Guida al solaio PARTE 2, i solai laterocementizi: caratteristiche, tipologie ed esempio teorico di progettazione

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Guida al solaio (PARTE 2), i solai laterocementizi: caratteristiche tecniche, tipologie ed un esempio teorico di progettazione secondo le NTC 2008

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 secondo approfondimento tecnico sull’elemento solaio, in particolare tratteremo i solai laterocementizi (caratteristiche tecniche e tipologie) e forniremo un esempio teorico di progettazione secondo le NTC 2008.

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, in ferro e altre tipologie
4. progetto di un solaio, un caso studio

I solai laterocementizi: caratteristiche tecniche

È sicuramente la tecnica costruttiva più diffusa, utilizzata nella realizzazione di semplici solai per comuni abitazioni in cui la struttura in calcestruzzo armato si unisce ad elementi di alleggerimento in laterizio.

Gli elementi che costituiscono un solaio in latero cemento sono:

• blocco di alleggerimento in laterizio (pignatta)
• travetto in c.a.
• soletta in c.a.

Blocco di alleggerimento in laterizio (pignatta)

La pignatta, pur non avendo funzione strutturale, è il vero elemento centrale dei solai laterocementizi, in quanto svolge il ruolo di cassaforma a perdere, necessario alla formazione dei travetti.

Viene in gergo descritto come elemento tecnico per l’alleggerimento dei solai, va però precisato che la sua presenza è funzionale alla realizzazione del solaio stesso senza la quale non potrebbero formarsi i travetti in opera o prefabbricati. Dunque visto il suo ruolo indispensabile, diviene essenziale che sia anche leggera.

La grandezza di una pignatta varia a secondo del tipo di solaio, in commercio troviamo tantissime tipologie.

Le pignatte più usate hanno le seguenti dimensioni [cm] (min÷max):

• larghezza B (38÷45)
• altezza H (12÷28)
• profondità L (25 – 30)

Una pignatta standard ha dimensioni 20 x 25 x 40.

Pignatta 20 x 25 x 40

Travetto 

Il travetto, come accennato in precedenza, è l’elemento compreso tra 2 pignatte. I travetti rappresentano la struttura portante di un solaio e possono essere di 2 tipi:

• gettati in opera
• prefabbricati

Il travetto gettato in opera, ha la caratteristica forma rettangolare e dimensioni in larghezza comprese tra gli 8 e i 16 cm.

Per luci di solaio superiori a 5 metri è necessario inserire un travetto rompitratta, o di ripartizione, perpendicolare alla tessitura dei travetti, con base 15 cm allo scopo di aumentare la rigidezza della struttura.

Esempio di travetti gettati in opera

I travetti prefabbricati possono a loro volta essere:

• precompressi
• tralicciati in c.a.

Solaio con travetti prefabbricati in c.a. precompresso

Solaio con travetti prefabbricati tralicciati

Soletta 

La soletta ha la funzione di ripartire i carichi e di irrigidire il piano, in sua assenza il solaio si dice “a raso”.

La soletta in c.c.a. è la parte superiore del solaio ed ha il compito di collegare i travetti tra di loro.

Il calcestruzzo viene gettato in una sola volta, in modo da formare sia i travetti che la soletta, costituendo così una struttura monolitica.

La soletta, generalmente ha dimensioni comprese tra i 4 e i 10 cm ed al suo interno viene posizionata una rete elettrosaldata, in grado di ripartire i carichi trasversali e assorbire gli effetti del ritiro del calcestruzzo. Una rete di uso frequente è composta da una maglia quadrata composta da Ø 6 con passo 20 cm. 

I solai laterocementizi: tipologie

Ricordiamo numerose tipologie di questi solai:

• solai gettati in opera
• solai a travetti prefabbricati e blocchi in laterizio interposti
• solai con lastre in c.a. e blocchi di alleggerimento
• solai a pannelli prefabbricati
• solai tipo SAP

Solai laterocementizi gettati in opera

Sono realizzati poggiando su un tavolato in legno i blocchi in laterizio (pignatte) poste ad un interasse tale da consentire la realizzazione dei travetti (mediante il posizionamento delle barre di armatura) ed il successivo getto di calcestruzzo.

Successivamente la cassaforma in legno viene smontata, al raggiungimento della maturazione del calcestruzzo (in genere 28 giorni dal getto).

