Le coperture spingenti, presenza comune negli edifici in muratura nel nostro territorio, rappresentano una delle principali fonti di dissesti locali, soprattutto dal punto di vista statico, un motivo di vulnerabilità significativa in scenari sismici. Comprendere appieno la definizione e le caratteristiche di queste strutture è cruciale per i professionisti del settore edile. Questo articolo ti fornirà delle informazioni importanti per comprendere e affrontare le sfide progettuali legate a questa tipologia di tetti.
Vantaggi e Caratteristiche del Legno Lamellare
I tetti in legno lamellare si distinguono per una importante versatilità e varietà di possibili realizzazioni e convincono anche per le eccellenti proprietà in materia di acustica, facilità di posa e protezione antincendio. Un tetto in legno lamellare può essere un’ottima soluzione per la copertura di una casa. Ristrutturare il tetto di un edificio è una scelta importante, che merita il supporto di fornitori affidabili ed esperti.
Cosa rende il legno lamellare così versatile e così innovativo? Esso è prodotto incollando delle tavole di legno già classificate per uso strutturale. La normativa non prevede limiti alla sua lunghezza, ma lo spessore delle lamelle non può superare i 40 mm e la loro larghezza i 220 mm. Il legname presente in natura consente di realizzare travi della lunghezza massima di 25-30 metri. La sua natura di materiale composito fa sì che conservi le caratteristiche del legno naturale, a cui si aggiungono una maggiore resistenza meccanica, al fuoco ed agli agenti atmosferici. Il legno lamellare permette di costruire strutture senza ponti termici e su grandi luci, offre un’elevata resistenza ad agenti chimici aggressivi e soddisfa anche requisiti inaspettati.
Resistenza Sismica e Sostenibilità
La leggerezza del legno lamellare e la sua elasticità lo rendono un materiale particolarmente adatto a resistere ad eventi sismici. Avere una densità cinque volte inferiore rispetto al cemento significa ricevere una sollecitazione sismica cinque volte minore. L’elasticità, invece, permette alla struttura fatta in legno lamellare di non subire danni dalle oscillazioni. In definitiva una struttura in legno non solo è in grado di resistere al sisma, ma ne esce, salvo casi particolari, anche sostanzialmente illesa e senza danni strutturali.
Il tetto ventilato in legno rappresenta una soluzione edilizia sostenibile ed efficiente, capace di migliorare il comfort abitativo e ridurre i consumi energetici. Scegliere il legno, materiale naturale, traspirante e leggero, significa puntare su estetica, resistenza e rispetto per l’ambiente. Inoltre, la versatilità, la leggerezza e le proprietà naturali del legno offrono un valore aggiunto sia in termini estetici che strutturali, garantendo durabilità, sicurezza e un impatto ambientale ridotto.
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Legno - caratteristiche
Tetti Spingenti: Definizione e Problematiche
Un tetto, o più in generale una struttura di copertura, si definisce spingente se, sottoposta a soli carichi verticali, genera una spinta orizzontale sulle pareti perimetrali su cui scarica. Una struttura è considerata spingente se, quando soggetta solo a carichi verticali, genera una reazione orizzontale sugli appoggi. Nel contesto delle coperture spingenti, questo fenomeno è particolarmente critico per la stabilità degli edifici.
Una copertura spingente ha la tendenza a “ribaltare” le pareti su cui si appoggia e questa inclinazione è strettamente correlata a due fattori chiave: deformabilità e peso. Maggiore è la deformabilità e il peso della copertura, maggiore è la probabilità che essa sia spingente. Questi fattori, insieme alle tipologie di collegamento, svolgono un ruolo fondamentale nel determinare se una copertura è spingente o meno. In generale, il problema delle coperture spingenti è più prominente nei tetti a capanna, soprattutto in assenza di travi di colmo o muri di spina.
Il caso tipico di copertura spingente è quello di una copertura a doppia falda in assenza di trave di colmo o muro di spina, detto anche tetto a capanna. In tale configurazione la spinta orizzontale sulle pareti perimetrali di appoggio aumenta all’aumentare del peso della copertura e all’aumentare della sua deformabilità. Se la copertura fosse infinitamente rigida (caso puramente teorico), la spinta sulle pareti perimetrali sarebbe nulla. Ricorre spesso l’equivoco di considerare il classico tetto ad arcarecci spingente, mentre in realtà l’equilibrio alla traslazione orizzontale non dà luogo ad alcuna forza orizzontale agli appoggi.
Implicazioni Sismiche delle Coperture Spingenti
In presenza di una copertura spingente, la Normativa Tecnica prescrive di considerare la componente verticale dell’azione sismica. L’azione verticale del sisma genererà una spinta aggiuntiva a quella generata dai carichi statici agenti. A differenza delle coperture in cemento armato, che raramente sono spingenti, quelle in legno possono diventarlo, creando una complessità aggiuntiva nella progettazione sismica ed è per questo che le tipologie di collegamento diventano cruciali nell’analisi di queste tipologie di coperture.
