Travi e Solai in Legno: Guida Completa alla Progettazione e Realizzazione

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. 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.

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.

I solai possono essere suddivisi principalmente in 4 tipologie: in latero-cemento, in legno, in acciaio e a soletta piena realizzati in c.a.

Solaio in Legno: Cos'è

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.

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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.

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 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.

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 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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Gli elementi per solai in legno lamellare MM profideck sono costituiti da elementi in legno lamellare massiccio, incollati in modo impermeabile. Sono molto più leggeri dei solai in calcestruzzo, dimensionalmente stabili e creano il clima interno piacevole tipico del legno. Grazie alla precisa prefabbricazione industriale, gli elementi per solai possono essere caricati immediatamente dopo l’installazione e le operazioni successive possono essere eseguite rapidamente. Gli elementi per solaio in legno lamellare MM profideck, come tutti i prodotti per l’edilizia in legno Mayr-Melnhof Holz, sono certificati PEFC.

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. I pannelli Compound® sono pannelli autoportanti sandwich in estrusione di polistirene con le due facce prefinite in malta cementizia armata mediante rete in fibra di vetro. I laterizi sono elementi in laterizio forato o pieno che vengono utilizzati per la realizzazione di solai tradizionali. L’isolante è un materiale che viene utilizzato per migliorare le prestazioni termiche del solaio. In generale, i pannelli Compound® sono la soluzione più versatile, perché offrono buone prestazioni sia in termini di isolamento termico che acustico. I laterizi sono una soluzione più economica, ma offrono prestazioni inferiori in termini di isolamento termico.

Tipologie di Solaio in Legno

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.

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• 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.

Calcolo del 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. Per semplificare questo processo puoi usare gratuitamente per 30 giorni un software per la verifica di elementi in legno con cui puoi progettare sia nuove costruzioni che edifici esistenti con diverse tipologie di materiali.

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 che si è scelto: trave, travetto (presente se il solaio è a doppia orditura) e tavolato.
2. Effettuato il predimensionamento si potrà passare all’analisi dei carichi, cioè alla valutazione di pesi agenti sul solaio.
3. Effettuata l’analisi dei carichi si passa all’analisi strutturale volta alla valutazione delle sollecitazioni indotte dai carichi agenti sul solaio.
4. 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.

Esempio di Calcolo per un Solaio ad Orditura Semplice

Riporto un breve esempio di calcolo di un solaio ad orditura semplice (nel caso di solai a doppia orditura le verifiche devono essere eseguite per due sistemi di travi ma la procedura generale di calcolo risulta essenzialmente la stessa).

Dati Generali e Materiali

Parametro	Valore/Descrizione
Normativa di riferimento	NTC 2008
Classe di servizio	1 (umidità materiale in equilibrio con l'ambiente a 20°C, umidità relativa aria non > 65%)
Categoria carichi variabili	A - Ambienti ad uso residenziale
Dimensioni travi in legno (B x H)	12.0 x 20.0 cm
Interasse travi (i)	60.0 cm
Area (A)	240.0 cm²
Modulo di resistenza a flessione (Wx)	800.0 cm³
Momento d'inerzia (Jx)	8000.0 cm⁴
Luce di calcolo (L)	400.0 cm
Spessore tavolato in legno (tw)	3.0 cm
Legno travi	Classe: GL24h UNI-EN 14080:2013 (lamellare)
Massa volumica (rk)	385.0 kg/mc
Modulo elastico medio (Em)	115000.0 daN/cmq
Modulo elastico tangenziale medio (Gm)	6500.0 daN/cmq
Coefficiente di deformazione (Kdef) (Classe 1)	0.6
Coefficiente parziale di sicurezza per legno (γm)	1.45
Coefficiente Kh	1.100 (incremento resistenza per elementi flessi con Lmax < 60cm per lamellare)
Resistenza a flessione (fmk)	240.0 daN/cmq
Resistenza a taglio (fvk)	35.0 daN/cmq
Resistenza a trazione (ft0k)	192.0 daN/cmq

Lo schema statico considerato è appoggio-appoggio.

Analisi dei Carichi

• Carichi permanenti:
  • Pavimento + sottofondo: 110.0 daN/mq
  • g1 = 121.6 daN/mq (pari a 72.9 daN/m distribuito)
  • Peso proprio trave: 9.2 daN/m
  • G1 = 82.2 daN/m
• Carichi permanenti non strutturali:
  • Ripartizione tramezzature: 80.0 daN/mq
  • G2 = 48.0 daN/m
• Carichi variabili:
  • Sovraccarico variabile: 200.0 daN/mq
  • Q1 = 120.0 daN/m

Verifiche delle Trave in Legno (Stato Limite Ultimo)

Combinazione di carico: permanenti + variabili (Kmod = 0.800)

