Connessioni Tra Pilastri in Cemento Armato e Travi in Legno: Dettagli Costruttivi e Soluzioni Avanzate

Negli ultimi anni il legno, specialmente nelle sue declinazioni come X-lam, LVL e lamellare, si è affermato come materiale protagonista nelle costruzioni, anche per progetti di grandi dimensioni e multipiano. Tuttavia, con la crescente domanda di rapidità e precisione in cantiere, soprattutto nei contesti di edifici con cubature elevate o bandi pubblici dove i tempi di realizzazione sono stringenti, chi deve confrontarsi con questo tipo di costruzione affronta costantemente problematiche legate alla necessità di inventare o reinventare sistemi per la connessione e l’installazione che velocizzino i lavori e semplifichino la vita delle maestranze.

La soluzione? Sfruttare nuove impostazioni costruttive, come il Design for Assembly, o la prefabbricazione, che permettono di accelerare le operazioni sul posto, riducendo errori e garantendo installazioni più precise e sicure. In questo panorama, le connessioni preinstallate in stabilimento possono rispondere facilmente ai requisiti di resistenza voluti dai progettisti e al contempo a quelli di adattabilità e praticità necessitati dai costruttori, specialmente nelle strutture in legno che devono competere, o collaborare, con quelle in calcestruzzo o acciaio.

Un cantiere ibrido rappresenta l'evoluzione intelligente dell'edilizia moderna, dove materiali strutturali diversi - come legno, acciaio e calcestruzzo - lavorano in sinergia, ciascuno sfruttando i propri punti di forza. Immaginate un'orchestra dove ogni strumento contribuisce con il proprio suono caratteristico: allo stesso modo, in una struttura ibrida, ogni materiale apporta le proprie specifiche proprietà meccaniche per creare un sistema costruttivo ottimizzato. Oggi più che mai, le costruzioni in legno possono competere ma anche collaborare con cemento e acciaio, grazie a soluzioni di connessione che rispondono alle esigenze di sicurezza, tolleranza e montaggio e smontaggio richieste dal mercato.

Il Sistema "Post and Beam" e la Sfida dell'Ibridazione

Tradizionalmente i grandi edifici multipiano, realizzati in cemento armato o in acciaio, utilizzano il sistema “a telaio”, in cui pilastri e travi sostengono grandi solai per creare spazi interni liberi da vincoli strutturali. Nel tentativo di competere con queste strutture, le costruzioni in legno stanno adottando un sistema simile, noto come “post and beam” (trave e pilastro).

Il sistema costruttivo post and beam si rifà al classico sistema trave-pilastro ove travi e colonne sostengono i carichi verticali, mentre la struttura intermedia ha il compito di supportare il rivestimento esterno e le finiture interne, fornendo anche lo spazio per l’isolamento. Le prime costruzioni realizzate con il sistema costruttivo post and beam (trave e pilastro) risalgono all’antica Grecia e alla altrettanto consolidata tradizione Giapponese.

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Le strutture post and beam presentano elementi strutturali inferiori, nel numero, rispetto agli elementi delle strutture a ossatura (light frame); ciò comporta un numero inferiore di connessioni e, di riflesso, un più veloce assemblaggio dei componenti, che incide sui costi dell’intero edificio. La chiave del successo risiede nella strategica distribuzione dei materiali.

La vera sfida ingegneristica si concentra nelle zone di interfaccia tra i diversi materiali: questi nodi critici richiedono particolare attenzione progettuale per gestire la trasmissione delle forze tra elementi con rigidezze molto diverse (ad esempio tra legno e cemento). La progettazione di questi dettagli costruttivi richiede una profonda comprensione del comportamento dei materiali, e soprattutto delle connessioni.

