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.
L'Importanza Cruciale delle Connessioni nelle Strutture Ibride Legno-Acciaio
Negli interventi di riabilitazione strutturale di edifici esistenti, la sostituzione di travi in legno insufficienti con elementi in acciaio rappresenta una pratica comune che richiede particolare attenzione alle modalità di connessione tra i travetti esistenti e la nuova struttura portante. La configurazione che prevede travetti in legno appoggiati direttamente sulla flangia superiore di profili in acciaio di tipo W o H solleva importanti questioni strutturali, soprattutto quando vincoli di altezza impediscono soluzioni alternative.
Problematiche della Configurazione “Galleggiante”
Quando si affronta la sostituzione di una trave in legno con una in acciaio, un interrogativo fondamentale riguarda la necessità di connettere i travetti alla nuova trave o se possano semplicemente “galleggiare” sulla flangia superiore. Quest’ultima pratica, sebbene apparentemente più semplice, presenta significative criticità strutturali. In assenza di un efficace collegamento, la trave in acciaio deve essere progettata considerando l’intera lunghezza come non controventata lateralmente. Questa condizione comporta un considerevole sovradimensionamento della sezione trasversale, vanificando il risparmio sui costi derivante dall’omissione delle connessioni. L’instabilità laterale rappresenta infatti uno dei principali meccanismi di collasso per elementi in acciaio soggetti a flessione, e il controventamento fornito dai travetti adeguatamente collegati può migliorare significativamente le prestazioni strutturali della trave.
Analisi di stabilità e torsione di ingobbamento (7 DOF) in RFEM 6
Rilevanza dei Collegamenti nelle Strutture Ibride
I collegamenti nelle strutture ibride legno-acciaio richiedono particolare attenzione in quanto rappresentano l’interfaccia tra materiali con proprietà meccaniche e comportamenti molto diversi. Come evidenziato nella normativa UNI EN 1995-1-1:2014, esistono specifiche prescrizioni per la verifica dei collegamenti legno-acciaio mediante bulloni, distinguendo due condizioni fondamentali: bulloni caricati lateralmente e bulloni caricati assialmente. In analogia alle strutture metalliche e prefabbricate, gli elementi strutturali in legno vengono generalmente assemblati in cantiere con unioni a “secco”, conferendo particolare importanza al progetto delle connessioni. L’EUROCODICE 5 dedica infatti una sezione specifica ai collegamenti, riconoscendone il ruolo cruciale nella trasmissione delle sollecitazioni tra gli elementi strutturali.
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Soluzioni Tecniche per il Collegamento tra Travetti in Legno e Trave in Acciaio
Per realizzare un’efficace connessione tra travetti in legno e trave in acciaio, sono state sviluppate diverse soluzioni tecniche, ciascuna con vantaggi e limitazioni specifiche:
- Viti strutturali attraverso la flangia: L’utilizzo di viti strutturali inserite attraverso piccoli fori praticati nella flangia della trave in acciaio costituisce una soluzione tecnicamente valida ma non convenzionale. Questa modalità richiede un’elevata coordinazione per la foratura in officina, dovendo garantire la corrispondenza esatta con la posizione dei travetti. La foratura in opera dell’acciaio risulta complessa e richiede attrezzature specifiche, limitando l’applicabilità di questa soluzione in molti contesti di riabilitazione.
- Angolari saldati: La saldatura di angolari sulla flangia superiore della trave rappresenta un’alternativa tecnicamente efficace per il fissaggio dei travetti. Tuttavia, il rischio di incendio associato alle operazioni di saldatura in opera, specialmente in edifici esistenti con elementi combustibili, rende questa soluzione potenzialmente pericolosa e quindi meno raccomandabile nella maggior parte dei casi.
- Listello in legno bullonato (nailer): La soluzione preferita da molti professionisti consiste nell’impiego di un listello in legno (nailer) bullonato alla flangia superiore della trave in acciaio. Questa opzione riduce le problematiche associate all’interfaccia diretta tra legno e acciaio. La dimensione del listello rappresenta un parametro progettuale importante: un elemento 4x (secondo la nomenclatura americana) offre maggiore spazio per l’alloggiamento di bulloni a testa svasata, evitando interferenze con i travetti, mentre un listello 2x riduce l’incremento di altezza complessiva del pacchetto strutturale.
- Bullonatura diretta nei travetti: In presenza di vincoli particolarmente stringenti sull’altezza, può essere considerata l’opzione di bullonare direttamente attraverso la flangia della trave in acciaio nella testa dei travetti. Questa soluzione, sebbene minimizzi l’ingombro verticale, richiede un’attenta analisi strutturale per valutare la riduzione della capacità flessionale della trave dovuta alla presenza dei fori. Inoltre, le difficoltà pratiche associate alla foratura in opera dell’acciaio rappresentano un importante fattore limitante.
