Caratteristiche e Installazione di Travetti e Travi in Legno nelle Strutture Edilizie

Le strutture in legno, con la loro combinazione di resistenza, leggerezza e estetica, sono elementi fondamentali nell'architettura moderna e nelle ristrutturazioni conservative. In particolare, travetti e travi in legno svolgono un ruolo cruciale nella realizzazione di solai e nell'integrazione strutturale, anche in contesti di rinforzo di edifici esistenti.

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. Sui solai agiscono delle azioni, queste vengono portate dal solaio alle travi. I carichi ripartiti dal solaio alle travi vengono trasferiti da quest’ultime ai pilastri. Le azioni riportate dalle travi ai pilastri vengono riportati da quest’ultimi in fondazione. I carichi giunti in fondazione vengono trasferiti da quest’ultimo al terreno. 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.

Come sono fatti i solai in legno? Il Ruolo dei Travetti

La costruzione di un solaio in legno si basa sull'interazione di elementi portanti e secondari. 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.

Solaio in Legno: Tipologie Strutturali

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:

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• 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.

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Rinforzo di Solai Esistenti: Il Caso delle Travi in Legno

L'integrazione di travi in legno in strutture esistenti, come nel caso di rinforzo di solai, richiede un'attenta valutazione delle caratteristiche del materiale e delle tecniche di installazione. Un esempio pratico ci viene da una situazione di ristrutturazione.

Salvatore Manai, Ingegnere, si è trovato a realizzare un intervento di ristrutturazione di un immobile destinato a biblioteca, un edificio degli anni '40. In corso d'opera, si è rilevata la presenza di lesioni perimetrali sui solai intermedi in corrispondenza dell'estradosso. I solai sono delle solette in c.a. dello spessore di 15 cm, e l'intradosso non presenta frecce o lesioni evidenti. Le luci massime non superano i 4,60m. Essendo previsto un cambio di destinazione d'uso (da civile abitazione a sala riunioni), sarà necessario rinforzare tali solette. Non avendo somme a disposizione per la loro demolizione e ricostruzione, si è proposto di intervenire riducendo le luci con delle travi in legno da lasciare a vista. La questione principale era se fosse necessario collegare la soletta esistente alla sottostante trave in legno mediante dei connettori o se le travi in legno potessero essere considerate appoggi intermedi per la soletta in c.a. senza un collegamento diretto.

Dalla sua descrizione, lo schema statico che si intende adottare è quello di soletta poggiante su appoggi cedevoli dati dalle travi in legno.

Aspetti Fondamentali per l'Installazione e la Durata

Particolari attenzioni riguardano taluni aspetti legati alla modalità realizzativa dell’opera e al comportamento del materiale legno: bisogna infatti garantire che nelle condizioni di esercizio della struttura la soletta poggi effettivamente sulle travi sottostanti, in modo che possano efficacemente esercitare la loro funzione di «rompitratta».

1. Realizzazione delle opere di finitura

   È opportuno realizzare le opere di finitura del solaio una volta poste in opera le travi sottostanti in modo da limitare frecce e tensioni nella soletta. A tale scopo le travi lignee dovranno essere messe in opera garantendo il perfetto contatto con la sovrastruttura e prestando particolare attenzione alle tolleranze di posa in opera, per evitare inflessioni della soletta superiori a quelle ipotizzate e/o accettabili.

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2. Movimenti igroscopici del legno

   Si deve considerare che in seguito a variazioni di umidità il legno è soggetto a movimenti igroscopici di ritiro e rigonfiamento: se le travi poste in opera non sono ben stagionate queste subiranno durante la vita in esercizio fenomeni di ritiro. L’eventuale ritiro in seguito a perdita di umidità delle travi provocherà un abbassamento delle stesse e quindi un cedimento degli appoggi della soletta. È quindi assolutamente consigliabile porre in opera legno massiccio ben essiccato o elementi in legno lamellare.

