Quando si analizza un edificio, qualsiasi esso sia per tipologia e caratteristiche costruttive, è necessario innanzitutto distinguere gli elementi portanti da quelli portati: definire cioè in maniera chiara quali sono gli elementi strutturali, rispetto a quelli che non hanno tale valenza (tamponamenti, divisori interni, finiture, impianti).
Elementi portanti
La struttura portante di un edificio si definisce come l’insieme delle unità tecnologiche e degli elementi tecnici appartenenti al sistema edilizio aventi la funzione di sostenerne i carichi e di collegare staticamente le sue parti.
Costituisce pertanto il cuore di ogni fabbricato e come tale deve essere considerato, sia nelle fasi di costruzione sia soprattutto durante il ciclo di vita utile dello stesso, laddove eventuali interventi di modifica devono sempre essere progettati ed eseguiti con la massima attenzione, al fine di non comprometterne i livelli prestazionali prestabiliti.
Compito della struttura portante di un edificio è di assicurare:
- la trasmissione dei carichi delle varie parti dell’organismo edilizio al terreno;
- la convivenza funzionale e strutturale tra i vari elementi tecnici dell’organismo;
- l’equilibrio statico e dinamico dei vari elementi tecnici dell’organismo edilizio in esercizio.
Tre tipi di sovraccarichi
Nello specifico, i sovraccarichi a cui una struttura deve far fronte durante tutta la vita di un edificio e per i quali è dimensionata sono sostanzialmente di tre tipologie:
- carichi permanenti dovuto al peso proprio degli elementi, sia strutturali portanti che portati;
- carichi accidentali di esercizio che racchiudono fattori come l’affollamento medio dei locali, l’arredo, e sono pertanto influenzati in maniera sostanziale dalla destinazione d’uso degli ambienti interni;
- carichi accidentali ambientali come il sovraccarico neve, la spinta del vento o le scosse sismiche, che variano quindi in funzione dell’area geografica di riferimento in cui è collocato il manufatto edilizio in oggetto.
Differenze fra strutture portanti
Le due macro tipologie di struttura portante più comuni sono la struttura a telaio e la struttura a setti portanti. Esse differiscono, da un punto di vista dimensionale, sostanzialmente per ciò che riguarda la conformazione degli elementi verticali: pilastri isolati in un caso, murature continue nell’altro.
Gli orizzontamenti, invece, sono sempre costituiti da elementi a piastra (i solai) che costituiscono il piano di calpestio (o di coronamento superiore) sul quale noi ci muoviamo e sul quale si svolgono le attività specifiche per cui l’organismo edilizio è stato progettato.
La struttura a telaio è quella maggiormente diffusa nell’edilizia contemporanea, in quanto unisce snellezza dimensionale ad alte prestazioni: in essa lo scheletro portante è costituito dall’incrociarsi nello spazio di un insieme di travi e pilastri costituenti un’orditura disposta secondo più piani paralleli.
La trasmissione dei carichi verticali e orizzontali quindi avviene secondo lo schema solai-travi-pilastri-fondazioni fino al terreno.
Tecnicamente, infatti, le travi non fanno parte di un solaio ma sono quegli elementi che ne definiscono ciascun perimetro in campiture ben definite e sulle quali i solai poggiano.
Per semplicità, però, siamo soliti identificare un solaio con tutto ciò che costituisce la piastra orizzontale a cui facciamo riferimento (travi+solai) e così faremo anche in questo ambito.
Definizione e funzioni
Nello specifico i solai sono strutture piane costituite da un insieme di elementi tecnici che hanno la funzione di separare in altezza lo spazio interno degli edifici e di trasmettere i carichi alle strutture verticali di sostegno.
Essi devono principalmente rispondere alle seguenti funzioni:
- sostenere il peso proprio e quello dei carichi di tipo permanente o di esercizio;
- creare un collegamento con le strutture di elevazione verticale, per mantenere la continuità strutturale all’interno dell’oggetto-edificio;
- assicurare un buon isolamento termico ed acustico nonché un’adeguata resistenza al fuoco.
La funzione dei travetti
Nei sistemi intelaiati (ma sostanzialmente anche in quelli a setti portanti) i solai da un punto di vista strutturale lavorano sostanzialmente a flessione e sono composti da un insieme di elementi secondari denominati travetti, la cui conformazione può variare a seconda della tipologia di materiale utilizzato (ccalcestruzzo, legno, acciaio).
In linea generale, però, la disposizione dei travetti nel campo di solaio determina quella che viene definita come l’orditura dello stesso e che può seguire due regole: andamento a scacchiera o a trave continua.