Soluzioni Innovative per le Connessioni Legno-Calcestruzzo

L’integrazione di connettori rappresenta un passo avanti per l’efficienza delle costruzioni in legno, consentendo di creare strutture resistenti, smontabili e di conseguenza più sostenibili. TECNOLOGIE DI COSTRUZIONE IN LEGNO CHE HANNO RAGGIUNTO UN NUOVO LIVELLO. ALUMEGA, RADIAL e RING risolvono alcune fra le problematiche più critiche legate alla costruzione di edifici multipiano, consentendo di creare strutture resistenti, smontabili e di conseguenza più sostenibili.

Connettori Specifici per Diverse Esigenze

• ALUMEGA: connessioni per travi di elevata resistenza e flessibilità
  • ALUMEGA, introdotto sul mercato nel 2023, è la soluzione di connessione trave-trave e trave-colonna, ideale per strutture con luci importanti.
  • I componenti modulari e le possibilità di fissaggio flessibili fanno di ALUMEGA un’opzione versatile, utilizzabile anche in costruzioni ibride legno-acciaio o legno-calcestruzzo.
  • Grazie al comportamento a cerniera, che permette alla connessione di assorbire i movimenti provocati da azioni sismiche e dal vento, ALUMEGA riduce il trasferimento di carico sulle colonne, aumentando la stabilità complessiva dell’edificio.
• RADIAL: semplicità e prefabbricazione per connessioni colonna-colonna
  • Il connettore RADIAL si distingue per la sua facilità di installazione e per la capacità di sfruttare al massimo il potenziale della prefabbricazione.
  • RADIAL è composto da due connettori semicircolari, preinstallabili sui pilastri in stabilimento, che vengono collegati con un semplice bullone direttamente in cantiere.
• RING: stabilità e precisione per connessioni colonna-fondazione
  • Garanzia di smontabilità è uno dei sinonimi del connettore RING, che nella versione RING90C, risulta particolarmente adatto per connessioni colonna-fondazione che richiedono una gestione delle tolleranze date dalla non planarità della fondazione stessa.
  • Questo sistema prevede, se necessario, l’utilizzo di una malta antiritiro che compensi le eventuali disuniformità della base, assicurando un supporto stabile e preciso per le colonne in legno.
  • Una caratteristica particolare del sistema RING è l’adattamento ispirato al settore del prefabbricato in cemento armato.

Viti e Fissaggi per unire Legno, Acciaio e Calcestruzzo

L’integrazione di elementi in acciaio rappresenta una soluzione sempre più diffusa per ottimizzare le prestazioni strutturali e architettoniche. Spesso ci si affida a piastre metalliche in acciaio che possono essere a vista o a scomparsa.

