Fondazioni a secco per edifici in legno

Tra maggio 2018 e novembre 2021 si è svolto un lavoro di ricerca che ha impegnato 3 dipartimenti dell’Università di Trento e del CNR-IBE, oltre a un TAB europeo e 3 professionisti del settore.

Tale dispiegamento di forze ha permesso la stesura di un EAD specifico per le fondazioni a secco e l’emissione, a seguito di una robusta campagna di prove, del primo ETA su un kit di fondazioni a secco per edifici. 

Nel presente articolo si vuole illustrare il progetto che ha permesso di dimostrare che le fondazioni a secco possono essere utilizzate per la realizzazione di edifici permanenti.

Il progetto di ricerca è stato sostenuto attraverso la Legge Provinciale n°6/1999 (Provincia autonoma di Trento), aiuti per la promozione della ricerca e sviluppo.

 

Sistemi costruttivi per strutture in legno, connessioni e attacco in fondazione

Le costruzioni in legno si stanno rapidamente affermando grazie alle ottime caratteristiche meccaniche e prestazionali di questo materiale storicamente utilizzato in edilizia anche in virtù dello sviluppo di nuove soluzioni tecnologiche che permettono di sfruttarne al meglio le proprietà. Il sistema di seguito presentato è stato ideato e sviluppato allo scopo di fornire una nuova tipologia di fondazioni sostenibili per edifici in legno, rimovibile e in grado di rispondere alle richieste di un progetto volto alla durabilità della struttura.

I principali sistemi costruttivi per strutture in legno si possono suddividere in tre diverse categorie:

• costruzioni a pareti massicce;
• costruzioni a pareti intelaiate;
• telai pesanti.

  

Figura 1.1 - a. Pareti massicce, b. Pareti intelaiate, c. Telaio pesante

   

Possono essere raggruppati all’interno della categoria pareti massicce (Figura 1.1a), gli edifici costruiti per mezzo di pannelli in X-Lam (pannelli a più strati di tavole incrociati incollati fra loro), pannelli solo-legno (ad esempio pannelli costituiti da tavole unite da spinotti realizzati in legno duro) o edifici realizzati con elementi sovrapposti orizzontalmente (blockbau).

All’interno della categoria pareti intelaiate si può inquadrare uno dei sistemi costruttivi più diffusi al mondo (soprattutto in Nord America) definito a “telaio leggero”. Tale sistema è costituito da telai formati da montanti e traversi in legno massiccio, controventati per mezzo di pannelli di spessore solitamente compreso tra 12 mm e 20 mm (OSB, compensato, fibrogesso) su uno o entrambi i lati (Figura 1.1b). 

La caratteristica comune dei sistemi X-Lam e “telaio leggero”, utilizzati soprattutto per edifici residenziali, è che sono strutture a pareti portanti e quindi trasferiscono un carico distribuito alla fondazione.

Nel terzo gruppo possono essere inserite le strutture a telaio pesante (Figura 1.1c) che trasferiscono in fondazione carichi puntuali e sono utilizzate soprattutto per edifici residenziali multipiano o strutture industriali di grandi dimensioni.  

Alla base delle strutture lignee vengono solitamente realizzate platee di fondazione di cemento armato; per gli edifici a pareti portanti, è consigliato realizzare un cordolo (in specie di legno durabile, acciaio, alluminio o cemento armato) al di sopra della platea, in corrispondenza delle pareti perimetrali della struttura: è importante progettare sistemi che permettano di evitare il contatto della parte lignea con eventuale acqua di risalita o condensa al fine di evitare problemi di durabilità alla struttura, come documentato dalla Figura 1.2, ripresa da lavori già pubblicati [1], [2] e [3].

   

Figura 1.2 - Problemi di durabilità [1], [2] e [3]

   

L’attacco in fondazione rappresenta attualmente una delle maggiori criticità delle strutture in legno e deve essere accuratamente progettato al fine di evitare la risalita capillare e il ristagno dell’acqua alla base delle pareti che può causare il decadimento delle prestazioni del materiale [4].

È inoltre necessario porre particolare attenzione alle tolleranze di esecuzione degli elementi in cemento armato: molto spesso i cordoli su cui poggiano le pareti non sono perfettamente livellati ed è quindi necessario inserire degli spessori alla base delle pareti lignee a cui segue un getto di malta di livellamento. Oltre ai problemi di durabilità si deve tenere in considerazione il notevole volume di cemento armato utilizzato nella realizzazione delle opere di fondazione e la difficile rimovibilità (a fine vita dell’opera) del un getto in calcestruzzo armato eseguito direttamente sul terreno. Tali criticità contrastano in modo evidente con una delle caratteristiche maggiormente apprezzate delle costruzioni in legno: la sostenibilità.