Soluzioni Non Spingenti nelle Coperture in Legno
Esaminiamo in dettaglio le diverse tipologie di coperture, focalizzandoci sulle condizioni che determinano se una copertura può essere classificata come spingente o non spingente.
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Il Tetto a Capriata e a Falsi Puntoni
La capriata è di per sé un elemento non spingente che trasmette solo un’azione verticale alle murature su cui scarica. E’ composta da due puntoni, un monaco e un tirante e da due saette per ridurre l’inflessione. Sui puntoni poggeranno gli arcarecci e poi i travicelli sui quali si realizzerà il manto di copertura del tetto. Un tetto a doppia falda del tipo a capanna potrà essere non spingente se viene predisposto un tirante o una catena metallica opportunamente dimensionato e collegato alla base dei puntoni. Il suo funzionamento è analogo a quello della capriata.
Fra le coperture in legno la tipologia più frequente è il tetto a falsi puntoni, realizzato mediante arcarecci poggianti da un lato su una trave di colmo o su di un muro di spina e dall’altro lato su una trave di banchina collocata sulla parete perimetrale. Il tetto a falsi puntoni può essere spingente o non spingente a seconda dei casi. Se la zona di appoggio del puntone è sagomata correttamente con superfici di appoggio orizzontali, in caso di muro di spina o di trave di colmo sufficientemente rigida, il falso puntone sarà non spingente.
La sua natura spingente o non spingente dipende da vari fattori:
- Tetto a falsi puntoni non spingente: quando la zona di appoggio del puntone è sagomata con precisione, fornendo superfici orizzontali di supporto, e se è presente un muro di spina o una trave di colmo dalla rigidezza significativa, il falso puntone assume una configurazione non spingente.
- Appoggio con collegamento murario: quando, al contrario, è presente un collegamento robusto tra il puntone e la muratura, l’appoggio diventa il punto in cui si concentrano le spinte.
In caso di tetto a falsi puntoni poggianti su un muro di spina, se i particolari costruttivi all’appoggio sono correttamente realizzati, il tetto sarà non spingente. Se la trave di colmo sarà sufficientemente rigida, gli spostamenti verticali per effetto del peso proprio saranno contenuti e la spinta del tetto risulterà essere trascurabile.
Gestione della Spinta in Base alla Trave di Colmo
Quando la trave di colmo è presente e gli appoggi sono costruiti accuratamente per evitare la spinta del puntone, la natura spingente o meno del tetto dipende in gran parte dalla rigidezza flessionale di questa trave di supporto:
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- Se la trave di colmo è sufficientemente rigida, gli spostamenti verticali causati dal peso proprio del tetto saranno controllati e la forza spingente risultante sarà trascurabile. In questo contesto, la trave di colmo agisce come una barriera efficace contro l’abbassamento significativo e gli spostamenti orizzontali dell’appoggio inferiore, riducendo al minimo la spinta esercitata sulla parete perimetrale.
- Nel caso in cui la trave di colmo sia meno rigida e, di conseguenza, deformabile, la risposta del tetto varia significativamente. Gli spostamenti verticali diventano più marcati sotto il carico verticale, generando un maggiore abbassamento e causando uno spostamento orizzontale dell’appoggio inferiore. Questa dinamica può tradursi in una spinta notevole sulla parete perimetrale, specialmente in situazioni sismiche. È fondamentale considerare attentamente la natura della trave di colmo durante la progettazione strutturale, soprattutto in zone sismiche, per mitigare gli effetti potenzialmente dannosi di tetti spingenti.
Legno - caratteristiche
Tetto a Capanna: Varianti Spingenti e Non Spingenti
Il tetto a capanna, una delle configurazioni più comuni, può variare nella sua natura spingente in base a diverse condizioni:
- Tetto a capanna standard: solitamente spingente, questa configurazione può generare una spinta significativa sulle pareti perimetrali.
- Tetto a capanna con trave di colmo: la spinta di questa tipologia è parzialmente dipendente dalla rigidezza della trave di colmo. Travi snelle possono rendere la copertura parzialmente spingente, mentre una buona connessione tra i travetti e la trave rigida può renderla non spingente.
- Tetto a capanna con muro di spina sul colmo: generalmente non spingente, poiché il muro sul colmo fornisce un adeguato supporto e rigidità. La spinta, però, può essere influenzata dai vincoli di appoggio.
Strategie per Contrastare le Forze Orizzontali nei Tetti Spingenti
Nel contesto della progettazione strutturale, l’affrontare il rischio di ribaltamento delle facciate sollecitate dalle travi di un tetto spingente richiede approcci mirati. Quando le coperture a due o più falde scaricano carichi sulle pareti attraverso le travi, il rischio di ribaltamento, anche sotto azione statica, è una sfida significativa, specialmente per edifici storici. È possibile mitigare la spinta nelle coperture spingenti introducendo elementi capaci di assorbire la spinta, come catene, capriate, cordoli e incatenamenti. Questi componenti aggiuntivi sono fondamentali per ripristinare un livello di sicurezza adeguato.