Considerazioni Strutturali e Pratiche per la Progettazione
La progettazione dei collegamenti tra travetti in legno e trave in acciaio deve considerare diversi aspetti strutturali fondamentali per garantire sicurezza e durabilità. Uno degli aspetti più critici riguarda il contributo dei travetti alla stabilità laterale della trave di supporto. In assenza di un collegamento efficace, la trave metallica rimane lateralmente non controventata, condizione che può richiedere un significativo sovradimensionamento. Al contrario, travetti adeguatamente collegati forniscono un prezioso vincolo contro l’instabilità flesso-torsionale, permettendo di ottimizzare le dimensioni della sezione.
Trasmissione delle Sollecitazioni e Azioni Orizzontali
Nel caso di connessione con piastre metalliche a vista, come le scarpette reggitrave, la trave in legno risulta “seduta” sull’elemento metallico, mentre con piastre a scomparsa la trave è “appesa” ai connettori metallici. Questa differenza fondamentale nel meccanismo di trasmissione delle sollecitazioni influenza significativamente il comportamento strutturale dell’unione e deve essere attentamente considerata nella progettazione. Oltre ai carichi verticali, la connessione deve essere in grado di resistere ad eventuali azioni orizzontali, garantendo l’integrità strutturale anche in condizioni sismiche. I collegamenti meccanici, particolarmente quelli realizzati con l’impiego di un listello bullonato, offrono una maggiore capacità di resistere a queste sollecitazioni rispetto alla configurazione con travetti semplicemente appoggiati.
Approcci di Modellazione e Verifica
La verifica dei collegamenti legno-acciaio può essere condotta secondo diversi approcci. La normativa UNI EN 1995-1-1:2014 fornisce indicazioni specifiche per la verifica dei collegamenti legno-acciaio mediante bulloni, distinguendo il comportamento sotto carico laterale e assiale. Questo approccio, basato su formule analitiche, consente una valutazione relativamente semplice della resistenza del collegamento, ma può risultare conservativo in configurazioni complesse. Per connessioni particolarmente complesse o soggette a sollecitazioni non standard, può essere necessario ricorrere a modellazioni avanzate mediante elementi finiti. Questo approccio consente di simulare con maggiore precisione il comportamento dell’interfaccia tra i diversi materiali e di valutare fenomeni locali come concentrazioni di tensione o interazioni tra connettori adiacenti. Nel rinforzo di travi lamellari con piatti di acciaio, ad esempio, si raccomanda di considerare la parte metallica come una trave ausiliaria che si inflette in modo identico all’elemento in legno, con i collegamenti che servono principalmente a sostenere e stabilizzare la lamiera esterna.
Considerazioni Pratiche e di Installazione
Oltre agli aspetti strutturali, la scelta della soluzione di collegamento deve tenere conto di considerazioni pratiche relative all’installazione e alla manutenzione. L’accessibilità agli elementi durante le diverse fasi di montaggio rappresenta un fattore determinante. L’impiego di bulloni passanti per il fissaggio del listello, ad esempio, richiede la possibilità di accedere all’intradosso della trave per il serraggio, condizione non sempre verificata negli interventi di riabilitazione. Le strutture esistenti presentano spesso irregolarità e tolleranze dimensionali significative. La soluzione con listello intermedio offre maggiori possibilità di regolazione in fase di montaggio, facilitando l’adattamento alle condizioni reali e garantendo un miglior risultato finale.
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In sintesi, sebbene la configurazione con travetti in legno appoggiati su trave in acciaio possa sembrare semplice, la realizzazione di un efficace collegamento tra questi elementi è fondamentale per garantire la stabilità strutturale e ottimizzare le dimensioni della trave di supporto. La prassi di non connettere i travetti è generalmente considerata sfavorevole dal punto di vista strutturale, comportando un sovradimensionamento della trave che vanifica i potenziali risparmi derivanti dall’omissione delle connessioni. Tra le diverse soluzioni tecniche disponibili, l’impiego di un listello in legno bullonato alla flangia superiore della trave rappresenta spesso il miglior compromesso tra efficacia strutturale, semplicità esecutiva e costo.
La "Inghisatura" delle Travi in Legno: Miti e Realtà
Abbiamo ribadito più volte in questo servizio che le travi "inghisate nel CA o nella muratura" non rappresentano per niente una buona soluzione. Ogni forma di "inghisatura" delle travi di legno nel CA del cordolo o della muratura è e resta soltanto una forma poco appropriata e grossolana - oltre che poco consona e poco corretta, benché in alcuni casi di più o meno limitata efficacia - di realizzare questo tipo di collegamenti.
Il cordolo funge da appoggio per le travi della copertura e da collegamento con la muratura sottostante. Le forze di compressione possono essere trasmesse dalla trave al cordolo tramite sola pressione di contatto, ma ogni altro tipo di forza che dovesse essere trasmessa dalla trave al cordolo necessita di adeguati mezzi di collegamento. Ciò vale per le eventuali forze di sollevamento del tetto, generate dal risucchio del vento, come pure per le forze orizzontali dovute - fra l'altro - alle azioni del vento e del sisma. Inoltre è opportuno provvedere comunque ad un fissaggio delle travi al cordolo, per evitarne qualsiasi spostamento accidentale o non previsto anche durante la fase di montaggio della copertura.
