La costruzione in legno non si riduce più a un unico sistema costruttivo. I committenti, gli architetti e i promotori dispongono oggi di diverse soluzioni strutturali collaudate: l'ossatura in legno, il CLT (legno lamellare crociato) e il sistema pilastro-trave. Ogni filiera presenta le proprie logiche di messa in opera, i propri vantaggi tecnici e le proprie condizioni d'impiego privilegiate. Scegliere la struttura giusta significa anticipare i vincoli del programma, del budget e del calendario - e ottimizzare fin dalla progettazione il bilancio carbonico dell'edificio.
Il telaio in edilizia, per definizione composto da travi e pilastri, rappresenta un elemento fondamentale nella progettazione degli edifici e gioca un ruolo cruciale nella stabilità e nella durabilità di una struttura. In questo articolo vedremo gli aspetti più importanti che riguardano le strutture intelaiate individuando gli elementi che le caratterizzano, le diverse tipologie in relazione ai diversi materiali utilizzati e le varie categorie di comportamento statico.
La Struttura Intelaiata: Definizione ed Elementi Fondamentali
La “struttura intelaiata” è un sistema strutturale composto da un’orditura di travi e pilastri che formano un insieme di telai. Il telaio, definito come l’elemento strutturale composto da due pilastri verticali e una trave orizzontale rigidamente connessi, si ripete sia sul piano orizzontale che verticale. Questa disposizione consente una continuità statica e l’uso efficiente dello spazio con limitati ingombri planimetrici.
I pilastri - elementi verticali di interpiano - possono essere allineati (formando una pilastrata) o posizionati a distanza l’uno dall’altro in base alla luce ottimale per i solai, seguendo una maglia regolare di forma quadrata, rettangolare o triangolare. Le travi, gli elementi orizzontali di piano, sono disposte in successione e costituiscono la travatura delle strutture a telaio. Le strutture a telaio lavorano principalmente in regime di flessione e taglio, compressione e pressoflessione. Pilastri e travi sono gli elementi chiave di questa struttura.
Pilastri: Elementi Verticali Portanti
Il pilastro, elemento verticale portante, trasmette carichi dalla struttura sovrastante alla fondazione, sottoponendosi a carichi verticali e orizzontali, sollecitazioni di sforzo normale, momento flettente, o pressoflessione.
Leggi anche: Prezzi Pavimento Grigio Legno Perlato
Travi: Elementi Orizzontali di Carico
La trave, simile al pilastro ma con dimensioni prevalentemente superiori, è definita geometricamente come un solido generato da una figura piana in movimento nello spazio, mantenendosi ortogonale alle traiettorie descritte dal suo asse. Le travi possono essere principali o secondarie, con diverse sezioni come rettangolari o profilate a I, T, L, C, H, ecc., al fine di ridurre il peso e ottimizzare l’utilizzo del materiale in base alle sollecitazioni. Le travi possono anche presentare sezioni alleggerite, come profili scatolari, a cassone, o reticolari. Le travi a cassone, adatte per grandi luci, sono costituite da sezioni chiuse cave con elementi di irrigidimento interni. Le travi reticolari, composte da aste verticali e diagonali, sono ideali per sforzi assiali e possono essere incernierate nei nodi, fornendo un sistema di aste sollecitate a compressione o trazione, a seconda della posizione nella maglia reticolare.
Tipologie di Costruzioni in Legno: Dalla Tradizione all'Innovazione
La costruzione in legno si basa su tre grandi famiglie strutturali - ossatura, CLT e pilastro-trave - ognuna delle quali risponde a logiche d'uso, di fabbricazione e di assemblaggio distinte.
L'Ossatura in Legno
L'ossatura in legno si basa su una rete di montanti per ossatura in legno e traversi in legno di piccola sezione, che formano la struttura portante delle pareti e dei solai. È il sistema di gran lunga più diffuso. Secondo l'Indagine Nazionale della Costruzione in Legno 2025 (France Bois Forêt / CODIFAB), l'ossatura in legno è presente nell'85% delle case individuali, nel 63% degli edifici residenziali collettivi e nel 67% degli edifici terziari costruiti in legno.
