Guida al solaio PARTE 3: i solai in legno, in ferro ed in cemento armato

Guida al solaio: i solai in legno, in ferro ed in cemento armato nel terzo approfondimento tecnico di BibLus-net

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.

In questo articolo proponiamo il terzo approfondimento tecnico sull’elemento solaio, in particolare tratteremo:

  • i solai in legno
  • i solai in ferro
  • i solai in cemento armato

Ricordiamo che la guida al solaio completa è suddivisa in 4 parti:

  1. il solaio: tipologie, caratteristiche tecniche e aspetti normativi
  2. i solai latero-cementizi
  3. i solai in legno e altre tipologie
  4. progetto di un solaio, un caso studio

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 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 (utilizzati per luci fino a 3/4 m)
  • 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
  • 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

Può essere presente o meno un’orditura secondaria, che serve a riempire i vuoti, costituita da:

  • 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

Nelle figure seguenti riportiamo alcuni esempi di solai di legno.

orditura-semplice

Solaio in legno a semplice orditura

 

solaio_legno_calcestruzzo_connettori_doppia

Solaio in legno a doppia orditura

 

Solaio tripla orditura

Solaio in legno tripla orditura

 

solaio-a-cassettoni

Solaio in legno a cassettoni

I solai in legno di grande luce e il problema dell’appoggio

I solaio in legno venivano utilizzati in passato anche in caso di solai di grande luce o carico; le tecniche più diffuse 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.

Solaio in legno - particolare appoggio travi/muratura

Solaio in legno – particolare appoggio travi/muratura

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.

I solai in legno oggi

La diffusione nel mercato edilizio delle costruzioni in legno è stata caratterizzata negli ultimi anni da una crescita significativa.

Le ragioni sono da ricercare in una serie di aspetti, quali:

  • 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
  • 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.

legno lamellare

Copertura in legno lamellare

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

I solai in legno, gli aspetti normativi e 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

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

La scelta dei criteri di verifica, diviene dunque aspetto a cui porre particolarmente attenzione in fase di progettazione, non solo per soddisfare determinati requisiti funzionali e di confort, 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 confort degli utenti, rendendo così necessario interventi di adeguamento in opera spesso molto difficili da realizzare o dal costo elevato.

I solai in ferro, caratteristiche

I solai in ferro rappresentano la naturale evoluzione tecnologica dei solai in legno. Al posto delle travi portanti lignee, vengono poste delle travi portanti in acciaio (le cosiddette putrelle) in virtù delle seguenti caratteristiche:

  • maggiore capacità portante
  • ridotta deformabilità
  • superiore durabilità nel tempo
  • incombustibilità

Nel caso delle putrelle in acciaio, ancor più che nelle travi di legno è fondamentale l’ampiezza della superficie di appoggio, perché il carico trasmesso dalla singola trave è, in genere, superiore. Si aumentava la superficie di appoggio sulla muratura interponendo un blocco di pietra molto resistente.

Esistono varie tipologie di solai in ferro a seconda dell’elemento posizionato tra le suole inferiore dei profilati metallici:

  • solai in ferro con voltine
  • solai in ferro con tavelle
  • solai in ferro con lamiera recata
  • solai in ferro con impalcato di tavole di legno

Solai in ferro con voltine

Questi solai venivano utilizzati sin dagli inizi del 1800 e sono ancora oggi presenti negli edifici “storici”. Sono caratterizzati da profilati metallici che costituiscono l’orditura principale del solaio e da laterizi o mattoni posti tra le ali per realizzare l’orizzontamento. Le voltine possono essere ad intradosso curvo o piano. Nel secondo caso l’effetto arco è garantito da blocchi opportunamente sagomati detti “volterrane”. Esistono casi di laterizi a profilo curvilineo.

Era la soluzione più comune fra i solai con orditura metallica: univa alla resistenza delle travi la rigidezza e la massa della struttura laterizia delle voltine.