• Carico totale Q = G1 (γg1=1.30) + G2 (γg2=1.50) + Q1 (γq1=1.50) = 358.82 daN/m
• Verifica a flessione: Momento M = (Q L²) / 8 = 71764.2 daN cm. Tensione sw = M / Wx = 89.7 daN/cmq < fmd = 145.66 daN/cmq (Verificato)
• Verifica a taglio: Taglio V = (Q L) / 2 = 717.6 daN. Tensione tw = 1.5 V / A = 4.5 daN/cmq < fvd = 21.24 daN/cmq (Verificato)

Combinazione di carico: soli carichi permanenti (Kmod = 0.600)

• Carico totale Q = G1 (γg1=1.30) + G2 (γg2=1.50) = 178.82 daN/m
• Verifica a flessione: Momento M = (Q L²) / 8 = 35764.2 daN cm. Tensione sw = M / Wx = 44.7 daN/cmq < fmd = 109.24 daN/cmq (Verificato)
• Verifica a taglio: Taglio V = (Q L) / 2 = 357.6 daN. Tensione tw = 1.5 V / A = 2.2 daN/cmq < fvd = 15.93 daN/cmq (Verificato)

Frecce in Esercizio (Stato Limite di Esercizio)

1. Deformazioni istantanee calcolate in combinazione rara:
   • Deformazione istantanea per effetto dei carichi permanenti (U1i) = 4.917 mm
   • Deformazione istantanea per effetto dei carichi variabili (U2i) = 4.532 mm
2. Deformazione finale per effetto dei carichi permanenti + variabili:

   Nel calcolo della deformazione finale si tiene conto del comportamento reologico del legno. Al termine di deformazione istantanea verrà quindi sommato il termine di deformazione differita, calcolata con riferimento alle componenti quasi-permanenti delle azioni. La deformazione differita può quindi essere valutata moltiplicando la deformazione iniziale per un coefficiente kdef che tiene conto dell'aumento di deformazione nel tempo dovuto all'effetto combinato della viscosità e dell'umidità del materiale.

   Deformazione finale Ufin = U1i (1 + Kdef) + U2i (1 + y21 Kdef) = 13.215 mm (con Kdef = 0.600, y21 = 0.30)

Verifiche di Deformazione

• U2i / L = 1 / 883 < 1 / 300 (Verificato)
• Ufin / L = 1 / 303 < 1 / 200 (Verificato)

Inoltre, si dovrà sempre effettuare la verifica di deformabilità, prestando 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. 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.

Nota: 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.

Aspetti Normativi dei Solai in Legno

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.

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. Sono disponibili in varie misure, prodotte con esterni in abete massello di qualità selezionata, giuntati a pettine con tecnologia "finger-joint" e con anima a tre strati.

Consolidamento e Rinforzo dei Solai in Legno Esistenti

I solai lignei esistenti esigono spesso interventi di rinforzo e irrigidimento in quanto, realizzati per sopportare carichi modesti, presentano quasi sempre deformabilità eccessiva rispetto alle abituali esigenze.

Dalla collaborazione tra Würth e Timbertech di Trento è nato Würth Connections, un software di calcolo per la progettazione di solai collaboranti in legno-calcestruzzo. Il software per solai gratuito rappresenta una valida soluzione per i progettisti che possono configurare già in fase di progettazione la struttura con viteria Würth, offrendo un efficace supporto per l’esecuzione a regola d’arte del lavoro in cantiere. La vite ASSY PLUS VG rappresenta la soluzione di riferimento per la realizzazione di solai legno-calcestruzzo e per il risanamento di solai con travi in legno in edifici residenziali, industriali e storici. In base alle indicazioni contenute nel nuovo certificato ETA, è stata tolta dalle opzioni di dimensionamento dei solai in legno e calcestruzzo la possibilità di utilizzare le viti ASSY PLUS VG con diametro di 10 mm.

Gli interventi di recupero e consolidamento dei solai esistenti devono tenere 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. Il consolidamento di un solaio può e deve essere un’occasione per intervenire sul comportamento sismico dell’edificio, migliorando il comportamento strutturale globale, con particolare riferimento alla prevenzione del ribaltamento delle murature ed al miglioramento del comportamento scatolare dei muri portanti.

Durabilità 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, grazie allo sviluppo delle normative di settore e al progresso tecnologico, si è assistito alla rapida diffusione dei sistemi costruttivi in legno che, però, hanno anche 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 anche in questi anni di sofferenza per il settore edilizio in generale. È fondamentale diffondere le regole del buon costruire in legno e sensibilizzare i progettisti dai possibili errori in cui si può incorrere durante la costruzione di un edificio interamente in legno. Oltre all’analisi del materiale “legno” e il suo degrado, è importante affrontare le cause e i meccanismi patologici delle tecnologie costruttive attualmente più diffuse e delle finiture, studiando i punti critici della durabilità di un edificio in legno (attacco a terra, coperture, terrazzi e impermeabilizzazioni, impianti) con esemplificazioni tratte dalla pratica progettuale e dalle esperienze in cantiere.

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