoppelletto possono affiancare i progettisti in queste scelte con consulenze specifiche, offrendo simulazioni igrotermiche in regime dinamico delle stratigrafie, verifiche strutturali con i più moderni software, progettazione della tenuta all’aria e al vento e valutazione del comportamento al fuoco. L’ampia gamma delle tipologie di materiali disponibili e le partnership con i migliori produttori permettono la realizzazione di quanto progettato.

Analisi dei Carichi e Calcolo Strutturale del Solaio in Legno

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. 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.

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:

1. Predimensionamento degli elementi strutturali: In funzione dello schema strutturale del solaio, del tipo di legno scelto e dell’interasse fra gli elementi. Questo include travi, travetti (se il solaio è a doppia orditura) e tavolato.
2. Analisi dei carichi: Una volta effettuato il predimensionamento, si procede alla valutazione dei pesi agenti sul solaio.
3. Analisi strutturale: Dopo l'analisi dei carichi, si passa alla valutazione delle sollecitazioni indotte dai carichi agenti sul solaio.
4. Verifica degli elementi strutturali: Note le sollecitazioni, si verifica che la capacità strutturale sia maggiore della domanda e che il solaio sia capace di sostenere i carichi applicati.

Le verifiche principali che vengono eseguite per travi principali, travetti e tavolato includono:

• Flessione semplice retta.
• Verifica a taglio.
• Verifica di deformazione.

Per la verifica di deformabilità, è cruciale prestare 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. 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. 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.

Per semplificare questo processo, è possibile utilizzare software specifici per la verifica di elementi in legno, con cui progettare sia nuove costruzioni che edifici esistenti con diverse tipologie di materiali.

Esempio di Dati per il Calcolo di un Solaio in Legno (Orditura Semplice)

Riportiamo alcuni dati e definizioni rilevanti per il calcolo, conformi alle normative vigenti, in particolare la NTC 2008 e la circolare del 02 febbraio 2009 n. 617:

Parametro	Descrizione / Valore Tipico
Normativa di riferimento	NTC 2008
Classe di servizio 1	Umidità del materiale in equilibrio con l'ambiente a 20°C, umidità relativa dell'aria < 65% (salvo brevi periodi).
Classe di servizio 2	Umidità del materiale in equilibrio con l'ambiente a 20°C, umidità relativa dell'aria > 85% (solo per brevi periodi).
Classe di servizio 3	Umidità più elevata di quella della classe di servizio 2.
Categoria carichi variabili	A - Ambienti ad uso residenziale.
Valore di calcolo Xd	Xk / (γM * Kmod) (dove Xk = valore caratteristico, γM = coefficiente parziale di sicurezza, Kmod = coefficiente correttivo).
Coefficiente parziale di sicurezza (γm)	1.45 per legno lamellare.
Kmod (carichi medi)	0.800 per carichi variabili di media durata (1 settimana - 6 mesi).
Kmod (carichi permanenti)	0.600 per soli carichi permanenti.
Coefficiente Kh	1.100 (incrementa resistenza per flessione/trazione in elementi con dimensioni specifiche).
Moduli elastici per deformazioni a lungo termine	Em,fin = Em / (1 + Kdef) e Gm,fin = Gm / (1 + Kdef) (con Kdef = 0.60 per Classe di servizio 1).
Verifiche di deformazione	Verifica U2i / L < 1/300 e Ufin / L < 1/200.

Per il calcolo delle deformazioni in esercizio, vengono considerate le deformazioni istantanee (per carichi permanenti e variabili) e la deformazione finale, che tiene conto del comportamento reologico del legno. Quest'ultima include un termine di deformazione differita, valutata moltiplicando la deformazione iniziale per un coefficiente Kdef che considera l'aumento di deformazione nel tempo dovuto all'effetto combinato di viscosità e umidità del materiale.

Aspetti Normativi e Progettuali: 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) e 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. La chiarezza di questi parametri si rivela fondamentale sia dal punto di vista ingegneristico che economico. In effetti, la valutazione dei costi complessivi della struttura è profondamente influenzata dalla selezione di tali parametri.

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.