Ricordiamo le seguenti tipologie:

  • voltine “in foglio” (spessore 5-6 cm), adatte per carichi modesti (fabbricati rurali, abitazioni, sottotetti)
  • voltina ad una testa (spessore 12-13 cm), adatte per carichi maggiori (impianti industriali, magazzini, locali affollati)
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Solaio in ferro con voltine

Solai in ferro con tavelloni

Questa tipologia di solai in ferro rappresenta una versione più “moderna” dei solai con voltine. Il riempimento tra le travi metalliche è garantito mediante dei laterizi piani detti “tavelle” o “tavelloni”. Questi solai sono spesso utilizzati per la ristrutturazione di edifici in muratura. Talvolta le putrelle sono munite di connettori per la collaborazione con la soletta in c.a.

I solai con tavelloni non differiscono molto dai tipi contemporanei.

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Solaio in ferro con tavelloni

Solai in ferro con lamiera grecata

Sono caratteristici degli edifici a struttura metallica e sono realizzati mediante un’orditura principale spesso accompagnata da un’orditura secondaria.

I connettori in sommità hanno la funzione di vincolare le lamiere grecate posizionate all’estradosso e di favorire l’intima collaborazione tra la struttura in acciaio ed il getto di calcestruzzo costituente la soletta.

Le pareti delle lamiere sono in genere corrugate (ovvero striate o bugnate) in maniera tale da consentire l’intima collaborazione con il calcestruzzo della soletta.

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Solaio in ferro con lamiera grecata

Solai in ferro con impalcato di tavole di legno

Si tratta di un solaio con orditura di putrelle e impalcato di tavole di legno inchiodate su blocchetti di legno fissati con bulloni all’anima della putrella.

Questo tipo di solaio è piuttosto raro perché i materiali metallici erano costosi e si faceva ricorso a solai con orditura di putrelle solo quando erano presenti forti carichi o luci rilevanti e comunque quando non si voleva correre il rischio di incendi. In tutti questi casi era inopportuno realizzare un impalcato ligneo.

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Solaio in ferro con impalcato di tavole di legno

Solai con struttura in cemento armato

I solai in cemento armato si diffusero molto rapidamente a partire dal primo decennio del ‘900 perché univano i pregi di rigidezza delle volte (senza scaricare azioni orizzontali sui muri) e di resistenza dei solai in acciaio; inoltre erano monolitici, molto resistenti al fuoco ed erano considerati “eterni”.

In certi casi (ad esempio magazzini) erano presenti anche pilastri interni per interrompere la luce della orditura principale. In genere però la struttura di elevazione verticale perimetrale era muraria.

Possono essere distinti in:

  • solai in cemento armato a soletta piena
  • solai in cemento armato alveolari

Solai in cemento armato a soletta piena

Sono usati raramente e solo nel caso di manufatti con notevoli sovraccarichi accidentali o grosse luci. Possono essere precompressi o non, muniti o meno di nervatura oppure piani o curvi.

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Solaio in cemento armato a soletta piena

Solai in cemento armato alveolari (o alveolati)

Sono costituiti da lastre prefabbricate in cemento armato vibrato e precompresso (con precompressione a fili aderenti) larghe in genere 120 cm.

Tali lastre sono utilizzate in genere nelle costruzioni prefabbricate (grossi centri commerciali, edilizia industriale, parcheggi, etc).

La dicitura “alveolare” è dovuta alla presenza di canali realizzati in stabilimento mediante dei tubi-forma.

Solaio in cemento armato alveolari

I solai alveolari sono apprezzati per le loro caratteristiche di:

  • risparmio di materiale
  • fonoassorbenza
  • isolamento termico
  • resistenza al fuoco

 

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2 commenti
    • Nicola Furcolo
      Nicola Furcolo dice:

      Ciao Raffaele,
      puoi salvare la pagina HTML oppure potresti stamparla in PDF.
      Magari prossimamente realizzeremo un apposito speciale ad hoc.
      Saluti.

      Rispondi

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