CALCOLO DELL’INTERASSE DEI PUNTONI DEL SISTEMA DI FALDA

Il calcolo della distanza tra i puntoni (interasse dei puntoni) è un parametro chiave che determina la capacità portante del sistema di copertura e la sua resistenza agli influssi esterni. Questo parametro non è arbitrario e dipende da numerosi fattori interconnessi. I principali sono: il tipo di materiale di copertura, che influisce sulla rigidità necessaria della base; il tipo e la sezione dei puntoni, che ne determinano la capacità portante propria; nonché le condizioni climatiche della regione, che dettano l’intensità dei carichi da neve e da vento. In Ucraina, secondo la ДБН В.1.2-2:2006 ‘Carichi e influssi’, i valori normativi di questi carichi variano significativamente a seconda della regione.

Ad esempio, i carichi da neve possono raggiungere i 240 kg/m² in alcune regioni dei Carpazi, mentre per le regioni meridionali questo valore è di circa 80 kg/m². Anche i carichi da vento sono differenziati, tenendo conto della velocità del vento e dei coefficienti aerodinamici della forma del tetto. Per garantire l’integrità strutturale, i puntoni devono essere calcolati per le combinazioni massime di questi carichi. La distanza tra i puntoni varia solitamente da 600 a 1200 mm. Ad esempio, per le tegole metalliche si applica spesso un interasse di 600-900 mm, mentre per le tegole in ceramica pesanti, che generano un carico proprio significativo, l’interasse può essere ridotto a 600-750 mm, e per le lamiere grecate leggere o le tegole bituminose può essere aumentato a 900-1200 mm, ma con l’obbligo di realizzare un tavolato continuo o elementi aggiuntivi che distribuiscano il carico. Questa scelta iniziale è il punto di partenza per i successivi calcoli ingegneristici dettagliati.

Oltre ai carichi esterni, è importante considerare anche il peso proprio del sistema di falda, del tavolato, dell’isolante e degli altri strati costruttivi del pacchetto di copertura. Il carico di calcolo totale su 1 m² di copertura è determinato come somma dei carichi normativi moltiplicati per i coefficienti di sicurezza sul carico (solitamente 1,1–1,4 rispettivamente per i carichi permanenti e variabili). Solo dopo aver determinato il carico di calcolo completo si può procedere al calcolo della sezione necessaria dei puntoni e del loro interasse, per garantire una freccia e una resistenza ammissibili. È inoltre necessario tenere conto dell’effetto della temperatura e dell’umidità sul legno, in particolare per i materiali non trattati, che può portare a deformazioni e a una riduzione della capacità portante nel tempo.

Il calcolo ingegneristico dettagliato dell’interasse dei puntoni include la verifica di resistenza e rigidezza (freccia), fondamentale per la durabilità e la sicurezza della copertura. Per i puntoni in legno, i più diffusi nell’edilizia privata in Ucraina, il documento normativo principale è la ДБН В.2.6-161:2017 ‘Strutture di edifici e costruzioni. Strutture in legno. Disposizioni generali’.

Il calcolo di resistenza consiste nel verificare che le tensioni massime che si generano nel puntone a causa dei carichi di calcolo non superino i valori ammissibili di resistenza del materiale. Per gli elementi inflessi, come i puntoni, l’aspetto principale è la verifica delle tensioni normali per flessione e delle tensioni tangenziali per taglio. La formula per la verifica delle tensioni per flessione è: σ = (M * y) / I, dove M è il momento flettente massimo, y è la distanza dall’asse neutro alla fibra più esterna, I è il momento d’inerzia della sezione del puntone. Il valore di σ ottenuto deve essere inferiore alla resistenza di calcolo del legno a flessione R_fl.

