Tecniche costruttive in legno: le più diffuse, dal Blockbau all’X-lam

Le tecniche costruttive in legno più diffuse al mondo: Blockbau, Platform Frame, travi e pilastri (telaio), CLT o X-lam. Vediamo o le caratteristiche principali e le peculiarità di ogni sistema edilizio.

Sistemi e tecniche costruttive legno, le più diffuse
Indice degli argomenti:

I sistemi costruttivi in legno possono essere distinti, in base alla mole, in sistemi leggeri (Platform Frame, Telaio) e pesanti (Xlam, Blockbau).

Verranno qui proposti in ordine cronologico, secondo la loro comparsa, dagli albori della civiltà, fino alle più recenti esperienze costruttive.

Vantaggi nell’utilizzo delle tecniche costruttive in legno

La tecnica nel tempo si è evoluta notevolmente, implementando nuovi prodotti legnosi compositi e ingegnerizzati, e affinando le modalità di connessione degli elementi strutturali.

Tanto che, il legno, è ormai considerato il materiale costruttivo ideale, che unisce qualità antisismiche e ambientali a rapidità e semplicità della fase esecutiva.

I vantaggi legati all’uso del legno rispetto a materiali come l’acciaio o il c.a. risiedono soprattutto nella sua leggerezzaflessibilità (caratteristica preziosa nella progettazione antisismica), facilità di lavorazione, impatto ambientale. È un materiale ecologico, rinnovabile, durabile (con i dovuti accorgimenti tecnici o trattamenti preservanti) e resistente al fuoco.

L’ultimo rapporto di Federlegnoarredo racconta come il settore della bioedilizia in legno, sia in crescita negli ultimi anni e continua ad attirare sempre più proseliti, attratti dalle sue indiscusse qualità.

Blockbau: la casa di tronchi

Tra i più antichi metodi costruttivi in legno ricordiamo il Blockbau. Come suggerisce il nome, la tecnica prevede la sovrapposizione di tronchi, uno sull’altro, in altezza, innalzando la parete fino a congiungerla con il tetto.

L’incastro viene realizzato negli angoli, attraverso degli incassi tra le assi che donano rigidità alla struttura.

I tipi più diffusi di nodo d’angolo sono due:

  • nodo “a croce” (standard)
  • nodo “a coda di rondine”
Tipologie connettive del sistema Blockbau
Tipologie connettive del sistema Blockbau (fonte: Rockwool)

Anticamente, i tronchi di legno erano usati così appena sbozzati con l’ascia, al loro stato grezzo, senza rifiniture e, poi, venivano accatastati uno sull’altro in modo orizzontale fino a formare una parete, di tronchi appunto.

L’incastro, sempre negli angoli, veniva realizzato o tramite legature con corde o sbozzando in maniera rudimentale il legno, fino a ricavare delle tasche.

Oggi, con le moderne macchine CNC (Control Numeric Number o Macchine a Controllo Numerico), la semplicità con cui realizzare elaborati e precisi intagli nel legno, ha spianato la strada a sistemi di incastro molto evoluti e raffinati.

I tronchi appaiono elaborati nella forma e fresati su ambo le facce che andranno a contatto ottenendo delle guide che favoriscono la stabilità dei pezzi.

I nodi angolari pure presentano delle finiture più accurate e varie a favore di sicurezza. Inoltre, ogni tot distanza vengono forati per permettere l’inserimento di barre di acciaio che ancorano la struttura a terra, impedendone il ribaltamento in caso di terremoti (la stessa funzione che ha l’hold down nel sistema xlam).
Blockbau: la casa di tronchi
Gli elementi costruttivi attualmente presenti sul mercato sono tondi o squadrati, con un ampio range di rifiniture.

La struttura della Blockhaus, può poggiarsi sul terreno in due modi:

  • solaio a terra (a contatto con il terreno)
  • per mezzo di elementi puntuali (rialzata dal terreno)

Nel caso poggi direttamente su un solaio a terra va creato un vespaio alla base ed i tronchi adiacenti vanno impermeabilizzati. Alcuni usano mettere delle varietà di legname più resistente all’acqua come la quercia o il larice.

Altrimenti, la costruzione è posta su elementi puntuali come piccoli piedini che la tengono rialzata evitando il contatto con il terreno e quindi i ristagni dell’acqua.

Il problema maggiore del legno, si sa, deriva proprio dal contatto con l’acqua, ed in particolare dai ripetuti stati asciutto umido che ne provocano spacchi, crepe, deformazioni, muffe ed attacchi biologici.

