Il legno è uno dei materiali da costruzione più antichi e versatili utilizzati dall'umanità. Con il tempo, il legno è stato riscoperto e valorizzato grazie alle sue qualità uniche di sostenibilità, estetica, e proprietà meccaniche. Uno dei metodi più efficaci per sfruttare al meglio il potenziale del legno nelle costruzioni è il sistema blockhouse, una tecnica che combina tradizione e innovazione.
Il sistema costruttivo Blockhaus, conosciuto anche come Blockbau, è una delle tecniche più antiche e apprezzate per la costruzione di edifici in legno. Derivato dalle tradizioni nordiche e alpine, questo metodo di costruzione prevede l'incastro di tronchi o travi di legno massiccio sovrapposti, che formano le pareti portanti della struttura.
Origini e Evoluzione del Blockhaus
Il sistema Blockbau ha avuto una grande diffusione in particolare nelle zone nordiche come la Scandinavia, la Germania e l’Austria, caratterizzate da un’alta concentrazione di boschi da cui ricavare la materia prima. In ogni caso fino alla fine dell’800 la costruzione di case attraverso il sistema Blockbau era di prassi in tutta Europa, in particolare nel panorama alpino. Non tenevano conto delle proprietà del legno e del fatto che si tratta di un materiale vivo capace di modificarsi seguendo le condizioni atmosferiche deformandosi e trasformandosi facilmente. Data la stabilità delle antiche Blockhouse non si è abbandonata la tecnica costruttiva, ma piuttosto la si è migliorata. Un cambiamento dunque più che un’evoluzione vera e propria.
E oggi? Il blockbau, o blockhaus, è uno dei più antichi sistemi costruttivi in legno e ancora molto diffuso nel Nord Europa. Al giorno d’oggi utilizziamo travi squadrate che, oltre alle tipiche connessioni a intaglio negli angoli, presentano un sistema di incastro maschio e femmina sull’intera lunghezza. Principalmente si impiegano travi in legno massiccio di abete o larice, ma è possibile usare lamellare e bilama.
Principi Costruttivi e Materiali
La costruzione di una casa in Blockhaus inizia con la scelta del legno, che deve essere di alta qualità e accuratamente essiccato per prevenire deformazioni o crepe nel tempo. Il legno utilizzato deve essere non solo di alta qualità, ma anche adeguatamente trattato per garantire longevità e prestazioni ottimali. Il legno utilizzato per le costruzioni in Blockhaus deve essere stagionato per ridurre il contenuto di umidità, prevenendo così il rischio di deformazioni o crepe. La stagionatura naturale o artificiale permette al legno di raggiungere un equilibrio igrometrico, rendendolo stabile e resistente alle variazioni climatiche.
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Le travi di legno vengono tagliate e sagomate in modo da poter essere incastrate perfettamente l'una sull'altra. Per ottimizzare i tempi di montaggio, ogni pezzo è numerato. Il processo di costruzione è relativamente rapido, poiché la prefabbricazione delle travi permette di ridurre i tempi di assemblaggio in cantiere. Una volta eretta la struttura portante, si procede con l'installazione del tetto e dei sistemi di isolamento aggiuntivi, se necessari. Le pareti di norma vengono isolate e predisposte per l’installazione degli impianti elettrici e idrici.
Un altro materiale importante è l'isolante, che può essere inserito tra le travi di legno per migliorare ulteriormente l'efficienza energetica della struttura. Infine, le finiture esterne e interne, come vernici e impregnanti, giocano un ruolo cruciale nella protezione del legno dagli agenti atmosferici e nella conservazione dell'aspetto estetico della casa.
Montaggio | Casa in blockhouse Spessore 100mm bilamellare | Levill House
Vantaggi del Sistema Blockhaus
Oltre alla sua robustezza, una delle principali attrattive del sistema Blockhaus è l'estetica. Le pareti in legno massiccio conferiscono agli ambienti interni una calda atmosfera naturale, e la possibilità di lasciare il legno a vista sia all'interno che all'esterno permette di valorizzare l'architettura dell'edificio in modo unico. Il sistema blockhouse è particolarmente apprezzato per la sua semplicità costruttiva, la sua resistenza sismica e la capacità di realizzare edifici sostenibili dal punto di vista ambientale. Questo metodo offre una struttura molto solida, con un'eccellente capacità di resistere alle sollecitazioni meccaniche e agli eventi sismici grazie alla flessibilità del legno e alla robustezza dell'incastro.
