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Dopo l’approfondimento sulle travi in legno lamellare, vediamo nel dettaglio il comportamento di un altro elemento strutturale, il pilastro in legno.

Prima di analizzare nel dettaglio gli aspetti tipici del pilastro in legno è bene effettuare una panoramica sulle proprietà meccaniche tipiche del materiale per capire meglio il comportamento dell’elemento strutturale in funzione di esse, difatti le proprietà meccaniche del legno indicano la capacità di quest’ultimo di reagire alle sollecitazioni applicate. Il principio fondamentale è che il legno è anisotropo anche nei confronti di tutte le proprietà meccaniche, che quindi variano con la direzione anatomica considerata.

Inoltre non è lecito attribuire ad un materiale non omogeneo quale il legno caratteristiche costanti o quasi; pertanto i valori di resistenza forniti devono essere intesi come “dati medi” largamente indicativi.

L’utilizzazione del legno nelle strutture edilizie impone determinati requisiti in materia di resistenza meccanica, intesa come limite fino al quale l’applicazione di una forza non pregiudica l’integrità strutturale dell’elemento che si considera. Seguendo questo concetto sono state condotte ricerche per determinare i limiti di impiego delle varie specie legnose nei diversi casi di impieghi strutturali.

Il risultato finale è la determinazione del carico di rottura, e cioè della sollecitazione superata la quale il materiale si disgrega in maniera più o meno evidente. A tale carico di rottura viene applicato un coefficiente riduttivo, detto fattore di sicurezza e si passa poi al carico di sicurezza che serve come base per il dimensionamento degli elementi strutturali.

Le caratteristiche meccaniche di uno stesso provino variano in funzione della temperatura e maggiormente dell’umidità del legno, mentre pezzi diversi di uno stesso legno avranno caratteristiche meccaniche molto diverse tra loro in relazione della difettosità e della massa volumica.

Infine sono importanti anche le variazioni alla durata delle sollecitazioni applicate o delle deformazioni imposte, che inseriscono il legno nel novero dei materiali a comportamento visco-elastico. In un determinato provino possono essere riscontrati valori significativamente diversi delle caratteristiche meccaniche in funzione delle condizioni del materiale.

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Pilastro in legno: i parametri essenziali del materiale

Vediamo di seguito i parametri essenziali:

La variabilità delle caratteristiche meccaniche tra provini di legno diversi è veramente notevole ed è dovuta all’influenza di molteplici fattori, fra cui i principali sono:

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Pilastro in legno: le sollecitazioni

L’instaurarsi di tensioni interne che facciano equilibrio alle forze esterne applicate su un pezzo di legno (o di qualsiasi altro materiale) può avvenire soltanto a prezzo di una deformazione del pezzo stesso.

Nel caso di sollecitazioni di compressione o di trazione, conseguentemente alla sua anisotropia strutturale, si considerano tre distinti moduli di elasticità E (molto diversi tra loro): nella direzione longitudinale lungo la fibratura, nella direzione radiale (dal midollo verso la periferia) e nella direzione tangenziale rispetto agli anelli di accrescimento.

Nel caso invece di sollecitazioni di torsione, di taglio o scorrimento, ovviamente applicate lungo un piano si devono considerare altri tre moduli di rigidità G: i tre piani di azione saranno il piano trasversale, il piano longitudinale radiale ed il piano longitudinale tangenziale.

Oltre a questi moduli l’analisi delle caratteristiche meccaniche deve essere completata con i coefficienti di Poisson i quali indicano quale rapporto intercorre tra le variazioni dimensionali nella direzione della forza applicata e nelle direzioni ortogonali.

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Pilastro in legno: carichi, verifiche, forme e vincoli

Mentre la trave è un elemento strutturale orizzontale che sopporta carichi distribuiti, il pilastro in legno è un elemento strutturale verticale idoneo per la trasmissione dei carichi di punta che su di esso agiscono per essere trasmessi fino alle fondazioni.

Il pilastro può essere sottoposto a:

Dal comportamento strutturale del pilastro derivano le sue forme e le sue dimensioni.

Il pilastro deve essere sottoposto alle seguenti verifiche strutturali:

Il pilastro in legno lamellare, che presenta un’ottima capacita di resistenza agli sforzi di compressione e flessione, può essere:

Sezioni troppo esili e non opportunamente vincolate nel senso della lunghezza possono dare instabilità alla struttura con fenomeni di inflessione laterale dovuti ad eccessivi carichi di punta. La presenza di nodi e di deviazioni delle fibre nelle lamelle del pilastro possono accentuare tali problematiche.

Sia le travi sia i pilastri in legno lamellare sono costituiti da assi in legno assemblate a strati in pressione fra loro; ciò conferisce al materiale la sua nota resistenza meccanica, l’insensibilità alle variazioni igro-termiche ambientali e la resistenza a fuoco, parassiti e agenti chimici.

Il pilastro ha la funzione di trasmettere alle fondazioni i carichi che riceve dall’alto. Per fare ciò sono necessari collegamenti rigidi in fondazione. La progettazione e realizzazione di tali collegamenti richiede una notevole perizia tecnica.

Un esempio di collegamento rigido fra pilastro e fondazione è rappresentato dall’incastro che fa uso di piastre metalliche esterne fissate alla base del pilastro in legno lamellare con viti, chiodi o bulloni.

La rotazione alla base del pilastro è il fenomeno che la progettazione strutturale ha il compito di limitare maggiormente. In tal caso le piastre metalliche andranno ancorate alla fondazione il più distante possibile dall’asse del pilastro se non sulle facce del pilastro stesso in modo tale da aumentare il braccio delle coppie di forze agenti sui connettori.

La lunghezza del braccio dipende dalla dimensione del pilastro stesso nel piano in cui avviene la rotazione del nodo da contrastare. Il giunto fra pilastro e fondazione deve assumere il comportamento di un solido semirigido che consenta una rotazione minima a seconda del tipo di connettori utilizzati e della loro posizione.

Per quanto riguarda il problema delle unioni meccaniche fra elementi lignei è più semplice realizzare un giunto flessibile rispetto ad uno rigido, così come è impossibile realizzare un collegamento “infinitamente rigido”.

Il comportamento più simile possibile a quello rigido ideale si ottiene utilizzando collegamenti con elementi metallici incollati. Le protesi metalliche, quando necessitano, rappresentano punti di debolezza potenziale e devono essere oggetto di verifica attenta: dimensionare un pilastro e un calcolo relativamente facile, controllarne un nodo è sicuramente più difficile.

Il testo è tratto dal volume “La casa in legno” di Barbara Del Corno, edito da Maggioli Editore.

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ll legno lamellare incollato è costituito da almeno tre tavole o lamelle essiccate e incollate tra loro con le fibre parallele. È necessario dimostrare l’idoneità della specie legnosa per la produzione di legno lamellare incollato.

Si utilizzano prevalentemente abete rosso, abete bianco e larice. Possono essere fabbricate travi sia rettilinee sia curve. È possibile distinguere due tipi di legno lamellare:

Il legno lamellare incollato è particolarmente adatto per componenti da costruzione soggetti a carichi elevati e con una luce molto ampia, oltre che per esigenze elevate di stabilità della forma e di estetica.

L’eliminazione in fase di produzione di tutti i difetti naturali permette alla trave in legno lamellare di essere un prodotto con prestazioni nettamente superiori rispetto al legno massiccio, preservandone ed esaltandone però le caratteristiche positive quali:

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Travi in legno lamellare: le tipologie

Esistono due tipi di travi in legno lamellare:

La sezione di una trave indica qualsiasi posizione assunta dalla figura piana nel movimento da essa descritto. Una trave può avere sezione:

Le travi in legno lamellare rappresentano il fondamento di una determinata tipologia costruttiva che utilizza il legno quale materia prima per le sue particolari qualità tecniche ed estetiche. La trave in legno lamellare possiede tutte le seguenti caratteristiche, garantite da un processo di produzione controllato:

Le travi in legno lamellare vengono prodotte ricavando le tavole, o lamelle, direttamente dal tronco; queste vengono poi essiccate e incollate tra loro con speciali collanti, privi di formaldeide, fino a ottenere delle strutture con la sezione e la lunghezza desiderate.

Si tratta di un elemento strutturale che trova sempre maggior collocazione sia nella costruzione o ristrutturazione di abitazioni private sia nella realizzazione di complessi industriali, sportivi o commerciali sia pubblici sia privati.

