SCELTA DELLA DIREZIONE DELLE TRAVI

La scelta della direzione delle travi di solaio è una delle prime fasi della progettazione strutturale, che determina l’efficienza dell’uso del materiale, la resistenza del sistema e le sue caratteristiche in esercizio. Il criterio principale è la minimizzazione della luce, poiché le travi lavorano a flessione e la loro freccia è direttamente proporzionale al cubo della luce. Ciò significa che raddoppiare la luce aumenta la freccia di otto volte, a parità di sezione e di carico. Secondo la DBN V.1.2-12:2008 “Costruzione nelle zone sismiche dell’Ucraina” e la DBN V.2.6-161:2017 “Strutture in legno. Disposizioni generali”, è necessario tenere conto non solo dei carichi permanenti, ma anche di quelli variabili, da neve e da vento, nonché dei carichi dinamici che si generano dal movimento di persone o apparecchiature. Oltre ai carichi statici, è importante valutare il comportamento dinamico del solaio per evitare vibrazioni eccessive, che possono causare disagio. Ad esempio, per gli edifici residenziali la freccia normativa delle travi è spesso limitata a L/300 o L/400 (dove L è la luce), e la frequenza propria di vibrazione del solaio deve essere superiore a 8 Hz, per evitare vibrazioni percepibili durante la camminata. Pertanto, ove possibile, le travi vanno orientate lungo la luce più corta, garantendo una distribuzione ottimale dei carichi. Questo approccio consente di utilizzare una sezione minore delle travi o di aumentare la distanza tra loro, il che è economicamente vantaggioso e semplifica il montaggio.

Tuttavia, esistono situazioni in cui i requisiti architettonici o funzionali impongono una direzione diversa. In tali casi, per compensare le luci maggiori, si utilizzano travi di sezione maggiore, strutture rinforzate o materiali con caratteristiche di resistenza superiori, come il legno lamellare GL24h. Consideriamo un esempio: per una luce di 4 metri una trave di sezione 50×200 mm può essere sufficiente, mentre per una luce di 6 metri servirà una trave 50×300 mm o addirittura 100×200 mm con un passo minore. Ciò sottolinea la relazione diretta tra direzione, luce e dimensioni degli elementi portanti. Inoltre, occorre considerare la disposizione delle pareti portanti e dei pilastri che fungono da appoggio per le travi. La soluzione ottimale si trova sempre all’incrocio tra precisione ingegneristica ed estetica architettonica.

Il legno lamellare di classe di resistenza GL24h è un materiale innovativo che amplia notevolmente le possibilità di progettazione dei sistemi di travi in legno e della scelta della loro direzione. A differenza del legno massiccio tradizionale, il GL24h viene prodotto incollando più strati di lamelle, il che garantisce l’omogeneità del materiale, un’elevata resistenza, la stabilità dimensionale e un ritiro minimo. Ciò consente di coprire luci significative, fino a 12-18 metri, senza appoggi intermedi aggiuntivi, un fattore di importanza critica per creare planimetrie aperte e strutture a grande luce. Secondo la EN 14080:2013 “Strutture di legno. Legno lamellare incollato. Requisiti”, la classe GL24h è caratterizzata da un valore minimo di resistenza a flessione (f_m,k) di 24 MPa e un modulo elastico (E_0,mean) di 11,5 GPa lungo le fibre. Questi valori superano notevolmente le caratteristiche del legno massiccio di pino ordinario (C24), dove f_m,k è pari a 24 MPa ed E_0,mean a 11 GPa, ma per il legno massiccio questo valore è medio e dipende fortemente dalla presenza di difetti. La maggiore stabilità e prevedibilità delle caratteristiche del GL24h lo rendono ideale per il calcolo di travi a grande luce.

L’uso del GL24h consente al progettista di affrontare con maggiore libertà la scelta della direzione delle travi. Invece di vincolarsi rigidamente alla luce più corta, è possibile orientare le travi in base al concetto architettonico, alla forma dell’edificio o alla suddivisione funzionale degli ambienti. Ad esempio, nelle case open space o con grandi aperture finestrate, dove gli appoggi intermedi sono indesiderati, il legno lamellare diventa la soluzione ottimale. In questo caso, sebbene le travi possano essere orientate anche lungo le pareti più lunghe, la loro sezione sarà ottimizzata grazie all’elevata capacità portante del GL24h. Ciò semplifica anche la formazione di nodi complessi di intersezione delle travi, poiché la loro interazione può essere prevista con elevata precisione. Il calcolo di tali travi richiede un software specializzato che tenga conto delle proprietà anisotrope del legno e delle particolarità delle strutture lamellari, per garantire la conformità alle frecce normative e alla capacità portante, secondo la DBN V.2.6-98:2009. Grazie a ciò, è possibile raggiungere elevati livelli di resistenza e durabilità, un fattore critico per garantire l’affidabilità complessiva dell’edificio. Rifacendoci alle strutture in pannelli XLAM, vediamo principi simili nell’uso di elementi massicci in legno per coprire luci significative.