Il Legno Lamellare Crociato (CLT)
Il CLT (Cross Laminated Timber, o legno lamellare crociato) è un pannello massiccio costituito da strati di tavole di legno sovrapposte perpendicolarmente e incollate sotto pressione. Sul piano ambientale, il suo vantaggio è significativo: il CLT immagazzina carbonio biogenico per tutta la sua vita. Si considera che un metro cubo di legno immagazzini fino a 1 tonnellata di CO₂ equivalente. Nella RE2020, questo stoccaggio migliora direttamente l'indicatore IC Construction. Uno studio realizzato dal cabinet Carbone 4 per Woodeum confronta la costruzione CLT con la costruzione in calcestruzzo su un edificio R+7 di 10 000 m²: il bilancio globale raggiunge -60 kg CO₂/m² per la struttura CLT, contro +420 kg CO₂/m² per un edificio in calcestruzzo armato convenzionale. La resistenza al fuoco è garantita dalla sua velocità di carbonizzazione nota e utilizzata per il dimensionamento (da 0,6 a 0,8 mm/min secondo le essenze), secondo Eurocode 5 / NF EN 16351.
Confronto Bilancio Carbonico CLT vs. Calcestruzzo Armato
| Tipo di Struttura | Superficie Edificio | Bilancio Globale CO₂ | Stoccaggio Carbonico |
|---|---|---|---|
| CLT (R+7) | 10 000 m² | -60 kg CO₂/m² | -231 kg/m² |
| Calcestruzzo Armato Convenzionale (R+7) | 10 000 m² | +420 kg CO₂/m² | Non applicabile |
Il Sistema Pilastro-Trave (Post and Beam)
Il sistema pilastro-trave si basa su una rete di pilastri verticali e travi orizzontali in legno lamellare incollato o in LVL (legno lamellare parallelo). La struttura portante è visibile o integrata, e i tramezzi non svolgono alcun ruolo strutturale. La sua quota di utilizzo raggiunge il 24% delle costruzioni in legno, in particolare grazie a una presenza più marcata nel residenziale collettivo e nel terziario. Questo sistema è particolarmente adatto agli edifici terziari, alle attrezzature pubbliche, ai capannoni e ai programmi che richiedono grandi superfici libere. 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).
Leggi anche: Stile Arte Povera per la Sala da Pranzo
ROCCARASO STRUTTURA MULTIPIANO IN Xlam
Pilastri e Travi in Legno: Caratteristiche e Prestazioni
Pilastri in Legno
I pilastri in legno, spesso realizzati con sezioni a forma di T o I scatolari o mediante l’accoppiamento di elementi, manifestano un’eccellente resistenza sia alla compressione che alla flessione. Tuttavia, pilastri eccessivamente slanciati e non adeguatamente vincolati nella loro lunghezza possono essere soggetti a fenomeni di instabilità, con possibile inflessione laterale dovuta a carichi concentrati. Questi fenomeni possono essere accentuati dalla presenza di nodi, deviazioni delle fibre del legno, bassa rigidità del materiale o carichi eccentrici.
Travi in Legno
Le travi in legno semplice possono presentare forme troncoconiche o rettangolari, a seconda del profilo del legno. I pilastri e le travi in legno lamellare sono costituiti da strati successivi di strisce di legno selezionate e incollate tra loro (lamelle). Questi elementi vantano una resistenza meccanica elevata, sono resistenti alle variazioni igro-termiche, e mostrano scarsa vulnerabilità agli attacchi di parassiti e al fuoco. Attraverso l’uso di legno lamellare incollato o nuovi materiali compositi, è possibile conferire alle travi forme diverse, come travi a sezione rastremata, ottimizzando le prestazioni strutturali.
Connessioni Nelle Strutture Ibride e Prefabbricate
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. Con la crescente domanda di rapidità e precisione in cantiere, soprattutto in 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 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.
Connessioni Tra Legno e Calcestruzzo
Le connessioni tra elementi in legno, sia tra loro che con strutture in calcestruzzo, richiedono soluzioni specifiche. Per le connessioni legno-legno, ad esempio, la testa del travetto può essere sagomata con una forma a V (maschio) e nella trave in legno una forma analoga intagliata. Se la trave, invece, 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, realizzando una sorta di incassatura (come avviene nelle murature con solai in legno) ma fatta sulle travi in calcestruzzo.
Il Ruolo del "Dormiente" e la Sua Modellazione
La banchina, o "dormiente", è l'elemento su cui si appoggia un altro elemento della costruzione e che assicura una distribuzione e introduzione corretta delle forze dal secondo nel primo. Il dormiente permette di assicurare l'introduzione delle forze provenienti da un solaio o da una copertura - di regola sotto forma di travatura inflessa e quindi di forze concentrate - nella muratura sottostante senza metterla a rischio di collasso locale.
