La necessità di soluzioni efficaci per i collegamenti tra elementi in legno e strutture in calcestruzzo armato è stata a lungo un punto critico nella progettazione, evidenziando la richiesta di dettagli tecnici specifici per i nodi di estremità delle travi in legno e per le mensole da collegare a strutture in calcestruzzo armato (CA).
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, porta ad affrontare 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.
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.
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.
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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.
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.
Il Cordolo in Cemento Armato: Funzioni e Problematiche nelle Strutture Ibride
Un cordolo in cemento armato è un elemento strutturale orizzontale che viene aggiunto o rinforzato all’interno della muratura esistente al fine di aumentarne la capacità di resistere alle sollecitazioni sismiche.
Questo tipo di cordolo è progettato per distribuire in modo uniforme i carichi verticali e laterali sulla struttura muraria, migliorando così la sua capacità di resistere ai terremoti.
Il cordolo in cemento armato viene posizionato lungo la sommità delle pareti o tra i piani dell’edificio, a seconda delle esigenze strutturali e delle specifiche del progetto.
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Le sue principali funzioni sono: assorbimento dei carichi verticali: il cordolo supporta il peso della copertura dell’edificio e lo distribuisce uniformemente lungo la lunghezza della parete sottostante, riducendo così i punti di concentrazione di carico; rendere più rigida la struttura: il cordolo aumenta la rigidità e la coesione della struttura muraria, limitando la deformazione e il collasso durante un evento sismico; trasferimento delle sollecitazioni sismiche: durante un terremoto, il cordolo aiuta a trasferire le sollecitazioni laterali attraverso la struttura, riducendo il rischio di danni strutturali e crolli; collegamento strutturale: il cordolo può essere progettato per connettere in modo efficace le pareti verticali, migliorando la coesione e la resistenza complessiva della struttura.
Ad ogni piano deve essere realizzato un cordolo continuo all’intersezione tra solai e pareti.
I cordoli avranno larghezza almeno pari a quella del muro. È consentito un arretramento massimo di 6 cm dal filo esterno. L’altezza minima dei cordoli sarà pari all’altezza del solaio, non superiore a 25 cm.
Problematiche Comuni nell'Uso dei Cordoli in Cemento Armato
Tuttavia l’utilizzo dei cordoli in cemento armato può presentare sfide e rischi se non progettati e installati correttamente. Errori di progettazione o difetti costruttivi possono comprometterne l’efficacia e addirittura aumentare il rischio di crolli parziali durante eventi sismici.
La realizzazione di particolari che prevedano l'«annegamento« delle testate delle travi lignee all’interno del cordolo in cemento armato, finiscono di fatto per interrompere la continuità del cordolo stesso (ben diverso è il caso in cui il solaio sia realizzato con travetti prefabbricati per solai in latero-cemento).
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Tali soluzioni sono inoltre poco corrette dal punto di vista della durabilità: gli appoggi degli elementi sono un punto estremamente delicato, in quanto la penetrazione dell’acqua all’interno del legno è facilitata dalla presenza della fibra legnosa aperta nelle testate delle travi.
Gli interventi di riparazione e miglioramento sismico eseguiti su edifici danneggiati da terremoti hanno messo in luce gravi inefficienze nella tecnica di esecuzione. Numerosi edifici sismicamente adeguati hanno registrato collassi parziali, attribuiti alla presenza di cordoli rigidi in cemento armato, sia sommitali che interpiano.
La funzione statica del cordolo sommitale è quella di assorbire i carichi verticali della copertura e distribuirli alla parete sottostante. Tuttavia, l’eccessiva rigidezza del cemento armato ha trasformato il cordolo in una sorta di trave su due appoggi, con la maggior parte del peso della copertura che grava solo sugli appoggi murari terminali, lasciando la parte centrale della parete sottostante scarica.
Questi errori di progettazione ed esecuzione hanno portato a numerosi crolli parziali registrati nei terremoti successivi, molti dei quali in corrispondenza dei cordoli sommitali in cemento armato.
I danni che sono stati rilevati in diversi eventi sismici hanno evidenziato che molti edifici hanno subito interventi da eventi sismici precedenti e hanno tenuto conto degli errori del passato. Questo ha portato ad una promozione dell’esecuzione di cordoli in cemento armato contestualmente all’inserimento di inghisaggi verticali.
Tuttavia, anche in questo caso, alcuni crolli sono stati registrati a causa di diversi motivi: insufficiente lunghezza delle barre verticali - in alcuni casi, le barre d’armatura verticali potrebbero non essere state sufficientemente lunghe per penetrare adeguatamente nella muratura sottostante e garantire un ancoraggio efficace del cordolo in cemento armato. Questo potrebbe aver compromesso la capacità del cordolo di resistere alle forze sismiche e di trasferire i carichi in modo appropriato alla struttura sottostante; scarsa qualità delle murature sottostanti - anche se sono stati realizzati inghisaggi verticali adeguati, la qualità della muratura sottostante potrebbe non essere stata sufficiente per garantire la stabilità dell’intero sistema. Se la muratura è debole o presenta difetti strutturali, potrebbe non essere in grado di sostenere adeguatamente il peso e le sollecitazioni provenienti dal cordolo in cemento armato durante un evento sismico; mancanza di adeguata connessione - in alcuni casi, potrebbe essere mancata un’adeguata connessione tra le barre verticali d’armatura e la muratura sottostante. Se le barre non sono state collegate in modo sufficiente alla muratura o se il legame è stato compromesso da difetti di esecuzione, il cordolo potrebbe non essere stato in grado di esercitare il suo ruolo di presidio antisismico in modo efficace.