Con questo sistema si possono quindi ottenere:

Le travi in legno lamellare vengono prodotte con le seguenti dimensioni:

La normativa DIN limita lo spessore e la sezione trasversale della trave in legno lamellare ma non la lunghezza minima delle assi, e più precisamente stabilisce che:

In pratica le lamelle hanno uno spessore finito di circa 33 mm e una larghezza variabile fra 8 e 20 cm, pari a quella della sezione trasversale dell’elemento strutturale, con variazioni modulari di 2 cm e lunghezza delle lamelle di 400-500 cm.

Nelle travi curve, per limitare le tensioni di curvatura che possono nascere in direzione sia parallela sia normale alle fibre, il raggio di curvatura degli elementi strutturali in lamellare deve essere pari almeno a 200 volte lo spessore delle singole lamelle.

Le travi in legno lamellare hanno maggiore capacità di sopportare carichi notevoli rispetto alle travi in legno massello, pur essendo state realizzate con la ricomposizione di elementi in legno naturale (lamelle), in cui vengono tagliati i tronchi stessi.

Nonostante sia un materiale composito derivato dal legno, altamente combustibile, le travi in legno lamellare sono caratterizzate da una buona resistenza al fuoco.

La travi in legno lamellare superano i limiti di quelle in legno massiccio anche per quanto riguarda il dimensionamento contenuto dei profili a parità di carico e la possibilità di ottenere profili curvi, travi ad arco impossibili da realizzare col massello.

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Travi in legno lamellare: le caratteristiche tecniche

La scelta dell’essenza con cui realizzare le lamelle influisce sulle capacità di carico finali della trave: che si tratti di un carico continuo o occasionale e come esso venga distribuito lungo la trave.

Trattamenti superficiali con prodotti appositi consentono di realizzare travi assai resistenti agli agenti atmosferici, idonee, quindi, per l’utilizzo in ambienti esterni.

Assicurando alla struttura un’idonea ventilazione ed impedendo la formazione di condense, la trave in legno lamellare risulta affidabile e duratura nel tempo grazie all’assenza di disomogeneità al proprio interno.

Le caratteristiche tecniche delle travi in legno lamellare possono essere così riassunte come segue:

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Travi in legno lamellare: forme e campi d’impiego

Con il legno lamellare incollato o con i nuovi materiali compositi è possibile dare alla trave forme differenti:

Le dimensioni limite degli elementi strutturali quali le travi sono determinate esclusivamente dall’ingombro di trasporto (lunghezza massima 42 m, altezza massima 3,80 m). Per quanto riguarda l’altezza della sezione essa non può superare i 2 m per ragioni di piallatura.

La limitazione dello spessore della sezione (fra i 10 ed i 18 cm), invece, serve per evitare tensioni interne che si potrebbero innescare in tavole maggiori di 20 cm.

La trave in legno lamellare rappresenta la vera alternativa strutturale in edilizia grazie alle sue alte prestazioni soprattutto per quanto riguarda la capacità di carico per sezione e leggerezza dell’elemento strutturale. Da questo punto di vista il legno lamellare è assolutamente all’altezza di altri materiali da costruzione quali l’acciaio e il cemento armato ancora troppo largamente utilizzati in edilizia.

La più grande diffusione e applicazione della trave in legno lamellare riguarda le coperture e i solai sia nelle nuove costruzioni ma, soprattutto, anche negli interventi di ristrutturazione e restauro di edifici esistenti anche di carattere storico.

La copertura in legno lamellare, cosi come un solaio piano, è facile e veloce da montare, può essere subito rivestita con il materiale di finitura superiore mentre da sotto può essere lasciata gradevolmente a vista, grazie anche alle più svariate finiture superficiali disponibili sul mercato.

I campi di impiego delle travi lamellari interessano tutti i settori dell’edilizia quali:

L’articolo è tratto dal volume “La casa in legno” di Barbara Del Corno, edito da Maggioli Editore.

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Molto spesso si associa l’idea che una casa di legno debba essere necessariamente prefabbricata: questo fatto è dovuto a motivi storici di sviluppo e diffusione del materiale in diversi Paesi, dove in effetti si è sfruttata la facilità di prefabbricare gli elementi lignei strutturali, non necessariamente l’intera casa. È però errato attribuire il carattere di prefabbricazione solo per via del materiale costituente.

In sostanza la prefabbricazione è una concezione industriale dell’edificazione, che, se opportunamente ingegnerizzata, consente di ottenere diversi vantaggi anche di natura economica. Ciò non toglie che il progetto architettonico possa assolutamente preservare le sue caratteristiche di originalità tanto care a quella fetta di mercato che punta sulla personalizzazione.

Il lettore vorrà perdonare la semplificazione, ma è curioso registrare che la prefabbricazione venga letta e interpretata in chiave positiva nei Paesi di cultura mitteleuropea, e in chiave negativa nei Paesi di cultura mediterranea. In Italia, la prefabbricazione viene spesso associata al concetto di provvisorietà dettata da un evento calamitoso (per es. abitazioni temporanee post sisma, post alluvione) perché in effetti, in quelle situazioni, è viva l’esigenza di costruire velocemente e con risorse economiche reperibili nell’immediato.

In questa sede vogliamo sottolineare in maniera incisiva che realizzare una struttura di legno non è condizione sufficiente per poter definire prefabbricato l’edificio finale. Riteniamo più opportuno, ma è una indicazione puramente personale che non ha la pretesa di essere necessariamente condivisa, utilizzare il termine “preassemblaggio” di alcuni elementi, mentre altri vengono assemblati in opera.

La ricchezza e il valore aggiunto nella progettazione di una struttura di XLam risiedono appunto nella definizione del grado di preassemblaggio dei vari componenti, in funzione delle specifiche di progetto, dell’accessibilità del sito, delle dimensioni trasportabili e delle effettive necessità del cantiere. Il Progettista che matura una discreta esperienza nel settore degli edifici di legno saprà sicuramente cogliere le sfumature tra l’assemblaggio in opera e un buon grado di preassemblaggio, traendone grande vantaggio e convenienza.

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I vantaggi principali indotti dal preassemblaggio/prefabbricazione sono la velocità di costruzione e le economie di processo. Ideare un edificio di legno, e specificatamente di XLam, è una scelta di campo poiché presenta delle caratteristiche e delle specificità che rendono unica l’esperienza di progettazione con tale materiale. Non si può infatti concepire un progetto senza coinvolgere contestualmente le categorie vitruviane di utilitas, firmitas, venustas, e delegare ad una fase indipendente e subordinata la concezione strutturale, come se fosse un’inutile e fastidiosa esigenza marginale.

Questo aspetto è ancora più evidente con il legno, poiché funzione, aspetto esteriore e struttura possiedono solitamente una unitarietà di concezione: pensate, per esempio, ad una capriata lignea, il cui valore funzionale si confonde appieno con l’aspetto estetico e strutturale.

Le strutture di calcestruzzo armato spariscono normalmente nei tamponamenti, analogamente a quelle in muratura, opportunamente rivestite di intonaco. È esperienza comune a tutti i progettisti aver osservato un impalcato ligneo o una copertura a vista: la trama delle travi portanti detta un ritmo, in base alla scansione e alle proporzioni degli elementi, e questo ritmo si relaziona a sua volta con le fughe del pavimento, con l’arredo e con le finiture, determinando in maniera pregnante il carattere dell’edificio.

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L’XLam consente comunque di realizzare progetti pensati con altri materiali, poiché possiede un elevato grado di flessibilità, e si adegua con grande facilità alle architetture residenziali, soprattutto quelle pensate in muratura portante, da qui la definizione (non nostra) a nostro giudizio più felice per illustrare ai committenti e ai non addetti ai lavori di cosa si parla quando si parla di XLam: il “muro di legno”, facendo esplicito riferimento alla tradizione mediterranea di edifici realizzati in muratura portante.

Un’ultima nota sul preassemblaggio/prefabbricazione riguarda l’atteggiamento nei confronti di un’errata definizione di “tradizione”. Si sente infatti spesso dire: “voglio costruire con il legno e non con il sistema tradizionale” (o viceversa), oppure “quanto costa la tecnologia XLam confrontata con quella tradizionale?”: si sottointende in sostanza che costruire in c.a. o in muratura sia l’espressione consolidata di un costruire storicizzato ed affermato da secoli; sappiamo invece che il c.a., codificato nelle tecniche attuali circa un secolo fa, ha avuto un’ampia diffusione a partire dagli anni ‘40, mentre la muratura di laterizio può vantare una storia più lunga, ma mai abbastanza longeva da poter essere paragonata con la millenaria storia delle strutture di legno, in tutto il mondo.