Leggi anche: Pali in legno: guida alle travi
Nella pratica progettuale, un dubbio comune riguarda la modellazione di una trave di colmo in calcestruzzo armato con una ulteriore trave poggiata su di essa in legno, a cui andranno collegati i correnti di falda. La necessità nasce anche per avere la corretta angolazione dei correnti che vanno da punto di colmo a punto di gronda e non poggiano direttamente sulla trave in calcestruzzo armato. Tuttavia, in termini di modellazione agli elementi finiti, due aste sovrapposte non si possono modellare. In questi casi, non bisogna perdere di vista l'obiettivo: ovvero la modellazione strutturale, che consiste pur sempre in una semplificazione. Conviene modellare l'effettivo elemento portante, caricarlo correttamente, in modo da ottenere le giuste verifiche. Per la parte geometrica, se non perfettamente aderente all'architettonico, si può poi modificare l'elaborato di carpenteria o esportare il modello in software BIM per cambiare le angolazioni e tirar fuori gli elaborati di sezione più rappresentativi del nodo. Il fatto stesso che quella tipologia di trave, in gergo, si chiami dormiente, implica che dal punto di vista strutturale non lavori attivamente come elemento portante principale.
È importante sottolineare che la soluzione dell'incastro di travi di legno tramite "riempimento" o "annegamento" in un muro o calcestruzzo NON è una soluzione accettabile dal punto di vista strutturale. Le sollecitazioni locali di schiacciamento del legno sono troppo elevate e la rigidezza dell'incastro è tutt'altro che assicurata. L'annegamento di elementi lignei nel calcestruzzo o nella malta è immaginabile soltanto quando si può assicurare che la muratura in questione - una volta essiccata e indurita la malta o il cemento usati - non apporteranno più alcuna umidità verso l'elemento ligneo. In caso contrario, l'unica soluzione accettabile come durevole è quella della ventilazione della testa della trave e della separazione fisica della trave in legno dalla muratura, ad esempio tramite un appoggio di contatto con materiale impermeabile all'acqua.
Connettori Prefabbricati per Strutture in Legno
L’innovazione nelle connessioni prefabbricate per edifici in legno è fondamentale. 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. L’integrazione di connettori come quelli di nuova generazione rappresenta un passo avanti per l’efficienza delle costruzioni in legno, risolvendo problematiche critiche legate alla costruzione di edifici multipiano e consentendo di creare strutture resistenti, smontabili e più sostenibili.
- 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 lo rendono 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: Questo connettore si distingue per la sua facilità di installazione e per la capacità di sfruttare al massimo il potenziale della prefabbricazione. È composto da due connettori semicircolari, preinstallabili sui pilastri in stabilimento, che vengono collegati con un semplice bullone direttamente in cantiere.
- RING: 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.
Vantaggi e Sostenibilità delle Costruzioni in Legno
La tecnica costruttiva a telaio in legno lamellare, reinterpretando la concezione strutturale di un tradizionale edificio in cemento armato, offre numerosi vantaggi. Le travi ed i pilastri armati e gettati in opera vengono sostituiti da elementi in legno lamellare prodotti e lavorati in stabilimento, mentre le tamponature in blocchi sono sostituite da stratigrafie a secco.
Benefici del Sistema Costruttivo a Telaio in Legno
- Elevata resistenza alle azioni di sisma
- Prefabbricazione degli elementi strutturali: travi e pilastri
- Velocità di installazione in cantiere
- Progettazione architettonica libera da vincoli di struttura
- Elevata fruibilità degli spazi interni, anche in “open space”
- Eliminazione di ponti termici
- Classi energetiche elevate
Tamponature e Tetti Ventilati per un Comfort Ottimale
Montanti e traversi intessono la struttura delle tamponature a secco, che vengono controventate da pannelli pluristrato o OSB. Fra i montanti in legno ed internamente viene posizionato il materiale termo acustico, spessori e tipologie vengono scelti in base alla classe energetica richiesta, successivamente viene posato il gesso rivestito o fibrogesso ed infine si procede al tinteggio interno delle pareti. Esternamente verrà posato il cappotto termico costituito da apposito materiale termoacustico, spessore e tipologia in base alle esigenze ed alla classe energetica richiesta, che sarà quindi rasato e tinteggiato o magari rifinito con geo pietre o finiture metalliche in base alle scelte architettoniche.
Per garantire un comfort ottimale viene posato un “Pacchetto Ventilato”. Il tetto ventilato è un sistema di elementi complementari che insieme contribuiscono al raggiungimento di elevate prestazioni del pacchetto di copertura quali “Comfort Abitativo” e “Risparmio Energetico”. Grazie a questa tecnologia d’applicazione l’isolante non riceve calore dal manto per conduzione diretta, lavorando nelle sue condizioni di rendimento ottimale. In Estate impedisce l’irradiazione del calore verso l’interno, migliorando sensibilmente il confort abitativo. In Inverno mantiene asciutto l’isolante, eliminando condense e/o muffe, consentendogli di lavorare in maniera ottimale e di mantenersi nel tempo. L’aria all’interno della camera di ventilazione si mette in moto grazie alla differenza di temperatura, sia in estate che in inverno, richiamando aria fresca dalla sezione di ingresso presente lungo tutta la linea di gronda e consentendo la sua fuoriuscita lungo la sezione sulla linea di colmo.