Interventi di Miglioramento Strutturale
Gli interventi di miglioramento strutturale devono considerare attentamente la sicurezza sismica dell’edificio. L’uso di catene metalliche, l’inserimento di dispositivi di connessione e l’implementazione di archi e volte, quando appropriati, sono strategie essenziali per mitigare gli effetti delle spinte orizzontali e prevenire il collasso durante eventi sismici. Di seguito ti riporto un breve elenco di soluzioni applicabili suddivise per tipologia di intervento:
- Elementi anti-spinta:
- Catene e cavi: le catene o i cavi di acciaio vengono installati strategicamente per connettere la struttura del tetto alle pareti portanti dell’edificio. Questi elementi assorbono parte della spinta orizzontale, ridistribuendola e limitandone l’impatto sulle pareti.
- Cordoli: I cordoli, elementi orizzontali di rinforzo, vengono posizionati lungo le pareti perimetrali. La loro funzione è fornire una maggiore rigidità alla struttura, contribuendo così a contrastare la spinta del tetto. Inoltre, la presenza di cordoli solleva questioni legate alle dimensioni geometriche e all’inerzia flessionale di tali elementi.
- Utilizzo di travi di colmo rigide:
- Sagomatura adeguata: una corretta sagomatura della zona di appoggio del puntone sulla trave di colmo è cruciale. Una superficie di appoggio orizzontale aiuta a ridurre la spinta del tetto, favorendo un’adeguata distribuzione delle forze verticali.
- Incremento della rigidezza strutturale:
- Rinforzo delle pareti con integrazione di elementi strutturali: rinforzare le pareti portanti dell’edificio può avvenire attraverso l’uso di materiali più robusti o l’aggiunta di elementi strutturali supplementari come pilastri e travi. Ciò migliora la capacità complessiva di resistere alle forze laterali.
- Sistemi di smorzamento sismico:
- Ammortizzatori: gli ammortizzatori sismici, come gli ammortizzatori viscosi o a dissipazione di energia, vengono installati per assorbire e dissipare l’energia sismica. Ciò riduce l’effetto delle forze orizzontali sui tetti spingenti, migliorando la stabilità dell’edificio.
- Isolatori sismici: questi dispositivi permettono alla struttura di muoversi indipendentemente dal terreno sismico, riducendo così le forze laterali trasmesse al tetto.
Una soluzione consigliata consiste nell’implementare una cerchiatura con fasce in fibra di carbonio o in acciaio. Posizionate strategicamente dove le travi trasferiscono le sollecitazioni, queste fasce rafforzano la sezione resistente del pannello murario nella sua zona tesa. Questo approccio è particolarmente efficace nell’edilizia storica, dove la preservazione dell’aspetto estetico è fondamentale. Quando si affrontano tetti a padiglione con puntoni inclinati, è necessario considerare accorgimenti speciali. I puntoni, supportando le orditure secondarie, possono trasmettere forze elevate agli appoggi, creando potenziali meccanismi di ribaltamento delle pareti esposte. L’utilizzo di catene in piano sulla proiezione dei puntoni, vincolate sia alla testa del puntone che alla muratura contrapposta, è un metodo tradizionale efficace per compensare queste spinte.
Legno - caratteristiche
Considerazioni per Edifici Esistenti e Nuove Costruzioni
Le costruzioni esistenti in muratura portante presentano molto spesso tetti e coperture di tipo spingente. Gli edifici esistenti in muratura portante presentano nella maggior parte dei casi una copertura a tetto in legno di tipo spingente. Nel caso in cui tu stia progettando un intervento di miglioramento o adeguamento della struttura esistente, ricorda che è indispensabile progettare un intervento volto a ridurre o eliminare la spinta del tetto sulle pareti perimetrali.
La presenza di un tetto spingente in un edificio di nuova costruzione è consentita solo per le costruzioni in calcestruzzo armato, acciaio o legno a patto di considerare nel calcolo la componente verticale dell’azione sismica e progettare idonei elementi strutturali per l’assorbimento delle spinte orizzontali generate dalla componente verticale dell’azione sismica.
Strumenti e Metodologie di Progettazione Avanzata
A queste soluzioni è sempre bene applicare un flusso di lavoro e strumenti che possano rendere più affidabile ed efficiente tutto il lavoro. Per questo ti consiglio di utilizzare e realizzare modelli BIM che ti consentono una progettazione più accurata e dettagliata, facilitando analisi strutturali avanzate. Ciò include simulazioni di carichi sismici per prevedere il comportamento del tetto in diverse condizioni.