L'efficienza energetica è un altro punto di forza. "Il peso delle pareti", spiega l’Ing. Francesco Tondini, "consente un ottimo sfasamento in regime estivo. In poche parole, le pareti in legno isolano molto bene dal caldo." In termini di sostenibilità, il Blockhaus può essere considerato più naturale grazie all'uso di tronchi interi e alla riduzione dei materiali compositi o chimici.
Il Legno come Materiale da Costruzione: Fondamenti Scientifici
Il sistema blockhouse sfrutta al meglio il potenziale del legno nelle costruzioni, beneficiando delle sue proprietà intrinseche.
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Dendrocronologia e Selezione del Legno
La dendrocronologia è la scienza che studia gli anelli di crescita degli alberi per determinare l'età e le condizioni climatiche durante il periodo di crescita. Questa disciplina non solo ci permette di datare con precisione il legno utilizzato nelle costruzioni, ma fornisce anche informazioni critiche sulle caratteristiche di resistenza e durabilità del legno stesso. Nel contesto del sistema blockhouse, la dendrocronologia può essere utilizzata per selezionare legni con caratteristiche specifiche. Ad esempio, legni provenienti da alberi cresciuti in condizioni climatiche rigide tendono ad avere anelli più stretti, il che si traduce in un legno più denso e resistente. Inoltre, la dendrocronologia è essenziale per la conservazione e il restauro di edifici storici costruiti in legno. Attraverso l'analisi degli anelli, è possibile identificare la specie legnosa utilizzata e, in alcuni casi, il luogo esatto di provenienza del legno.
Durabilità e Classi di Rischio del Legno
La durabilità del legno è una delle sue caratteristiche più apprezzate, ma essa dipende da diversi fattori, tra cui la specie legnosa, il trattamento del legno e le condizioni ambientali a cui è esposto. Le classi di rischio del legno sono categorie che indicano il livello di protezione richiesto per il legno in diverse condizioni di esposizione. Nel sistema blockhouse, la scelta della classe di rischio adeguata è fondamentale per garantire la durabilità della struttura. Ad esempio, per una casetta in legno situata in un clima umido o freddo, è essenziale utilizzare legno trattato per classi di rischio elevate (classe 3 o 4) per prevenire la decomposizione e l'attacco di organismi xilofagi. Inoltre, l'uso di specie legnose naturalmente durevoli, come il cedro rosso, il teak o il larice, può ridurre la necessità di trattamenti chimici, offrendo una soluzione più ecologica e sostenibile.
Caratteristiche Meccaniche e Resistenza al Fuoco
Le caratteristiche meccaniche del legno sono fondamentali per la sua applicazione nelle costruzioni. Queste proprietà includono la resistenza alla compressione, alla trazione, alla flessione e al taglio, che determinano la capacità del legno di sopportare carichi e forze senza deformarsi o rompersi. Nel sistema blockhouse, la resistenza meccanica del legno è sfruttata al massimo grazie alla disposizione delle travi che si incastrano tra loro formando una struttura autoportante. Questo metodo costruttivo permette di distribuire uniformemente i carichi su tutta la superficie della parete, riducendo i punti di stress e aumentando la stabilità complessiva della costruzione.
Un'altra caratteristica importante è la resistenza del legno al fuoco. Contrariamente a quanto si possa pensare, il legno massiccio ha un buon comportamento al fuoco grazie alla formazione di uno strato carbonizzato superficiale che protegge il nucleo interno, ritardando la combustione. Infine, le tecniche di laminazione del legno, come il legno lamellare incollato (GLT), permettono di migliorare ulteriormente le proprietà meccaniche del legno, consentendo la realizzazione di strutture con luci maggiori e una migliore stabilità dimensionale.
Blockhaus a Confronto con il Sistema a Telaio
Esistono diverse metodologie costruttive in legno. Il sistema Blockhaus, come descritto, utilizza tronchi o travi massicce incastrate orizzontalmente per formare le pareti portanti. Negli edifici in legno costruiti con metodo Blockbau o Xlam, invece, le pareti portanti sono realizzate interamente in legno.