Le soluzioni costruttive dei nodi di fissaggio delle travi di solaio sono di importanza chiave per la loro affidabilità e durabilità, e la loro complessità e tipologia dipendono direttamente dalla direzione scelta delle travi e dal punto del loro appoggio. I principi di base per la progettazione dei nodi sono definiti nella DBN V.2.6-161:2017 “Strutture in legno. Disposizioni generali”, che pone l’accento sulla trasmissione affidabile dei carichi dalle travi alle pareti portanti o ad altri elementi portanti. Esistono diversi scenari tipici: appoggio su pareti portanti esterne, pareti portanti interne o altre travi.

Nell’appoggio su pareti portanti esterne, le travi vengono solitamente incassate nella trave di banchina superiore oppure appoggiate su una trave di supporto. Per il legno lamellare GL24h è importante garantire una superficie di appoggio sufficiente, per evitare lo schiacciamento locale del legno. Secondo i calcoli, la profondità minima di appoggio di una trave in legno deve essere non inferiore a 1/6 dell’altezza della trave, ma non inferiore a 80 mm, per garantire una corretta distribuzione del carico e la resistenza del nodo. Il fissaggio si effettua tramite angolari metallici zincati, piastre o speciali “scarpe” (staffe di ancoraggio) per travi, che garantiscono un collegamento rigido e prevengono lo spostamento laterale. Ad esempio, per travi di sezione 160×320 mm con una luce di 9 metri, appoggiate su una parete in legno lamellare, si possono utilizzare fissaggi nascosti del tipo “Hirsch connector” o robuste piastre esterne imbullonate con bulloni M12, che garantiscono una capacità portante fino a 50 kN per nodo. Questi nodi devono essere calcolati per i momenti di taglio e di flessione che possono generarsi sotto i carichi di esercizio.

Nel caso di appoggio delle travi su pareti portanti interne, disposte perpendicolarmente alla loro direzione, i nodi possono essere più semplici, spesso con l’uso di superfici di appoggio dirette. Se invece le travi di solaio si intersecano con altre travi (ad esempio per formare aperture o sostenere luci più corte), si utilizzano incastri o elementi di collegamento metallici, come staffe con ancoraggi a espansione. Nella progettazione di tali nodi occorre tenere conto della trasmissione di tutti i tipi di carico (verticali, orizzontali, torsionali) e garantire l’assenza di concentrazioni di sollecitazioni. Ciò è particolarmente rilevante per le travi a grande luce in legno lamellare, dove il carico sul nodo può essere significativo. È importante anche tenere conto delle deformazioni termoigrometriche del legno, utilizzando giochi di compensazione o fissaggi flottanti, che consentono al legno di “respirare” senza creare sollecitazioni eccessive nei nodi. L’analisi dettagliata dei nodi, comprensiva di schemi e calcoli, viene sempre eseguita dall’architetto strutturista.

La scelta della direzione delle travi di solaio ha un notevole impatto sulle caratteristiche acustiche dell’edificio, in particolare sull’isolamento dal rumore aereo e da calpestio. Una progettazione errata può portare a fenomeni di risonanza e alla trasmissione di vibrazioni, che riducono notevolmente il comfort abitativo. Secondo la DBN V.2.2-10-2001 “Protezione dal rumore”, per gli edifici residenziali sono stabiliti valori normativi dell’indice di isolamento del rumore aereo (Rw) e dell’indice di riduzione del rumore da calpestio (L’nW). Per i solai interpiano, ad esempio, Rw deve essere non inferiore a 52 dB, e L’nW non superiore a 58 dB. La direzione delle travi, la loro sezione e il passo influenzano la frequenza propria di vibrazione del solaio. Se la frequenza propria del solaio coincide con la frequenza di fonti di rumore esterne o interne (ad esempio passi, funzionamento di apparecchiature), si genera risonanza, che amplifica le vibrazioni e il rumore.

