Nell’ambito delle costruzioni in legno, l'integrazione di elementi in acciaio rappresenta una soluzione sempre più diffusa per ottimizzare le prestazioni strutturali e architettoniche. Specialmente nell’edilizia privata, il legno viene scelto dal committente principalmente per ragioni di carattere estetico, oltre che per le sue proprietà termico-acustiche. 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.
L'Evoluzione dei Sistemi Costruttivi: Prefabbricazione e Design for Assembly
La soluzione a queste sfide risiede nello 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. La chiave del successo risiede nella strategica distribuzione dei materiali.
Il Sistema "Post and Beam" e le Sue Applicazioni
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).
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Per struttura Post and Beam oggi si intende una struttura a telaio (trave-pilastro) in legno lamellare (X-LAM, Glulam, LVL, etc.). I solai sono normalmente realizzati con pannelli a base legno, mentre la stabilità laterale dell’edificio è solitamente affidata a un sistema di controvento (nucleo, aste inclinate o pareti). La differenza con il sistema Timber Frame (a telaio leggero) sta dunque soprattutto nel materiale e nella conseguente resistenza della struttura. Ma il sistema Post and Beam altro non è che una rivisitazione in legno ingegnerizzato del sistema costruttivo più antico del mondo, quello trilitico, composto da due colonne e un architrave in pietra, ereditato anche dalle odierne strutture a telaio in calcestruzzo. Come può essere innovativo un sistema così antico? La tecnica del Post and Beam si presta ad applicazioni molto diverse, da quelle più leggere per l’outdoor, come un gazebo o una tettoia, a quelle più sfidanti da un punto di vista strutturale.
Oggi è possibile costruire in legno strutture ed edifici multipiano con notevole distanza tra i pilastri e luci che fino a pochi anni fa erano appannaggio esclusivo del calcestruzzo armato. A differenza di quest’ultimo, però, l’uso del legno significa una maggiore rapidità costruttiva e soprattutto una maggiore sostenibilità. Secondo i dati di un recente studio, ogni m² di costruzione in legno significa in media un risparmio di circa 74 kg di CO₂ rispetto al cemento. Inoltre, anche l’impatto sul consumo di risorse idriche è di molto inferiore, con un risparmio di oltre 5 m³ di acqua per ogni m² edificato. Infine, usare il legno come materiale strutturale significa anche una drastica riduzione dei rifiuti prodotti, con più di 158 kg in meno per m². 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.
Sfide e Soluzioni nelle Connessioni Trave-Pilastro
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.
Spesso ci si affida a piastre metalliche in acciaio che possono essere a vista o a scomparsa. Al contrario, l’acciaio strutturale è un materiale incombustibile, le cui proprietà meccaniche però si riducono vertiginosamente all’aumentare della temperatura. Oltre alla resistenza statica e alla robustezza strutturale, le connessioni di una struttura Post and Beam devono garantire un buon risultato estetico e flessibilità d’installazione. Così anche la possibilità di prefabbricazione e di smontabilità sono caratteristiche importanti, in funzione delle quali scegliere la connessione più adatta.
Tecnologie di Connessione per Edifici Multipiano in Legno
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. Di seguito, alcune soluzioni innovative che hanno raggiunto un nuovo livello.
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ALUMEGA: Connessioni per Trave 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. Questa soluzione semplifica la vita delle maestranze e accelera l'assemblaggio in opera.
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. Per quanto riguarda i pilastri, il collegamento a terra è in genere realizzato mediante piastre metalliche esterne fissate alla base del pilastro ligneo tramite viti, chiodi, perni o bulloni. Nel caso in cui sia richiesta una resistenza al fuoco maggiore o per ragioni estetiche, si possono utilizzare piastre a scomparsa, alloggiate in fresature nel legno. Il vincolo a terra può essere schematizzato a cerniera: al fine di permettere la rotazione le piastre dovranno essere poste il più vicino possibile all’asse del pilastro, in modo da ridurre il braccio della coppia di forze agenti.
Dove costruire CASE in LEGNO | Avv. Angelo Greco
L'innovazione nelle connessioni prefabbricate per edifici in legno, come ALUMEGA, RADIAL e RING, risolve alcune fra le problematiche più critiche legate alla costruzione di edifici multipiano, consentendo di creare strutture resistenti, smontabili e di conseguenza più sostenibili. Attraverso un sistema di montaggio simile a quello delle strutture in acciaio o cemento armato, facilitano il lavoro dei professionisti, riducendo tempi e costi di costruzione, e offrendo un’alternativa valida ai materiali tradizionali.
