Solai in Legno: Tipologie, Caratteristiche Tecniche e Aspetti Normativi

Il solaio è la parte di un edificio che divide un piano dall’altro, facendo da copertura per il piano sottostante e da base per quello soprastante. Da un punto di vista tecnico, può essere definito come una struttura bidimensionale piana con la funzione di sopportare i carichi presenti su di essa e trasferirli alle strutture (generalmente le travi) su cui si appoggiano. Per progettare edifici sicuri e funzionali, è necessario effettuare le verifiche di tutti gli elementi strutturali al fine di garantire la sicurezza della struttura. Per non correre alcun rischio, si suggerisce di affidarsi a strumenti completi e aggiornati alle norme in vigore, come i software di calcolo strutturale, soluzioni modulari per la progettazione strutturale di edifici nuovi ed esistenti in ferro, legno e cemento armato. In questa sede, analizzeremo nel dettaglio i solai in legno, le loro caratteristiche e l'evoluzione nel tempo.

I Solai in Legno: Caratteristiche Tecniche

I solai in legno sono i solai di concezione più antica. La struttura portante è caratterizzata da un’orditura principale più o meno complessa, costituita da travi lignee a sezione circolare o rettangolare.

I solai a struttura lignea della tradizione edilizia italiana sono sistemi costruttivi costituiti da vari elementi, che - a seconda dei casi - sono variamente organizzati e vicendevolmente connessi (travi, travetti, impalcato ed elementi di completamento e finitura); questi solai sono inoltre inseriti all’interno di edifici a struttura muraria e vincolati alle murature in vario modo, dando quindi origine a un sistema strutturale complesso e articolato. I solai a struttura lignea della tradizione edificatoria italiana sono strutture a ordito e impalcato, ovvero sistemi costruttivi nei quali a una struttura discontinua formata da elementi lignei a prevalente sviluppo lineare (l’orditura di travi e travetti) organizzati secondo vari schemi costruttivi (tipi di orditura) si sovrappone uno strato - che può anche essere realizzato di materiali diversi dal legno - che costituisce una superficie piana continua (l’impalcato).

I solai in legno possono essere classificati in base all’organizzazione delle travi:

• Solai a semplice orditura: in cui le travi sono disposte secondo la minima dimensione dell’ambiente da coprire. Nei solai a singola orditura, una unica serie di travi parallele è disposta di norma nella direzione di minore dimensione dell’ambiente da coprire. Questo tipo di solaio era realizzato a copertura di ambienti nei quali il minore dei lati non superava i 3÷4 m circa, rendendoli utilizzati per luci fino a 3/4 m. Le dimensioni dei travetti erano in genere tali da avere un rapporto tra base e altezza pari a circa 0,7. Tale rapporto - già scoperto empiricamente dai costruttori - è stato successivamente dimostrato da Antoine Parent (1666-1716) essere quello che massimizza la resistenza della trave ricavabile da un tronco a sezione circolare. L’interasse fra gli elementi dell’orditura dipende invece dal tipo di materiale impiegato per la realizzazione dell’impalcato.

