Il solaio rappresenta una parte fondamentale della struttura di qualunque edificio. In ambito residenziale il più delle volte ci si imbatte in elementi in laterocemento, ciò non toglie che un solaio realizzato in acciaio, specialmente in alcuni frangenti, può offrire notevoli vantaggi, sia di carattere statico che economico.
In generale, quando si parla di solai in acciaio ci si riferisce a solai con struttura mista, dove le travi sono realizzate in acciaio e sopra vi viene appoggiata una lamiera grecata sulla quale viene poi realizzato un getto di calcestruzzo, opportunamente collegato alle travi sottostanti per mezzo di appositi connettori.
Questa però è solo una delle possibili modalità costruttive con cui oggi si realizzano i solai in acciaio, di certo la più comune, ma non l’unica!
Vediamo, dunque, di capire innanzitutto com’è fatto l’acciaio e che caratteristiche ha; quali sono le varie possibili tipologie di solaio di acciaio, in cosa differiscono le une dalle altre e che vantaggi comportano rispetto ad altre tecniche costruttive, come i classici solai a pignatte e travetti, piuttosto che quelli in legno o in cemento.
L’acciaio in edilizia
L’acciaio è un materiale utilizzato non solo in edilizia, ma anche in tantissimi altri campi di applicazione.
Venne prodotto per la prima volta nella seconda metà dell’ottocento e, a partire dai primi del ‘900, trovò moltissimi utilizzi, anche se quello delle costruzioni rimane uno dei campi d’impiego più significativi.
Si pensi ad esempio ad alcune opere europee emblematiche, come il Crystal Palace e la Tour Eiffel, ma anche al ponte di Brooklyn: sono tra i primi esemplari in assoluto di grandi architetture in acciaio. Fu dalla fine dell’800, che grazie soprattutto alla cosiddetta Scuola di Chicago, l’uso dell’acciaio su scala industriale iniziò a diffondersi molto rapidamente.
L’acciaio è una lega ferro-carbonio ottenuta per affinazione della ghisa allo stato fuso in convertitori a ossigeno. Il carbonio, pur essendo presente in quantità esigue (mediamente non supera il 0,2% rispetto al totale) è quello che fa la differenza nel prodotto, vi sono poi quantità minori altri materiali, come il manganese e il silicio, che vengono aggiunti durante il processo di produzione per la loro azione disossidante e per migliorare la saldabilità dell’acciaio.
Al crescere della percentuale di carbonio presente aumentano la durezza e la resistenza della lega rispetto a quella del ferro puro, mentre ne diminuisce la duttilità.
Classificazione degli acciai
Gli acciai vengono classificati secondo un criterio alfanumerico, uguale per tutti i Paesi della Comunità Europea, in base alle caratteristiche meccaniche e ai processi di lavorazione che lo contraddistinguono. La sigla che ne deriva è costituita da quattro campi:
- una lettera che indica il tipo di materiale, ad esempio la S identifica l’acciaio strutturale;
- un valore caratteristico della tensione di snervamento fyk in MPa (ad esempio 235, 275, 355, 420, 460);
- una sigla Jx che indica la classe di resilienza (come JR, J0, J2, J3, J4);
- più eventuali altre sigle che indicano altre caratteristiche, come ad esempio la W, che sta a significare che ci si trova dinnanzi ad un acciaio resistente alla corrosione.
Nel nostro paese, in ambito edile, si utilizza per lo più l’acciaio cosiddetto S235, normato dalleNorme Tecniche sulle Costruzioni, la cui resistenza a snervamento è pari a 2350 daN/cmq.
In base alla composizione chimica, poi, gli acciai si distinguono in:
- dolci o non legati: quelli utilizzati comunemente, con percentuale di carbonio inferiore allo 0,2%;
- microlegati o ad alto limite elastico: con percentuale di carbonio inferiore allo 0,2% e aggiunta di altri materiali quali vanadio (V), niobio (Nb), boro (B) in percentuali dell’ordine dello 0,10%;
- bassolegati o autopassivanti: ottenuti con l’aggiunta di cromo (Cr) e nichel (Ni), che combinandosi con il ferro e il carbonio a contatto con l’aria formano uno strato protettivo di ossido che tende a passivare il metallo, inibendo i processi di corrosione (S235W);
- legati o inossidabili: caratterizzati da un contenuto di nichel e cromo maggiore del 5% che, a contatto con l’aria, formano una patina molto resistente; hanno un costo elevato e presentano difficoltà nell’esecuzione delle saldature, pertanto vengono utilizzati solo in casi molto particolari.