Viene riportata una sezione tipica di solaio gettato in opera:

Esempio di una sezione di un solaio gettato in opera

dove:

• i = interasse dei travetti
• hs = spessore della soletta
• hp = altezza della pignatta

Solai laterocementizi a travetti prefabbricati e blocchi in laterizio interposti

Sono solai caratterizzati da una struttura portante (i travetti prefabbricati) e che non necessitano di complicate strutture di sostegno in fase di esecuzione.

Sono pertanto di realizzazione più rapida rispetto ai solai gettati in opera.

Si realizzano mediante le seguenti fasi:

• posizionamento tra gli appoggi dei travetti prefabbricati
• collocazione dei laterizi
• getto di completamento del c.a.

Le varie tipologie di solaio si differenziano in buona sostanza per i differenti travetti prefabbricati che possono essere:

• con fondello, parzialmente gettato e traliccio di armatura
• con travetto tralicciato in c.a.
• con travetto precompresso

Le seguente figura ci mostra un solaio con fondello, parzialmente gettato e traliccio di armatura:

Solaio con fondello, parzialmente gettato e traliccio di armatura

Solai laterocementizi con lastre in c.a. (predalles) e blocchi di alleggerimento

Sono solai caratterizzati da lastre in c.a. prefabbricate, comunemente conosciute come predalles, (precompresse o non) spesse in genere almeno 4 cm e larghe 1,20 m che vengono disposte tra gli appoggi della struttura portante.

Su di esse vengono poggiati dei blocchi di alleggerimento (in laterizio o in polistirolo espanso o in plastica) opportunamente distanziati per consentire la successiva realizzazione dei travetti in c.a. (tralicciato o non) mediante il getto di completamento.

Sono solai di rapida esecuzione. La seguente figura illustra la tipologia descritta:

Solai con lastre in c.a. (predalles) e blocchi di alleggerimento

Solai laterocementizi a pannelli prefabbricati

Sono solai realizzati quasi per intero in stabilimento mediante assemblaggio dei laterizi e dei travetti armati.

Sono caratterizzati da una rapida esecuzione, il cui montaggio avviene attraverso ganci di sollevamento, necessitano di poche opere di sostegno provvisorio e di ridotti getti di completamento.

Risultano poco versatili per solai con particolari configurazioni in pianta.

Eccone un esempio illustrativo:

Solaio a pannelli prefabbricati

 Solai laterocementizi tipo SAP

Rappresentano un solaio storico introdotto in Italia intorno al 1930 e sono caratterizzati da una buona velocità di esecuzione.

È in buona sostanza costituito da travetti in laterizio armato assemblati a piè d’opera mediante infilaggio di barre di armatura (in genere lisce e dal diametro ridotto) in tasche appositamente predisposte nel laterizio e sigillate mediante malta.

Questa tipologia presentava una serie di problemi:

• mancanza di soletta di ripartizione
• visibilità dei fondi dei laterizi (quando integri)
• distacchi di intonaco e di laterizi
• ossidazione delle barre di armatura per effetto dei ridottissimi copriferri

Solaio tipo SAP

I solai laterocementizi: un esempio teorico di progettazione

Di seguito presentiamo un esempio teorico di calcolo di un solaio laterocementizio secondo la normativa di riferimento (NTC 2008).

Lo schema di solaio a cui si farà riferimento è quello relativo ad una struttura intelaiata in c.a. destinata a civile abitazione, con 2 campi di solaio ed uno sbalzo.

Solaio di piano in struttura intelaiata in c.a. destinata a civile abitazione

Per il progetto seguiremo le seguenti fasi operative:

1. pre-dimensionamento della sezione dell’elemento
2. definizione dei carichi agenti
3. definizione delle combinazioni di carico
4.  schematizzazione e modellazione degli elementi strutturali
5. determinazione delle sollecitazioni
6. progetto delle armature
7. verifica dello stato limite ultimo (flessione e taglio)
8. predisposizione degli elaborati esecutivi del solaio

Pre-dimensionamento della sezione dell’elemento

Per il pre-dimensionamento dei solai laterocementizi ci rifaremo alle indicazioni del dm 9 gennaio 1996, secondo cui valgono le seguenti grandezze:

• altezza della soletta (s ≥ 4 cm)
• interasse travetto (i ≤ 15 s), generalmente i = 50 cm
• larghezza del travetto b₀ ≥ max (8 cm – 1/8 i), generalmente b₀ =10 o 12 cm
• larghezza della pignatta b_p ≤ 52 cm, generalmente bp = 38 o 40 cm
• altezza del solaio  H ≥ max (12 cm – 1/25 L), dove L=luce della campata più lunga, generalmente H ≥ 16 cm

Sezione trasversale del solaio relativa alla fascia di 1 m

Definizione dei carichi agenti

Bisogna effettuare un’analisi dei carichi, con riferimento per semplicità alla fascia di 1 metro di solaio.