La verifica di rigidezza (freccia) non è meno importante, poiché una freccia eccessiva può portare al danneggiamento del manto di copertura, alla perdita di tenuta e al deterioramento dell’aspetto estetico. La freccia ammissibile dei puntoni è solitamente limitata al rapporto L/200 o L/250 per gli edifici residenziali (L è la lunghezza della luce del puntone). Il calcolo della freccia Δ viene eseguito con la formula: Δ = (5 * Q * L⁴) / (384 * E * I) per un carico uniformemente distribuito, dove Q è il carico uniformemente distribuito, L è la lunghezza della luce del puntone, E è il modulo elastico del legno (può variare da 8000 a 12000 MPa a seconda della specie e dell’umidità), I è il momento d’inerzia della sezione. Se la freccia di calcolo supera quella ammissibile, è necessario ridurre l’interasse dei puntoni, aumentarne la sezione, oppure applicare supporti o puntoni diagonali aggiuntivi. La precisione di questi calcoli dipende in modo critico dalla corretta determinazione dei carichi e delle proprietà fisico-meccaniche del legno. Ciò consente di progettare strutture affidabili in conformità con le norme e gli standard edilizi ucraini. Maggiori dettagli sulle fasi di progettazione sono disponibili sul nostro sito.

Le condizioni climatiche dell’Ucraina impongono requisiti particolari per il calcolo dei sistemi di copertura, in particolare per quanto riguarda i carichi da neve e da vento. Secondo la ДБН В.1.2-2:2006 ‘Carichi e influssi’, il territorio dell’Ucraina è suddiviso in zone di carico da neve e da vento, ciascuna con i propri valori normativi di carico. La sottostima di questi fattori è una delle cause più comuni di deformazioni e collassi delle coperture.

Il carico da neve (S) è determinato dalla formula S = S₀ * μ, dove S₀ è il valore normativo del peso del manto nevoso sulla superficie orizzontale del terreno per la relativa zona di carico da neve (nell’intervallo da 80 a 240 kg/m²); μ è il coefficiente di conversione dal peso del manto nevoso al suolo al carico da neve sulla copertura, che dipende dalla pendenza del tetto (per pendenze fino a 30° μ=1,0, da 30° a 60° μ diminuisce fino a 0,7, mentre per pendenze superiori a 60° il carico da neve generalmente non viene considerato). È importante anche tenere conto del possibile carico da neve non uniforme, ad esempio l’accumulo di neve nelle compluvi o vicino ai parapetti.

Il carico da vento (W) viene calcolato con la formula W = W₀ * k * c, dove W₀ è il valore normativo della pressione del vento per la relativa zona eolica (nell’intervallo da 30 a 50 kg/m²); k è il coefficiente che tiene conto della variazione della pressione del vento con l’altezza e del tipo di terreno (aperto, area urbana); c è il coefficiente aerodinamico, che dipende dalla forma e dalle dimensioni della copertura, dalla sua pendenza e dall’orientamento rispetto alla direzione del vento. I coefficienti aerodinamici possono essere sia positivi (pressione) sia negativi (depressione/aspirazione), e i loro valori possono raggiungere 1,5–2,0 sui bordi e sugli angoli della copertura. È proprio il carico di aspirazione (depressione) a essere spesso critico per i materiali di copertura leggeri.

Per l’affidabilità della progettazione, è necessario considerare le combinazioni più sfavorevoli di questi carichi, nonché il loro effetto sui diversi elementi del sistema di falda. Le forme complesse dei tetti (a padiglione, a piramide, mansardati) richiedono una modellazione più dettagliata dei flussi di vento, spesso eseguita mediante metodi numerici o prove in galleria del vento per i grandi progetti. Tutti questi aspetti sottolineano la necessità di un approccio ingegneristico approfondito e del rigoroso rispetto delle norme edilizie nel calcolo dell’interasse dei puntoni, in particolare nelle condizioni climatiche variabili dell’Ucraina.

La scelta del materiale e della sezione ottimale dei puntoni influisce direttamente sulla distanza ammissibile tra di essi e sull’economia complessiva del progetto. In Ucraina si utilizza più spesso legno di conifere (pino, abete) di classe 1–2. Per strutture più impegnative o grandi luci si utilizza il legno lamellare (GL24h, GL28c), che presenta valori di resistenza più elevati e una maggiore stabilità geometrica, consentendo di aumentare l’interasse dei puntoni e ridurne il numero, ottimizzando l’uso del legno lamellare.