Caratteristiche e vantaggi dell’acciaio
L’acciaio è un materiale isotropo, il che significa che resiste ad uno sforzo di compressione o di trazione con lo stesso comportamento meccanico. Molti altri materiali utilizzati in edilizia, come quelli lapidei, ma anche i laterizi o il legno, non fanno altrettanto. Inoltre, l’acciaio è un materiale estremamente resistente (isoresistente) e omogeneo, caratterizzato da un’elevata duttilità e da un altro rendimento meccanico (rapporto tra la resistenza e il peso specifico), che consente di ridurre i pesi e gli spessori dei solai realizzati con tale materiale.
L’acciaio, per tutte le ragioni suddette, è particolarmente indicato per la realizzazione di strutture leggere e in zona sismica, nonché per quelle che debbano garantire particolari performance rispetto alla resistenza al fuoco.
L’impiego dell’acciaio strutturale inoltre porta tutta una serie di vantaggi, primi tra tutti la velocità e la precisione di montaggio in cantiere, la possibilità di eseguire trasformazioni e riparazioni puntuali ed in opera, nonché la sostenibilità ambientale, essendo un materiale riciclabile e riutilizzabile.
Un problema da non sottovalutare, legato all’utilizzo di strutture in acciaio e che va ben ponderato specialmente in ambienti molto aggressivi, è la corrosione, anche se oggi a per combatterla possono essere efficacemente impiegati sistemi di protezione passiva o sistemi di protezione attiva.
Le strutture in acciaio
Gli elementi strutturali in acciaio vengono prodotti attraverso processi di laminazione, a caldo o a freddo, o di piegatura a freddo. Per realizzare travi, pilastri o elementi di controvento si utilizzano solitamente profili laminati a caldo.
Questi si distinguono per le dimensioni che li caratterizzano, ma soprattutto per il tipo di sezione. La più utilizzate sono le sezioni a doppio T ad ali strette o larghe, particolarmente efficienti quando l’elemento è sollecitato a flessione. Molto diffusi però sono anche i profili con sezione a C, a T, a Z e a L con lati uguali o disuguali, che per lo più sono impiegati nelle orditure secondarie, come elementi di controvento, o come parte di profili composti.
Fatta eccezione per le travi, che costituiscono sempre la struttura portante di un solaio in acciaio e che sono dunque sempre fatte di questo materiale, resta da capire cosa vi sia sopra.
Ecco allora che si possono avere diversi pacchetti di solaio in acciaio, che si distinguono gli uni dagli altri proprio in base ai materiali che li compongono ed alle modalità di posa in opera che li caratterizzano. Analizziamoli uno ad uno.
Solai in acciaio con voltine o con tavelloni
Fra le varie metodologie di realizzazione di un solaio in acciaio la più classica ed antica è quella dei cosiddetti solai in ferro con voltine.
I primi esemplari vennero realizzati a partire degli inizi dell’800 e tutt’oggi sono ravvisabili in alcuni edifici storici. Ovviamente, l’orditura principale del solaio era costituita da profilati metallici. Tra le ali delle travi, per realizzare gli orizzontamenti, vi erano poi una serie di mattoni che andavano a formare una sorta di volta.
Questi potevano essere ad intradosso curvo o piano. Nel secondo caso, per garantire l’effetto arco tipico di questa tipologia di solai, si utilizzavano dei blocchi appositamente sagomati chiamati volterrane.
Inizialmente questa era la soluzione più comune per i solai con orditura metallica, che univano alla resistenza delle travi in ferro la rigidezza e la massa della struttura laterizia delle voltine.
In particolare, si chiamavano voltine “in foglio”, quelle di spessore più modesto, pari a 5-6 cm ed adatte per carichi non eccessivi e voltine ad una testa quelle di spessore maggiore, che si aggiravano attorno ai 12-13 cm e potevano sopportare carichi più importanti.