• Solai a doppia orditura: in cui le travi principali sono disposte ad interasse di 2/4 m, secondo la dimensione minore dell’ambiente e una serie di travi secondarie di minore dimensione sono disposte perpendicolarmente. I solai a doppia orditura presentano due ordini di travi: le travi principali - dette anche travi “maestre” - sono in genere poste in opera secondo la direzione di minima luce del solaio a una distanza di 2÷4 m; i travetti sono posti perpendicolarmente alle travi principali. La sovrapposizione dei travetti alle travi principali fa sì che l’ingombro in altezza del solaio sia rilevante, aspetto particolarmente critico nei solai che presentano un sottostante soffitto piano. L’interasse delle travi era in genere 2,5÷3 m, raramente si arrivava ai 4 m o si scendeva sotto i 2 m. Il numero - e nel caso di stanze quadrate o nelle quali i lati differivano di poco anche la direzione - delle travi principali era in genere determinato dal numero e dalla posizione delle aperture nei muri portanti: si preferiva infatti evitare di avere travi principali posizionate al di sopra degli architravi di porte e finestre. Tra fine Ottocento e inizio Novecento furono anche condotti vari studi per valutare l’interasse ottimale delle travi principali. La presenza di travi principali ripartisce il solaio in più campate; i travetti potevano svilupparsi su una sola campata o su più campate, in genere al massimo due. Nei solai con due travi principali e tre campate di travetti, questi sono spesso disposti a giunti alternati, ovvero se una coppia di travetti allineati presenta il giunto su una trave, la successiva presenta il giunto sull’altra trave. I travetti di campate adiacenti possono essere messi in opera allineati o con le teste affiancate. La soluzione con travetti allineati rende il solaio visivamente più regolare ed era l’unica impiegata nei solai che richiedevano una maggiore qualità estetica; la soluzione con teste dei travetti affiancate - meno comune - aveva il vantaggio di aumentare la lunghezza di appoggio sulla trave ed era preferita nel caso di travi principali più irregolari (ad esempio travi solo scortecciate o grossolanamente squadrate) oppure quando avevano base piuttosto ridotta ed era necessario sfruttare tutta la dimensione per garantire una lunghezza di appoggio sufficiente ai travetti.

• Solai a tripla orditura: sono utilizzati quasi esclusivamente per ambienti di grande luce o con carichi rilevanti, nei quali l’orditura principale è in genere costituita da travi armate con saette o con contraffissi e tiranti, oppure da travi composte di grandi dimensioni.

• Solai a cassettoni: nei quali l’orditura secondaria è inserita nello spessore della primaria (e ne ha la stessa dimensione) e, attraverso connessioni meccaniche, realizzando un graticcio piano bidirezionale.

Per riempire i vuoti, può essere presente o meno un’orditura secondaria, costituita da:

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• tavole in legno (tavolato o assito)
• tavolato con giunti allineati
• tavolato con giunti sfalsati
• un incannucciato su cui poggia un massetto
• elementi lignei provenienti dalla segagione dei tronchi, anche detto solaio alla napoletana con assito costituito da “panconcelli”
• elementi in laterizio piani (pianelle in cotto o tavelle)
• elementi in laterizio con voltine di mattoni forati
• lastre di pietra appoggiate alle estremità e soggette a flessione

Solai in Legno di Grande Luce e il Problema dell’Appoggio

I solai in legno venivano utilizzati in passato anche in caso di solai di grande luce o carico. Le tecniche più diffuse per gestire queste situazioni erano:

• travi composte con superfici di contatto a saetta e biette di forzamento
• travi composte con superfici di contatto a saetta e staffe
• inserimento di grossi chiodi che “legano” le due parti della trave per impedirne la separazione
• travi armate con un contraffisso e due tiranti, creando una sorta di “capriata rovescia”
• travi armate con due contraffissi e tre tiranti
• travi armate con saettoni in legno

L’appoggio delle travi di un solaio sul muro è un punto critico, perché si hanno elevate concentrazioni di sforzo. Per effetto degli sforzi di taglio si generano delle fessure che partono dagli spigoli della trave e vanno verso il basso con inclinazione a 45°. Per distribuire meglio il carico si usano alcuni corsi di mattoni (per muri in pietrame) oppure una tavola di legno duro o una lastra di pietra.

Per evitare lesioni e frantumazione della muratura si frappone tra travicelli e/o travi principali e muro un elemento detto dormiente che ha una mera funzione di distribuzione del peso su una superficie più ampia. Per migliorare l’appoggio delle travi incrementando la profondità di penetrazione nel muro e riducendo la luce netta venivano spesso adoperate mensole in legno.

In presenza di aperture di porte e finestre e per facilitare il passaggio di canne fumarie, i solai possono avere orditure anche molto complesse. In questo caso si può far ricorso ad un travetto “bilancino”: un elemento ligneo che sostiene il travetto interrotto e lo collega ai due adiacenti.