Per i puntoni in legno standard (in legno massiccio o tavola), la sezione varia solitamente da 50×150 mm a 100×250 mm. La sezione è determinata dal calcolo di resistenza e rigidezza, in base ai carichi di calcolo e alla lunghezza della luce. Maggiore è la luce e il carico, maggiore deve essere la sezione del puntone, oppure minore il suo interasse. Ad esempio, per una luce di 4 m e un carico da neve di 150 kg/m², i puntoni con sezione 50×200 mm possono avere un interasse di circa 800 mm, mentre per una luce di 6 m con gli stessi carichi può essere necessaria una sezione di 50×250 mm con interasse di 600 mm, oppure 80×200 mm con interasse di 800 mm. Questi valori sono orientativi e richiedono un calcolo ingegneristico preciso.

È importante tenere conto della classe del legno, della sua umidità e del trattamento con antisettici e ignifughi. Il legno utilizzato per i puntoni deve avere un’umidità non superiore al 20%, per evitare ulteriori deformazioni e fessurazioni. Per grandi edifici pubblici o impianti industriali si possono utilizzare capriate metalliche o profili in acciaio, che consentono di coprire luci significative senza appoggi intermedi e di ottimizzare l’interasse degli elementi portanti fino a 2-4 m e oltre. In questo caso, i calcoli per le strutture metalliche vengono eseguiti in conformità con la ДБН В.2.6-98:2009 ‘Strutture di edifici e costruzioni. Progettazione di strutture in acciaio’. I puntoni metallici, sebbene più costosi, garantiscono una maggiore resistenza, un peso inferiore per unità di capacità portante e una maggiore resistenza al fuoco. Anche i sistemi combinati, come puntoni in legno con tiranti o travi metalliche, rappresentano una soluzione efficace per ottimizzare la capacità portante e l’interasse dei puntoni.

La progettazione moderna è impensabile senza l’integrazione delle tecnologie BIM (Building Information Modeling), che cambiano radicalmente l’approccio al calcolo dell’interasse dei puntoni e all’ottimizzazione dell’intero sistema di falda. La modellazione BIM consente di creare modelli digitali degli edifici contenenti tutte le informazioni necessarie su caratteristiche geometriche, fisiche, funzionali e di altro tipo degli elementi. Per i sistemi di falda, questo significa la possibilità di un’analisi integrata di resistenza, rigidezza, termotecnica e persino di indicatori di costo.

L’uso di software come Autodesk Revit, ArchiCAD, Tekla Structures o moduli specializzati per il calcolo di strutture in legno (ad esempio, in SCAD Office), consente di:

1. Automatizzare i calcoli dei carichi: Il programma raccoglie automaticamente i carichi dovuti al peso proprio delle strutture, al manto di copertura, all’isolante, nonché i carichi da neve e da vento in base alle zone climatiche ucraine impostate e alla pendenza della copertura.
2. Progettare rapidamente in modo variabile: Architetti e ingegneri possono modificare rapidamente l’interasse dei puntoni, la loro sezione e il materiale, ottenendo istantaneamente i risultati dei calcoli di resistenza e freccia. Ciò consente di ottimizzare la struttura, raggiungendo il consumo minimo di materiali nel rispetto di tutti i requisiti normativi.
3. Individuare le interferenze: Il modello BIM consente di individuare in anticipo possibili conflitti tra il sistema di falda e altri elementi (condotti di ventilazione, cablaggio elettrico, canne fumarie), riducendo al minimo gli errori nella fase di costruzione.
4. Creare una documentazione di computo precisa: Sulla base del modello 3D vengono generate automaticamente le specifiche dei materiali, semplificando la formazione del budget e gli approvvigionamenti.
5. Visualizzazione e coordinamento: Il committente può visualizzare la futura struttura, mentre tutti i partecipanti al progetto (architetti, ingegneri strutturisti, appaltatori) lavorano su un unico modello aggiornato, migliorando notevolmente il coordinamento e riducendo il rischio di errori.