Strutture a telaio in legno: travi e pilastri

Struttura in legno a telaio
Ossatura portante lignea, schema e foto. (Fonte: Promolegno)

Le strutture a telaio in legno sono realizzate con travature in legno massiccio o lamellare che svolgono la funzione di trave o di pilastro.

Una tecnica antichissima, che dal punto di vista statico è la trasposizione del sistema “trilitico”: due montanti verticali, sormontati da un’asta orizzontale (portale).

I primi templi greci e gli ordini architettonici, ormai scomparsi, erano infatti realizzati in legno.

Il sistema, anche detto a ossatura portante o a gabbia, permette una grande flessibilità e versatilità d’uso.

Giunzioni tutto legno e metalliche del sistema a telaio
Giunzioni tutto legno e metalliche del sistema a telaio (fonte: Giordano)

Travi e pilastri assolvono la funzione portante della struttura, lasciando grandi spazi liberi aperti,
che possono essere tamponati a piacimento con forme e materiali arbitrarie, poiché avente solo funzione d’irrigidimento.

Di fondamentale importanza sono gli elementi di controventatura, che si occupano di assorbire e contrastare le spinte orizzontali di vento e sisma, stabilizzando l’edificio.

Di fondamentale importanza sono le tecniche e le tipologie di giunzione dei vari elementi costituenti l’ossatura portante dell’edificio.

Gli elementi lignei possono essere uniti tra loro attraverso connessioni:

  • a tutto legno
  • metalliche

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.

Platform frame: la struttura intelaiata

La costruzione a ossatura portante (travi e pilastri), arrivando in America a inizio Ottocento, subì una progressiva mutazione.

La necessità di una tecnologia leggera e rapida per la costruzione di nuovi insediamenti in via di sviluppo e la concomitante produzione industriale di chiodi a basso costo, crearono le condizioni fertili per un’evoluzione della tecnica.

Ora il legno, potendo contare su unioni metalliche a buon mercato, potè ridurre i suoi spessori. Una serie di telai costituiti da montanti e travetti di sezione molto ridotta ad interasse di 40-60 cm, irrigiditi da tamponature sottoforma di tavole o pannelli legnoderivati.

Il Platform frame, evoluzione del Balloon Frame, ha compiuto un ulteriore passo avanti. I telai si interrompono e si sovrappongono, piano per piano.

Sistema costruttivo Platform frame: la struttura intelaiata

Il Platform Frame è, nella sua unità base, un telaio composto da elementi in legno di piccola sezione (5×10 mm, 4×9 mm) che, a seconda della loro posizione, prendono il nome di montanti (verticali) e travetti (orizzontali).

Questo scheletro è poi chiuso per mezzo di pannelli lignei chiodati o avvitati (in genere OSB, compensato o tavole a 45°).

Il grande vantaggio, oltre alla leggerezza e facilità di messa in opera, è la possibilità di integrare all’interno del suo spessore, negli interstizi tra i travetti, lo strato coibente ovvero l’isolante.

Platform frame: la struttura intelaiata

Il Platform Frame è un metodo costruttivo leggero che ha la possibilità di essere realizzato direttamente in cantiere o preassemblato in fabbrica comprensivo di infissi e isolante, per poi essere posto velocemente in opera, accostando le pareti e sovrapponendovi i telai orizzontali dei solai.

Sistema costruttivo platform frame, fasi di montaggio
Fasi di montagggio Platform Frame

L’edificio viene realizzato un piano alla volta. Una volta posizionate tutte le pareti e messo il solaio, sullo stesso vengono poste le pareti del piano superiore e così via.

Il solaio sottostante funge da piattaforma per il piano successivo (da qui il nome Platform Frame).

Il sistema intelaiato è attualmente molto utilizzato in Nord America, in particolare il Canada. Qui esiste un manuale per i progettisti talmente dettagliato e ampio di vedute, che copre una vasta casistica di edifici residenziali a 2-3 piani, permettendo di avere per una determinata dimensione e tipologia edilizia, le misure esatte del telaio da utilizzare, evitando così i calcoli strutturali.

In Italia il Platform Frame è poco diffuso un esempio vincente della sua applicazione è il progetto
dell’Università di Roma Tre, RhOME for denCity, vincitore assoluto dell’edizione 2014 del Solar Decathlon Europe.

Sistema costruttivo x lam a pannelli portanti

L’xlam è un prodotto ligneo di recente invenzione. La sua origine risale ai primi anni 90 in Austria e Germania, per poi essere perfezionato in Italia, nei laboratori del CNR Ivalsa in collaborazione con l’università di Trento e quella austriaca di Graz.

