Le strutture lignee, con il loro fascino intramontabile e la capacità di conferire autenticità agli ambienti, rappresentano un patrimonio architettonico di grande valore. Tuttavia, essendo elementi strutturali vivi e naturali, i solai in legno necessitano di attenzioni costanti, con diagnosi accurate e interventi mirati. Questo articolo esplora le caratteristiche delle travi in legno, l'importanza della diagnosi e le moderne tecniche di consolidamento, con un focus particolare sull'impiego dei materiali compositi.
L'Importanza della Diagnosi nelle Strutture Lignee Esistenti
Un solaio con travi in legno normalmente è composto dalle travi principali, dai travetti e da un tavolato che distribuisce i carichi. Le travi a volte vengono lasciate a vista per valorizzare il soffitto di una stanza. A seconda dell’epoca costruttiva puoi trovare solai completamente in legno oppure solai in legno e cemento, con una soletta che aumenta rigidezza e stabilità. Il legno è un materiale straordinario, ma sensibile: teme l’umidità, gli insetti e si può espandere o restringere. Per questo, prima di qualsiasi intervento, devi far eseguire una diagnosi accurata per verificare lo stato delle travi e del tavolato.
Dimensioni e Portanza delle Travi in Legno
Lo spessore complessivo di un solaio in legno varia in genere tra 20 e 35 cm, considerando travi, tavolato e strati di finitura. Le dimensioni delle travi in legno per i solai dipendono dalla luce da coprire: più è ampia, maggiore deve essere l’altezza della trave. La sezione dei solai in legno è il rapporto tra altezza e larghezza delle travi ed è un parametro fondamentale per valutare la portanza e, quindi, quanto peso può reggere il solaio. Anche il tavolato ha un ruolo strutturale: nei solai più datati influenza la rigidezza del piano e la capacità di distribuire i carichi.
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 noti deformazioni, scricchiolii anomali o fessurazioni. Per la verifica di travi esistenti, come quelle del Palazzo Visconti, si è presa una sezione tipo avente dimensioni 270x550 mm, mentre per lo schema statico si è considerata una trave semplicemente appoggiata con carico uniforme distribuito. Le travi, ad esempio, sono state verificate considerando un affollamento significativo, tipico di luoghi aperti al pubblico con un elevato numero di persone presenti contemporaneamente quindi un sovraccarico variabile prescritto da normativa pari a 400 kg/mq. I risultati non sono stati soddisfacenti in termini di verifica degli elementi esistenti, con lo sfruttamento a flessione raggiungendo un valore pari a 141%.
Un esempio di calcolo per le distanze tra le travi e i supporti può essere il seguente:
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- Spessore del pavimento: 20 cm
- Distanza tra le travi: 0,75 m
- Distanza possibile tra le travi principali (secondo una tabella di riferimento): 2,60 m
- Distanza più vicina tra le travi principali (secondo un'altra tabella): 2,5 m
- Distanza consentita tra i puntelli (per 2,5 m di travi principali e 20 cm di spessore del pavimento): 1,28 m
Preparazione e Analisi del Legno di Supporto per l'Intervento
Prima di iniziare la ristrutturazione, è essenziale valutare lo stato attuale del legno. Bisogna ispezionare visivamente per identificare eventuali danni, come crepe, deformazioni o marciume. Un passo cruciale è misurare il contenuto d’umidità del legno, poiché un livello troppo alto può compromettere l’adesione delle fibre di carbonio. Successivamente, è necessario pulire accuratamente la superficie del legno per rimuovere polvere, grasso e altre impurità che potrebbero influire sull’adesione del materiale composito. Infine, si leviga la superficie del legno per garantire una migliore aderenza delle fibre di carbonio, assicurandosi che la superficie sia uniforme e priva di irregolarità.
Analisi Specifiche da Effettuare sul Legno
- Analisi Visiva: Rilevare segni di danni fisici, come crepe o deformazioni.
- Valutazione della Durezza: Determinare la sua capacità di supportare il rinforzo.
- Test di Resistenza Strutturale: Assicurarsi che possa sostenere il rinforzo senza cedimenti.
- Verifica Presenza Chimica: Determinare la presenza di sostanze chimiche che potrebbero ostacolare l’adesione delle fibre di carbonio.
Tecniche di Consolidamento e Rinforzo per Solai in Legno
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. Il consolidamento ripristina la capacità originaria, mentre il rinforzo la aumenta. Le strutture lignee o componenti di un solaio in legno sono regolamentate da norme specifiche. Secondo la NTC 2008 al Cap. 8.7.4 11, per tutte le tipologie di costruzioni esistenti gli interventi di consolidamento vanno applicati, per quanto possibile, in modo regolare ed uniforme. L’esecuzione di interventi su porzioni limitate dell’edificio va opportunamente valutata e giustificata, considerando la variazione nella distribuzione delle rigidezze e delle resistenze e la conseguente eventuale interazione con le parti restanti della struttura.
Soluzioni Tradizionali e Miste
Una delle soluzioni più efficaci è utilizzare una soletta collaborante legno-calcestruzzo, realizzata con una soletta in cemento unita al tavolato esistente con dei connettori metallici. È un intervento che migliora la rigidezza, il comportamento dinamico e la capacità portante, mantenendo però la leggerezza del solaio esistente. Altre tecniche prevedono la sostituzione delle travi rovinate, l’inserimento di travi aggiuntive o l’irrigidimento del tavolato con pannelli strutturali.
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 vuole 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, perfette per mantenere l’estetica esistente e migliorare la stabilità, delle piastre metalliche laterali oppure dei rinforzi con fibre di carbonio, discreti e molto performanti.