• carichi permanenti Strutturali (G₁), peso proprio di tutte le parti strutturali essenziali quali:
  • la soletta
  • la nervatura
  • le pignatte
• carichi permanenti non strutturali (G₂), peso proprio delle parti non strutturali quali:
  • il pavimento
  • il massetto
  • le tramezzature interne
  • l’intonaco
• carichi variabili o di esercizio (Q), definiti dalla norma in funzione delle destinazione d’uso proprie della struttura (es. abitazione, negozio, parcheggio)

Definizione delle combinazioni di carico

Si utilizzerà il metodo Semi-Probabilistico agli stati limite considerando (seppure in maniera semplificata) la natura aleatoria delle azioni.

Per questo motivo, alle quantità g, g’ e q stimate nell’analisi dei carichi viene assegnato ora un significato statistico; il pedice “k” che accompagna le grandezze g_k, g_k’ e q_k (ma anche F_k e H_k) definisce le stesse come valori caratteristici, assegnando cioè il valore 5% alla probabilità di superamento di tali valori dei carichi durante la vita delle strutture.

Il metodo Semi-Probabilistico agli stati limite

Secondo il metodo Semi-Probabilistico agli stati limite vengono definiti, inoltre, 2 livelli di verifica per le prestazioni degli elementi strutturali. In particolare, si definiscono 2 diversi tipi di combinazioni con riferimento ai valori delle azioni caratterizzati da diversa probabilità di occorrenza:

• combinazioni allo Stato Limite Ultimo (SLU), per le quali si considerano azioni amplificate rispetto ai corrispondenti valori caratteristici al fine di poter considerare carichi con una probabilità di superamento dell’ordine di 10^-3 (e dunque molto più bassa del 5% che riguarda i valori caratteristici):
  • F_d = γ_G1 G₁ + γ_G2 G₂+ γ_qQ_k1 + Σ_(i>1) γ_q Ψ_0i Q_ki
• combinazioni allo Stato Limite di Servizio (SLS), ottenute con riferimento a valori caratteristici (o a loro frazioni) dei carichi variabili
  • Combinazioni rare: F_d = G₁ + G₂ + P + Q_k1 + Σ_(i>1) Ψ_0i Q_ki
  • Combinazioni frequenti: F_d = G₁ + G₂ + P + Ψ_1i Q_k1 + Σ_(i>1) Ψ_2i Q_ki
  • Combinazioni quasi permanenti: F_d = G₁ + G₂ + P + Σ_(i>1) Ψ_2i Q_ki

dove:

• G₁ è il valore nominale delle azioni permanenti strutturali
• G₂ è il valore nominale delle azioni permanenti non strutturali
• P è il valore nominale delle azioni di precompressione
• Q_k1 è il valore caratteristico dell’azione variabile di base di ogni combinazione
• Q_ki è il valore caratteristico delle altre azioni variabili
• Ψ_0i, Ψ_1i, Ψ_2i sono i coefficienti di combinazione

Coefficienti parziali per le azioni γ_F

Le norme tecniche per le costruzioni del 2008 prevedono:

• Carichi permanenti (G₁)
  • Favorevoli γ_G1 = 1.0
  • Sfavorevoli γ_G1 = 1.3
• Carichi permanenti non strutturali (G₂)
  • Favorevoli γ_G2 = 0.0
  • Sfavorevoli γ_G2 = 1.5
• Carichi variabili (Q)
  • Favorevoli γ_Qi = 0.0
  • Sfavorevoli γ_Qi = 1.5

Coefficienti di combinazione (ψ_0j; ψ_1j; ψ_2j)

Coefficienti di combinazione (ψ_0j; ψ_1j; ψ_2j) sono funzione della destinazione d’uso dei locali:

 Schematizzazione e modellazione degli elementi strutturali

Una volta quantificate le azioni, bisogna determinare la loro disposizione più sfavorevole ai fini della valutazione delle sollecitazioni risultanti sulla struttura. Al fine di ottenere una indicazione generale sulle combinazioni di carico che massimizzino i momenti flettenti in campata e quelli sugli appoggi (in valore assoluto), consideriamo una trave continua con un numero indefinito di campate.