In uno schema a scacchiera tutte le travi sono sottoposte a una distribuzione dei carichi pressoché omogenea, mentre in uno schema a trave continua si crea una differenziazione tra travi primarie e travi secondarie, definita proprio dall’orditura del solaio stesso.
Nei punti in cui i travetti hanno il proprio appoggio si individuano le travi primarie, quelle maggiormente sollecitate da un punto di vista strutturale e che saranno quindi più armate nel caso di struttura in c.a. o con sezioni più importanti nel caso di acciaio o legno.
Le restanti travi saranno definite come secondarie e su di esse graveranno minori sollecitazioni.
I differenti tipi di trave
Un’altra differenziazione significativa è quella tra le travi emergenti e le travi a spessore: nel primo caso si tratta di elementi che non fuoriescono dimensionalmente dal solaio ma che, diversamente, sono in esso contenute e quindi non costituiscono vincolo alcuno da un punto di vista spaziale.
Laddove i sovraccarichi di esercizio fossero particolarmente rilevanti, si può ricorrere a travi con sezioni resistenti più importanti, per le quali il vincolo dello spessore di solaio potrebbe risultare troppo limitativo: in questo caso avremo delle travi emergenti intradossate (o ribassate) oppure estradossate (o rialzate).
È possibile comunque riconoscere delle macrofamiglie, considerando come fattore discriminante principale il materiale utilizzato. Individueremo quindi:
- solai in legno
- solai con profilati in acciaio
- solai in calcestruzzo armato.
La scelta di una tipologia di solaio piuttosto che di un altro è determinata principalmente in funzione della luce strutturale che esso deve coprire: la distanza cioè tra i punti di appoggio, calcolata tra le rispettive mezzerie degli stessi.
Solai in legno
I solai in legno sono la tipologia più antica, riscontrabile in forme più o meno elementari nella grande maggioranza degli edifici storici.
La snellezza ed elasticità di questo materiale, unite alla sua relativa leggerezza e al buon comportamento agli sforzi a flessione hanno fatto sì che fosse un materiale privilegiato per questo utilizzo.
Dagli schemi ad orditura semplice (un sistema di travi principali poste ad interasse costante di 40/50 cm), su cui è poggiato un tavolato chiamato assito che ne costituisce il piano di calpestio) fino a quelli ad orditura composta (con travi principali disposte parallelamente al lato minore dell’ambiente da coprire e travi secondarie ortogonali alle principali a sorreggere il tavolato), i solai in legno hanno per secoli rappresentato una soluzione tecnologica a larghissima diffusione.
Oggi il loro impiego è ancora molto ampio, grazie all’introduzione di innovazioni materiali come il legno lamellare e, più recentemente l’Xlam. Le capacità prestazionali in termini strutturali del legno sono in tal senso molto aumentate, rendendolo idoneo alla copertura di luci molto importanti, nonché alla realizzazione di edifici multipiano molto articolati perle diverse destinazioni d’uso.
Un materiale quindi che, partendo dalla storia, è oggi al centro dell’evoluzione tecnologica anche in soluzioni miste (legno-acciaio o legno-calcestruzzo).
Profilati di acciaio
I solai in profilati di acciaio sono un sistema costruttivo particolarmente indicato laddove i sovraccarichi strutturali sono rilevanti: le ottime capacità prestazionali, che l’acciaio è in grado di offrire, unite all’estrema snellezza dimensionale degli elementi che lo compongono, lo rendono adatto all’impiego non solo in ambito residenziale ma anche in edifici industriali, commerciali e pluripiano in genere.
La grande elasticità dell’acciaio è poi specificatamente idonea in ambito antisismico.
Lo schema strutturale è sempre quello travi principali / travi secondarie che abbiamo visto in precedenza, con il piano di calpestio spesso costituito da pannelli di lamiera grecata e getto di calcestruzzo collaborante a completamento.
Questo è il sistema classico, che nei decenni è stato oggetto di perfezionamenti ed evoluzioni tecnologiche, in particolar modo per il miglioramento di due punti critici tipici dell’acciaio da costruzione: la protezione passiva al fuoco e il contatto con ambienti umidi.
Da sempre, quando si parla di acciaio da costruzione, particolare attenzione deve essere riservata ai sistemi di interconnessione tra i singoli elementi strutturali (che avviene soprattutto tramite bullonatura o saldatura), essendo gli stessi prefiniti e quindi non soggetti a modifiche o lavorazioni dirette in opera, pena il loro decadimento prestazionale.
Solai in calcestruzzo
I solai in calcestruzzo rappresentano ancora oggi la fetta di mercato più ampia, grazie al larghissimo utilizzo che il cls trova nelle più svariate destinazioni d’uso.