    

Figura 1.3 - a. Connettori monoassiali: hold-down e angolari a taglio, b. Connettori biassiali

   

La struttura in legno viene ancorata alla fondazione per mezzo di connessioni metalliche adatte a trasferire le azioni dovute ai carichi orizzontali. I sistemi di connessione sono dimensionati dal progettista in relazione alla tipologia strutturale e ai carichi agenti: è possibile utilizzare sistemi commerciali sviluppati dalle aziende del settore. Solitamente si utilizzano due diversi sistemi di connessione ipotizzando che le forze di sollevamento vengano riprese dagli elementi hold-down/piastre a trazione mentre le forze di taglio da squadrette o piastre a taglio (Figura 1.3a), quindi in fase di progettazione i vari elementi vengono calcolati come sistemi monoassiali. L’utilizzo di sistemi di connessione in grado di fornire elevata resistenza e rigidezza sia ad azioni di trazione sia di taglio (un’unica tipologia di connettore svolge le funzioni di hold-down e angolare a taglio, Figura 1.3b) impone l’adozione di modelli di calcolo più complessi (connettore biassiale).

Gli elementi metallici sono connessi alla struttura lignea con viti o chiodi e alla fondazione in cemento armato con barre filettate resinate o tasselli meccanici. L’inserimento di barre o tasselli può risultare complesso, perché in corrispondenza dei fori delle connessioni metalliche si possono trovare le armature della fondazione oppure perché il non perfetto allineamento parete-cordolo non permette all’ancorante di rispettare le distanze dai bordi. 

La presenza di queste criticità ha fatto sì che nel corso degli anni siano state sviluppate soluzioni alternative per l’attacco a terra delle pareti come ad esempio riportato in [1] e in [2] per i cordoli in cemento armato e in [3] per i cordoli in alluminio; esistono numerose altre possibilità proposte dalle aziende del settore e nuove tecnologie sono in fase di sviluppo.

   

Sistema innovativo di fondazioni a secco per strutture “leggere”

Il periodo storico attuale ci sta portando sempre più verso i green jobs, per mitigare l’impatto dell’uomo sulle variazioni climatiche e per offrire una ricetta capace di armonizzare l’aumento dell’occupazione, lotta alle diseguaglianze e sviluppo sostenibile in un momento di crisi, imposto dalla pandemia dovuta al virus SARS-CoV-2.

Coerentemente a questo impulso, la fondazione a secco nasce e si sviluppa nel rispetto dell’economia circolare. Non esiste sul mercato nazionale ed europeo un prodotto analogo brevettato, né esiste bibliografia a livello mondiale di dispositivi simili.

Jared Diamond, nel suo libro "Armi acciaio e malattie" chiarisce che:

«…la tecnologia progredisce accumulando le esperienze di molti, non per atti isolati di singoli eroi; e i suoi usi vengono quasi sempre alla luce in un secondo tempo, perché quasi mai un oggetto si inventa pensando di soddisfare specifici bisogni…»

È proprio così che si è sviluppata la fondazione a secco, sfruttando ed adattando conoscenze e prodotti già esistenti da parecchi anni. Si è voluto industrializzare il sistema costruttivo delle Stavkirke (Figg. 2.1 e 2.2), che nasce nel XII secolo in Norvegia, utilizzando un prodotto che esiste da qualche decennio, il gabbione in rete elettrosaldata (Fig. 2.3).

La struttura delle Stavkirke era staccata dal suolo previa fondazioni continue in pietra, al di sopra delle quali venivano installate delle travi lignee incastrate fra di loro per creare un piano rigido con il pavimento. Sopra le travi, attraverso scanalature, venivano inserite le assi che compongono le pareti, negli angoli venivano posti i pilastri e fra le pareti ed il tetto la banchina (Figg. 2.1 e 2.2). 

   

Figura 2.1 e 2.2 – Stavkirke, particolari della fondazione in pietra con sovrapposta la struttura in legno 

   

Figura 2.3 – Gabbioni in rete elettrosaldata, utilizzo classico 

   

I gabbioni in rete elettrosaldata per le fondazioni a secco

Il prodotto utilizzato per realizzare le fondazioni a secco è il gabbione in rete elettrosaldata lungo 2 m, largo 1 m ed alto 0,5 m, opportunamente adattato all’uso. Questo dispositivo viene comunemente impiegato per opere strutturali come per esempio il sostegno di versanti o di argini e ha delle peculiarità che ne caratterizzano le capacità strutturali e che lo distinguono da altri prodotti simili: filo in acciaio C4D conforme alla EN ISO 16120-2, diametro 6 mm, doppio filo orizzontale e filo singolo verticale (Fig. 2.5), maglia 200x50 mm, lega di protezione Galfan in zinco alluminio, gancio di collegamento a “J” fra pannello verticale laterale e pannello di fondo (Fig. 2.7) e gancio di collegamento ad “U” fra pannello verticale di testa e pannello di fondo (Fig. 2.9) e fra i pannelli verticali laterali e di testa (Fig. 2.8), tiranti interni in acciaio C4D diametro 6 mm per collegare fra di loro a coppie i pannelli verticali (Fig. 2.6).