Per massimizzare il momento in una sezione di campata bisogna caricare quella campata e tutte le altre in maniera alternata (“a scacchiera”) verso la periferia della trave. Per ottenere il momento massimo (in valore assoluto) sul generico appoggio bisogna caricare le due campate che vi concorrono e tutte le altre in maniera alterna verso la periferia.

Nel nostro caso (2 campi di solaio e uno sbalzo) si avranno le seguenti 4 combinazioni di carico:

Combinazione di carico n. 1:

• massimizzazione del momento flettente positivo in campata AB

Combinazione n. 1: Mmax positivo in AB

Combinazione di carico n. 2:

• massimizzazione del momento flettente positivo in campata BC

Combinazione n. 2: Mmax positivo in BC

 Combinazione di carico n. 3:

• massimizzazione del momento flettente negativo sull’appoggio B

Combinazione n.3: Mmax negativo in B

Combinazione di carico n. 4:

• massimizzazione del momento flettente negativo sull’appoggio C

Combinazione n.4: Mmax negativo in C

 Determinazione delle sollecitazioni

I valori delle sollecitazione momento e taglio (M, V) con i quali effettuare le operazioni di progetto sono ottenuti dal diagramma di inviluppo delle combinazioni di carico:

• diagramma di inviluppo delle sollecitazione di momento di calcolo M_sd
• diagramma di inviluppo delle sollecitazioni di taglio di calcolo V_sd

Progetto delle armature

Il progetto delle armature consiste nel dimensionare l’area minima di acciaio, tale che in fase di verifica risulti in ogni sezione:

M_Rd > M_sd

In via esemplificativa l’area minima di armatura resistente a flessione può essere valutata attraverso:

A_f,min = M_d / (0,9 · d · f_yd)

dove d è l’altezza utile, che presuppone la valutazione del valore del copriferro d’ (strato di cls posto per garantire la protezione delle armature dalla corrosione, generalmente 3 cm).

Inoltre, in corrispondenza della sezione di appoggio, deve essere disposta un’area di armatura minima inferiore tale che:

A_f,min = V_Sd / f_yd

La norma NTC2008 prescrive che in ogni sezione deve essere disposto almeno un valore minimo di armatura longitudinale:

A_f,min =0,26 f_ctm/f_yk · b_t · d e comunque non minore di 0,0013· b_t · d

dove:

• b_t rappresenta la larghezza media della zona tesa
• d è l’altezza utile
• f_ctm è il valore medio della resistenza a trazione assiale
• f_yk è il valore caratteristico della resistenza a trazione dell’armatura ordinaria

Verifica dello stato limite ultimo (verifica a flessione)

La verifica di sicurezza si effettua confrontando il momento resistente M_Rd con quello agente. La verifica è soddisfatta se risulta:

M_Rd ≥  M_Sd

La procedura per la verifica di sicurezza a flessione si compone delle seguenti fasi:

• posizione dell’asse neutro
• valutazione del Momento resistente M_Rd

confronto tra il Momento resistente M_Rd e quello agente M_Sd

Verifica dello stato limite ultimo (verifica a taglio)

Per elementi sprovvisti di armatura resistente a taglio (es. solai) la verifica allo SLU è soddisfatta se:

V_Rd ≥ V_Ed

dove:

• V_Ed è il valore dello sforzo di taglio agente
•  V_Rd è il taglio resistente valutato secondo l’espressione:
  • V_Rd = {0.18 · k · (100 · ρ_l · f_ck )^1/3 /γ _c + 0.15 · σ_cp} · bw · d ≥ (v_min + 0.15 · σ_cp ) · bw · d 1/ 3

dove:

• d è l’altezza utile della sezione
• b_w è la larghezza minima della sezione
• ρ_l = A_sl /(b_w ⋅ d) è il rapporto geometrico di armatura longitudinale
• σ_cp = N_Ed /A_c è la tensione media di compressione nella sezione
•  k = 1+ (200 / d)^1/2 ≤ 2
• v_min  = 0.035 · k^3/2  · f_ck^1/2

Predisposizione degli elaborati esecutivi per solai laterocementizi

Per completare il progetto di un solaio sono indispensabili i seguenti elaborati grafici:

• diagramma del momento agente-resistente
• diagramma del taglio agente-resistente
• carpenteria
• armatura del travetto (sezione longitudinale)
• sezioni trasversali
• particolari costruttivi

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Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/solai-laterocementizi-caratteristiche-tipologie-esempio-teorico/