Connettori a Scomparsa: Estetica e Sicurezza nelle Connessioni Legno-Calcestruzzo
Per unire esigenze estetiche e sicurezza strutturale, le staffe a scomparsa rappresentano la scelta ideale. Molti utilizzano le cosiddette scarpe, con ancoraggio interno o esterno; tuttavia, questi elementi rimangono visibili, creando talvolta problemi di natura estetica e di durabilità del componente metallico. Per questo motivo si preferisce spesso nascondere la staffa di fissaggio, lasciando a vista soltanto la trave.
Si tende quindi a sostituire la tradizionale scarpa con una staffa a scomparsa, completamente nascosta all’interno dell’elemento da vincolare. Queste staffe possono essere realizzate sia in acciaio che in alluminio. Per il fissaggio di travi in legno al calcestruzzo, la staffa a scomparsa BTCALU di Simpson Strong-Tie | Friulsider rappresenta la scelta ideale, sicura e di design. Il fissaggio travi in legno a muro è un tema centrale nelle strutture miste legno-calcestruzzo, soprattutto quando si desidera una connessione sicura ma anche esteticamente pulita. Le soluzioni tradizionali, come le scarpe metalliche a vista, garantiscono resistenza e rapidità di installazione, ma espongono l’elemento metallico, creando limiti in termini di durabilità ed estetica.
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Le Staffe di Fissaggio a Scomparsa per Trave in Legno
Per superare questi problemi si utilizzano sempre più spesso le staffe di fissaggio per travi in legno a scomparsa. Integrate nella trave mediante un semplice intaglio, permettono di ottenere fissaggi per travi in legno invisibili, duraturi e protetti dagli agenti atmosferici, valorizzando al massimo l’estetica del legno. Tra le soluzioni più evolute di connettori per legno-calcestruzzo rientra la staffa a scomparsa BTCALU di Simpson Strong-Tie | Friulsider, staffa in alluminio pensata per garantire un fissaggio travi in legno a muro solido e discreto.
L’alluminio riduce il peso, facilita le operazioni in cantiere e può essere forato o adattato direttamente sul posto, senza complesse lavorazioni preliminari sulla trave. Per evitare la corrosione dovuta al contatto con il calcestruzzo fresco, è sufficiente interporre un nastro in polietilene, che assicura la durabilità del collegamento nel tempo. Per il dimensionamento del collegamento, Simpson Strong-Tie | Friulsider mette a disposizione tabelle tecniche che riportano le resistenze caratteristiche di BTCALU nelle diverse direzioni di carico. La verifica deve garantire un comportamento duttile della connessione, secondo la gerarchia delle resistenze, privilegiando deformazioni controllate negli spinotti e nel legno ed evitando cedimenti fragili nella staffa o nel calcestruzzo. Questo approccio consente di realizzare fissaggi per travi in legno sicuri, affidabili e conformi alle normative vigenti.
Acciaio o Alluminio per le Staffe?
Il confronto tra acciaio e alluminio, materiali comunemente impiegati per l’ancoraggio di travi in legno alla parete in calcestruzzo, mostra come l’acciaio offra una durabilità superiore in ambienti particolarmente aggressivi, mentre l’alluminio risulti più leggero, maneggevole e facilmente adattabile. L’acciaio è generalmente preferito per la sua maggiore durabilità, poiché gli alcali presenti nel calcestruzzo fresco, nelle malte o negli intonaci tendono a deteriorare l’alluminio. Con i giusti accorgimenti, anche l’alluminio rappresenta quindi una scelta sicura e performante, ideale per il fissaggio di travi legno alla parete perimetrale in molti scenari applicativi.
Metodi di Ancoraggio delle Staffe a Legno e Calcestruzzo
Il fissaggio della staffa al calcestruzzo può essere realizzato con:
- tasselli meccanici come FM 753 Crack
- viti per calcestruzzo come CLR Plus
- barre filettate abbinate ad ancoranti chimici come KEM EP.
In funzione delle esigenze di progetto, della velocità di installazione e del comportamento meccanico desiderato, l’ancoraggio alla trave in legno, invece, può avvenire tramite:
- spinotti lisci STD
- spinotti autoperforanti SDD
Analisi di stabilità e torsione di ingobbamento (7 DOF) in RFEM 6
Innovazione nelle Connessioni Prefabbricate per Edifici in Legno di Grande Scala
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).
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.
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.
Il connettore RING, 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.
L’integrazione di connettori come ALUMEGA, RADIAL e RING rappresenta un passo avanti per l’efficienza delle costruzioni in legno. Essi risolvono 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. 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.