Il legno è un materiale che ha attraversato secoli di storia dell'edilizia, evolvendosi da soluzione tradizionale a protagonista delle costruzioni moderne. Le costruzioni in legno sono diventate, con il passare degli anni, una realtà sempre più importante e presente nel panorama dell’edilizia italiana, grazie ai suoi molteplici vantaggi e alle innovazioni tecnologiche che ne hanno ampliato le possibilità di impiego.
Il Legno: Materiale da Costruzione per il Futuro
Chi vuole costruire edifici in modo moderno, oggi è meglio che valuti la possibilità di costruire in legno. Questo perché costruire con il legno è economico, rispetta il clima e conserva risorse preziose. Il legno è l'unica materia prima rinnovabile ed è disponibile nelle foreste locali. Ciò consente di risparmiare i lunghi percorsi di trasporto attraverso il pianeta. Ma il legno presenta molti altri vantaggi, come il clima interno sano e confortevole.
Le sue eccellenti proprietà fisiche rendono il legno un materiale da costruzione perfetto che soddisfa gli standard dell'edilizia sostenibile. Un edificio in legno emette meno CO2 durante la produzione rispetto a una costruzione massiccia, e il legno utilizzato lega inoltre una grande quantità di CO2. La nota relazione per la quale 1 metro cubo di legname cattura 1 tonnellata di anidride carbonica, che viene liberata solo quando il materiale si trasforma per processi di marcescenza o combustione, fotografa l’importante proprietà del legno che consente di mantenere in equilibrio il bilancio di carbonio nell’ambiente naturale, riducendo l’emissione di gas serra, come richiesto anche dalla Commissione Europea. Grazie a questi dati, l'industria edilizia può raggiungere obiettivi climatici ambiziosi.
La ricerca sul miglioramento delle prestazioni del legno e delle specie legnose e sulla loro possibilità di impiego in edilizia non si è mai interrotta. È con la configurazione a lamelle incollate (solitamente di pino e abete), negli anni Settanta, che il legno rientra in gioco come materiale strutturale e grazie alla possibilità di avvalersi di diversi schemi statici è possibile coprire luci molto impegnative.
Oggi il legno non è solo un materiale italiano, ma è un materiale sostenibile, requisito ormai imprescindibile per tutti i settori produttivi; l’edilizia è, peraltro, tra quelli a maggior consumo energetico, ad alto impatto ambientale e basso indice di riciclabilità degli scarti.
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Per ottenere questa altissima prestazione energetica, oltre all’adozione di strategie a livello nazionale, è necessario ricorrere a tecnologie e sistemi costruttivi particolarmente efficienti: a ciò concorrono i principi basilari della progettazione bioclimatica, i cui parametri più significativi sono individuati nell’alto isolamento termico, nell’impiego di fonti di energia rinnovabili e di impianti di riscaldamento, climatizzazione e illuminazione dal minimo consumo energetico e, last but not least, nell’adozione di materiali costruttivi sostenibili e a basso impatto ambientale.
L’uso del legno come materiale costruttivo e strutturale si sta, quindi, ampiamente diffondendo: con un giro d’affari di 1,8 miliardi di euro, in crescita del 33% rispetto al 2020, l’Italia si collocherebbe, inoltre, al quarto posto nella graduatoria dei maggiori produttori europei di elementi prefabbricati in legno, alle spalle di Germania, Svezia, Regno Unito e davanti l’Austria.
Proprietà e Tipologie del Legno Strutturale
Il legno è un materiale fragile sia a flessione che a trazione a causa delle sue caratteristiche intrinseche quali difetti, direzioni delle fibre, condizioni igroscopiche etc. L’utilizzo in ambito strutturale è dato dalla presenza di giunzioni metalliche che ne migliorano la capacità dissipativa, di rigidezza e di resistenza allo scorrimento.
Una delle tecnologie più innovative è l'X-lam. L’X-lam, nello specifico, sono dei pannelli lignei portanti ottenuti dalla sovrapposizione di strati di tavole in legno incrociate, connessi tramite incollaggio o chiodatura, in modo da formare un elemento bidimensionale.
Le pareti ed i solai realizzati in X-lam formano una struttura di notevole rigidezza che consentono di evitare l’utilizzo di pilastri, concentrando i carichi sulla struttura e le fondazioni. Uno dei vantaggi dal punto di vista ingegneristico di tale tecnologia, è quello di distribuire i carichi agenti nelle due direzioni del piano riducendo le sollecitazioni a cui è soggetta la piastra e permettendo di distribuire i carichi su tutto il suo perimetro.