“Si dimenticava che una tradizione esiste unicamente per essere inconscia e che non sopporta di essere interrotta. Una continuità impercettibile è la sua essenza. ‘Riprendere, rinnovare una tradizione’ è espressione falsa. […] Appena una tradizione si propone allo spirito come tale, non è più che una maniera di essere o di agire che si dispone tra le altre, e che è esposta alla critica del suo valore allo stesso titolo delle altre”. (Paul Valéry, Degas Danse Dessin, 1936)

In termini di dibattito architettonico si può dunque collocare il proprio progetto in una ben determinata contestualizzazione, senza dover per forza copiare da cliché appartenenti ad altri Paesi o a codici architettonici decontestualizzati:

“Attualmente si assiste a una forte estremizzazione dei termini del dibattito culturale: da un lato al rifiuto della tradizione a favore di una innovazione omologata, dall’altro l’adesione ai valori dell’identità di popoli o luoghi – degenera frequentemente in populismi e regionalismi”. (Alessandro Claudi de St. Mihiel, Tecnologie costruttive per architetture sostenibili in climi mediterranei).

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Le strutture in legno XLam e i sistemi ibridi

Il sistema XLam prevede, nella maggior parte dei casi, una concezione strutturale analoga a quella di un edificio in muratura portante, con elementi continui di parete interrotti solo in corrispondenza delle aperture di porte e finestre.

Come integrazione al sistema, è sempre possibile inserire ulteriori elementi che lavorino in serie o in parallelo, magari per risolvere determinate problematiche legate a sollecitazioni locali particolarmente gravose. Sarà allora possibile inserire delle colonne, delle travi rompitratta, dei sistemi intelaiati che collaborano con la struttura XLam, con la prescrizione di affidare solo ad uno dei due sistemi strutturali tutta l’azione controventante.

Una situazione molto frequente è quella di edifici realizzati con pareti e solai XLam, con la copertura di legno lamellare, in molti casi lasciata a vista. Il caso più interessante e di maggiore portata applicativa (per lo meno in Italia) è quello di sopraelevazione di un edificio di muratura portante, esistente e non, realizzato con elementi lapidei o laterizi, che viene sopraelevato con uno o più piani con struttura XLam. In questo caso, nonostante la differenza di materiali tra un piano e l’altro, si parla impropriamente di struttura mista poiché i vari piani lavorano in serie e non in parallelo, e le rigidezze relative sono omogenee, consentendo una distribuzione regolare piano per piano.

In questo caso è possibile ritenere che, nel suo complesso, il fabbricato costituito da struttura muraria nella parte inferiore, sormontato da una struttura di legno in sopraelevazione, non possa essere considerato struttura mista poiché, come precisato nel d.m. 17 gennaio 2018 al punto 7.8.5:

“È consentito altresì realizzare costruzioni costituite da struttura muraria nella parte inferiore e sormontate da un piano con struttura in calcestruzzo armato o acciaio o legno o altra tecnologia […] nel caso di metodo di analisi lineare, l’uso dell’analisi statica (nei limiti di applicabilità riportati al § 7.8.1.5.2) è consentito a condizione di utilizzare una distribuzione di forze compatibile con la prima forma modale elastica in ciascuna direzione, calcolata con metodi sufficientemente accurati che tengano conto della distribuzione irregolare di rigidezza in elevazione. A tal fine, in assenza di metodi più accurati, la prima forma modale può essere stimata dagli spostamenti ottenuti applicando staticamente alla costruzione la distribuzione di forze definita nel § 7.3.3.2 […]; nel caso di analisi lineare, per la verifica della parte in muratura si utilizzi il fattore di comportamento prescritto al § 7.8.1.3; per la verifica della parte superiore di altra tecnologia si utilizzi il fattore di comportamento adatto alla tipologia costruttiva e alla configurazione (regolarità) della parte superiore, comunque non superiore a 2,5” […].

Le sopraelevazioni di legno per ristrutturazioni edilizie e riqualificazioni energetiche sono un tema di grandissima attualità, perché colgono in un sol colpo esigenze di carattere edilizio, urbano, energetico, socio-politico, e sono, a nostro giudizio, il settore su cui applicare il sistema XLam a larga scala. Sempre per quanto riguarda gli edifici esistenti, sono in corso di studio dei sistemi di consolidamento strutturale antisismici, volti a rendere più sicuri gli edifici in muratura inserendo dei solai XLam che, con minimi incrementi di peso proprio, consentano di irrigidire impalcati vetusti e non più in grado di costituire la cosiddetta “cintura di piano”. Tale rinforzo può essere esteso alle pareti portanti verticali, affiancando esternamente dei pannelli XLam, opportunamente collegati ad esse mediante elementi “diatoni” trasversali metallici.

Quello che è importante è che il progettista abbia la piena consapevolezza e padronanza delle possibilità offerte da madre natura, declinando al caso specifico del suo progetto l’idea strutturale, in maniera più coerente possibile. Pensiamo per esempio alla catenaria, al paraboloide iperbolico, al geoide: partendo dal dettaglio del giunto è possibile, se non in certi casi indispensabile, individuare la configurazione complessiva del suo insieme.

Proviamo adesso a declinare queste concezioni strutturale all’XLam: d’incanto si aprono molteplici possibilità dal grandissimo valore espressivo, per esempio, l’elemento piano di XLam può essere per estensione declinato ad un suo utilizzo come superficie curva, con esiti estetico-formali molto interessanti.

L’articolo è tratto dal volume “Pratica strutturale: edifici in legno realizzati in X-Lam” di Andrea Costa, edito da Maggioli Editore.

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Pratica strutturale: edifici in legno realizzati in X-Lam

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A proposito di strutture in legno e resistenza al fuoco, il decreto del Ministro dell’interno 6 marzo 1986 (Decreto del Ministero dell’interno 6 marzo 1986 – Calcolo del carico di incendio per locali aventi strutture portanti in legno) prevedeva una particolare modalità per il calcolo del valore del carico d’incendio di locali aventi strutture portanti in legno che è stato successivamente abrogato e sostituito dal decreto del Ministro dell’interno 9 marzo 2007, che tuttavia non ha previsto nessuna nuova modalità per la valutazione del valore del carico d’incendio di locali aventi strutture portanti in legno, dando luogo a un vuoto normativo che è stato successivamente colmato con la lettera circolare del Ministero dell’interno n. P414/4122 del 28 marzo 2008.

Infatti il decreto del Ministro dell’interno 9 marzo 2007, per quanto riguarda la problematica connessa al calcolo del carico d’incendio specifico in presenza di compartimenti che possiedono, in tutto o in parte, elementi strutturali di legno, non affronta in maniera specifica tale problema, limitandosi a precisare, nella parte dedicata alle definizioni, che per carico d’incendio deve intendersi “il potenziale netto della totalità dei materiali combustibili presenti in uno spazio…”.

Se da un lato gli elementi lignei strutturali possono partecipare alla composizione del carico d’incendio, dall’altro è importante evidenziare che lo scopo del calcolo del carico d’incendio specifico, ai fini dell’applicazione del decreto, è quello della determinazione della classe del compartimento in base alla quale verificare successivamente la resistenza al fuoco degli stessi elementi strutturali lignei, che contribuiscono alla determinazione del cari­co d’incendio specifico e quindi della classe dell’edificio.

Può sembrare una contraddizione, ma la problematica consiste proprio nella valutazione della resistenza al fuoco di un elemento strutturale ligneo che contribuisce, esso stesso, alla determinazione del carico d’incendio e che partecipa quindi al processo di combustione.