Panoramica sui Connettori Innovativi per Strutture in Legno
| Connettore | Funzione Principale | Vantaggi Chiave |
|---|---|---|
| ALUMEGA | Connessione trave-trave e trave-colonna | Elevata resistenza, flessibilità, modulare, adatto a strutture ibride, assorbimento movimenti sismici. |
| RADIAL | Connessione colonna-colonna | Semplicità di installazione, massimo sfruttamento prefabbricazione, preinstallabile in stabilimento. |
| RING90C | Connessione colonna-fondazione | Stabilità, precisione, garanzia di smontabilità, gestione tolleranze, adattamento al prefabbricato in calcestruzzo armato. |
| CTC | Connettore per solai collaboranti legno-calcestruzzo | Soluzione tecnica ottimizzata per interventi di media scala e riabilitazione, certificato per diverse tipologie. |
| TC FUSION | Connessioni legno-cemento di maggiore impegno strutturale | Evoluzione tecnologica per giunzioni a momento, ispirato a calcestruzzo armato, trasmissione efficace sforzi. |
Viti Speciali per Connessioni Ibride e Legni Densi
Le viti per legno rappresentano un elemento di connessione ibrido. Grazie ad uno studio accurato delle interfacce 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.
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Viti HARDWOOD: Ottimizzate per Legni ad Alta Densità
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.
Un ulteriore aspetto distintivo di queste viti per legno particolarmente denso risiede nella loro documentazione tecnica. Le schede tecniche forniscono valori di resistenza all’estrazione certificati (ETA) per specifiche specie legnose dure - come rovere, faggio e quercia - e legni duri ingegnerizzati, come il microlamellare di faggio, noto nel mondo germanofono come BauBuche e nel mondo anglosassone come BeechLVL, e il Plywood, un livello di dettaglio raramente disponibile nel mercato. Questo permette ai progettisti di ottimizzare le connessioni con precisione ingegneristica, adattando il dimensionamento alle caratteristiche specifiche di ogni essenza. Un vantaggio per la tecnica, ma anche per l’ambiente: permettendo l'utilizzo efficiente di legni locali, si supera la dipendenza dal "legno globale" (principalmente pino e abete) e si aprono nuove possibilità per filiere brevi e sostenibili.
Connessioni Legno-Acciaio: La Scelta della 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. La sfida di forare il metallo è affrontata da viti e spinotti autoforanti.
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 Altre Applicazioni
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.
Gestione dei Nodi Complessi e Continuità dei Pilastri
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.
Per la connessione di elementi in legno a strutture in CA, in particolare il nodo di estremità di una trave in legno da collegare a travi e pilastri in CA, spesso si utilizzano monconi in legno che costituiscono le mensole da montare esternamente alla struttura. Per alcuni fissaggi, si può "estendere" la tasca all'esterno del muro e far passare dei ferri filettati a prendere le travi in legno, prima del getto, infilando semplicemente delle barre nel legno in modo che il tutto dopo il getto sia solidale. Per evitare fenomeni di degrado del legno in corrispondenza del CA si usa legno trattato per immersione in stabilimento (tipo traversine ferroviarie), e sagomatura per gocciolatoio in testa ed in corrispondenza dell'intonaco, ed ovviamente la giusta pendenza.
Vantaggi della Prefabbricazione e Modalità di Posa
Ogni cantiere ha le proprie esigenze logistiche, che impongono sequenze costruttive diverse. Ad esempio, scegliendo la modalità di fissaggio più adatta è possibile eseguire l’installazione della trave secondo diverse modalità di posa. La serie LOCK, ad esempio, prevede necessariamente un fissaggio Top-Down. Alcuni sistemi di connessione possono essere parzialmente o interamente prefabbricati in stabilimento, preinstallando i connettori sulle travi e sui pilastri, lavorando così in un ambiente controllato e non soggetto agli eventi meteorologici. In cantiere è poi sufficiente integrare la connessione con pochi connettori, minimizzando il rischio di errori. Prefabbricazione significa spesso anche smontabilità: ciò che richiede poco sforzo in cantiere per essere assemblato, richiederà poco tempo, in futuro, per essere disassemblato per esigenze di modifica/ampliamento dell’edificio, oppure per la demolizione a fine vita utile. Le connessioni per travi devono resistere principalmente a carichi gravitazionali. Le resistenze testate e certificate in tutte le direzioni sono una garanzia della robustezza strutturale in caso di eventi eccezionali (urti, esplosioni, uragani, terremoti). Questo contribuisce alla robustezza strutturale dell’edificio, garantendo una maggiore sicurezza e resistenza.
L’ampia scelta di sistemi di giunzione permette di rispondere a molteplici esigenze progettuali. Per scegliere il connettore più corretto per ogni progetto Post and Beam, esistono strumenti essenziali come la guida "LOCK SCELTA DEL CONNETTORE E GUIDA ALLA DURABILITÀ", studiata per supportare la scelta delle migliori soluzioni a scomparsa a seconda delle condizioni di installazione. Considera fattori come esposizione, umidità, inquinamento, distanza dal mare, pH del legno e classe di servizio. In una struttura Post and Beam i pilastri non devono necessariamente essere in legno, ma è possibile connettere travi in legno ad elementi strutturali composti da diversi materiali: legno, acciaio o calcestruzzo.
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