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La protezione dei componenti in legno è la cosa più importante per la durata di una costruzione o di una facciata in legno. Questo aspetto dovrebbe essere preso in considerazione già nella fase preliminare del progetto. In questo modo si può scegliere tra tipi di legno che reagiscono in modo diverso agli agenti atmosferici.
Tra le tipologie costruttive, si possono citare:
- Sistema Platform Frame.
- Sistema X-Lam.
- Sistema a blocchi o tronchi massicci di legno.
- Sistema a travi e pilastri e controventi.
La Normativa Tecnica per le Costruzioni in Legno
Le verifiche degli elementi strutturali che compongono una costruzione sono regolamentate da norme tecniche per ciascun materiale da costruzione (acciaio, calcestruzzo armato, muratura, legno). 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. 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.
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. Esempio: analisi di vulnerabilità sismica di un edificio esistente in muratura con solai in legno.
Per le costruzioni in zona sismica le indicazioni integrative relative alle costruzioni di legno sono contenute nel § 7.7 delle NTC 2018. Particolare attenzione va data al dimensionamento dei collegamenti (giunzioni) metallici in quanto, sotto azione sismica, si snervano e plasticizzano prevenendo la rottura. Nelle zone considerate come dissipative possono essere utilizzati solamente materiali e mezzi di unione che garantiscano un adeguato comportamento oligociclico, ossia sostanzialmente unioni meccaniche o comunque unioni la cui reale capacità dissipativa venga dimostrata mediante procedure di prova stabilite in apposite norme (es. è ammesso utilizzare nodi di carpenteria quando questi possono garantire una sufficiente dissipazione energetica, senza presentare rischi di rottura fragile per taglio o per trazione ortogonale alla fibratura, e con la presenza di dispositivi atti ad evitarne la sconnessione). Nello stesso paragrafo sono definite le regole specifiche di duttilità relative ai collegamenti.
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Il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici si avvale anche della collaborazione del Consiglio Nazionale delle Ricerche per la definizione delle norme tecniche. Per le caratteristiche fisiche (massa volumica) e meccaniche (proprietà di resistenza e di rigidezza) del legno si deve far riferimento ai valori caratteristici che risultano essere normalmente armonizzati con le classi di resistenza espressi dalla UNI EN 338.
La Normativa Tecnica NTC2018 e la Circolare 2019 definiscono i seguenti tipi di materiali e prodotti strutturali:
- Materiali e prodotti strutturali per i quali esiste una norma europea armonizzata che ne definisca le caratteristiche specifiche e le procedure di qualificazione e per la quale sia terminato il periodo di coesistenza nel quale l’applicazione della norma armonizzata non è obbligatoria, per i quali è quindi necessaria la marcatura CE come previsto dalla Direttiva sui Prodotti da Costruzione 89/106/CEE (in via di sostituzione con la pubblicazione del Regolamento UE n. 305/2011), definita anche con l’acronimo CPD.
- Materiali e prodotti strutturali per i quali esiste una norma europea armonizzata che ne definisca le caratteristiche specifiche e le procedure di qualificazione e per la quale sia ancora in vigore il periodo di coesistenza, oppure per i quali non esista una norma armonizzata ma sia possibile la qualificazione secondo quanto previsto dalle NTC. In questo caso è possibile la marcatura CE secondo la pertinente norma armonizzata oppure, in alternativa, è possibile una procedura di qualificazione nazionale come riportato nel §11.7.10 delle NTC.
- Materiali e prodotti strutturali innovativi o comunque non citati all’interno del capitolo 11 non ancora coperti da norma armonizzata. In questi casi il produttore può pervenire alla marcatura CE sulla base di specifici Benestare Tecnici Europei (ETA) rilasciati sulla base di una Linea Guida di Benestare Tecnico Europeo (ETAG) se esistente o di un CUAP, oppure in alternativa dovrà ottenere un Certificato di Idoneità Tecnica all’Impiego rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale sulla base di Linee Guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.
Indagini e Prove per il Legno Strutturale Esistente
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. 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. 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.