Pertanto, il Dipartimento dei Vigili del fuoco, del soccorso pubblico e della difesa civile ha proposto, in attesa di ulteriori confronti su base europea, una modalità di calcolo che tiene conto in maniera ragionevole del contributo degli elementi strutturali di legno nel calcolo del carico d’incendio specifico, secondo il seguente procedimento:

  1. si determina la classe del compartimento prescindendo inizialmente dalla presenza degli elementi strutturali lignei;
  2. si calcola lo spessore di carbonizzazione degli elementi lignei corrispondenti alla classe determinata, adottando come valori di riferimento della velocità di carbonizzazione, quelli contenuti nella norma EN 1995-1-2 “Progettazione delle strutture di legno – Parte 1-2: regole generali – Proget­tazione strutturale contro l’incendio” riportati nella successiva tabella; per tipologie di legnami non espressamente riportati in tabella, potranno essere assunti, per analogia,valori conservativi ai fini della sicurezza antincendi;
  3. si determina definitivamente la classe del compartimento, tenendo anche conto del carico d’incendio specifico relativo alle parti di elementi lignei che hanno partecipato alla combustione corrispondenti allo spessore, calcolato come al punto 2.

Il calcolo può essere reiterato più volte, in funzione del grado di approssimazione che si vuole ottenere.

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Strutture in legno e resistenza al fuoco: le caratteristiche meccaniche e termiche

Il legno è un materiale organico di origine vegetale prodotto come elemento strutturale per la pianta, dalle ottime caratteristiche di robustezza e resistenza, ed è per questo impiegato utilmente dall’uomo. Il legno è costituito da fibre di cellulosa trattenute da una matrice di lignina, da emicellulosa e da cere, oli e resine.

Costituito principalmente da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, il legno ha un potere calorifico di circa 17 MJ/kg, con valori maggiori nelle conifere, rispetto alle latifoglie, per la maggiore presenza di resine e lignina. È un materiale igroscopico ed il suo contenuto di acqua influenza tutte le caratteristiche e le proprietà del legno.

In presenza di una fonte di calore la superficie esposta dell’elemento di legno si riscalda provocando l’evaporazione dell’acqua interna, seguita da una serie di reazioni chimiche che scindono le molecole organiche in molecole più semplici in grado di distaccarsi dal materiale. Contestualmente si ha la liberazione di idrogeno e di altri idrocarburi combustibili che si accendono.

La superficie del legno pertanto si carbonizza con formazione di fessure profonde per tutta la zona di pirolisi, fino al nucleo non ancora raggiunto dal fronte di carbonizzazione, che conserva intatte le sue caratteristiche fisiche e meccaniche. Il legno è un materiale che viene impiegato nelle costruzioni per motivi strutturali, ma anche per l’arredamento e il rivestimento.

Accanto alle buone prestazioni tecniche per gli elementi strutturali la combustibilità è una caratteristica negativa del legno, perché contribuisce allo sviluppo ed alla propagazione di un incendio.

Pur essendo il legno un materiale combustibile, non significa che le strutture di legno non possiedano resistenza al fuoco e che siano più vulnerabili rispetto alle altre strutture realizzate in cemento armato o in acciaio.

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Un elemento strutturale di legno soggetto ad incendio brucia lentamente, con una velocità di combustione dipendente dalla specie legnosa, ma che è nor­malmente contenuta entro 1 mm al minuto. Le temperature decrescono dalla superficie esterna verso l’interno della sezione retta, mentre la carbonizzazione procede dall’esterno verso l’interno della sezione; è da notare che il legno non ancora carbonizzato rimane efficiente dal punto di vista meccanico anche se la sua temperatura è aumentata.

La rottura meccanica dell’elemento avviene quando la tensione del legno nella sezione residua è superiore alla tensione di rottura del legno e, quindi, quando la sezione non ancora carbonizzata è talmente ridotta da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante.

Pertanto la perdita di efficienza di una struttura di legno avviene per ridu­zione della sezione e non per decadimento delle caratteristiche meccaniche. Il processo di carbonizzazione conduce alla rottura dell’elemento strutturale in un tempo variabile che dipende della specie legnosa e dalle dimensioni originarie della sezione lignea.

L’articolo, sulle strutture in legno e resistenza al fuoco, è estratto dal volume “Resistenza al fuoco delle strutture” di Claudio Giacalone, edito da Maggioli Editore.

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Resistenza al fuoco delle strutture

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Come la muratura anche il legno è un materiale macroscopicamente disomogeneo e fortemente anisotropo; può però essere definito ortotropo dal momento che le sue caratteristiche meccaniche di resistenza e rigidezza dipendono fortemente dall’orientamento delle fibre che lo compongono (Fig.1).

La cultura costruttiva italiana ha da sempre sfruttato queste caratteristiche per scopi e finalità funzionali estremamente variegati. In ambito strutturale gli elementi realizzati in legno che hanno trovato in passato (ma trovano tutt’oggi) grande sviluppo e diffusione si possono sostanzialmente ricondurre alla costruzione di coperture ed impalcati di piano, anche se non è raro ritrovare in talune realtà urbane, rurali e montane anche edifici con componenti verticali portanti (pareti, pilastri) fabbricati con questo materiale.

Quasi superfluo e sicuramente in questa sede riduttivo, poi, sottolineare l’importanza ricoperta dall’utilizzo del legno in ogni aspetto collegato all’universo dei beni storico-monumentali in cui, oltre a funzioni di carattere squisitamente strutturale, anche in combinazione con altre tecnologie costruttive, ha consentito, nel nostro Paese, la realizzazione di opere d’arte e di finiture ornamentali di pregio incommensurabile e valore inestimabile.

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Prove in sito su elementi in legno: perché sono indispensabili?

Le prove in sito su elementi in legno, in tutto questo, diventano ovviamente fondamentali per la valutazione dell’integrità o, comunque, dello stato di conservazione di elementi lignei di ogni tipo, sia per scopi di salvaguardia o recupero delle funzioni statiche a loro demandate sia per il mantenimento e la protezione del valore storico-culturale di un patrimonio immenso, distribuito in edifici di culto o di rappresentanza, in palazzi, in strutture monumentali civili o militari e in qualsivoglia altro manufatto testimonianza del nostro passato e della maestria dei nostri predecessori.

Mai come per il “materiale legno” un’accurata ed approfondita campagna diagnostica risulta indispensabile per poter valutare e “progettare” i successivi interventi di consolidamento e/o restauro.

Nella dialettica comune, spesso, il legno viene definito “vivo” perché con il passare del tempo si adatta all’ambiente in cui è immerso, alla tipologia costruttiva con cui è stato realizzato ed alla funzione per cui è stato pensato.

Come ogni altro materiale (ma probabilmente ancor di più) risente quindi dell’età di costruzione se non altro perché da essa dipende una maggiore o minore probabilità che sia stato coinvolto in fenomeni deteriorativi sostanzialmente categorizzabili in:

1) stress di tipo meccanico direttamente correlabili all’utilizzo (proprio o a volte improprio) mutato nel tempo, ai carichi gravanti, ai fenomeni ciclici e di fatica, ecc. (Fig.2);

Prove in sito su elementi in legno

Fig.2_Rottura per eccesso di carico puntuale_©Diagnostica delle strutture esistenti – Maggioli Editore

2) attacchi chimico-fisici per effetto dell’ambiente ospitante, a seguito di manutenzioni inidonee o assenti e di aggressione da parte di agenti patogeni di tipo biologico (Fig.3).

Prove sito legno

Fig.3_Attacchi biologici_©Diagnostica delle strutture esistenti – Maggioli Editore

Entrambe le categorie di danno producono la riduzione delle caratteristiche geometrico-meccaniche dell’elemento e la conseguente diminuzione dei margini di sicurezza, sia locale che globale, della porzione strutturale di cui esso è parte integrante.

In questo caso, quindi, il concetto di stato di conservazione è strettamente legato a quello di idoneità o funzionalità strutturale e va indagato a fondo per poterne identificare con chiarezza le cause di degrado e progettare, di conseguenza, gli interventi di conservazione o consolidamento e rinforzo necessari.

Fra le principali metodologie d’indagine relative sia alla fase di verifica visiva sia a quella strumentale. Nello specifico:

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Prove in sito su elementi in legno: l’approccio diagnostico

Le due norme principali che regolano l’approccio diagnostico in ambito storico-monumentale, ma che possono essere facilmente utilizzate anche per elementi lignei non necessariamente tutelati o di pregio, sono:

La norma UNI 11119:2004 offre importanti spunti e consente un approccio metodologicamente valido e coerente anche in ambito “civile” e, più specificatamente, strutturale, sottolineando come scopo delle verifiche e dei controlli in situ “… l’ottenimento delle informazioni sottoelencate relative a ciascun elemento ligneo portante facente parte della struttura oggetto d’ispezione, al fine di valutarne l’integrità e le prestazioni …” (1).