• Viti per legno: un elemento di connessione ibrido
  • Grazie ad uno studio accurato delle interfacce in Rothoblaas abbiamo definito una gamma di viti per legno, viti per legno e calcestruzzo, viti per legno e acciaio che garantiscono che la struttura ibrida funzioni come un sistema unitario, ottimizzando le prestazioni di ogni materiale e garantendo durabilità nel tempo.
  • Le viti della serie HARDWOOD (LBS HARDWOOD, HBS HARDWOOD, e VGZ HARDWOOD) rappresentano un'evoluzione in questa direzione.
  • Queste viti per legno sono state riprogettate in ogni loro componente - dalla geometria della testa al diametro del nucleo, dal passo del filetto alla configurazione della punta - per ottimizzare la penetrazione nei legni ad alta densità.
  • Il risultato è concreto: riescono a creare connessioni efficaci senza preforo anche in legni con densità superiore a 500 kg/m³, semplificando le operazioni di cantiere.
• Legno e acciaio: scegliere la vite giusta
  • Quando ad incontrarsi sono il legno e l’acciaio, le situazioni possono essere differenti. Se si deve scegliere la vite giusta, ad esempio, per una connessione legno-metallo fra legno duro e acciaio, ancora una volta viene in aiuto del progettista la gamma di viti per legno HARDWOOD.
  • Di fronte ad una connessione legno-metallo-legno lo spinotto SBD emerge come soluzione di riferimento per le connessioni.
  • Questo fissaggio, tecnicamente più avanzato rispetto alle alternative sul mercato grazie alla sua nuova punta rastremata, garantisce prestazioni strutturali ottimali con tempi di installazione ridotti ad un terzo rispetto ai precedenti ed a quelli dei sistemi tradizionali con preforo.
  • Sempre sul tema delle connessioni metallo-legno, HUS, la rondella tornita Rothoblaas, permette la compatibilità perfetta delle viti a testa svasata in piastre metalliche con fori cilindrici (evitando quindi di dover fare i più costosi fori svasati) aumentando anche la resistenza assiale nelle connessioni legno-legno.
  • La versione HUS 15° è particolarmente indicata in tutte quelle installazioni dove normalmente è necessario fare salti mortali per ottenere la giusta inclinazione.
• Connessioni legno-calcestruzzo: solai collaboranti e non solo
  • Nei solai collaboranti legno-calcestruzzo, dove è necessario unire cemento e legno, il connettore CTC rappresenta una soluzione tecnica ottimizzata per interventi di media scala e riabilitazione strutturale.
  • La certificazione tecnica (ETA-19/0244) di CTC comprende valori prestazionali calcolati per diverse tipologie di solai in legno e calcestruzzo, dal legno massiccio fino all’X-LAM, dal calcestruzzo comune C20/25 fino a miscele alleggerite, aprendo a molteplici combinazioni costruttive.
  • L'innovazione TC FUSION rappresenta invece l'evoluzione tecnologica per le connessioni legno-cemento di maggiore impegno strutturale.
  • Questo sistema è stato sviluppato per realizzare giunzioni a momento tra solai in legno, ispirandosi ai principi della costruzione in calcestruzzo armato e adattandoli alla progettazione delle strutture in legno, con l’obiettivo di garantire una trasmissione efficace degli sforzi tra legno e calcestruzzo.

Il Nodo Trave-Pilastro: Criticità e Dettagli Costruttivi

Nel settore della prefabbricazione in calcestruzzo, il giunto trave-pilastro rappresenta uno dei nodi strutturali più delicati dell’intero sistema costruttivo. Garantire un efficace collegamento trave pilastro significa assicurare la trasmissione controllata dei carichi verticali e orizzontali, ridurre le tolleranze in fase di montaggio e prevenire criticità che potrebbero compromettere la sicurezza globale dell’opera.

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Il giunto trave pilastro in strutture prefabbricate è il punto in cui convergono le principali sollecitazioni statiche e dinamiche dell’edificio. Un collegamento trave pilastro non correttamente dimensionato può generare rotazioni indesiderate, fessurazioni o concentrazioni di tensione nel nodo. La scelta della soluzione più idonea deve partire da un’analisi tecnica del nodo trave-pilastro, valutando combinazioni di carico, comportamento atteso in esercizio e requisiti normativi. L’utilizzo di sistemi con marcatura CE, corredati da documentazione tecnica e manuali applicativi, consente di garantire conformità e tracciabilità. Il giunto trave-pilastro nelle strutture prefabbricate è un elemento strategico per la sicurezza e l’affidabilità dell’opera.

Dettagli Specifici per Connessioni Miste tra Legno ed Elementi in Calcestruzzo

Un dubbio comune riguarda la costruzione di coperture in legno su strutture in cemento armato, come ad esempio la difficoltà nel posizionare i travetti in legno e il tavolato sulle travi in cls. Per tali situazioni, se la trave è di calcestruzzo, si deve cambiare tipo di giunto ed applicare, ad esempio, un inserto metallico a T da fissare sulla trave. Il travetto si potrà fissare all'anima della T. Una sorta di incassatura (come avviene nelle murature con solai in legno) ma fatta sulle travi in calcestruzzo.

Il tema delle connessioni si presenta non soltanto quando confluiscono tre travi su un pilastro in un nodo, ma anche quando le travi sono solo due, o più di tre. Se il pilastro deve essere continuo, normalmente per evitare lo schiacciamento trasversale di una o più travi, non resta che prevedere un collegamento con staffe metalliche ai lati del pilastro.