Per minimizzare questi effetti, le travi vengono spesso orientate in modo da aumentare la loro rigidezza nella direzione delle possibili fonti di vibrazione. Ad esempio, se in un ambiente è prevista una fonte di vibrazione lineare (un percorso, un’apparecchiatura), è preferibile disporre le travi perpendicolarmente ad essa. Tuttavia, ciò non è sempre possibile. Nei casi in cui le travi sono orientate lungo le luci più lunghe, o quando è richiesto un elevato livello di comfort acustico, si applicano misure aggiuntive. Sono efficaci i pavimenti multistrato “galleggianti”, dove il rivestimento finale viene posato su un materiale elastico (ad esempio lana minerale ad alta densità o speciali materassini acustici), che lo separa dalle travi portanti. Lo spessore di tale interposizione è solitamente di 20-50 mm, garantendo una riduzione del rumore da calpestio di 15-25 dB. Il riempimento dello spazio tra le travi con materiale fonoassorbente, come lana minerale con densità di 30-50 kg/m³ o isolante in cellulosa, migliora inoltre notevolmente l’isolamento acustico. Questo strato, con uno spessore minimo di 100-150 mm, assorbe il rumore aereo che si propaga attraverso il solaio.

Inoltre, si dovrebbero evitare collegamenti rigidi tra gli elementi del solaio e le pareti, dove possibile, utilizzando guarnizioni elastiche o materiali smorzanti. Nei casi in cui si utilizzano travi lunghe in legno lamellare GL24h, è necessario eseguire un calcolo dinamico del solaio per determinarne le frequenze proprie. Ciò consente di individuare in anticipo potenziali problemi di vibrazione ed eliminarli in fase di progettazione modificando il passo delle travi, la loro sezione o applicando ulteriori irrigidimenti. Le efficaci tecnologie di insonorizzazione sono parte imprescindibile dell’edilizia moderna, che garantisce un ambiente di qualità per la vita e il lavoro.

Il calcolo accurato dei carichi e delle frecce è una fase di importanza critica nella scelta della direzione delle travi e nella garanzia della loro capacità portante secondo le normative ucraine. I documenti principali che regolano questi calcoli sono la DBN V.1.2-2:2006 “Carichi e azioni” e la DBN V.2.6-161:2017 “Strutture in legno. Disposizioni generali”. Nel determinare la direzione delle travi, è necessario tenere conto di tutti i tipi di carico: permanenti (peso delle strutture del solaio, del pavimento, del soffitto), variabili di lunga durata (peso di apparecchiature fisse, tramezzature) e di breve durata (carico utile da persone, mobili). Ad esempio, per gli ambienti residenziali il carico utile normativo è di 1,5-2,0 kPa, per gli uffici di 2,5-3,0 kPa, e per le biblioteche fino a 5,0 kPa. Per il calcolo del legno lamellare GL24h, i suoi elevati valori di resistenza a flessione (24 MPa) e modulo elastico (11,5 GPa) consentono di lavorare più efficacemente con luci maggiori.

La freccia delle travi è uno dei parametri chiave da controllare. Secondo la DBN V.2.6-161:2017, le frecce massime delle travi di solaio non devono superare 1/250 – 1/300 della luce, a seconda del tipo di struttura e della presenza di finiture che potrebbero essere danneggiate dalle deformazioni. Per travi con una luce di 6 metri, ciò significa una freccia massima di 20-24 mm. La scelta della direzione delle travi che minimizza le luci è il modo più semplice per ridurre le frecce. Se invece la soluzione architettonica richiede l’orientamento delle travi su una luce maggiore, occorre aumentarne la sezione o utilizzare materiali più rigidi, come il legno lamellare. Ad esempio, una trave in legno massiccio (classe C24) di sezione 50×250 mm, che lavora su una luce di 4 metri con un passo di 600 mm, può avere una capacità portante e una rigidezza sufficienti. Tuttavia, per una luce di 6 metri con lo stesso passo, la sua freccia sarebbe eccessiva, e sarebbe necessario aumentare l’altezza a 300-350 mm oppure utilizzare legno lamellare GL24h con una sezione minore (ad esempio 100×250 mm). I calcoli si eseguono secondo le formule della scienza delle costruzioni, tenendo conto del momento d’inerzia della sezione della trave, del modulo elastico del materiale e dei carichi applicati. Per i casi complessi o per l’ottimizzazione della struttura si utilizza un software specializzato che consente l’analisi agli elementi finiti. Ciò garantisce la precisione e l’affidabilità di tutte le soluzioni costruttive.