Il processo diagnostico può allora, in sintesi, essere suddiviso in:

che, sempre in accordo con la norma, debbono essere articolate e operate sinergicamente al fine di:

–zone critiche: le parti di un elemento ligneo in opera con dimensione (parallelamente a quella massima dell’elemento) non minore di 150 mm che per difettosità, posizione, stato di conservazione e/o stato di sollecitazione definito attraverso analisi statica, siano giudicate rilevanti ai fini della diagnosi;

–sezioni critiche: le sezioni trasversali rappresentative delle singole zone critiche, su cui debbono essere specificati e riportati tutti i dati significativi relativi alle difettosità presenti;

L’articolo è tratto dal volume “Diagnostica delle strutture esistenti” di Alessandro Battisti, edito da Maggioli Editore.

Continua a leggere dal volume:

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Nell’ambito legno, l’impiego dei pannelli XLam – pannelli multistrato in tavole di legno massiccio – rende possibile ottenere a costi competitivi, attraverso una progettazione architettonica e strutturale integrata con gli elementi tecnologici, un edificio con elevate performances in termini di sicurezza strutturale, sismica, risparmio energetico e comfort abitativo.

Il settore delle strutture di legno è sempre in maggiore crescita e consente agli investimenti privati e pubblici ampi margini di convenienza e guadagno. L’ XLam è per i professionisti una grande occasione, per rilanciare la professionalità in un settore che riconosce e premia le competenze specifiche.

Il legno è altamente performante, ed è stato eletto come materiale principe della Bioedilizia, proprio grazie alle applicazioni rese possibili dal progresso tecnologico di nuovi prodotti e macchinari per le lavorazioni del legno. Una nuova sensibilità si è fatta strada nel settore immobiliare, che premia la certezza delle prestazioni, la velocità di realizzazione, ed un futuro sostenibile.

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Una moderna progettazione nasce dall’integrazione di diverse discipline che concorrono alla realizzazione di un edificio energeticamente efficiente, confortevole e salubre. Dove l’architettura sia espressione estetica di ricerca di armonizzazione fra ambiente e tecnologie.

L’utilizzo dell’ XLam si è esteso dai tradizionali chalet di montagna, alle più recenti realizzazioni, dove dimostra di essere un materiale assolutamente all’avanguardia nelle tipologie edilizie contemporanee; Ville, Case plurifamiliari, Ristrutturazioni e Sopraelevazioni, Edifici Industriali e Commerciali: in ogni situazione la Struttura XLam rappresenta la soluzione Ecologica, Salubre, Confortevole e Conveniente, rispecchiando la personalità di chi la abita e la vive quotidianamente.

Tecnico e centro di taglio: necessaria sinergia tra le parti

Fino a qualche tempo fa era l’impresa, mediante il centro di taglio, a stabilire molti degli aspetti costruttivi, dal taglio al dettaglio costruttivo alle connessioni, il più delle volte con cognizione di causa e grande professionalità, mancava però l’elemento fondamentale del controllo. Adesso invece le conoscenze si sono diffuse tra i professionisti che, al pari degli altri materiali, hanno le competenze oltre che la prerogativa di definire in maniera chiara i criteri costruttivi.

Con i nuovi obblighi normativi imposti dalle N.T.C. (D.M. 17/01/2018) è diventato necessario produrre calcoli strutturali anche per le strutture di legno, al pari degli altri materiali.

Una volta scelto il partner incaricato della fornitura dei pannelli XLam, il tecnico professionista dovrà successivamente condividere i dettagli costruttivi, sulla base degli standard di produzione del fornitore stesso: se da una parte non può essere solo il centro di taglio a decidere le lavorazioni da effettuare sul materiale, dall’altra il tecnico non può dare specifiche troppo vincolanti, al limite dell’irrealizzabile: è qui necessaria una forte collaborazione e sinergia, insieme al committente e all’impresa.

I limiti sono dettati principalmente:

– dalle dimensioni di produzione dei pannelli

– dai limiti di trasportabilità e di peso dei pannelli

– dalle lavorazioni effettuabili dalle macchine a controllo numerico

Solo attraverso una profonda comunicazione tra progettista e centro di taglio, sarà possibile realizzare un progetto esecutivo di qualità, in grado di consentire una realizzazione a regola d’arte e con le ottimizzazioni che si traducono in risparmio economico.

È molto importante non confondere il ruolo del centro di taglio, il cui compito principale è quello di tagliare travi di legno lamellare e pannelli di XLam con il ruolo del progettista, il quale deve invece dettagliare a livello esecutivo il proprio progetto determinando in maniera puntuale la discretizzazione degli elementi costruttivi dandoli come indicazione per il centro di taglio.

Cosa significa progettare con i pannelli XLam?

Il dettaglio del taglio di pannelli XLam è infatti fondamentale ai fini della tenuta complessiva del fabbricato, ed è il comportamento di resistenza, deformazione e dissipazione del nodo strutturale a determinare il comportamento strutturale complessivo dell’opera. Il lavoro di progettazione è dunque un lavoro di continua reiterazione dal generale al particolare e dal particolare al generale, con conseguente risparmio economico.

Un altro elemento molto importante è la standardizzazione del dettaglio costruttivo che consente una maggiore leggibilità del progetto da parte delle squadre di posatori e una maggiore rapidità nella fase di verifica del lavoro eseguito da parte della direzione dei lavori.

Il tecnico progettista, oltre alle basilari verifiche di resistenza, deformazione e vibrazioni, dovrà anche progettare la logistica del cantiere, il trasporto, gli approvvigionamenti del materiale, l’assemblaggio, il rapporto con gli altri materiali e la manutenzione.

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Il discorso vale in realtà per tutti i materiali, ma per il legno è una sorta di strada obbligata, poiché il processo industriale che precede e accompagna la realizzazione dell’opera, non può prescindere da un approccio sistemico-olistico alla progettazione.

Immagine di copertina: Treet Building, Bergen, Norway ©skyscrapercenter.com

Il testo è tratto dal volume:

Pratica strutturale: edifici in legno realizzati in X-Lam

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Con gli obblighi imposti dai recenti aggiornamenti normativi e in particolare dalle NTC 2018, è diventato necessario produrre calcoli strutturali anche per le strutture in legno, al pari degli altri materiali: questo nuovo Manuale offre al lettore gli strumenti indispensabili per...

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Il degrado delle coperture in legno è un problema che assume notevole importanza, dato il sempre più diffuso uso di questo tipo di chiusura a favore di leggerezza e di velocità di posa. Il legno è il primo materiale da costruzione utilizzato dall’uomo, per secoli e numerose sono le tracce di edifici o parti di essi che hanno superato la prova del tempo giungendo fino a noi in condizioni pressoché perfette. La recente introduzione di nuove tecnologie da un lato e di nuove norme tecniche dall’altro, hanno in questi anni rilanciato l’uso del legno strutturale che negli ultimi decenni era stato soppiantato da materiali più ingegnerizzati.

Le nuove tecnologie produttive hanno introdotto concetti di scomposizione del tronco e ricomposizione delle tavole con il fine di limitare al minimo la variabilità naturale dei singoli tronchi e omogeneizzare le caratteristiche meccaniche degli elementi di costruzione.

L’introduzione in Italia del d.m. 14 gennaio 2008 e in Europa dell’eurocodice 5 ha finalmente permesso un utilizzo consapevole e normato da parte dei tecnici e ha permesso la rapida diffusione di sistemi costruttivi a base legno sostenuta da un sempre maggiore interesse da parte dei privati per queste tecnologie costruttive.

La rapida evoluzione avvenuta in questi anni ha però evidenziato alcune criticità legate alla durabilità di un materiale di per se stesso marcescibile. Molte infatti sono le preoccupazioni degli operatori seri e preparati che di fronte ai sempre più numerosi casi di edifici ammalorati auspicano un cambio di impostazione del settore ed un’ attenzione sempre maggiore verso gli aspetti più critici dell’utilizzo del legno come materiale da costruzione.

Le principali tecnologie costruttive, utilizzate per gli edifici in legno sono il sistema CLT, o Xlam, il sistema a telaio, o platform frame, e il sistema Blockbau. Esistono molte altre tecnologie come il post and beam, il ballom frame, le log house, ecc. ma quest’ultime rappresentano un mercato di nicchia con numeri poco significativi.

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Degrado coperture in legno, come mai c’è confusione sulla realizzazione?

