La progettazione delle strutture in acciaio e in legno è oggi al centro di un’evoluzione tecnica significativa, guidata dall’aggiornamento normativo, dall’innovazione nei sistemi di connessione e dall’impiego di materiali e tecnologie sempre più performanti. La realizzazione di strutture portanti con integrati elementi di diversa tecnologia ha consentito di sfruttare al meglio le potenzialità derivanti da ciascun materiale. Questo approccio ibrido, che unisce le qualità intrinseche dell'acciaio e del legno, offre soluzioni costruttive di grande versatilità e performance, specialmente per le coperture.
In particolare, nelle ristrutturazioni, il contrasto e la stratificazione di materiali come acciaio e legno permette di raggiungere risultati estetici di sicuro effetto, combinando la modernità e la forza dell'acciaio con il calore e la sostenibilità del legno.
Vantaggi e Peculiarità delle Strutture Miste Ferro-Legno
Le strutture miste ferro-legno eccellono nel combinare i punti di forza di entrambi i materiali. Un esempio significativo è la resistenza sismica unita a una maggiore flessibilità nella distribuzione architettonica degli spazi, permettendo la realizzazione di ampi locali interni e porticati esterni senza compromettere la stabilità.
Tra i materiali da costruzione, l’acciaio è certamente il più resistente ed è quello che permette di costruire gli elementi strutturali più “leggeri” a parità di prestazione. A parità di prestazione, le strutture in acciaio sono decisamente più leggere di quelle in cemento armato o muratura e sono paragonabili a quelle in legno. Per i piccoli elementi il legno è più leggero, mentre per i grandi elementi o le grandi portate l’acciaio risulta più vantaggioso in termini di leggerezza, proprio per il miglior rapporto peso/resistenza rispetto a tutti gli altri materiali da costruzione.
Per quanto riguarda i costi, nell’edilizia ordinaria i costi di una casa con struttura metallica sono sostanzialmente simili a quelli di una con struttura tradizionale in laterizio e cemento armato. Tuttavia, quando si vogliono realizzare soluzioni distributive particolarmente aperte, grandi luci o sbalzi, le strutture metalliche diventano sensibilmente più economiche, rendendo la soluzione mista attraente anche sotto il profilo economico per determinate esigenze progettuali.
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Componenti in Acciaio: Caratteristiche e Tipologie
Le leghe di acciaio per costruzioni sono caratterizzate da un’ottima resistenza meccanica ed un’elevata elasticità e duttilità. Opportunamente trattato o protetto, l’acciaio è estremamente durabile, conservando nel tempo le sue caratteristiche. L’acciaio CorTen, introdotto dagli anni ’30, è apprezzato per la sua resistenza alla corrosione e trova impiego in strutture, facciate e installazioni artistiche, soprattutto in ambienti aggressivi, offrendo un'ulteriore opzione per la durabilità e l'estetica.
L'acciaio offre anche notevoli possibilità estetiche, permettendo di valorizzare la struttura metallica affinché entri a pieno diritto nell’estetica della casa o dell'edificio.
Tipologie di Profili in Acciaio
- Profili UNI o a putrella: Sono le più comuni e utilizzano principalmente i profili UNI, facili da reperire e lavorare. Sono molto versatili in quanto esistono in un’ampia forbice di formati e possono coprire luci anche abbastanza importanti senza lavorazioni o costruzioni particolari. La loro elevata saldabilità consente anche la realizzazione di pezzi speciali ed esclusivi, personalizzati per la struttura senza particolari sovrapprezzi.
- Profili compositi: Si intendono tutte quelle tipologie di elementi strutturali composti da più elementi che, assemblati insieme, creano un elemento dalle prestazioni meccaniche particolari. L’esempio più conosciuto è la trave reticolare che, ricavata assemblando semplici profili secondo un preciso disegno, permette di ottenere elementi strutturali leggerissimi ed estremamente rigidi. Questo tipo di struttura è più costosa in quanto richiede maggiore lavorazione, tuttavia le prestazioni meccaniche ottenibili sono eccezionali, con luci libere superiori a 10 metri. Altre tipologie includono i profili calastrellati, alveolati e, cruciale per le strutture miste, quelli collaboranti, dotati di connettori che permettono agli elementi di fare corpo unico con altri elementi strutturali, siano essi in calcestruzzo, legno o ancora acciaio.
Componenti in Legno: Caratteristiche e Considerazioni Specifiche
Il legno, con la sua leggerezza e resistenza, è un complemento ideale per l'acciaio. La progettazione in legno è stata ridefinita dal nuovo Eurocodice 8, che introduce principi di progettazione in capacità, criteri per le connessioni dissipative e indicazioni specifiche per CLT (Cross Laminated Timber), telai e sistemi a pannelli, garantendo performance sismiche ottimali.