Dopo anni di ricerche si è giunti alla messa a punto di un pannello multistrato in legno, che è la somma di tante lamelle affiancate e unite in modo incrociato a strati alterni.

Possono essere da un numero di 3 ad un massimo di 9 stratificazioni.

Xlam è la corrispondente versione italiana di CLT, acronimo di Cross Laminated Timber, ovvero lamelle di legno a strati incrociati.

Particolari costruttivi xlam

I pannelli sono realizzati in officina, con macchine a controllo numerico che si occupano di selezionare le singole tavole, eliminare i difetti (nodi), creare giunzioni a pettine per incastri a formare un piano, che verrà poi sovrapposto trasversalmente a formare una serie di stratificazioni incollate l’una sull’altra.

Particolari costruttivi xlam
Sistema costruttivo XLam

Questa alternanza di ortogonalità crea come è facile immaginare, anche un’alternanza di disposizione delle fibre e quindi della direzione resistente, donando una maggiore resistenza a tutto il pannello in ambo le direzioni.

Il legno, per sua natura, è infatti un materiale anisotropo, caratterizzato cioè da una diversa resistenza secondo le direzioni: il valore massimo si ha nella direzione parallela alle fibre, in maniera molto minore lo si ha se perpendicolare o trasversale.

L’xlam è un prodotto che ovvia a questi problemi, alle dimensioni naturalmente limitate dei tronchi e permette di utilizzare quelle tavole che per difetti e resistenza sarebbero altrimenti scartate o comunque non destinate ad usi strutturali.

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. Con l’ausilio di una gru, e pochi operai, tempi di lavorazione si riducono a pochi giorni.

Costruzione di un edificio in Xlam
Costruzione di un edificio in cross lam (Xlam Dolomiti)

La produzione standard prevede pannelli che di regola non superano, nella dimensione più corta, l’altezza di un piano d’edificio, per evidenti ragioni di opportunità progettuale e costruttiva, ma anche per ragioni di trasporto del pannello finito.

Le dimensioni massime dei pannelli xlam sono correlate alla dimensione del mezzo di trasporto e possono raggiungere i 24,0 m in una direzione, i 4,80 m nell’altra e uno spessore di 500 mm.

dimensioni massime dei pannelli xlam

Prestazioni antisismiche e resistenza al fuoco

È un prodotto certificato antisismico. Nei test effettuati in Giappone nel 2007, un edificio di 7 piani in xlam, costruito con abete rosso della Val di Fiemme, e posto su una tavola vibrante, ha resistito molto bene alla simulazione del terribile e distruttivo terremoto di Kobe del 1995, di magnitudo pari a 7.2 della scala Richter, che provocò la morte di oltre seimila persone.

L’edificio, alto 24 metri, e progettato dal CNR Ivalsa, rientra nel progetto di edilizia ecocompatibile, denominato “SOFIE” (SISTEMA COSTRUTTIVO FIEMME), finanziato dalla Provincia autonoma di Trento e coordinato dal CNR Ivalsa, con la collaborazione di soggetti pubblici e privati.

“Dal punto di vista strutturale – spiega il professor Ario Ceccotti, direttore dell’Ivalsa – il legno si deforma adeguandosi al sisma, ma poi ritorna al suo posto”.

È resistente al fuoco. Il legno, per via della sua natura organica è un materiale combustibile. Ma il processo di carbonizzazione del legno è molto lento, con velocità comprese nell’intervallo di 0,55-1,0 mm/min a seconda della specie legnosa, della densità e del tipo di materiale o prodotto a base di legno.

La carbonizzazione della superficie protegge gli strati interni dei pannelli cosicché la struttura collassa con tempi lunghi. La perdita di efficienza di una parete in legno avviene per riduzione della sezione resistente e non per decadimento delle caratteristiche meccaniche (come per l’acciaio).

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. L’xlam migliora ulteriormente questi parametri.

Alison Brooks Architects The Smile London
The Smile by Alison Brooks Architects, costruito in occasione del London Design Festival del 2016. CLT curvo di Tulipier americano.

Il limite di applicazione dei pannelli CLT non è ancora stato definito con assoluta certezza. Esempi mirabili di opere che ne mettono in luce le straordinarie qualità architettoniche, possono ritrovarsi nell’Asilo Nido a Guastalla di MCA, Mjøstårnet (l’edificio in legno più alto al mondo), The Smile (Xlam di latifoglia americanacurvo), Hoho Wien.


Bibliografia

Consiglia questo approfondimento ai tuoi amici

Commenta questo approfondimento