A giudicare dai casi di degrado delle coperture in legno documentati, c’è ancora molta confusione su come debba essere realizzato correttamente un tetto in legno. Nel panorama del mercato italiano di costruttori di strutture in legno è difficile trovare due ditte che eseguono un tetto allo stesso modo.

L’estrema frammentazione delle aziende e di conseguenza l’alta competitività del settore hanno portato le aziende a diversificare in maniera estrema anche elementi che dovrebbero essere relativamente standard per questioni tecniche. È il caso dei pacchetti di copertura in cui compaiono i materiali più svariati: lana di roccia, fibra di legno, fibra di vetro, EPS, XPS uniti ad un utilizzo dei freni e delle guaine che a volte appare alquanto fantasioso per non dire pericoloso.

Per molto tempo quindi realizzare un tetto in legno ha significato tenere lontano la pioggia. Con il recente avvento degli edifici ad alte prestazioni energetiche però lo scenario è cambiato notevolmente ed è necessario un cambio di prospettiva. L’involucro isolato, la tenuta all’aria, gli ambienti climatizzati interni degli attuali edifici impongono lo studio della migrazione del vapore interno e della permeabilità delle superfici opache. Gli edifici, ed in particolare le coperture, devono essere progettati con una duplice funzione, tenere lontana la pioggia e gestire correttamente il vapore interno.

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Tetto a falde, quali sono gli errori frequenti della progettazione?

La progettazione di un pacchetto di isolamento corretto non può prescindere da uno studio dei valori di permeabilità al vapore di ogni elemento costituente. Infatti, se da un lato abbiamo l’esigenza di evacuare più vapore acqueo possibile dall’abitazione, dall’altro non dobbiamo immettere nel pacchetto più vapore di quanto quest’ultimo non sia in grado di espellere. Il risultato di un bilanciamento scorretto porta un accumulo di condensa all’interno del pacchetto e nei casi più gravi anche il crollo dell’intera copertura.

L’assenza del freno al vapore, necessario per regolare la quantità di vapore che attraversa la copertura, nessuna sigillatura dei giunti e nessuna aerazione, rappresentano alcune delle cause principali che possono portare al degrado delle coperture in legno.

Può essere più pericoloso il vapore interno dell’acqua piovana esterna, una stratigrafia che per quanto semplice può risultare sbagliata, e causare gravi danni.

L’assenza di un’aerazione sotto l’impermeabilizzazione, impedisce al vapore acqueo di uscire attraverso di essa. La scorretta posa della guaina bituminosa, può causare una sigillatura della copertura impedendo la traspirazione naturale e favorendo l’accumulo di vapore all’interno del sottotetto fino a raggiungere livelli di umidità che favoriscono la proliferazione di muffe e funghi.

La situazione in figura sotto, mostra un caso esempio, dove erano assenti: il freno al vapore (per contrastare il fenomeno della condensa), la sigillatura dei giunti (per ostacolare le infiltrazioni) ed una corretta aerazione. La combinazione di queste scelte sbagliate in fase di progettazione, hanno portato ad una decisione dopo soli 12 mesi dalla sua realizzazione, ovvero quella di ricostruire la struttura in legno, applicando il sistema Gutta® per il pacchetto di copertura. In questo caso particolare, non essendoci isolante, è stata semplicemente sostituita la guaina bituminosa con una lastra bituminosa sottocoppo che oltre a garantire la tenuta all’acqua, permette una efficace ventilazione ed evacuazione del vapore.

degrado coperture in legno

Si o no, al tetto piano in legno?

Gli edifici in legno non sono molto adatti, per le coperture piane. Anche nel tradizionale è quasi la norma avere terrazzi e tetti piani con problemi di infiltrazione che si riverberano all’intradosso sotto forma di macchie di umidità e muffa. Quando parliamo di strutture il legno, la cosa però è molto più delicata, in quanto un’infiltrazione trascurata porta inevitabilmente al marcimento.

Gli anglosassoni utilizzano per la durabilità delle strutture in legno la regola delle 4D:

-Deflection = pendenza

-Drainage = drenaggio

-Drying = asciugatura

-Durability = durabilità

La pendenza è necessaria per garantire lo smaltimento degli accumuli d’acqua. Sarebbe buona norma mantenere pendenza nell’ordine del 5-8% anche nelle strutture dei tetti piani mascherandola poi con cornicioni e controsoffitti.

Il drenaggio è la possibilità che deve avere un elemento in legno di poter allontanare l’acqua che eventualmente dovesse accumularsi nel suo intorno. Anche per questo aspetto i tetti piani sono fortemente deficitari in quanto sono spesso incasserati da cappotti e controsoffitti che impediscono il drenaggio degli elementi in legno.

Per l’asciugatura è indispensabile che ci sia una ventilazione sufficiente a fare in modo che un elemento in legno una volta bagnato possa ritornare alle condizioni iniziali in breve tempo. Non c’è nessuna possibilità di asciugatura per gli elementi che dovessero eventualmente bagnarsi.

Infine la durabilità intesa come durabilità naturale del legno. Va da sé che un elemento in teak anche se immerso in acqua durerà di più di uno in abete. Ma dal momento che le strutture in legno sono realizzate per la quasi totalità con legno di abete, non abbiamo il controllo su questo punto che è comunque l’ultimo per importanza.

Con questo non si vuole sostenere che sia impossibile realizzare un tetto piano in legno, si vuole semplicemente portare l’attenzione sul fatto che le tecnologie che applichiamo per la realizzazione di questi elementi non sono adeguate a garantire una durata dell’opera di almeno 50 anni.

I progettisti e i Direttori Lavori che hanno la responsabilità a vita sulle strutture, dovrebbero pensare a questo e alle conseguenze che può avere una copertura in legno intaccata dall’umidità, pertanto un’accurata progettazione può limitare i danni da degrado delle coperture in legno e contribuire ad un maggiore durabilità delle stesse.

 

Le immagini ed il testo sono tratti dal volume:

Danni e difetti delle costruzioni in legno

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Il legno è il primo materiale da costruzione utilizzato dall’uomo e il suo impiego si perde nella notte dei tempi. Negli ultimi anni, grazie allo sviluppo delle normative di settore e al progresso tecnologico, si è assistito alla rapida diffusione dei...

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Se parliamo di incendio, in alcuni casi, gli edifici composti da sistemi a strati in legno, possono non riportare danni strutturali allo scheletro dell’abitazione, tuttavia fondamentale sarà in fase di progetto eseguire, per i pannelli X-Lam, le verifiche al fuoco.

La resistenza al fuoco non è l’unica qualità del sistema costruttivo X-Lam, in netto sviluppo sul mercato delle abitazioni in legno, infatti la velocità di posa, la capacità di resistenza ad azioni statiche e dinamiche esterne, le proprietà isolanti ed acustiche e la sostenibilità del materiale, sono caratteristiche che contraddistinguono questo tipo di pannelli.

I pannelli X-Lam sono elementi bidimensionali, composti da tavole in legno massiccio posizionate a strati incrociati ortogonalmente, come illustrato nella Figura 1, e incollate sotto pressione in modo da fornire un elemento strutturale con resistenza e rigidezza che siano efficaci sia nei confronti di carichi nel piano del pannello sia perpendicolari ad esso.

Le tavole sono incollate con l’utilizzo tipicamente di colle poliuretaniche o a base di formaldeide e l’intero pannello è sottoposto poi ad uno stato di pressione, ortogonalmente al proprio piano, mediante appositi macchinari. Una buona esecuzione in fase di produzione garantisce che l’incollaggio raggiunga resistenze maggiori di quelle del materiale ligneo. Si producono tipicamente con un numero dispari di strati, da 3 a 9, con una stratigrafia (cioè orientamento e spessore degli strati) simmetrica. Le dimensioni tipiche sono fino a 3 m di larghezza e fino a 16 m di lunghezza; per motivi di trasportabilità, solitamente la lunghezza non supera i 12 m.

X-Lam fuoco

Fig.1_Schema generale di un pannello X-Lam

X-Lam, le verifiche al fuoco. Come procedere?

Il legno è un materiale combustibile, a differenza della maggioranza degli altri materiali da costruzione di uso comune. Quando è soggetto ad un calore sufficiente, infatti, si sviluppa un processo termico di degradazione (pirolisi), che produce gas combustibile ed è accompagnato da una perdita di massa.