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: si tratta di indagini basate principalmente su esami visivi delle superfici, che comprendano almeno tre facce e una testata di ogni elemento dell’orditura primaria e secondaria e che prevedano limitati controlli degli elementi costruttivi e delle connessioni. Sono previste rimozioni locali dello strato di protezione per procedere a una valutazione dello stato di conservazione.
- Prove estese: si tratta di indagini visive diffuse sulle superfici degli elementi e sui collegamenti, accompagnate da alcuni controlli strumentali. Sono previste rimozioni locali dello strato di protezione per procedere a una valutazione dello stato di conservazione. Come controlli strumentali, sono almeno da prevedere alcuni controlli dell’umidità del materiale in zone specificatamente individuate come particolarmente sensibili.
- Prove esaustive: si tratta di indagini visive diffuse e sistematiche, accompagnate da approfondimenti strumentali, eventualmente di tipo resistografico. Si 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.
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. La Circolare 2019 non specifica quali prove eseguire sul legno strutturale, ma prescrive genericamente l’esecuzione di controlli strumentali. Ecco alcune delle prove strumentali più comuni:
- Estrazione di carotine: viene eseguita mediante il succhiello di Pressler, ovvero un carotatore manuale costituito da una trivella a doppia filettatura. 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: tale prova consiste nel misurare la forza di trazione necessaria per estrarre dal legno una vite autofilettante. La prova 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 facilitare queste operazioni, l'app Woody è un’utile risorsa per l’esecuzione delle verifiche di resistenza sul legno strutturale esistente. Woody è l’app per il progetto e verifica di elementi strutturali in legno massiccio e lamellare, nuovi o esistenti, implementata in Microsoft Excel. All’interno dell’app potrai selezionare il livello di conoscenza raggiunto e in automatico saranno ridotti i parametri di resistenza mediante il fattore di confidenza FC.
Classificazione degli Interventi e Autorizzazioni
Nel quadro normativo di riferimento dobbiamo citare l’art. 94-bis del D.P.R. 380/2001. Vengono definite le 3 macro categorie basate sugli effetti che gli interventi hanno sulla pubblica incolumità: rilevanti, di minore rilevanza e privi di rilevanza. Qualsiasi costruzione che interessi la pubblica incolumità, a prescindere da materiali e dalla costruzione, risponde a precise disposizioni antisismiche. Gli interventi in oggetto richiedono la corretta applicazione delle tecniche delle costruzioni, della modellazione, delle strutture e dei più aggiornati software di calcolo.
Secondo l’art. 94-bis gli interventi vengono classificati in base agli effetti sulla pubblica incolumità come:
- Rilevanti: Sono soggetti ad autorizzazione sismica. Possono comportare, in caso di fallimento, un elevato rischio per la pubblica incolumità e per l’assetto del territorio, considerando le caratteristiche strutturali, dimensioni, forma e materiali impiegati. Richiedono la corretta applicazione dei principi che regolano la scienza e la tecnica delle costruzioni.
- Di minore rilevanza: Comprendono quegli interventi caratterizzati da una concezione strutturale più facilmente riconducibile alle fattispecie previste dalle norme tecniche e/o dalla letteratura di settore, che richiedono sufficienti e comuni conoscenze tecniche. Per tali interventi, non soggetti ad autorizzazione preventiva, le regioni possono istituire controlli anche con modalità a campione.
- Privi di rilevanza: Sono quegli interventi che, per loro caratteristiche strutturali, dimensioni, forma, materiali utilizzati, non costituiscono pericolo per la pubblica incolumità, fermo restando il rispetto delle disposizioni che regolano l’urbanistica e l’assetto del territorio. Questi interventi possono essere realizzati con preavviso scritto allo sportello unico comunale.
Le opere strutturali non soggette a autorizzazione sismica del Genio Civile (ufficio tecnico della regione) sono quelle opere prive di rilevanza o di minore rilevanza per l’incolumità pubblica.