3. Proprietà del legno dipendenti dal tempo

   Nel calcolo si dovrà considerare che le proprietà del legno dipendono dal tempo. In particolare le deformazioni degli elementi lignei sono influenzate dalla durata del carico e dall’umidità e quindi nella valutazione della rigidezza delle travi lignee è bene considerare che, se inizialmente il valore del modulo di elasticità del legno è pari a Emean, la rigidezza e le deformazioni a lungo termine devono essere calcolate utilizzando i valori medi dei moduli elastici ridotti opportunamente (si veda ad esempio la definizione del coefficiente di deformazione nelle normative di riferimento, per esempio l'Eurocodice).

4. Riduzione del modulo elastico e cedevolezza del vincolo

   Tale riduzione di modulo elastico porta nel tempo ad un aumento della cedevolezza del vincolo offerto alla soletta.

5. Collegamento mediante connettori

   Il collegamento mediante connettori non è strettamente necessario, a condizione che le forze trasmesse da un elemento all'altro siano esclusivamente forze di compressione. In caso contrario occorrerà prevedere dei connettori adeguati.

6. Stato tensionale delle travi esistenti

   Non da ultimo occorre tener presente che lo stato tensionale delle travi esistenti non viene modificato dalla semplice aggiunta di appoggi intermedi, formati dalle travi aggiunte sottostanti eventualmente aggiunte alla struttura esistente. Le sollecitazioni aggiuntive, dovute ai nuovi carichi, devono quindi essere sovrapposte a quelle presenti al momento della modifica del sistema statico (aggiunta dei nuovi elementi).

Calcolo e Aspetti Normativi per i Solai in Legno

La progettazione e l'installazione di travetti e travi in legno richiedono un rigoroso processo di calcolo e il rispetto delle normative vigenti per garantire la sicurezza e l'efficienza strutturale.

Calcolo 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;
• effettuato il predimensionamento si potrà passare all’analisi dei carichi, cioè alla valutazione di pesi agenti sul solaio;
• effettuata l’analisi dei carichi si passa all’analisi strutturale volta alla valutazione delle sollecitazioni indotte dai carichi agenti sul solaio;
• 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: flessione semplice retta e verifica taglio + deformazione;
• per il travetto: flessione semplice retta e verifica taglio + deformazione;
• per il tavolato: flessione semplice retta e verifica taglio + deformazione.

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.

Solaio in legno: aspetti normativi

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. 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 di un Solaio 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.

Tecniche di Giunzione Longitudinale di Travi in Legno

L'installazione e la lavorazione delle travi in legno richiedono tecniche precise, soprattutto quando si tratta di unire elementi longitudinalmente. Il seguente esempio applicativo mostra come poter unire longitudinalmente le travi in un nuovo taglio. Le travi si possono unire longitudinalmente utilizzando il giusto utensile. Per farlo si utilizzano seghe circolari portatili, trapano avvitatore a batteria e levigatrice orbitale. Nel caso di una sostituzione parziale in un vecchio edificio, è ovvio che l'esatta procedura per realizzare la giunzione longitudinale di travi in legno dipende fortemente dalle condizioni locali, dallo spazio disponibile e dalle sezioni del legno. L'esempio applicativo che segue illustra la situazione nel caso di un nuovo taglio e spiega esattamente quali passaggi sono necessari per realizzare una giunzione longitudinale, dal taglio all'esecuzione di denti fino al montaggio di perni filettati.

Fasi della Giunzione Longitudinale

1. 1. Tracciatura

   Prima di poter unire longitudinalmente le travi, è necessario anzitutto tracciarle. Il disegno della faccia inclinata con gancio deriva dallo spessore del legno. Per la lunghezza della sovrapposizione longitudinale si è scelto uno spessore del legno triplo (3xh).

2. 2. Taglio Iniziale

   Ora è possibile effettuare il taglio con la sega circolare.

3. 3. Realizzazione della Dentatura

   Per realizzare la dentatura vengono anzitutto eseguiti intagli sulle linee di limitazione. Questo lo si può realizzare molto facilmente con la sega circolare abbinata al binario per tagli diagonali. La zona centrale della dentatura può essere rapidamente appiattita con il disco di regolazione scanalatura. A tale scopo è necessario smontare la lama e montare il disco di regolazione scanalatura seguendo le istruzioni d'uso. Adesso, dopo aver impostato la profondità di fresatura, abbinando il binario per tagli diagonali si può fresare la dentatura.

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