Uno strato carbonizzato si forma sulle superfici esposte al fuoco e cresce in spessore con il progredire del fuoco, riducendo la sezione retta della membratura lignea. Lo strato carbonizzato risulta comunque un buon isolante e protegge la rimanente sezione non carbonizzata nei confronti del calore. Nel caso di superfici in legno non protette durante il periodo di esposizione al fuoco, la velocità di carbonizzazione può essere considerata costante rispetto al tempo di esposizione.

Con queste considerazioni oltre alla bassa conduttività termica del legno, le verifiche al fuoco si possono effettuare considerando integre le proprietà di materiale e prendendo in esame una sezione efficace ridotta rispetto alla sezione iniziale relativamente al tempo di resistenza al fuoco a cui avviene la progettazione, solitamente 30, 60 o 90 minuti per diversi ambienti e prestazioni.

Per quanto riguarda i carichi agenti sulla struttura, nel caso della progettazione strutturale al fuoco, essi sono ridotti per riflettere la bassa probabilità che occorra un grave evento di incendio, così come il fatto che i carichi agenti su una struttura in un orizzonte temporale giornaliero sono inferiori a quelli usati per gli stati limite ultimi.

La combinazione di carico per effettuare le verifiche al fuoco agli SLU è la combinazione eccezionale. Solitamente, devono essere effettuate le verifiche a flessione e a taglio per pannelli solaio sotto carichi perpendicolari al piano e la verifica di stabilità per pannelli parete per la progettazione al fuoco dei pannelli.

Per gli X-Lam le verifiche al fuoco richiedono il calcolo della sezione efficace, difatti bisogna prima definire le superfici del pannello esposte al fuoco e poi calcolare per ogni superficie la profondità di carbonizzazione efficace deff, tenendo conto di eventuali componenti di protezione. Per pannelli solaio, solitamente la superficie inferiore è considerata esposta, mentre per pannelli parete si considerano esposte le superfici interne relative alla struttura, considerando cioè per pareti interne una carbonizzazione su entrambi i lati e per pareti esterne solo sul lato interno.

Per elementi bidimensionali come i pannelli X-Lam, la riduzione generalmente – ma non necessariamente – avviene nella direzione dello spessore, mantenendo invarianti la larghezza e la lunghezza del pannello.

Come eseguire il calcolo della profondità di carbonizzazione per superfici non protette?

La Tabella 2 elenca le velocità di carbonizzazione per legno di conifera secondo l’EC5 (UNI EN 1995-1-2). La velocità di carbonizzazione unidimensionale β₀ si riferisce al caso di esposizione al fuoco di una piastra semi-infinita ed è pari a 0.65 mm/min. La velocità di carbonizzazione nozionale βn è raccomandata per tenere conto di arrotondamenti agli angoli mantenendo la ortogonalità della sezione residua e varia da 0.70 mm/ min per legno lamellare a 0.80 mm/min per legno massiccio. Per i pannelli X-Lam si deve fare riferimento alla scheda tecnica del prodotto, altrimenti il valore relativo a legno massiccio è suggerito per pannelli con tavole non incollate sui bordi e il valore relativo a legno lamellare per pannelli con incollaggio sui bordi.

X-Lam

Tab. 2_Velocità di carbonizzazione per legno di conifera

La profondità di carbonizzazione nozionale dchar,n  per superficie non protette, assumendo che uno strato di carbonizzazione di almeno 25 mm rimane attaccato al materiale non carbonizzato, è pari a:

X-Lam

con t il tempo di esposizione al fuoco.

Per arrivare alla profondità di carbonizzazione efficace deff di progetto, secondo il metodo della sezione ridotta dell’EC5-1-2, si considera un strato ulteriore, chiamato strato di “zero resistenza”, di profondità non maggiore di 7 mm, che non contribuisce alla rigidezza e resistenza della sezione. In questo strato, nella logica della normativa, avviene la diffusione dalla temperatura di carbonizzazione, 300°C, alla temperatura normale di 20°C, permettendo l’utilizzo delle proprietà del materiale considerato a temperatura standard, nel calcolo delle proprietà meccaniche della sezione efficace, per ottenere le tensioni di progetto.

La profondità di carbonizzazione efficace deff di progetto per superfici non protette è pari a:

X-Lam

con d₀ = 7 mm e k₀ un coefficiente pari a:

X-Lam

Come procedere per determinare la resistenza al fuoco

Le proprietà di resistenza del materiale di progetto per le verifiche al fuoco ci sono fornite dalla relazione:

X-Lam

dove:

f₂₀ valore al 20° percentile della proprietà di resistenza del materiale;

γm,fi coefficiente parziale di sicurezza ed è pari a 1;

kmod,fi coefficiente correttivo della durata del carico ed è pari a 1.

Il valore del 20° percentile è ammesso considerando il fuoco come un evento raro e viene calcolato a partire dal valore caratteristico come:

X-Lam

con kfi = 1.15. Questo valore, adottato per legno lamellare, tiene conto della ridotta variabilità delle proprietà meccaniche di un elemento composto da più tavole come effetto di sistema ed è più basso rispetto al caso di legno massiccio dove per kfi si assume un valore di 1.25.

Le immagini ed il testo sono tratti dal volume:

Principi di progetto di pannelli strutturali X-Lam

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Ormai da anni gli edifici in legno sono riconosciuti come altamente performanti in termini di resistenza strutturale e prestazioni energetiche. Uno degli aspetti fondamentali per garantire la loro durabilità ed efficienza energetica riguarda la buona progettazione. Nel corso degli anni c’è stata una proliferazione degli strumenti di supporto alla progettazione, nati con lo scopo di semplificare la vita dei progettisti.

Come MyProject, il fortunato software sviluppato da Rothoblaas giunto ormai alla versione 4.0. Con quest’ultima release, Rothoblaas lancia Thermal, nuovo modulo dedicato all’analisi termoigrometrica in regime statico e dinamico delle componenti opache.

 

In termini di supporto alla progettazione, Thermal è il completamento ideale dell’ultimo catalogo nato in casa Rothoblaas, “Membrane e nastri per costruzioni in legno”. Grazie al ricco database di prodotti Rothoblaas e loro caratteristiche, il software consente di effettuare le verifiche delle stratigrafie per tutte le membrane contenute nel nuovo catalogo. Nello specifico il modulo THERMAL prevede alcune importanti funzioni:

“Rothoblaas è sempre stata conosciuta per il ruolo che ha avuto nello sviluppo dei sistemi di fissaggio, che nel tempo ha contribuito a migliorare”, spiega l’Ing. Alice Speranza, Product Engineer responsabile per la linea membrane e nastri. “Ma Rothoblaas non è solo fissaggio. Negli ultimi anni la gamma di prodotti per l’impermeabilizzazione e la tenuta all’aria ha acquistato importanza all’interno delle strategie aziendali. Con l’arrivo di Thermal ci avviciniamo ulteriormente al mondo della progettazione dell’involucro termico, e lo facciamo fornendo al progettista uno strumento di supporto nella scelta della soluzione migliore per ogni situazione costruttiva, e a prevederne i comportamenti in opera”, conclude Speranza.

Per scaricare il software e il catalogo, www.rothoblaas.com

A seguito dei recenti tragici eventi provocati dal terremoto in Centro Italia, torna di stringente attualità il dibattito sulla resistenza delle strutture edilizie alle sollecitazioni del sisma e alle prestazioni antisismiche dei diversi materiali: acciaio, calcestruzzo, muratura e legno. E proprio sul legno si concentra questo articolo, scritto dall’ing. Pierpaolo Cicchiello, attuale presidente della Commissione Strutture dell’Ordine degli Ingegneri di Monza e della Brianza. Il contributo, scritto dopo il terremoto che colpì l’Abruzzo nel 2009 è ancora attuale e fornisce degli utili spunti di riflessione sulle performance antisismiche dell’edilizia in legno.

II terremoto in Abruzzo ha evidenziato, tragicamente, una realtà trascurata, ossia che buona parte del territorio italiano presenta un rilevante rischio sismico. Questo comporta che, quando si costruisce, si debbano applicare criteri di sicurezza e utilizzare metodi costruttivi che siano effettivamente all’avanguardia. La tecnica e le tecnologie costruttive moderne offrono soluzioni che permettono di gestire e ridurre il rischio sismico entro livelli di sicurezza ritenuti, allo stato attuale delle cose e per le scelte del legislatore, accettabili.

