Solaio collaborante legno/cls e lamiera grecata/cls: vantaggi funzionali e di posa

26/05/2021 - Demolizione e ricostruzione, ampliamenti, sopraelevazioni, cambi di destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi globali verticali, ecc. sono interventi di riqualificazione importante dell’edificio.

Ai sensi delle NTC del 2018 sono classificabili come interventi di miglioramento ed adeguamento, poiché incidono sul comportamento dell’intera struttura, agendo su rigidezza, resistenza e/o duttilità. Alcuni, fra questi interventi, sono agevolati dal Sismabonus 110%.
 
Un intervento di miglioramento o di adeguamento deve aumentare la sicurezza strutturale dell’edificio. Tra le varie soluzioni, adatte a risponde ad esigenze di natura sismica e statica, vi è il solaio collaborante.
 
La tecnica del solaio collaborante conferisce al solaio due caratteristiche:
1) la rigidezza di piano, ovvero il comportamento rigido del solaio e la sua limitata deformabilità;
2) la continuità strutturale, ovvero il collegamento con le strutture verticali.

La presenza di entrambi questi fattori permette all’edificio di avere una qualità importante ai fini antisismici: il cosiddetto comportamento scatolare.
 
Entriamo nel vivo dell’argomento con TECNARIA, azienda specializzata nell’ideazione e produzione di connettori metallici per la realizzazione di solai misti, piani o inclinati, con travi in legno, in acciaio e in laterocemento, che attraverso la voce dell'ing. Fabio Guidolin ci ha fornito una panoramica sul sistema del solaio collaborante.
 
“Il solaio collaborante è formato da una sezione mista, dove l’elemento superiore, una cappa in calcestruzzo, collabora con la struttura portante sottostante come se fosse un’unica sezione; in questo modo l’elemento superiore lavora prevalentemente a compressione - quindi ben si presta una soletta in calcestruzzo - l’elemento inferiore prevalentemente a trazione.
 
A seconda dell’elemento portante sottostante possiamo quindi avere sezioni miste in: legno/cls, acciaio/cls, cls/cls e laterocemento/cls. Il vantaggio di tale sistema si traduce in un incremento della capacità portante, nella realizzazione di un piano rigido (che soddisfa uno dei requisiti del buon comportamento sismico) e nella possibilità di realizzare efficaci collegamenti perimetrali.”
 
Qualsiasi sia la sezione utilizzata, è fondamentale tener presente che in edilizia, quando si utilizzano materiali eterogenei e con un comportamento differente alle sollecitazioni, è necessario l'impiego di connettori.
 
Qual è il ruolo dei connettori nel sistema Solaio collaborante?
 
“Il ruolo dei connettori è, come definisce la parola stessa, quello di connettore l’elemento superiore con quello inferiore di modo che si comportino come un tutt’uno. Il principio di funzionamento ricalca quello del legno lamellare dove la colla impiegata per tenere unite le lamelle ha lo scopo di annullare o limitare il più possibile lo scorrimento degli elementi che lo compongono, una volta sottoposti ad un carico verticale. Lo scopo del connettore è quindi il medesimo, ossia impedire lo scorrimento fra le parti; di conseguenza, lo sforzo a cui è sottoposto è prevalentemente di tipo tagliante.”

 
Foto: Connettore per solaio OMEGA©TECNARIA 

Quando la norma dice che i connettori devono essere opportunamente dimensionati cosa intende?
 
“Gli Eurocodici indicano le modalità di calcolo dei solai misti e forniscono indicazioni molto precise su come debbano essere testati i connettori affinché i solai così realizzati possano raggiungere le prestazioni attese. Nel caso di solai in legno (vedi Eurocodice 5), è previsto che il connettore manifesti un comportamento di tipo cedevole, ossia una resistenza ed una rigidezza decrescente all’aumentare dello sforzo di taglio gravante sul connettore stesso. Nelle travi in calcestruzzo (EC 2) il comportamento si presenta rigido, nelle travi in acciaio (EC 4) il comportamento può essere rigido o duttile a seconda delle dimensioni geometriche del connettore. Riuscire a dimensionare i connettori in maniera opportuna significa garantire le prestazioni dichiarate sotto carichi esterni.”
 

