Particolare Costruttivo Trave Pilastro in Legno: Dettagli e Innovazioni

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.

Connessioni negli Edifici Multipiano in Legno

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). Le prime costruzioni realizzate con il sistema costruttivo post and beam (trave e pilastro) risalgono all’antica Grecia e alla altrettanto consolidata tradizione Giapponese.

Il sistema costruttivo post and beam si rifà al classico sistema trave-pilastro ove travi e colonne sostengono i carichi verticali, mentre la struttura intermedia ha il compito di supportare il rivestimento esterno e le finiture interne, fornendo anche lo spazio per l’isolamento. Ma a causa degli alti costi di produzione e delle minori resistenze, queste sono state soppiantate dalle unioni metalliche oggi molto diffuse. Le strutture post and beam presentano elementi strutturali inferiori, nel numero, rispetto agli elementi delle strutture a ossatura (light frame); ciò comporta un numero inferiore di connessioni e, di riflesso, un più veloce assemblaggio dei componenti, che incide sui costi dell’intero edificio.

Le travi ed i pilastri sono esposti sia esternamente che internamente, in questo caso i pannelli di rivestimento devono appoggiarsi alla colonna; in altri casi la struttura può essere visibile solo all’interno o all’esterno modificando così il posizionamento del rivestimento. Per struttura Post and Beam oggi si intende una struttura a telaio (trave-pilastro) in legno lamellare (X-LAM, Glulam, LVL, etc.). I solai sono normalmente realizzati con pannelli a base legno, mentre la stabilità laterale dell’edificio è solitamente affidata a un sistema di controvento (nucleo, aste inclinate o pareti).

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La differenza con il sistema Timber Frame (a telaio leggero) sta dunque soprattutto nel materiale e nella conseguente resistenza della struttura. Ma il sistema Post and Beam altro non è che una rivisitazione in legno ingegnerizzato del sistema costruttivo più antico del mondo, quello trilitico, composto da due colonne e un architrave in pietra, ereditato anche dalle odierne strutture a telaio in calcestruzzo. Come può essere innovativo un sistema così antico? Dal gazebo al multipianoLa tecnica del Post and Beam si presta ad applicazioni molto diverse, da quelle più leggere per l’outdoor a quelle più sfidanti da un punto di vista strutturale.

Oggi è possibile costruire in legno strutture edifici multipiano con notevole distanza tra i pilastri e luci che fino a pochi anni fa erano appannaggio esclusivo del calcestruzzo armato. A differenza di quest’ultimo, però, l’uso del legno significa una maggiore rapidità costruttiva e soprattutto una maggiore sostenibilità. Secondo i dati di un recente studio, ogni m2 di costruzione in legno significa in media un risparmio di circa 74 kg di CO2 rispetto al cemento. Inoltre, anche l’impatto sul consumo di risorse idriche è di molto inferiore, con un risparmio di oltre 5 m3 di acqua per ogni m2 edificato. Infine, usare il legno come materiale strutturale significa anche una drastica riduzione dei rifiuti prodotti, con più di 158 kg in meno per m2.

Ma oltre al legno ingegnerizzato, per ogni tipo di struttura occorrono connessioni proporzionate. L’ampia scelta di sistemi di giunzione Rothoblaas permette di rispondere a molteplici esigenze progettuali.

Esempi di Connessioni Innovative

Nel panorama delle connessioni innovative per strutture in legno, spiccano soluzioni come ALUMEGA, RADIAL e RING, progettate per rispondere alle esigenze di resistenza, adattabilità e praticità nei cantieri moderni:

• ALUMEGA: Connessioni per travi di elevata resistenza e flessibilità. 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. Una caratteristica particolare del sistema RING è l’adattamento ispirato al settore del prefabbricato in cemento armato.


Come Scegliere il Giusto Connettore per le Strutture Post and Beam?

Per scegliere il connettore più corretto per ogni progetto Post and Beam, Rothoblaas ha reso disponibili due strumenti essenziali:

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• La guida "LOCK SCELTA DEL CONNETTORE E GUIDA ALLA DURABILITÀ", studiata per supportare la scelta delle migliori soluzioni a scomparsa a seconda delle condizioni di installazione. Considera fattori come esposizione, umidità, inquinamento, distanza dal mare, pH del legno e classe di servizio.

Strutture Ibride

In una struttura Post and Beam i pilastri non devono necessariamente essere in legno, ma è possibile connettere travi in legno ad elementi strutturali composti da diversi materiali: legno, acciaio o calcestruzzo. La gamma Rothoblaas ha soluzioni apposite anche per questa esigenza.

Le connessioni per travi devono resistere principalmente a carichi gravitazionali (Fv nell’immagine sotto). Le resistenze testate e certificate in tutte le direzioni sono una garanzia della robustezza strutturale in caso di eventi eccezionali (urti, esplosioni, uragani, terremoti). Questo contribuisce alla robustezza strutturale dell’edificio, garantendo una maggiore sicurezza e resistenza.

Modalità di Posa e Prefabbricazione

Oltre alla resistenza statica e alla robustezza strutturale, le connessioni di una struttura Post and Beam devono garantire un buon risultato estetico e flessibilità d’installazione. Così anche la possibilità di prefabbricazione e di smontabilità sono caratteristiche importanti, in funzione delle quali scegliere la connessione più adatta. Ogni cantiere ha le proprie esigenze logistiche, che impongono sequenze costruttive diverse. Ad esempio, scegliendo la modalità di fissaggio più adatta è possibile eseguire l’installazione della trave secondo diverse modalità di posa.