Grazie al BIM, un architetto qualificato e un ingegnere possono creare un sistema di falda non solo resistente, ma anche il più efficiente ed economicamente vantaggioso possibile, ottimizzando l’interasse dei puntoni sulla base di un’analisi completa.

Un corretto calcolo dell’interasse dei puntoni è la chiave dell’affidabilità della copertura, ma anche i professionisti esperti possono commettere errori. Per ridurre al minimo i rischi, è importante seguire alcune raccomandazioni pratiche ed essere consapevoli dei difetti tipici.

1. Sottostima dei carichi: Un errore frequente è ignorare o considerare in modo incompleto tutti i tipi di carico (peso proprio, neve, vento, carichi d’esercizio, peso di apparecchiature aggiuntive come i pannelli solari). Si devono sempre utilizzare i valori di calcolo dei carichi con i relativi coefficienti di sicurezza secondo la ДБН В.1.2-2:2006.
2. Scelta errata della sezione del legno: L’uso di una sezione dei puntoni inferiore a quella richiesta dai calcoli porta a frecce eccessive, che possono danneggiare il manto di copertura e compromettere l’integrità della struttura. È inoltre opportuno evitare l’uso di legno di classe inferiore o con umidità elevata.
3. Considerazione insufficiente della lunghezza della luce: Per luci elevate (oltre 4,5–5 metri) i puntoni necessitano di appoggi aggiuntivi (montanti, puntoni diagonali) o di un rinforzo mediante travi a doppia T, profili metallici o legno lamellare. Ignorare questo aspetto porta a frecce critiche.
4. Assenza di nodi di fissaggio rigidi: I puntoni devono essere saldamente fissati alla trave di gronda (mauerlat) e al colmo. L’uso di soli chiodi senza fissaggi aggiuntivi (piastre forate, bulloni, ancoraggi) può causare l’instabilità della struttura sotto l’azione dei carichi da vento.
5. Trascuratezza dei requisiti termotecnici: Nella progettazione è necessario considerare lo spessore dell’isolante, che in Ucraina per i tetti a falde è di almeno 200-250 mm (per la lana minerale con λ ~ 0,04 W/(m·K)), per raggiungere la resistenza termica normativa (R ≥ 4,95 m²·K/W). Questo influisce direttamente sull’altezza del puntone. Se i puntoni hanno un’altezza inferiore, è necessario prevedere contro-listelli per l’isolamento aggiuntivo.
6. Assenza di intercapedini di ventilazione: Un sistema di falda correttamente progettato deve includere intercapedini di ventilazione tra il manto di copertura, l’impermeabilizzazione e l’isolante per l’eliminazione dell’umidità. Ciò previene la condensa e il marciume degli elementi in legno. Per una ventilazione efficace può essere necessaria l’integrazione di un sistema di ventilazione.

Il rispetto di queste raccomandazioni e l’esecuzione accurata dei calcoli permetteranno di creare una struttura di copertura solida, duratura ed efficiente dal punto di vista energetico, conforme a tutti gli standard ucraini.

Oltre ai puntoni stessi, esiste una serie di elementi costruttivi aggiuntivi che svolgono un ruolo significativo nel garantire la rigidezza complessiva del sistema di falda e, di conseguenza, influenzano la distanza ammissibile tra i puntoni principali. Questi elementi aiutano a ridistribuire i carichi, ridurre le luci dei puntoni o garantirne la stabilità spaziale.