Rinforzo dei Solai in Legno da Sotto
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.
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Solai in Legno Antichi: Conservazione e Restauri
I solai in legno antichi richiedono un approccio delicato e rispettoso per conservare l’esistente, evitando di sostituire quando possibile. Si deve procedere con trattamenti antitarlo e pulizia delle superfici per capire dove agire. Per eventuali sostituzioni devono essere utilizzati legni della stessa essenza e rinforzi reversibili che non alterano l’aspetto originario. Quando il solaio è a vista, il recupero estetico deve diventare parte integrante di un progetto di ristrutturazione.
Il Rinforzo con Fibre di Carbonio (CFRP): Una Soluzione Avanzata
Il concetto fondamentale dell’utilizzo delle fibre di carbonio o delle fibre composite consiste nell’unire due o più materiali con caratteristiche differenti. Singolarmente, questi materiali possono non possedere grandi pregi, ma, se combinati, esaltano le loro proprietà: “l’unione fa la forza”. Inoltre, le fibre di rinforzo presentano proprietà meccaniche nettamente superiori, sia in termini di resistenza che di rigidezza, rispetto al materiale massivo. Il processo di ristrutturazione di parti in legno con fibre di carbonio è una tecnica moderna e avanzata che offre numerosi vantaggi, tra cui l’aumento della resistenza e della durata delle strutture in legno.
Per quanto riguarda l’approccio alla progettazione con materiali compositi su strutture in legno, si è utilizzato il ben noto documento tecnico CNR-DT 201/2005 ovvero “Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per interventi di consolidamento statico di strutture lignee mediante l’utilizzo di compositi fibro rinforzati” che offre tutte le soluzioni con le relative combinazioni di calcolo. Vista la necessità di mantenere l’iniziale aspetto estetico e geometrico si è scelto, come possibile soluzione di rinforzo, l’applicazione di elementi pultrusi in fibra di carbonio performanti, noti per coniugare doti di leggerezza a resistenza a flessione. In considerazione della necessità di conservare elementi di elevato valore storico-artistico è stata scelta una soluzione di rinforzo che non alteri l’aspetto estetico delle travi; si è intervenuti a flessione attraverso il posizionamento di due leggerissime lamine in fibra di carbonio all’interno della trave incidendo preventivamente sul lato la stessa. Le travi sono costituite da elementi in legno massiccio, di larice, hanno sezione rettangolare di dimensione 27x55 cm e luce pari a 8,82 m posizionate con interasse di circa 2,58 m.
Dettagli Esecutivi dell'Intervento con CFRP
Le travi, che si presentavano leggermente deformate, sono state oggetto di inserimento degli elementi in CFRP solo dopo averle scaricato i solai dai carichi agenti; tale passaggio è certamente un aspetto importante in quanto i compositi sono rinforzi di tipo passivo che si attivano a struttura nuovamente caricata. Dopo aver lasciato per circa una settimana il solaio senza il suo secolare carico, si è notato - al momento dell’intervento di rinforzo - un leggero recupero della deformazione verticale quantificabile in qualche millimetro in mezzeria. In questo modo l’efficacia ma soprattutto la prestazione dei compositi è stata migliorata notevolmente.
Poiché la lamina preformata ha una larghezza pari a 60 mm si è utilizzata una fresa con un disco che incidesse per circa 70 mm all’interno della trave. Con un compressore si è pulita l’intera tasca così creata da polvere e materiali di risulta. Si è inserita la lamina fino in profondità in modo tale da non lasciare superfici di contatto senza resina. Terminato il taglio delle lamine, che è avvenuto in una sola giornata, in quella successiva si è proceduto con l’esecuzione di fori di diametro 12 mm nel legno per l’inserimento delle barre in CFRP come rinforzo al taglio.
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Rinforzo strutturale con lamine in CFRP solaio incendiato
Come vedremo nel dettaglio, tempi e costi di questo intervento con materiali compositi si rivelano decisamente più contenuti se paragonati a quelli che prevedono l’utilizzo dell’acciaio. L’intervento è stato eseguito su un ponteggio fisso posizionato dall’impresa generale, tale soluzione ha dato la possibilità di lavorare in sicurezza e con ampio margine di manovra da parte di 3 operai specializzati coordinati da un preposto. Per motivi organizzativi si è iniziato con le fresature di tutte le n°6 travi posizionando una guida in alluminio e successivamente utilizzando flessibili sempre più profondi. Alla fine si può concludere che 3+1 operai hanno eseguito il lavoro in 7 giorni lavorativi comprensivi di allestimento e pulizia cantiere.
Aspetti Normativi e Sicurezza negli Interventi
Particolare attenzione deve essere posta alla fase esecutiva degli interventi, in quanto una cattiva esecuzione può peggiorare il comportamento globale delle costruzioni. Un utile ausilio per i professionisti e per gli operatori del settore è approfondire le tematiche di un processo progettuale che va dalla conoscenza alla individuazione degli interventi di consolidamento. Partendo dall’impiego di tali strutture nel corso della storia della tecnica edilizia, se ne precisano caratteristiche, difetti e vulnerabilità, passando poi ad affrontare la fase diagnostica.
Isolamento Acustico dei Solai in Legno
Il legno è leggero e trasmette facilmente vibrazioni e rumori da calpestio. Per migliorare il comfort puoi intervenire aggiungendo dei materassini fonoisolanti sotto il pavimento, dei pannelli in fibra di legno o lana minerale tra le travi o creare un controsoffitto con materiali fonoassorbenti. Un buon intervento di isolamento acustico dei solai in legno esistenti può cambiare la percezione dello spazio, evitando che i rumori provenienti dall’alto vengano amplificati dalla struttura in legno.