  

Figura 2.4 – Gabbioni in rete elettrosaldata, pannelli 

   

Figure 2.5 e 2.6 – Gabbioni in rete elettrosaldata particolare del pannello e del tirante interno 

   

Figure 2.7, 2.8 e 2.9 – Gabbioni in rete elettrosaldata particolare ei ganci di collegamento 

   

Sistema fondazione a secco

Per assolvere alla nuova finalità, il gabbione in rete elettrosaldata è stato adattato attraverso una serie di accorgimenti necessari per renderlo funzionale. Il pannello di copertura è stato annegato in una trave in cemento armato (Fig. 2.10), lunga 1,50 m, larga 0,50 m ed alta 0,15 m, necessaria per permettere l’appoggio della struttura sovrastante e per distribuire uniformemente il carico sul sottostante materiale lapideo di riempimento.  

    

Figura 2.10 – Pannello di copertura annegato nella trave in cemento armato

   

La trave ha un foro centrale (Figg. 2.11, 2.12, 2.13 e 2.14), cilindrico per un’altezza di 13 cm e quadrato per i restanti 2 cm, all’interno del quale va inserita una “cerniera” composta da una barra filettata saldata a una piastra in acciaio quadrata, il tutto opportunamente zincato, ed infine va installata una piastra di chiusura sul lato inferiore del foro.

   

Figura 2.11 – Pannello di copertura annegato nella trave in calcestruzzo armato con “cerniera” 

   

Figura 2.12 – Fasi di installazione “cerniera” 

   

Figura 2.13 e 2.14 – Prototipo trave con foro cilindrico e quadrato con “cerniera” installata 

   

Dopo aver assemblato i pannelli del gabbione elettrosaldato ed averli collegati fra loro con i tiranti interni (Fig. 2.5), per facilitare l’installazione del pannello di copertura, vanno installati quattro tirafondi in acciaio zincato, fissati al fondo del gabbione (Fig. 2.15). Questi ferri verticali, dopo aver riempito il gabbione con materiale lapideo, vanno infilati nei quattro fori presenti ai lati della trave in calcestruzzo armato (Figg. 2.11 e 2.17).

   

Figure 2.15 e 2.16 – Installazione tirafondi e riempimento gabbione 

  

Il materiale di riempimento è stato caratterizzato secondo le norme UNI EN 13242:2008 ed UNI EN 13383-1:2002/AC:2004. Il gabbione così riempito va costipato su tavola vibrante per ridurre i vuoti fra grano e grano. Installato il pannello di copertura (Fig. 2.17) e fissato con piastre e bulloni ai tirafondi e con anelli strutturali in alluminio ai pannelli verticali, il prodotto è pronto per l’utilizzo e può essere movimentato con gli appositi accessori di sollevamento (Fig. 2.18).

 

Figure 2.17 e 2.18 – Installazione pannello di copertura e movimentazione gabbione 

   

Posa in opera e vincoli del sistema fondazione a secco

Come già visto per le Stavkirke, il sistema di fondazione a secco deve essere disposto in continuità sotto alle strutture portanti (Fig. 2.19) e va posato al di sopra di un getto di magrone opportunamente impermeabilizzato.

   

Figura 2.19 – Posa kit Fondazione a secco 

   

Per il passaggio degli impianti, degli scarichi e dei tubi per l’aerazione del vespaio aerato, vanno creati appositi spazi, distanziando puntualmente ove necessario i gabbioni. Lateralmente agli stessi, verso l’esterno, va installato un pannello di isolante ad alta densità tipo XPS intorno al quale va fatta proseguire l’impermeabilizzazione così da proteggerli dall’acqua...

 

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L'articolo prosegue illustrando i passaggi della corretta posa in opera del sistema di fondazione a secco, ne analizza il comportamento meccanico, descrive le prove effettuate su un sistema completo e  spiega com'è stato ottenuto il Documento per la valutazione europea (EAD) dedicato all’emissione di un ETA (Valutazione tecnica europea) come “fondazione per edifici”.

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