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D'altra parte, il sistema a telaio (o platform frame) si basa su una struttura scheletrica composta da montanti e travi in legno, con pareti riempite di materiale isolante e rivestite con pannelli di compensato o altri materiali. Come abbiamo visto, la tipologia a telaio prevede che il legno sia impiegato solo per realizzare la struttura portante di un edificio. Questo sistema è molto diffuso per la sua leggerezza, flessibilità progettuale e rapidità di costruzione. Un vantaggio del sistema a telaio è la maggiore libertà architettonica, che permette di realizzare edifici con forme più complesse e di integrare facilmente elementi come finestre, porte e impianti tecnici. Questa metodologia può fornire vantaggi sia in termini pratici (ad esempio con tempi rapidi di cantiere), che economici, ma a un prezzo: rinunciare alle virtù del legno come materiale costruttivo.
La scelta tra il sistema Blockhaus e il sistema a telaio dipende da diversi fattori, tra cui le condizioni climatiche, le esigenze progettuali, e il budget. Il Blockhaus è ideale per chi cerca una costruzione robusta, naturale e con un'elevata capacità di isolamento termico, mentre il sistema a telaio offre maggiore flessibilità e leggerezza, adatto a costruzioni più complesse e in aree con normative antisismiche rigorose.
Per una migliore comprensione delle differenze, ecco una tabella comparativa:
| Caratteristica | Sistema Blockhaus | Sistema a Telaio (Platform Frame) |
|---|---|---|
| Struttura | Tronchi/travi massicci incastrati orizzontalmente | Scheletro di montanti e travi in legno, pareti riempite di isolante |
| Materiali Principali | Legno massiccio (abete, larice), lamellare, bilama | Legno per struttura, isolante, pannelli di rivestimento (compensato, OSB) |
| Rapidità Costruttiva | Relativamente rapida (prefabbricazione travi) | Molto rapida, flessibilità progettuale |
| Estetica | Pareti in legno a vista, atmosfera naturale e calda | Maggiore libertà architettonica, varie finiture esterne/interne |
| Resistenza Sismica | Molto solida, flessibilità del legno, robustezza incastro | Buona, leggerezza e flessibilità |
| Isolamento Termico | Elevata capacità di isolamento (peso pareti, sfasamento estivo) | Buono, grazie a materiali isolanti specifici |
| Sostenibilità | Molto naturale, uso di tronchi interi, meno materiali compositi | Ecocompatibile, ma usa più materiali compositi |
| Libertà Architettonica | Minore, forme più semplici | Maggiore, forme complesse, integrazione impianti |
Aspetti Strutturali e di Calcolo nel Blockhaus
Seguendo la distinzione presente nelle dispense dei corsi promo_legno, il sistema costruttivo blockbau appartiene alla categoria di costruzione di tipo massiccio. Il sistema costruttivo »blockbau« (anche indicato con un altro termine tedesco »Blockhaus«, oppure con il termine inglese »Log House«, oppure con il termine italiano piuttosto ridondante »pseudomuratura in legno massiccio«) consiste in elementi lineari di legno di conifera disposti orizzontalmente sovrapposti tra di loro a formare una parete in legno. Gli elementi possono essere tronchi di legno massiccio scortecciato oppure elementi squadrati (sia segati che prodotti a base di legno incollato, come per esempio il lamellare o il bi- o trilama), i quali vengono sagomati nella parte inferiore e superiore per aumentare l`attrito e la stabilità laterale.
Ancoraggio e Normative
L`ancoraggio alle fondazioni, realizzate, per esempio, con una platea sottile di cemento armato, può avvenire con tirafondi annegati in fondazione e vincolati, con dado e rondella nell`estremità dotata di filetto, ad uno degli elementi orizzontali sovrapposti (per esempio al primo elemento giacente direttamente sulla fondazione). Le normative attuali non contemplano esplicitamente questa tipologia costruttiva; per il dimensionamento e la verifica della struttura il progettista deve quindi fare riferimento alle indicazioni generali dati dalla normativa vigente. L'Eurocodice 5 non lo tratta esplicitamente.
Resistenza e Stabilità delle Pareti
Nel caso delle azioni verticali il legno viene sollecitato a compressione perpendicolare alla fibratura: in tale caso il materiale ha valori di resistenza di un ordine di grandezza inferiore rispetto alla resistenza a compressione parallela alla direzione delle fibre, e quindi occorre tenerne adeguatamente conto nel calcolo. In tali tipologie costruttive, l`area della superficie resistente (cioè l`impronta delle pareti al piano terra) è sufficientemente adeguata rispetto i carichi agenti (solitamente non si superano i due piani): quindi tale verifica può risultare non particolarmente severa.