Solaio collaborante legno/cls, recupero o sostituzione dell’esistente

I solai collaboranti, a seconda dell’elemento portante sottostante, possono presentare una sezione mista in legno/cls, acciaio /cls, cls/cls e laterocemento/cls. Con TECNARIA approfondiamo la tipologia con travi portanti il legno. Il sistema Solaio collaborante è un metodo valido sia per gli interventi di rinforzo di solai esistenti che per la creazione di nuovi solai.
 
Come si realizza l'irrigidimento per mezzo del solaio collaborante in presenza di un solaio in legno con tavolato o con pianelle?
 
“Per realizzare l’irrigidimento si deve rimuovere la pavimentazione ed il sottofondo esistente mettendo a nudo le parti lignee. I connettori andranno opportunamente dimensionati e fissati sulle travi esistenti. Il solaio, provvisto di rete elettrosaldata, andrà preferibilmente puntellato prima del getto del calcestruzzo.”
 
Per comprendere i vantaggi statici della soletta collaborante, TECNARIA ha condiviso la tabella seguente, da cui si evincono gli incrementi prestazionali ottenuti una volta che è prefissato un determinato limite di deformazione:
 

 
Prima immagine: portata 280 kg/mq senza soletta collaborante solo con massetto.
Seconda immagine: portata più che raddoppiata, 700 kg/mq, con soletta collaborante.
Terza immagine: sezione di legno necessaria, + 40%, per ottenere 700 kg/mq.
 
Nel caso di sostituzione e realizzazione di un nuovo solaio: che differenza c'è tra il solaio collaborante legno/cls e le analoghe strutture lignee del passato?
 
“In passato i solai richiedevano minori carichi accidentali e permanenti ed era tollerata una deformabilità maggiore. Gli attuali solai lignei, oltre a soddisfare requisiti estetici, devono sopportare carichi permanenti di gran lunga superiori (come ad esempio impianti a pavimenti, tramezzature, pavimentazioni molto rigide), carichi di esercizio più severi e devono soddisfare necessità antisismiche.
 
Il semplice solaio in legno, da solo, difficilmente sarebbe in grado di soddisfare tutte queste esigenze. La tecnica della soletta collaborante legno/cls ha il duplice vantaggio di conferire al solaio sia caratteristiche di rigidezza che di aumento della capacità portante”.
 
Nel caso di una sostituzione si deve comunque realizzare il collegamento perimetrale?
 
“Il § 7.8.1.4 delle NTC 2018 dispone che: "i solai devono assolvere funzione di ripartizione delle azioni orizzontali tra le pareti strutturali, pertanto devono essere ben collegati ai muri e garantire un adeguato funzionamento a diaframma”. Pertanto il collegamento perimetrale è essenziale se si vuole ottenere un comportamento scatolare dell’intero edificio. In letteratura ci sono varie soluzioni ma quella del tipo puntuale realizzata mediante barre d’armatura inghisate per mezzo di resina - vinilestere o epossidica per elevate prestazioni - si caratterizza per essere una soluzione economica ma allo stesso tempo efficace e facile da realizzare”.
 
Antagonista del comportamento sismico è sicuramente la "massa", per questo si predilige la leggerezza: la realizzazione di un solaio collaborante in legno/cls quanto incide sul peso finale?
 
“Nei vecchi solai in legno era sempre presente uno strato di posa della successiva pavimentazione (sia essa in materiale ceramico che ligneo) costituito da sabbia o altri impasti che comunque avevano un loro peso e che contribuivano a migliorare le caratteristiche acustiche, termiche e a ridurre l’elasticità e le vibrazioni al calpestio. Questi strati hanno pesi che sono paragonabili a quelli di un calcestruzzo strutturale alleggerito moderno. Pertanto, i solai misti legno-calcestruzzo presentano pesi pressoché simili a quelli realizzati in passato ma con prestazioni nettamente superiori.”
 
Infine, TECNARIA ha detto che: “Il solaio misto legno-calcestruzzo ha il pregio di essere realizzato direttamente in cantiere, questo evita la movimentazione di elementi di grosse dimensioni ed in più, nel caso di solai esistenti, la possibilità di recuperali, se le verifiche lo confermano, senza demolirli. Lo spessore della cappa solitamente si attesta in 5 cm, per problemi di spazio si può scendere anche a 3 cm, ma bisogna essere consapevoli che le prestazioni del sistema misto sono proporzionali allo spessore della cappa.”
 