La prima tipologia di voltine si trova in fabbricati rurali, abitazioni e sottotetti, mentre la seconda veniva impiegata in impianti industriali, magazzini, locali commerciali e particolarmente affollati.
Solai in acciaio con tavelloni
L’evoluzione naturale dei solai in ferro con voltine fu quella dei cosiddetti solai in ferro con tavelloni. Questa soluzione ha avuto particolare successo tanto da venir utilizzata anche in tempi piuttosto recenti. Ad esempio, era molto comune negli anni ’70-’80 del secolo scorso, in quanto economica e di facile realizzazione.
In questo caso il riempimento tra le travi metalliche veniva garantito mediante l’impiego di laterizi piani detti “tavelle” o “tavelloni”. Tutt’ora questi solai vengono utilizzati per la ristrutturazione di edifici in muratura; oggi però le putrelle sono munite di connettori in modo da garantire una perfetta collaborazione delle travi in acciaio con la sovrastante soletta in c.a.
Un aspetto critico di tale modalità costruttiva va imputato all’impiego di tavelloni di grandi dimensioni, con lunghezza compresa tra gli 80 e i 100 cm, in modo da ottimizzare i costi aumentando le luci tra una trave e l’altra. Elementi in laterizio così grandi, con il passare del tempo possono cedere, risultando così pericolosi, specie in mancanza di un sovrastante getto ripartitore.
Solai in acciaio e lamiera grecata
La metodologia più recente e diffusa per la realizzazione dei solai in acciaio è quella cosiddetta a struttura mista, dove ai profili in acciaio viene accoppiata una lamiera grecata.
Quest’ultima, appositamente sagomata in modo da risultare quanto più possibile performante rispetto agli sforzi a flessione, viene fissata alle travi mediante appositi connettori e dopo avervi posato sopra una rete elettrosaldata viene realizzato un getto di calcestruzzo di 4-5 cm di spessore.
Questi solai hanno un ingombro modesto ed una notevole leggerezza, specie se si rapporta il loro peso al carico che possono sostenere; senza contare che i tempi di posa sono nettamente inferiori a quelli che caratterizzano ad esempio i solai in laterocemento.
Solaio in acciaio e legno
I solai in acciaio e legno rappresentano una soluzione elegante, molto utilizzata soprattutto per interventi sul costruito, quando si ha la necessità di riconvertire e riutilizzare spazi esistenti, incrementando la portanza delle strutture, senza tralasciare l’estetica.
In questi casi, sulle travi principali in acciaio, posizionate in genere a non più di 1 m di distanza l’una dall’altra, viene fissato un tavolato in essenza, dallo spessore di circa 3-4 cm. Si ottiene così un solaio funzionale, bello e leggero, anche se non particolarmente economico.
Solai in acciaio a secco
Infine, oggi, qualora si voglia risparmiare sui tempi e sui costi, per interventi semplici è possibile servirsi dei cosiddetti solai in acciaio a secco, come nel caso delle termocoperture. Questi solai, sostanzialmente, sono composti da travi in acciaio e da un pannello sandwich ad esse fissato e formato da due lamiere metalliche con interposto uno strato di materiale isolante piuttosto consistente e rigido, di spessore variabile a seconda dei casi e delle applicazioni.
Questa viene definita in gergo tecnico una soluzione a secco, poiché i pannelli sono fissati solo meccanicamente alle travi, tramite apposite viti e tasselli, senza che vi sia alcun getto di completamento: si tratta di un semplice assemblaggio in opera, che prevede tempi ancor più ridotti di quelli già esigui che caratterizzano i solai misti in acciaio, con lamiera grecata e getto in cls.
Concludendo
Chiaramente, il dimensionamento di un solaio in acciaio, va effettuato solo da chi è del mestiere ed è soggetto a progettazione, deposito al Genio Civile e collaudo, esattamente come avviene per le strutture in cemento armato.
In generale, si opta per strutture metalliche quando si interviene sull’esistente quando si cerchino prestazioni di un certo tipo rispetto alle azioni sismiche o alla resistenza al fuoco, o ancora quando si ha necessità di limitare i carichi e le altezze.
Questo perché la sezione di un solaio in acciaio, così come il peso di un solaio in acciaio, generalmente sono inferiori a quelli realizzabili con altre tecnologie costruttive.