La serie LOCK, ad esempio, prevede necessariamente un fissaggio Top-Down. Alcuni sistemi di connessione possono essere parzialmente o interamente prefabbricati in stabilimento, preinstallando i connettori sulle travi e sui pilastri, lavorando così in un ambiente controllato e non soggetto agli eventi metereologici. In cantiere è poi sufficiente integrare la connessione con pochi connettori, minimizzando il rischio di errori.

Prefabbricazione significa spesso anche smontabilità: ciò che richiede poco sforzo in cantiere per essere assemblato, richiederà poco tempo, in futuro, per essere disassemblato per esigenze di modifica/ampliamento dell’edificio, oppure per la demolizione a fine vita utile.

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Il Sistema Costruttivo a Telaio

La tecnica costruttiva a Telaio prevede la combinazione di una maglia strutturale a travi e pilastri in legno lamellare. Reinterpretando la concezione strutturale di un tradizionale edifico in cemento armato, le travi ed i pilastri armati e gettati in opera vengono sostituiti da elementi in legno lamellare prodotti e lavorati in stabilimento. Le tamponature in blocchi sono invece sostituite da stratigrafie a secco.

Vantaggi del Sistema Costruttivo

I vantaggi di questo sistema applicato a strutture monopiano e bipiano, sono:

• 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 di una Struttura a Telaio

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.

Funzionamento del Tetto 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”.

L’aria all’interno della camera di ventilazione si mette in moto grazie alla differenza di temperatura. In estate la differenza di temperatura è data dal surriscaldamento del manto di copertura edall’aria presente nella camera di ventilazione (temperatura ambiente). D’inverno la differenza di temperatura è generata dal calore proveniente dall’ambiente sottostante e dalla temperatura dell’aria dentro la camera di ventilazione.

La copertura (nella stagione estiva) e l’ambiente sottostante (nella stagione invernale) sono le sorgenti di trasferimento del calore all’aria immagazzinata all’interno della camera di ventilazione.

L’aria, aumentando la sua temperatura, aumenta di conseguenza il suo il volume e diminuisce la sua densità, si innesca così il moto ascendente (dalla gronda al colmo) dell’aria all’interno dell’intercapedine, 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.

Tecniche Costruttive in Legno: Una Panoramica

I sistemi costruttivi per edifici in legno sono universalmente riconducibili a quattro diverse tipologie:

• a telaio (timber frame o platform frame)
• a pannelli massicci portanti (X-lam)
• a blocchi massicci o tronchi sovrapposti (log house o block bau)
• a travi e pilastri (telaio pesante)

I primi due sistemi sono quelli più utilizzati grazie alla loro flessibilità di applicazione e alle possibilità offerte dal controllo numerico della produzione e della prefabbricazione in stabilimento.

Tra i più antichi metodi costruttivi in legno ricordiamo il Blockbau. I nodi angolari pure presentano delle finiture più accurate e varie a favore di sicurezza. Nel caso poggi direttamente su un solaio a terra va creato un vespaio alla base ed i tronchi adiacenti vanno impermeabilizzati.

Il Platform frame, evoluzione del Balloon Frame, ha compiuto un ulteriore passo avanti. L’edificio viene realizzato un piano alla volta. Il sistema intelaiato è attualmente molto utilizzato in Nord America, in particolare il Canada.

L’xlam è un prodotto ligneo di recente invenzione. È un prodotto tecnologico vocato alla prefabbricazione. Le varie pareti e solai vengono tagliati e sagomati a misura, per poi essere trasportati in cantiere e lì soltanto assemblati. È un prodotto certificato antisismico. È resistente al fuoco. Il legno, per via della sua natura organica è un materiale combustibile.

La carbonizzazione della superficie protegge gli strati interni dei pannelli cosicché la struttura collassa con tempi lunghi. Il legno non carbonizzato rimane efficiente dal punto di vista meccanico fino a quando la sezione si riduce talmente da non poter più assolvere alla sua funzione portante.

La normativa impone l’uso dei connettori metallicisebbene l’architettura cinese antica e le pagode giapponesi siano prestigiosi testimoni di come il legno, se opportunamente lavorato, basta a sé stesso. Ora il legno, potendo contare su unioni metalliche a buon mercato, potè ridurre i suoi spessori.

Sistema Costruttivo	Descrizione	Vantaggi	Svantaggi
Telaio (Timber Frame)	Struttura portante composta da travi e pilastri in legno.	Flessibilità, prefabbricazione, leggerezza.	Richiede isolamento termico e acustico.
Pannelli Massicci (X-lam)	Pannelli multistrato in legno massiccio.	Resistenza sismica, velocità di costruzione, isolamento.	Costo più elevato.
Blocchi Massicci (Blockbau)	Tronchi sovrapposti e incastrati.	Aspetto tradizionale, buon isolamento.	Limitazioni architettoniche, rischio di umidità.
Travi e Pilastri (Post and Beam)	Struttura a telaio pesante con elementi in legno massiccio o lamellare.	Spazi ampi, estetica, sostenibilità.	Costi elevati, richiede connessioni specifiche.

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