La durabilità del legno è un fattore chiave, specialmente per le coperture esposte alle intemperie. La Classe di Servizio 3 è applicabile quando l’umidità ambientale è molto elevata, richiedendo accortezze specifiche per garantire la longevità dell’opera attraverso trattamenti e protezioni adeguate. Inoltre, quando le estremità delle travi lignee risultano gravemente deteriorate, è possibile rigenerare l'appoggio con tecniche puntuali in situ, prolungando la vita della struttura.
L'architettura modulare in legno, che sfrutta la prefabbricazione, offre un nuovo paradigma per il riuso produttivo e direzionale degli spazi, trasformando ambienti dismessi in contesti contemporanei, sostenibili e a basso impatto ambientale, una filosofia che si integra perfettamente con la rapidità costruttiva permessa dall'acciaio.
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La Progettazione e le Connessioni nelle Strutture Miste
Lo studio del comportamento delle strutture miste implica la soluzione di importanti problematiche concettuali, in particolare l’interazione tra elementi strutturali di diverso materiale e rigidezza. È fondamentale chiedersi se effettivamente entrambi i materiali partecipino alla resistenza sismica della struttura.
La necessità di manodopera altamente specializzata per la prefabbricazione e di tecnici esperti nel campo specifico è una sfida in Italia, dove le strutture metalliche non sono ancora così diffuse. Tuttavia, affidarsi a professionisti competenti è cruciale per ottimizzare costi, utilità e resa estetica, soprattutto nelle strutture miste.
Un aspetto critico per le strutture miste è la verifica dei collegamenti fra elementi di tecnologia diversa. Essi debbono essere espressamente verificati, con particolare attenzione alla trasmissione efficace dei carichi verticali.
Tipi di Connessioni
- Saldatura: Per l'acciaio, la saldatura è un processo che unisce permanentemente componenti tramite fusione, rendendo i prodotti assemblabili anche in cantiere.
- Bullonatura: I profili UNI, essendo facili da saldare, si prestano alla creazione di giunti bullonati per una posa in opera veloce e robusta.
- Staffe a scomparsa: Per unire esigenze estetiche e sicurezza strutturale nel fissaggio di travi lignee su un supporto in calcestruzzo o acciaio, soluzioni come le staffe a scomparsa rappresentano una scelta ideale.
La tabella seguente riassume le caratteristiche principali dei materiali in un contesto di struttura mista:
| Caratteristica | Acciaio | Legno | Vantaggio nella Struttura Mista |
|---|---|---|---|
| Resistenza | Molto alta | Buona | Combinazione per grandi luci e carichi elevati |
| Leggerezza | Elevata | Elevata | Strutture complessivamente leggere |
| Durabilità | Alta (se protetto) | Buona (se protetto) | Lunga vita utile con trattamenti adeguati |
| Duttilità | Elevata | Variabile | Miglioramento della risposta sismica |
| Prefabbricazione | Facile e precisa | Facile e versatile | Velocità e precisione di costruzione |
| Estetica | Moderna, industriale | Naturale, calda | Contrasto e integrazione visiva |
| Connessioni | Saldatura, bullonatura | Staffe, piastre, viti | Varietà di soluzioni efficaci e performanti |
Considerazioni Sismiche e Normative
La progettazione sismica delle strutture in acciaio e miste è regolata dal nuovo Eurocodice 8, che amplia le tipologie strutturali e introduce regole aggiornate. Nelle costruzioni miste, in particolare, la normativa consente di utilizzare strutture di diversa tecnologia per sopportare i carichi verticali. Tuttavia, in casi in cui si ritenesse necessario considerare la collaborazione delle pareti in muratura e dei sistemi di diversa tecnologia nella resistenza al sisma, quest’ultima deve essere verificata utilizzando i metodi di analisi non lineare.
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Per quanto riguarda la progettazione sismica a favore di sicurezza, può essere ragionevole assumere un fattore di struttura non superiore a 1,5, ma ogni caso deve essere valutato attentamente in base alle specificità progettuali e normative.
Un Esempio Pratico di Struttura Mista Acciaio-Legno
Un esempio calzante di integrazione tra acciaio e legno in una struttura complessa è offerto dalla testimonianza dell'Ingegnere Giuseppe Colomba. Nel suo progetto, un edificio di due piani prevede fondazioni in cemento armato, un primo piano a telaio in acciaio e un secondo piano in timber frame GL24. Questa scelta è stata vincolata dalla necessità del piano primo di scavalcare una struttura esistente senza interferenze, dimostrando come la flessibilità e le prestazioni dei materiali misti possano risolvere sfide progettuali significative.