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 del Solaio e della Copertura 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:

• 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.
• Isolamento termico e comfort ambientale: Le caratteristiche proprie del legno, quali la bassa conducibilità, l’elevata inerzia termica e l’alta igroscopicità, generano un effetto positivo sulla qualità dell’aria all’interno dell’ambiente e sul benessere percepito. Assicurano un clima interno confortevole in tutte le stagioni, riducendo i costi di riscaldamento invernali e mantenendo la freschezza in estate.
• Estetica e versatilità progettuale: Esteticamente raffinati, i solai in legno si adattano a diversi stili, donando calore e carattere agli spazi interni. La duttilità del legno favorisce molteplici configurazioni creative nelle forme e finiture della copertura, adattandosi ad ogni tipo di stile architettonico dal classico al moderno.
• Posa semplice e rapida: Offrono facilità di posa e tempi di realizzazione ridotti. È possibile applicare carichi subito dopo il montaggio.
• Durabilità e resistenza: Garantiscono una notevole resistenza. Hanno elevata resistenza al fuoco e resistenza chimica.
• Stabilità di forma: Grazie all’incollaggio e all’essiccazione tecnica, presentano una grande stabilità di forma.

Durabilità e Criticità del Legno nelle Costruzioni

Il legno è il primo materiale da costruzione utilizzato dall’uomo e il suo impiego si perde nella notte dei tempi. Negli ultimi anni, l’impiego dei sistemi costruttivi in legno ha 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.

È fondamentale diffondere le regole del buon costruire in legno e di sensibilizzare i progettisti sui possibili errori in cui si può incorrere durante la costruzione di un edificio. Oltre all’analisi del materiale “legno” e il suo degrado, devono essere affrontate le cause e i meccanismi patologici delle tecnologie costruttive più diffuse e delle finiture, studiando i punti critici della durabilità di un edificio in legno, come l'attacco a terra, le coperture, i terrazzi e le impermeabilizzazioni, e gli impianti.

Consolidamento e Interventi Antisismici per Solai Esistenti

Il recupero di strutture esistenti è un tema centrale nell'edilizia moderna. In tal senso, pubblicazioni specializzate forniscono indicazioni sia di tipo progettuale che esecutivo per il consolidamento di solai esistenti, con esempi di intervento e inquadramento normativo degli stessi. 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.

Viene illustrata l'analisi delle principali tipologie di solai esistenti (legno e latero-cemento), per poi passare all’inquadramento dei solai nella normativa attuale (NTC 2018 e circolare esplicativa n. 7/2019) e successivamente alla descrizione di interventi di recupero di solai nelle varie tipologie. Una notazione a parte è relativa alle metodologie di consolidamento che devono essere volte non solamente al recupero tout-court.

L’attuale contesto normativo, infatti, non può far dimenticare al progettista che il consolidamento di un solaio può (e deve) essere anche un’occasione per intervenire sul comportamento sismico dell’edificio con ricerca di soluzioni e dettagli di consolidamento (locale o generale a seconda dell’estensione dell’intervento) che migliorino il comportamento strutturale globale, con particolare riferimento alla prevenzione del ribaltamento delle murature ed al miglioramento del comportamento scatolare dei muri portanti.

Servizi di Realizzazione e Personalizzazione

Aziende specializzate nel settore offrono servizi completi per la realizzazione di solai e coperture in legno:

• Produzione: Utilizzo di macchinari all’avanguardia per realizzare travature e componenti su misura.
• Personalizzazione e finiture: I materiali possono essere trattati con impregnanti e colori a scelta del cliente, per proteggerli da funghi, tarli, muffe e dagli agenti atmosferici.
• Posa in opera specializzata: Squadre di tecnici altamente qualificati eseguono la posa in opera con cura, dalla struttura di base al pacchetto di isolamento, fino al manto di copertura.

Professionisti come Alex Merotto, Ingegnere Edile specializzato in strutture in legno e titolare dello Studio di Ingegneria WoodLab, con esperienza di progettazione e costruzione di oltre 250 edifici in legno su tutto il territorio nazionale, contribuiscono a diffondere le migliori pratiche nel settore.

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