Il caso estremo è rappresentato dalle 4 travi che convergono sul pilastro (una per lato) e dal collegamento eseguito con due lame di acciaio verticali e perpendicolari fra loro, il cui asse di intersezione corrisponde all'asse del pilastro. Gli spinotti nel pilastro saranno disposti in modo da creare il collegamento con una sola lama, mentre nelle travi ogni lama assicura un collegamento spinottato con la trave stessa. In questo caso il pilastro non può essere continuo, in quanto non si potrebbero inserirvi le lame metalliche. Anche con il pilastro interrotto si ottiene la continuità della fibratura del legno a compressione, tramite il contatto di retto fra le due parti del pilastro.

Un'altra possibilità è quella di procedere con collegamenti indiretti, collegando una trave all'altra, e poi quest'ultima al pilastro. Spesso - con l'eccezione dei casi con forze decisamente ridotte - questa soluzione comporta delle sollecitazioni locali troppo grandi e deve essere evitata.

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Un particolare esecutivo della connessione tra pilastro in legno e trave in cemento armato può prevedere la realizzazione di una piastra a bicchiere (spessore 5 mm), con viti HBS ed ancoranti chimici tra la piastra in acciaio e il c.a.

Progettazione e Analisi di Strutture Ibride

La progettazione delle strutture in legno lamellare e cemento armato di un fabbricato residenziale richiede un'analisi approfondita. La seguente relazione è relativa alla progettazione e verifica delle strutture in legno lamellare e cemento armato di un fabbricato adibito ad uso residenziale.

La tipologia strutturale dell’elevazione è del tipo a telai, con elementi resistenti costituiti da pilastri e travi in lamellare ancorati e collegati tra di loro al fine di resistere sia alle azioni statiche che dinamiche. Il piano seminterrato invece è costituito da setti, travi e pilastri in c.a., con solaio in latero-cemento. La struttura di fondazione prevista è una platea in c.a. con spessore pari a 40 cm.

Materiali Utilizzati nella Progettazione

Materiale	Tipo/Classe	Resistenza Caratteristica
Calcestruzzo	C25/30	Rck = 30.0 N/mm2
Acciaio per armatura	B450C	Fyk = 450.0 N/mm2
Legno Lamellare	GL24h	24.0 N/mm2

Analisi dei Carichi

Un’accurata valutazione dei carichi è un requisito imprescindibile di una corretta progettazione, in particolare per le costruzioni realizzate in zona sismica. Essa, infatti, è fondamentale ai fini della determinazione delle forze sismiche, in quanto incide sulla valutazione delle masse e dei periodi propri della struttura dai quali dipendono i valori delle accelerazioni (ordinate degli spettri di progetto).

La valutazione dei carichi e dei sovraccarichi è stata effettuata in accordo con le disposizioni del Decreto Ministero Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 2008 (G. U. 4 febbraio 2008, n. 29 - Suppl.Ord.) “Norme tecniche per le Costruzioni”. La valutazione dei carichi permanenti è effettuata sulle dimensioni definitive. Per quanto riguarda le azioni di calcolo delle membrature in legno, queste sono assegnate ad una delle classi di durata del carico elencate nella Tabella.

I risultati di calcolo vengono forniti attraverso delle mappe a colori con intervalli di valori che vanno, in senso crescente, da colorazioni blu-azzurro (valori bassi) fino a colorazioni giallo-rosse (valori elevati), in modo tale da poter meglio comprendere ed interpretare i risultati dei calcoli.

Nella prima immagine è possibile visualizzare il comportamento a deformazione della struttura in legno sotto l'azione dei carichi statici, con il valore massimo dello spostamento, in prossimità del tetto, pari a 1.32 cm; nella seconda immagine invece viene visualizzata la distribuzione dei carichi al metro lineare sulla struttura, con valore massimo sul solaio di piano in legno pari a 2726 N/m. Nella terza vista 3D è possibile visualizzare la distribuzione delle tensioni sul terreno dell'intero edificio, con valore massimo tensionale pari a 0.062 N/mmq.

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