| Categoria di Intervento (D.P.R. 380/2001 Art. 94-bis) | Caratteristiche Generali (Esempi in Legno) | Autorizzazione Sismica / Requisiti |
|---|---|---|
| Rilevanti | Nuove costruzioni complesse, miglioramento sismico in zone ad alta sismicità, edifici strategici. | Soggetti ad autorizzazione sismica preventiva. |
| Di Minore Rilevanza | Adeguamento/miglioramento sismico in zone a media sismicità (ag 0.15g-0.20g), riparazioni locali su strutture esistenti, nuove costruzioni semplici (es. agricoli, occasionale presenza di persone). | Non soggetti ad autorizzazione preventiva, ma possono essere sottoposti a controlli a campione. Richiedono progettazione qualificata. |
| Privi di Rilevanza | Pergolati singoli (H ≤ 3.00-3.50 m, sup ≤ 30 mq, G1 ≤ 0.50 kN/mq), chioschi/gazebo leggeri (H ≤ 3.50 m, sup ≤ 20 mq, G1+G2 ≤ 0.50 kN/mq), tettoie leggere (H ≤ 2.70 m, sup ≤ 10 mq, G1+G2 ≤ 0.35 kN/mq), pensiline (sporg. ≤ 1.50 m, sup ≤ 6 mq, G1+G2 ≤ 0.35 kN/mq). Interventi su esistente come realizzazione di piccoli soppalchi con soluzioni strutturali leggere (legno e metallo, sup ≤ 10 mq, carico ≤ 1.0 kN/mq). | Non costituiscono pericolo per la pubblica incolumità. Realizzabili con preavviso scritto allo sportello unico comunale. Non richiedono autorizzazione sismica al Genio Civile. |
Generalmente, non viene richiesta l’autorizzazione sismica al Genio Civile per gli interventi di manutenzione ordinaria e manutenzione straordinaria, a condizione che non compromettano la sicurezza statica della costruzione e non alterino l’entità e la distribuzione dei carichi. I lavori di manutenzione ordinaria riguardano le opere di riparazione, rinnovamento e sostituzione delle finiture degli edifici e quelle necessarie ad integrare o mantenere in efficienza gli impianti tecnologici esistenti. I lavori di manutenzione straordinaria, invece, riguardano la realizzazione di opere e/o modifiche per rinnovare o sostituire parti anche strutturali di edifici esistenti.
Formazione e Strumenti per i Professionisti
Nel Dipartimento di Ingegneria Civile e Ingegneria Informatica dell’Università degli Studi di “Roma Tor Vergata” abbiamo iniziato nel 2014 ad introdurre nei corsi di studio il tema della costruzione di legno. Fin dall’inizio l’iniziativa ha riscosso molto interesse da parte degli studenti, incuriositi da una tecnica costruttiva di portata storica che, nel corso degli anni e nonostante l’evoluzione tecnologica della filiera produttiva, non ha avuto l’attenzione che avrebbe meritato. È vero che il comparto delle costruzioni di legno rappresenta ancora una nicchia nell’ampio mercato dell’edilizia, ma è una nicchia che si va velocemente ampliando, anche in ragione di una diffusa sensibilità verso la sostenibilità ambientale capace, inoltre, di aprire interessanti spazi di mercato. Con cadenza biennale, l’iniziativa "La Settimana del Legno" è arrivata, nel 2023, alla terza edizione e si è subito identificata come efficace confronto su scala nazionale tra studenti, ricercatori, aziende del settore, professionisti.
Esistono anche corsi specialistici per i professionisti, come quello che tratta argomenti quali:
- Normativa di riferimento per le strutture in legno.
- Il legno utilizzato per le strutture.
- Profili di Resistenza e aspetti reologici.
- Confronto tra legno massiccio e legno lamellare.
- Codici di calcolo e modellazione strutturale.
- Stato limite di esercizio: verifiche di deformazione e vibrazione.
- Stato limite ultimo: verifiche di resistenza e stabilità.
- Comportamento del legno per le diverse sollecitazioni.
- Verifiche agli appoggi con intaglio.
- Le travi di grande luce a semplice e doppia rastremazione.
- Instabilità di colonna e di trave.
- I pannelli di solaio e di parete (tipo X-lam).
- Unioni tradizionali di carpenteria, meccaniche legno-legno e legno-acciaio.
- La resistenza al fuoco: verifica della sezione efficace.
- La modellazione e il calcolo delle strutture composte.
- Le capriate triangolari: calcolo e verifiche alla resistenza e al fuoco.
- I solai a travi parallele con travi ortogonali di sostegno: progetto e verifiche.
Per la progettazione e la verifica di elementi strutturali in legno è fondamentale utilizzare software di calcolo strutturale in grado di effettuare il calcolo per varie tipologie di strutture e fornire tutti gli elaborati tecnici necessari, come l'app Woody precedentemente menzionata.