Materiali Alternativi per i Cordoli
Oltre al cemento armato, esistono diverse altre opzioni di materiali utilizzati per la realizzazione dei cordoli nell’adeguamento sismico delle murature. Ecco alcuni di essi:
- Acciaio: i cordoli in acciaio sono costituiti da profili metallici, come travi o profilati a sezione rettangolare o circolare. Sono apprezzati per la loro resistenza e duttilità, che consente loro di assorbire e dissipare l’energia sismica durante un terremoto. Possono essere utilizzati sia come cordoli sommitali che d’interpiano, a seconda delle esigenze strutturali dell’edificio;
- Muratura armata: questa tecnica combina la resistenza della muratura con la capacità portante dell’acciaio. I cordoli di muratura armata sono costituiti da blocchi di cemento o laterizi rinforzati con armature metalliche, solitamente barre di acciaio. Offrono un’alternativa al cemento armato per rinforzare le pareti e migliorare la capacità sismica dell’edificio;
- Fibra di vetro rinforzata: questo materiale è leggero e resistente, ed è spesso utilizzato per la realizzazione di cordoli sismici leggeri e flessibili. Le sue proprietà di resistenza e durabilità lo rendono una scelta popolare per interventi di miglioramento sismico;
- Legno lamellare incollato (LLI): il legno lamellare incollato è un materiale strutturale composto da strati di legno incollati insieme. È leggero, resistente e ha buone proprietà antisismiche, rendendolo una scelta adatta per i cordoli in edifici con struttura lignea o mista legno-calcestruzzo;
- Polimeri rinforzati con fibre (FRP): questi materiali compositi sono costituiti da fibre di vetro, carbonio o altri materiali rinforzanti incorporate in una matrice polimerica. Sono leggeri, ma allo stesso tempo estremamente resistenti e rigidi, rendendoli adatti per il rinforzo sismico dei cordoli e delle strutture murarie;
La scelta del materiale più adatto dipenderà dalle specifiche esigenze strutturali dell’edificio, dalle normative locali e dalle considerazioni economiche. Ogni tipo di materiale ha vantaggi e limitazioni, e sarà valutato in base alle caratteristiche del progetto e alle prestazioni richieste per l’adeguamento sismico delle murature.
Dettagli Costruttivi per il Collegamento Trave in Legno - Cordolo in Calcestruzzo
Esistono diverse tipologie di collegamento trave in legno/elemento in c.a. che si possono mettere in opera, ma la scelta deve tenere conto delle prescrizioni normative e delle regole del «buon costruire» per garantire una buona durabilità dell’elemento ligneo.
Come già accennato, la realizzazione di particolari che prevedano l'«annegamento« delle testate delle travi lignee all’interno del cordolo in cemento armato, finiscono di fatto per interrompere la continuità del cordolo stesso.
Pertanto, deve essere consigliato l'utilizzo di un dormiente quale elemento di interposizione tra le travi della copertura e il cordolo in CA.
Tale elemento consente di realizzare l’appoggio dell’elemento evitando il contatto diretto con il calcestruzzo, aumentando la durabilità della trave in quanto si evitano degradi legati alla presenza di umidità (condensa, risalita capillare), soprattutto nel caso in cui l’elemento strutturale presenti intagli che, interrompendo la fibra, favoriscono l’assorbimento d’acqua.
Qualora degradato, tale elemento può inoltre essere sostituito (sollevando con dei martinetti la copertura).
La trave in legno può essere appoggiata e fissata con perni/piastre/angolari, oppure può essere ancorata lateralmente al cordolo tramite una piastra/scarpa in acciaio. Spesso ci si affida a piastre metalliche in acciaio che possono essere a vista o a scomparsa.
[EN] Analisi strutturale e progettazione di strutture in cemento armato | Dlubal Software
L'Innovazione nelle Connessioni per Strutture in Legno e Ibride
La soluzione moderna per affrontare le sfide costruttive consiste nello sfruttare nuove impostazioni, 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.
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.
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).
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.
Connettori Specializzati per Strutture in Legno e Ibride
Le tecnologie di costruzione in legno hanno raggiunto un nuovo livello grazie a connettori avanzati, capaci di rispondere alle esigenze di resistenza, flessibilità e facilità di installazione.
ALUMEGA: Connessioni per travi 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.
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.
Di seguito una tabella riepilogativa dei connettori avanzati:
| Connettore | Tipologia di Connessione | Caratteristiche Principali |
|---|---|---|
| ALUMEGA | Trave-trave, Trave-colonna | Ideale per grandi luci, componenti modulari e flessibili, utilizzabile in costruzioni ibride legno-acciaio o legno-calcestruzzo. Comportamento a cerniera per assorbire movimenti sismici e del vento, riduce trasferimento di carico sulle colonne e aumenta la stabilità. |
| RADIAL | Colonna-colonna | Facilità di installazione, ottimizza la prefabbricazione. Composto da due connettori semicircolari preinstallabili in stabilimento, collegati con un bullone in cantiere. |
| RING90C | Colonna-fondazione | Garanzia di smontabilità, gestione delle tolleranze per fondazioni non planari. Utilizzo di malta antiritiro per compensare disuniformità della base e assicurare supporto stabile e preciso. |
Viti per Legno: Un Elemento di Connessione Ibrido
Grazie ad uno studio accurato delle interfacce, è stata definita 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.
Serie HARDWOOD: Viti 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.
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