1. Arcarecci (correnti): Travi orizzontali che poggiano su montanti o pareti portanti e sostengono i puntoni lungo la loro lunghezza. Consentono di ridurre la luce di calcolo del puntone, il che a sua volta permette di ridurne la sezione o di aumentarne l’interasse. Il calcolo degli arcarecci viene eseguito in modo analogo a quello dei puntoni, ma tenendo conto dei carichi concentrati dei puntoni che vi si appoggiano.
2. Montanti: Elementi verticali che sostengono gli arcarecci o direttamente i puntoni, trasferendo il carico ai solai inferiori o alle pareti portanti interne. Anche il loro interasse e la loro sezione vengono calcolati a compressione in base ai carichi di calcolo.
3. Puntoni diagonali (saette): Elementi diagonali che collegano i puntoni ai montanti o alle travi di base, formando capriate triangolari. Lavorano efficacemente a compressione, aumentando significativamente la rigidezza del sistema di falda e riducendo i momenti flettenti nei puntoni, il che può consentire di aumentare l’interasse dei puntoni senza aumentarne la sezione.
4. Tiranti (correnti): Elementi orizzontali che collegano i puntoni opposti. Lavorano a trazione e assorbono le spinte orizzontali dei puntoni, impedendo lo spostamento delle pareti. I tiranti possono essere posizionati a livello del mauerlat (trave di gronda) o più in alto, formando capriate.
5. Controventi diagonali: Elementi che garantiscono la rigidezza spaziale del sistema di falda, prevenendone la deformazione nel piano perpendicolare a quello dei puntoni. Particolarmente importanti per le falde lunghe e in presenza di carichi da vento significativi.

L’integrazione di questi elementi consente non solo di ottimizzare l’interasse dei puntoni, ma anche di garantire un’elevata stabilità e capacità portante dell’intera struttura di copertura, un aspetto di importanza critica per gli edifici soggetti a carichi elevati o con grandi luci.

Le norme edilizie ucraine (ДБН) sono il principale punto di riferimento per la progettazione e la costruzione dei sistemi di falda. Tuttavia, alla luce dei processi di integrazione, vengono sempre più spesso applicati anche gli standard europei (Eurocodici), che offrono metodologie di calcolo più approfondite e dettagliate.

Le principali ДБН che regolano il calcolo dei sistemi di falda in Ucraina:

• ДБН В.1.2-2:2006 ‘Carichi e influssi’: Questo documento definisce i valori normativi e di calcolo dei carichi permanenti, variabili e speciali, inclusi gli influssi da neve, vento, temperatura e altri, specifici per le diverse regioni dell’Ucraina. La determinazione precisa di questi carichi è il primo passo nel calcolo dell’interasse dei puntoni.
• ДБН В.2.6-161:2017 ‘Strutture di edifici e costruzioni. Strutture in legno. Disposizioni generali’: Questa ДБН contiene le metodologie di calcolo della resistenza e delle deformazioni degli elementi in legno, inclusi puntoni, capriate, arcarecci. Stabilisce le resistenze di calcolo del legno di diverse specie e classi, nonché i requisiti per i nodi di fissaggio e le giunzioni.
• ДБН В.2.6-198:2014 ‘Strutture in acciaio. Progettazione’: Se nel sistema di falda vengono utilizzati elementi metallici (ad esempio, capriate o arcarecci metallici), il calcolo viene eseguito in conformità con questo standard.
• ДБН В.2.6-31:2016 ‘Isolamento termico degli edifici’: Questa ДБН stabilisce i requisiti per la resistenza termica delle strutture di tamponamento, comprese le coperture, il che influisce direttamente sullo spessore necessario dell’isolante e, di conseguenza, sull’altezza del puntone e sulla struttura del pacchetto di copertura.

Gli standard europei, come gli Eurocodici (Eurocode 5: Design of timber structures), offrono approcci progettuali più flessibili e completi, consentendo di considerare casi di carico e comportamenti dei materiali più complessi. Includono inoltre requisiti relativi a durabilità, sicurezza antincendio e resistenza sismica. Sebbene l’applicazione diretta degli Eurocodici in Ucraina richieda un adeguato adattamento e verifica, i loro principi e metodologie rappresentano un’importante integrazione delle norme nazionali, in particolare nella progettazione di opere uniche o complesse. L’armonizzazione delle norme ucraine con gli standard europei è una direzione strategica che migliora la qualità e la sicurezza della costruzione.