La sicurezza delle costruzioni in relazione agli eventi sismici è ambito di ricerca e studio da diversi decenni nel mondo intero. In questi ultimi decenni particolarmente significativi sono stati i risultati ottenuti nell’ambito delle strutture in legno, da sempre diffuse in zone note per Ia frequenza dei fenomeni sismici come Nord America e Giappone.
È ormai riconosciuto come edifici in legno, correttamente progettati, se realizzati con moderne tecniche costruttive quali il sistema della costruzione intelaiata e la tecnologia X-Lam, possano garantire livelli elevati di performance sismica.

Perché adottare il legno in zona sismica?

Per consentire, nell’ambito di questo articolo, una visione d’insieme, ci limiteremo a esporre gli aspetti salienti che possono indurre ad adottare una soluzione costruttiva di questo genere per un edificio da erigere in zona a elevata intensità sismica.

1. Il legno è, tra i materiali da costruzione, il più leggero. Le sollecitazioni su una costruzione in caso di sisma sono, come noto, proporzionali anche alle masse della costruzione stessa. La massa del legno e circa ¼ di quella del calcestruzzo: questo comporta che, ceteris paribus, le costruzioni in legno siano sottoposte a un input sismico ridotto.
2. Per le sue caratteristiche meccaniche, il legno, naturalmente elastico, sopporta facilmente le deformazioni. Durante un sisma, la minor rigidezza e quindi la maggiore deformabilità dell’edificio permettono di assorbire meglio le sollecitazioni di natura sismica.
3. Il legno offre, in rapporto alla massa, un comportamento meccanico favorevole. La sua resistenza meccanica unitaria risulta fra le migliori in assoluto, il che si traduce nel fatto che le strutture in legno sono in grado di fronteggiare anche sollecitazioni importanti.

Le moderne costruzioni in legno vengono realizzate o per mezzo di telai in legno ricoperti di pannelli OSB (Oriented Strand Board) in caso di struttura intelaiata, oppure con l’utilizzo di elementi piani, quali pareti e solette, di pannelli X-LAM(costituito da legno massiccio a strati incrociati). Le costruzioni caratterizzate da elementi piani hanno maggiore resistenza sotto sisma rispetto a edifici con elementi monodimensionali (quali le strutture a pilastri), dal momento che rigidezza e resistenza della struttura risultano distribuite e non concentrate (leggi anche Sistema X LAM: moderna tecnica di costruzione in legno).

La struttura in legno, come abbiamo ora mostrato, non è formata da un corpo monolitico, ma è costituita da elementi diversi, quali pareti e solai, che vengono collegati tra loro con delle unioni meccaniche, i giunti. Questi, se ben progettate e realizzati, possono sia favorire la deformabilità della costruzione che contribuire alla dissipazione isteretica dell’energia sviluppata per il sisma.
In sostanza il grado di efficienza sismica offerto da una struttura in legno dipende primariamente dalle connessioni e dalla loro corretta concezione e progettazione.

A tal riguardo risulta di notevole interesse il progetto Sofie (leggi anche Il comportamento degli edifici in legno in caso di sisma), sviluppato presso il CNR-lVALSA (Istituto per la valorizzazione del legno e delle specie arboree). Nel 2006 un primo edificio di tre piani affrontò con disinvoltura l’esperimento presso il NIED di Tsukuba (National Institute for Earth Science and Disaster Prevention, Istituto nazionale di ricerca sulla prevenzione dei disastri), superando indenne la simulazione applicata fino a 7,2 sulla scala Richter, con meraviglia degli stessi giapponesi. Nel 2007 una struttura di legno che si sviluppa per 7 piani, per un’altezza di 24 metri, costruito con pannelli X-LAM, é stata sottoposta alla simulazione su pedana vibrante del terremoto di Kobe, caratterizzato da una magnitudo 7,2 Richter, che provocò la morte di oltre seimila persone. Per la precisione, il programma di prove ha previsto l’applicazione in successione di due accelerogrammi sismici. Il primo è stato il terremoto Niigata-Chuetsu-Oki del luglio 2007, con una magnitudo 6,8 Richter e una PGA (Peak Ground Acceleration, accelerazione di picco al suolo) pari a 1 g. Il secondo è stato il terremoto Hanshin-Awaji del 1995, noto come terremoto di Kobe, con una magnitudo 7,2 sulla scala Richter e una PGA 0,82 g.

In occasione del sisma di massima intensità ipotizzabile, le NTC prevedono che l’edificio possa danneggiarsi anche seriamente. In tale eventualità, Ia struttura in legno è, per sua natura, adatta a essere riparata attraverso la sostituzione di parti e connessioni danneggiate, rendendo economicamente vantaggioso recuperare Ia sua valenza strutturale.

II sistema a telaio (struttura intelaiata)

Diffuso in Nord America e Canada, il sistema a telaio prevede il ricorso a una struttura di elementi piani in legno, il telaio, uniti con chiodatura a pannelli strutturali in truciolari OSB (Oriented Strand Board). Così facendo si crea un elemento piano da utilizzare alla bisogna come parete o solaio, completato poi con isolante e strati di finitura. Questo tipo di costruzione, secondo le previsioni dei codici normativi più moderni, viene trattata con favore in caso di azioni sismiche.

X-LAM, pannelli di legno massiccio a strati incrociati

L’ X-LAM, noto anche come Cross Laminated Timber o panneIlo multistrato di legno massiccio, fa la sua comparsa nella seconda meta degli anni Novanta, mentre Ia prima omologazione risale al 1998. Esso si ottiene incollando diversi strati di tavole di legno incrociati, di spessore medio di 2 cm disposti ortogonalmente tra di loro, per uno spessore totale variabile dai 5 ai 30 cm, da utilizzare come pareti e solai per edifici. Essi sono realizzati dall’incollaggio di strati incrociati di tavole, dando origine così ad un materiale avente i pregi di lastre e piastre, ossia in grado di assorbire sollecitazioni in diverse direzioni. L’elevato grado di prefabbricazione rende tale tecnica costruttiva veloce, sicura, economica: anche aperture per porte e finestre vengono realizzate in ditta. Il vantaggio essenziale del loro uso è rappresentato dalla stabilità dimensionale, mentre le caratteristiche di rigidezza li rendono adatti nell’edilizia antisismica e per la realizzazione di edifici multipiano.

Il progetto SOFIE

Nel 2007, i pannelli X-LAM sono stati i protagonisti di una estesa ricerca presso il CNR-IVALSA: il test antisismico SOFIE. Come sopra anticipato, un edificio di 24 metri di altezza, realizzato con questi pannelli, è stato sottoposto alla simulazione del terremoto di Kobe, presso il NIED di Tsukuba in Giappone, su di una tavola vibrante tra le più grandi al mondo, con una misura di 15×20 m.

Le conclusioni cui si è giunti dopo la diffusa sperimentazione è che la costruzione realizzata con i pannelli X-LAM, uniti con connessioni meccaniche specificamente progettate, rappresenta una tecnica costruttiva efficace per la sicurezza in caso di sisma.
La ricerca condotta ha dimostrato l’affidabilità e Ia sicurezza del legno come materiale per l’edilizia, oltre al valore aggiunto che assicura in termini di comfort abitativo, risparmio energetico e rispetto dell’ambiente.

L’Italia è un paese a forte rischio sismico e la sua storia è caratterizzata da numerosi terremoti disastrosi. Ricerche come queste forniscono dei chiari segnali al mercato e alla società: le caratteristiche di flessibilità, resistenza, duttilità e leggerezza proprie del legno ne rendono appropriato l’impiego nelle aree classificate ad alto rischio sismico.

Si sottolinea che, con le Norme tecniche per le costruzioni, sia per gli edifici realizzati a piè d’opera che per gli edifici prefabbricati, non è più possibile in Italia, come avveniva in passato, costruire un edificio di legno senza un progetto strutturale completo e senza necessità di effettuare un deposito all’ufficio del Genio Civile; a lavori ultimati, l’edificio deve essere infine collaudato. Se fossero ritenute utili, le eventuali prove di carico sono da eseguire in base alle indicazioni della UNI EN 380 Strutture di legno – Metodi di prova – Principi generali per le prove di carico statico. In conclusione, in ottica di bioedilizia, giova sottolineare che il legno utilizzato, abete rosso della Val di Fiemme proveniente da foreste certificate per la gestione sostenibile, è un materiale naturale ed ecocompatibile.

Articolo di Pierpaolo Cicchiello, Ingegnere strutturista e collaboratore di Politecnico di Milano