Diagnostica e Verifica di Strutture in Legno Esistenti
La verifica statica di elementi realizzati in legno strutturale esistente, massiccio o lamellare, richiede l’esecuzione di adeguate indagini e prove sul materiale per la caratterizzazione meccanica e tipologica del legno. Gli elementi costruttivi in legno sono spesso presenti in edifici esistenti: solai, coperture e architravi in legno in costruzioni esistenti in muratura, cemento armato o acciaio. Pertanto, chi si occupa di analisi di vulnerabilità di costruzioni esistenti molto probabilmente dovrà eseguire indagini e prove anche su elementi strutturali esistenti in legno.
Livelli di Conoscenza e Fattori di Confidenza
L’esecuzione di indagini e prove è necessaria per definire il Livello di Conoscenza della struttura e il relativo Fattore di Confidenza FC per la riduzione delle proprietà meccaniche del materiale. La Normativa Tecnica definisce tre Livelli di Conoscenza denominati come LC1, LC2, LC3. I livelli di conoscenza sono ordinati per informazioni crescenti sulla costruzione esistente: al livello LC1 corrisponde una conoscenza minima della struttura esistente, al livello LC3 una conoscenza più approfondita. La Normativa Tecnica consente al progettista di adottare Livelli di Conoscenza della struttura differenziati per la verifica sismica globale della costruzione e per la verifica in condizioni statiche di singoli elementi costruttivi. Al crescere delle informazioni disponibili sulla struttura esistente (da LC1 a LC3), diminuirà il fattore di confidenza FC (da 1.35 a 1.00) pertanto si ridurrà la penalizzazione della resistenza del materiale.
Tipologie di Indagini e Prove sul Legno Strutturale
La Circolare 2019 definisce tre livelli di approfondimento per le prove da eseguire sul legno esistente, al fine di determinare le caratteristiche meccaniche, la specie legnosa e il livello di degrado:
- Prove limitate: Indagini basate principalmente su esami visivi delle superfici (almeno tre facce e una testata di ogni elemento primario e secondario), con limitati controlli degli elementi e delle connessioni. Prevedono rimozioni locali dello strato di protezione per valutare lo stato di conservazione.
- Prove estese: Indagini visive diffuse sulle superfici e sui collegamenti, accompagnate da alcuni controlli strumentali. Prevedono rimozioni locali dello strato di protezione e controlli dell’umidità del materiale in zone specificamente individuate come particolarmente sensibili.
- Prove esaustive: Indagini visive diffuse e sistematiche, accompagnate da approfondimenti strumentali, eventualmente di tipo resistografico. Prevedono analisi per l’identificazione della specie, la misura dell’umidità nel materiale e nelle zone di interfaccia con materiali diversi, e l’analisi dei collegamenti con valutazione dei fenomeni di degrado degli elementi di connessione. Tali analisi possono anche richiedere attività di laboratorio.
La Circolare 2019 non specifica quali prove eseguire sul legno strutturale, ma prescrive genericamente l’esecuzione di controlli strumentali. Tra i metodi più comuni per l'analisi del legno strutturale si includono:
- Estrazione di carotine: Eseguita mediante il succhiello di Pressler, un carotatore manuale. Il foro lasciato nell’elemento avrà un diametro di 12 mm, mentre la carotina estratta avrà un diametro di 5 mm.
- Penetrazione statica: Consiste nel far penetrare a una profondità di 5 mm dalla superficie legnosa una piccola sfera di acciaio dal diametro di 10 mm. Misurando la forza applicata è possibile risalire alle proprietà fisico-meccaniche del legno.
- Penetrazione dinamica: Misurazione della profondità raggiunta da una punta sottile in acciaio infissa nella superficie legnosa da una molla tarata e caricata a mano.
- Resistenza all’estrazione della vite: Questa prova consiste nel misurare la forza di trazione necessaria per estrarre dal legno una vite autofilettante, ed è idonea a valutare lo stato di conservazione del legno in superficie.
- Trapani strumentati: Strumento in grado di far penetrare una punta di acciaio armonico, di lunghezza 40 cm e diametro 3 mm, all’interno del legno e di rilevare la resistenza che il legno oppone all’avanzamento. Da tale prova si ottiene il profilo resistografico, ovvero un grafico che mette in relazione la resistenza del legno con la profondità.
Per gli elementi in legno è importante identificare l’eventuale degrado di tipo biotico, ovvero il degrado causato dall’aggressione di insetti e funghi xilofagi.