Solaio collaborante in lamiera grecata/cls

Con il geometra Ulderico Mariani, dell’ufficio tecnico di ELCOM SYSTEM, affermata azienda italiana nel settore della prefabbricazione edilizia, approfondiamo il sistema Solaio collaborante in lamiera grecata/cls.
 
In un sistema misto lameria grecata/cls, “le lamiere grecate sono caratterizzate dalla presenza di nervature longitudinali ottenute mediante formatura a freddo che ne conferiscono resistenza strutturale ed evitano il fenomeno di scorrimento fra calcestruzzo e lamiera in acciaio.
 
Nella fase di indurimento del cls, la lamiera grecata ha solo una funzione di cassaforma e quindi deve essere adeguatamente sostenuta tramite puntellature provvisorie; mentre nella fase di post maturazione del calcestruzzo ha una funzione portante e costituisce l’armatura longitudinale nella zona tesa del solaio ed un irrigidimento per l'intero impalcato.”
 
 
Foto: solaio collaborante Solac 55^® Elcom System in fase di montaggio; continuità strutturale fornita dalle lamiere grecate alla struttura a telaio, colonne e travi.
 
“In fase di messa in opera le lamiere devono avere una superficie esente da impurità per non compromettere l'effettiva aderenza tra acciaio e calcestruzzo. Va effettuata una salda connessione tra la lamiera grecata, struttura metallica e soletta in calcestruzzo, in genere eseguita tramite appositi connettori in acciaio.
 
Questo sistema consente un uso oculato ed efficace dei materiali, ne esalta le doti statiche e ne aumenta la rigidezza strutturale. Le lamiere vanno accostate testa contro testa in corrispondenza di una trave di appoggio. La fase di getto va effettuata cercando di depositare il calcestruzzo in prossimità delle travi di appoggio e distribuendolo in modo graduale per evitare eccessive deformazioni nelle lamiere.
 
Infine, si procede alla posa in opera di una rete elettrosaldata per aumentare la resistenza del calcestruzzo. In fase di montaggio la lamiera costituisce la cassaforma ed è soggetta al peso proprio, al peso del getto e al peso degli operatori, per questo andrà opportunamente dimensionata in tal senso.”
 
 
Foto: solaio collaborante Solac 55^® Elcom System, la lamiera costituisce la cassaforma per il getto in cls. A seguito del quale si otterrà la rigidezza strutturale di piano.
 
Ricapitolando, il sistema Solaio collaborante lamiera grecata/cls è un sistema realizzato in opera ed è caratterizzato dalle seguenti fasi operative:
“- posa della lamiera grecata in appoggio alle travi di orditura del solaio;
- fissaggio delle lamiere tramite viti e/o connettori;
- posa delle barre in acciaio costituenti l'armatura supplementare (rete elettrosaldata, monconi, ecc);
- getto del calcestruzzo.”
 
Qual è il comportamento di una struttura come questa in termini di isolamento termico e acustico, dato che contiene metallo?
 
“Il solaio collaborante in lamiera grecata e cls non ha caratteristiche di isolamento termico ed acustico ma, il suo spessore ridotto (generalmente da 9 a 15 cm), permette l'inserimento di materassini isolanti e offre la possibilità di controsoffittare l'intradosso del solaio rimanendo sempre in spessori contenuti.”
 
Anche ad ELCOM SYSTEM abbiamo chiesto quanto la realizzazione di un solaio collaborante in lamiera grecata/cls incide sul peso finale:
“La collaborazione dei due materiali, acciaio e cls, garantisce un risparmio importante del peso, il confronto tra un solaio tradizionale ed uno collaborante in lamiera e cls, mostra che per lo stesso sovraccarico, è possibile una riduzione delle dimensioni delle travi, fino al 30%, una riduzione delle frecce fino a 4 volte, un aumento della rigidezza fino a 3 volte ed un guadagno importante dell'altezza utile dei locali.
 
Questa tecnica permette infatti di ridurre l’altezza del solaio fino al 30%, oltre che una diminuzione del peso strutturale e di conseguenza del dimensionamento delle fondazioni. I solai collaboranti in lamiera e soletta in cls, pertanto, consentono di avere leggerezza a parità di ingombro se rapportati ai carichi che possono sostenere, facilità di apportare modifiche funzionali (tagli ed adattamenti in cantiere) e buona versatilità costruttiva e flessibilità impiantistica.”
 

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