Il Legno Lamellare nei Solai Moderni

Negli ultimi anni, la diffusione nel mercato edilizio delle costruzioni in legno è stata caratterizzata da una crescita significativa. Le ragioni sono da ricercare in una serie di aspetti, quali:

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• la sostenibilità ambientale
• il risparmio energetico
• l’elevata prefabbricazione
• l’elevato rapporto fra la resistenza (a flessione) e la massa volumica

In termini di progettazione allo stato limite ultimo (SLU) è possibile ottenere solai di luce considerevole e di altezza modesta, con ottimi risultati in termini di deformabilità del materiale (circa il 30% di quella del calcestruzzo). Le verifiche agli stati limiti di esercizio (SLE) divengono dunque determinanti nella progettazione di tali elementi strutturali. Le verifiche sono effettuate in termini di spostamenti e deformazioni. Si fa generalmente riferimento al calcolo degli spostamenti verticali per effetto dei carichi gravitazionali (permanente e variabili), sia a breve che a lungo termine, nonché alla valutazione nei confronti delle vibrazioni.

Il Legno Lamellare

Il legno lamellare è un materiale strutturale molto solido e resistente prodotto industrialmente incollando tavole di legno per uso strutturale ed adoperato soprattutto per le coperture di grandi luci. Si tratta di un materiale composito, costituito essenzialmente da legno naturale, di cui mantiene i pregi, ma è anche un prodotto nuovo, realizzato su scala industriale, che attraverso un procedimento tecnologico di incollaggio a pressione riduce i difetti propri del legno massiccio.

Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in assicelle (lamelle) generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Nella loro ricomposizione tramite incollaggio a caldo e sotto pressione, le lamelle sono posizionate tra loro con venatura contrapposta così da garantire una maggior uniformità nella resistenza della trave. È possibile produrre elementi di forma e dimensione volute, senza i limiti derivanti dalla dimensione dell’albero, ottimizzando in questo modo le prestazioni meccaniche della trave. Il limite in lunghezza di una trave in legno lamellare è dato principalmente dalla possibilità di trasporto e messa in opera della stessa.

I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale:

• durabilità: basti pensare che alcuni solai realizzati durante l’epoca medioevale, oggi sono ancora intatti;
• elasticità: viene impiegato in tantissimi campi, da quello domestico a quello industriale e pubblico;
• alto coefficiente di resistenza delle assi alle scosse;
• alta versatilità: grazie alla loro curvatura le travi possono essere impiegate per la realizzazione di ponti, archi e simili;
• capacità di assorbire i suoni;
• ottima ventilazione dell’ambiente evitando il formarsi di condensa;
• alta resistenza al fuoco: grazie a vernici specifiche;
• alta resistenza ad acqua e gelate.

Aspetti Normativi: L'Eurocodice 5

La norma UNI EN 1995-1-1 (Eurocodice 5) fornisce le regole generali di progettazione delle strutture di legno, insieme alle regole di progettazione specifiche per gli edifici. Si applica alle seguenti strutture:

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• legno massiccio
• legno segato
• legno piallato o sotto forma di pali
• legno lamellare incollato
• prodotti strutturali a base di legno, per esempio LVL (Laminated Veneer Lumber)
• ai pannelli a base di legno, uniti mediante adesivi o collegamenti meccanici

La scelta dei criteri di verifica diviene dunque un aspetto a cui porre particolare attenzione in fase di progettazione, non solo per soddisfare determinati requisiti funzionali e di comfort, ma anche per una valutazione economica del progetto stesso. Sembra dunque chiaro come la scelta di tali parametri diventi fondamentale non solo in termini ingegneristici ma anche economici per la valutazione del costo complessivo della struttura. Per tale ragione è fondamentale che il progettista, in accordo alla normativa vigente, concordi con il committente stesso quali siano le prestazioni che il solaio deve garantire durante la sua vita utile anche in relazione ai costi che tale scelta può comportare.

In secondo luogo, è necessario non trascurare la valutazione nei confronti delle vibrazioni dei solai in legno che, per effetto della ridotta massa e della ridotta rigidezza, possono essere soggetti a fenomeni di risonanza o di valori di accelerazioni tali da non garantire il comfort degli utenti, rendendo così necessario interventi di adeguamento in opera spesso molto difficili da realizzare o dal costo elevato.

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