Dalle soluzioni concettualmente più semplici (solai pieni in c.a.) a quelle più tradizionali (laterocemento, a travetti precompressi) fino agli impalcati per grandi luci che integrano i concetti di pre-tensionamento o post-tensionamento delle armature, i solai in calcestruzzo sono in grado di coprire la più ampia gamma delle necessità costruttive, dal residenziale alle infrastrutture per la produzione e la mobilità.
Quando si parla di calcestruzzo, e in particolar modo di solai in calcestruzzo, emerge chiaro il tema della prefabbricazione.
L’obiettivo di semplificare il sistema produttivo del cantiere edile, velocizzandone le fasi lavorative e rendendolo sempre più un luogo di assemblaggio di elementi prefiniti piuttosto che un laboratorio di elementi costruiti in opera è oggi più vivo che mai.
Nuove frontiere tecnologiche
I solai, sviluppandosi su superfici importanti e spesso in maniera tutto sommato ripetitiva all’interno di un singolo edificio, sono da sempre stati oggetto di grande attenzione da parte del mondo della prefabbricazione.
Ancor oggi l’evoluzione tecnologica è particolarmente attiva in questa direzione, passando attraverso sistemi costruttivi ormai consolidati (travetti prefabbricati, lastre predalles, lastre alveolari) per giungere a soluzioni che cercano di integrare tra loro le potenzialità di diversi materiali in cui il ricorso alle lavorazioni da realizzare direttamente in cantiere sia ridotto al minimo.
Come già detto per l’acciaio, quanto più la metodologia costruttiva è messa in atto attraverso l’assemblaggio di elementi finiti, tanto maggiore dovrà essere l’attenzione alla progettazione degli elementi di interconnessione tra di essi: in tal senso quando oggi si parla di prefabbricazione, grandi passi in avanti sono stati fatti nel rispetto delle norme antisismiche.
Coperture
Un ultimo settore d’intervento da considerare, quando si parla di solai, sono le coperture: elementi di coronamento superiore di ogni edificio, portano con sé due fattori distintivi rispetto ai normali solai d’interpiano: l’esposizione diretta agli agenti atmosferici e il collocamento su piani inclinati (coperture a falde).
Questi due aspetti, spesso presenti in maniera contemporanea in molti edifici, fanno sì che debba essere riservata una particolare attenzione alla progettazione e alla realizzazione delle coperture, in quanto facenti parte sia della struttura portante che dell’involucro esterno di un fabbricato e come tali contribuiscono in maniera decisiva alla creazione dell’adeguato comfort abitativo interno nonché alla durabilità nel tempo dell’edificio stesso.
Si potrebbe dire che le coperture sono dei solai sottoposti a cicli di usura più significativi e che necessitano di elementi di protezione e finitura adatti a resistere all’aggressività dell’ambiente esterno.
Suddivisione tipologica
Al di là della classificazione tra coperture piane e coperture inclinate, la suddivisione tipologica più importante che è opportuno fare è quella che individua:
- le coperture discontinue i cui elementi di finitura sono costituiti da elementi di dimensioni contenute tra di loro sovrapposti (es. tegole);
- le coperture continue i cui elementi di finitura sono costituiti da elementi di grandi dimensioni che creano un piano di scorrimento dell’acqua piovana il più possibile uniforme (es. coperture in lamiera d’acciaio o di alluminio o guaine bituminose);
- i tetti verdi (o tetti giardino) in cui il solaio di sommità è sottoposto al sovraccarico aggiuntivo del terreno di coltura e viene dotato di sistemi di drenaggio delle acque piovane, non più unicamente portate al piede dell’edificio per il successivo smaltimento ma spesso oggetto di raccolta per riutilizzo.
Cresce la richiesta di tetti verdi
L’evoluzione non solo tecnologica ma anche architettonica e del gusto estetico in generale, ha spostato negli ultimi tempi una buona fetta di mercato sia verso le coperture continue sia verso i tetti verdi, a discapito delle coperture discontinue che comunque continuano a rappresentare una larghissima percentuale del patrimonio edilizio esistente.
In particolar modo i tetti verdi sono oggetto di sempre rinnovata attenzione da parte del modo della produzione edilizia, sia per ragioni estetiche e di fruibilità degli spazi esterni, sia perché il loro contributo in termini di schermatura all’irraggiamento solare si è dimostrato essere un valore aggiunto ancor più rilevante.
Allo stesso modo, le capacità di controllo del deflusso delle acque piovane che un tetto giardino possiede, lo hanno reso oggetto di studi ai fini del soddisfacimento dei requisiti di invarianza idraulica ormai richiesti dalla maggior parte delle regioni italiane, a salvaguardia dei rischi da dissesto idrogeologico.
di Matteo Cazzaniga