Anche il caso della verifica di stabilità delle pareti fuori dal piano (perdita per equilibrio per effetti del secondo ordine), la tecnica costruttiva garantisce, di per sé, un buon comportamento delle pareti: infatti gli elementi lineari (i tronchi o i segati), vincolati alle estremità dai due nodi d`angolo, sono in grado di lavorare per flessione orizzontale nel caso di azioni agenti fuori dal piano. Tuttavia è buona norma, affinché le azioni fuori dal piano non creino problemi, limitare a valori opportuni la distanza tra due pareti successive (per esempio non superare i 5 m).
Trasferimento dei Carichi Orizzontali
Possono giocare un ruolo fondamentale nel trasferimento dei carichi orizzontali:
- la presenza dei nodi di incastro tra due pareti ortogonali, i quali garantiscono il trasferimento delle forze orizzontali tra un elemento lineare e l`elemento inferiore successivo;
- il sistema di tirafondi che ancorano i primi blocchi e che consentono il trasferimento delle forze orizzontali dagli elementi superiori direttamente alle fondazioni.
Inoltre: i cavicchi di legno verticali fra gli elementi di legno massiccio, quando presenti, possono contribuire ad assicurare la resistenza al taglio delle pareti; l`attrito tra i blocchi può contribuire ad un buon comportamento a taglio delle pareti, anche se non viene considerato nei modelli di calcolo. Il dimensionamento a sollecitazioni di taglio di una parete di »blockhouse« si può quindi ricondurre alla valutazione della resistenza dei nodi di angolo (si tratta sostanzialmente una verifica di un nodo di carpenteria sollecitato a compressione ortogonale alla fibratura ed a taglio) e dei tirafondi (si tratta sostanzialmente di una verifica di una connessione meccanica legno-legno con connettori metallici a gambo cilindrico).
Per comprendere meglio il meccanismo di trasmissione delle forze tra gli elementi sovrapposti, immaginiamo che le forze orizzontali dovute al vento o al sisma debbano trasferirsi dall`elemento 1 all`elemento 3 (il quale si suppone vincolato a terra tramite un tirafondo annegato nella soletta). Questo trasferimento avviene tramite la maschiatura con l`elemento 2, il quale viene sollecitato a compressione perpendicolare alle fibre sulla superficie B, ed a taglio sulla superficie C (si noti che questo è un caso di »rolling shear«, cioè di sollecitazione di taglio che tende a »ruotare« le fibre legnose, con valori di resistenza inferiori rispetto al taglio normalmente considerato nella verifica delle travi).
Ipotizziamo di avere un collegamento tra due pareti realizzati con elementi di sezione 100 × 160 mm: in questo caso le superfici B e C valgono rispettivamente 4000 mm2 e 10000 mm2. Se esistono lungo una parete più »incroci« con pareti ortogonali, è possibile moltiplicare la resistenza del singolo collegamento (determinata come illustrato sopra), per il numero degli incroci tra pareti ortogonali. Nel caso in cui tale verifica per forze orizzontali dell`incrocio maschiato non sia soddisfatta, si può operare anche aumentando il numero degli incroci, aggiungendo spezzoni corti di pareti ortogonali (anche non funzionali all`architettura della pianta). Il trasferimento delle forze orizzontali dall`elemento 3 alle fondazioni tramite tirafondi, non pone problemi (è sufficiente posizionare un certo numero di tirafondi di diametro opportuno, dimensionati, in accordo con le normative utilizzate, come connessione meccanica legno-legno con connettori metallici a gambo cilindrico).
Risorse e Approfondimenti
Per altre informazioni di carattere tecnologico e per le considerazioni riguardanti la stabilità dimensionale di tale tecnica costruttiva (che può dare problemi legati al cedimento verticale delle pareti), si veda quanto riportato nelle news correlate. Oltre alle indicazioni alle dispense dei corsi promolegno sopra riportate, si può far riferimento per esempio a:
- Piazza M., Tomasi R., Modena R. (2005), Strutture in legno - Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normative europee, Ulrico Hoepli Editore, Milano
- Natterer J., Sandoz J. L., Rey M. (2000), Construction en bois, Traité de Génie Civil de l`Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Volume 13, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (PPUR)
- Gôtz K. H., Hoor D., Môhler, K., Natterer, J. (1980), Holzbau Atlas, Institut fúr Internationale Architektur - Dokumentation GmbH, Munich
- Ceccotti A., Follesa, M., Lauriola, M. P.
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