Una scelta errata della direzione delle travi di solaio può portare a una serie di problemi seri, che vanno da frecce e vibrazioni eccessive fino all’aumento del consumo di materiale e dei costi di costruzione. Uno degli errori più diffusi è ignorare le soluzioni architettonico-planimetriche e orientarsi esclusivamente sulla luce più corta senza considerare la suddivisione funzionale e l’estetica degli interni. Sebbene il principio della “luce più corta” sia ingegneristicamente fondato, non è universale. Ad esempio, negli spazi aperti, dove è importante l’assenza di appoggi intermedi, seguire rigidamente questo principio può portare a compromessi nel design o alla necessità di utilizzare travi troppo massicce, che domineranno l’interno. La soluzione può essere l’uso del legno lamellare GL24h, che grazie alla sua elevata resistenza consente di coprire luci significative anche con una direzione meno ottimale, mantenendo comunque una sezione relativamente contenuta e un aspetto elegante. Ciò permette di integrare efficacemente i requisiti funzionali ed estetici senza perdere affidabilità strutturale.

Un altro errore tipico è la sottovalutazione dell’impatto della direzione delle travi sul comfort acustico. Se le travi sono orientate parallelamente alle fonti di rumore o vibrazione, ciò può amplificare la trasmissione del suono. Ad esempio, disporre le travi perpendicolarmente alla parete dove verrà installato un impianto audio o un’area gioco può creare un canale diretto per la propagazione del rumore. Ciò si può evitare se, in fase di progettazione, si prevede la disposizione delle travi tenendo conto della futura destinazione funzionale degli ambienti, oppure si applicano misure rinforzate di insonorizzazione. L’uso di pavimenti “galleggianti”, il riempimento dello spazio interbalcone con materiali fonoassorbenti e l’uso di giunti acustici nei nodi di fissaggio sono obbligatori. È importante anche evitare errori nei calcoli dei carichi. Un errore frequente è non considerare tutti i tipi di carico o utilizzare norme superate. Bisogna sempre fare riferimento alle DBN attuali ed eseguire i calcoli con un margine di sicurezza pari a 1,2-1,4 secondo il coefficiente di sicurezza sul carico. Per evitare questi e altri problemi, si raccomanda di coinvolgere ingegneri strutturisti qualificati in tutte le fasi della progettazione, specialmente quando si lavora con strutture in legno complesse, poiché ciò permetterà di evitare correzioni costose. Ciò fa parte di un approccio complessivo ai moderni impianti tecnologici e alla progettazione dell’edificio nel suo complesso.

La scelta e l’integrazione della direzione delle travi non è una decisione isolata, ma parte di un processo edilizio complessivo che richiede il coordinamento tra i reparti architettonico, ingegneristico e di computo metrico. Nel contesto ucraino, questo processo è rigorosamente regolato da una serie di DBN e altri documenti normativi, che garantiscono la sicurezza, l’affidabilità e la durabilità degli edifici. Nella fase iniziale della progettazione, l’architetto insieme all’ingegnere strutturista determinano la disposizione ottimale delle travi, in base alla planimetria dell’edificio, alle luci desiderate e ai requisiti estetici. È importante considerare che la direzione delle travi influisce spesso sulla disposizione degli impianti tecnologici (condotti di ventilazione, tubazioni idriche, cablaggi elettrici), che possono passare attraverso o tra le travi. Ciò richiede un’attenta pianificazione e un coordinamento per evitare conflitti e l’indebolimento degli elementi portanti.

Ad esempio, quando si utilizzano travi in legno lamellare GL24h, che consentono grandi luci, si ha maggiore flessibilità per la posa degli impianti. Tuttavia, eventuali aperture o intagli nelle travi per gli impianti tecnologici devono essere calcolati e concordati con lo strutturista, per non ridurre la capacità portante dell’elemento. Solitamente, le aperture sono collocate nella zona neutra della trave (più vicino al centro dell’altezza) e non devono superare una certa percentuale della sua altezza, come regolato dalla DBN. Così, per le travi in legno, le aperture sono ammesse solo nel terzo medio della luce e in altezza, e il loro diametro non deve superare 1/3 dell’altezza della trave. Il montaggio delle travi avviene dopo l’erezione delle pareti portanti ed è una fase critica, che richiede il rigoroso rispetto delle dimensioni di progetto e della tecnologia di fissaggio. L’uso di fissaggi specializzati e la garanzia di un’adeguata impermeabilizzazione (nei punti di contatto con elementi in pietra o calcestruzzo) sono obbligatori per prevenire il degrado biologico del legno e garantirne la durabilità. In generale, un’efficace integrazione della direzione delle travi nel processo edilizio richiede uno scambio continuo di informazioni tra tutti i partecipanti al progetto, dall’ideazione alla realizzazione.