I principi di progetto delle strutture in legno e qualche suggerimento sui dettagli costruttivi

Il buon progetto di un edificio in legno si basa su tre aspetti principali:

• Resistenza al sisma
• Resistenza al fuoco
• Protezione dall’acqua e durabilità

Questi tre principi vanno tenuti in considerazione in ogni fase del progetto di una struttura in legno, dall’architettonico, allo strutturale ed esecutivo, all’esecuzione vera e propria in cantiere.

Resistenza al sisma

Grazie alle innovazioni introdotte con le NTC 2018, il quadro normativo italiano sulla resistenza al sisma delle strutture in legno è tra i più avanzati d’Europa, complice la forte sismicità del nostro territorio.

La struttura in legno si presta particolarmente per quanto riguarda la resistenza in condizioni sismiche, principalmente per due fattori:

• le strutture in legno sono più leggere di altre tecnologie costruttive e quindi la forza sismica, che è una forza proporzionale alla massa (per il principio della dinamica secondo cui forza uguale massa per accelerazione), è ridotta. Semplificando molto, a masse piccole corrispondono delle forze piccole, quindi più gestibili.

• la struttura in legno ha una certa duttilità, quindi capacità di assorbire grossi spostamenti senza crollare.

Le moderne strutture in legno sono concepite come l’equilibrio tra l’elasticità degli elementi strutturali lignei e la duttilità degli ancoraggi metallici.

Il principio della gerarchia delle resistenze è tanto più importante in una struttura in legno, data la convivenza in essa di una fondazione solitamente in cemento armato e strutture in elevazione molto più leggere.

L’attacco a terra è il fulcro del progetto strutturale ed esecutivo e determina il punto di partenza per lo sviluppo dell’intero calcolo strutturale.

Come approfondito a seguire, ricordo che il legno non va mai collocato alla quota del terreno, ma sempre sopraelevato di almeno 20 cm per proteggerlo dal contatto con l’acqua. Ecco che il collegamento tra fondazione e struttura in elevazione, e il sistema complessivo dell’attacco a terra, sono un vero esercizio di progettazione esecutiva che può variare molto da caso a caso, e che unisce progettazione strutturale per la resistenza al sisma, progettazione energetica e impermeabilizzazione.

Il fattore di forma, infine, guida non solo il progetto strutturale, ma soprattutto il progetto architettonico dell’edificio.

Progettare edifici con un fattore di forma compatto è una scelta che facilita sia il concetto statico della costruzione, sia l’economicità dei costi di esecuzione, e va tenuto a mente sin dalla fase iniziale del design. Le forze devono contrastarsi ed essere in equilibrio quando avviene un sisma.

Riporto un accenno alle strutture in legno a telaio, costituite cioè da uno scheletro portante di elementi sottili e diffusi, tamponato con materiale coibente. In tale situazione il progetto strutturale prevede obbligatoriamente un controvento che si può realizzare in varie modalità.

Il controvento non va concepito come un mero dettaglio strutturale, ma anch’esso, così come l’attacco a terra, è una vera palestra di progettazione esecutiva, per esempio attraverso lo studio dei passaggi impiantistici (pochi), delle finiture interne ed esterne ecc.

L’edificio in legno non è mai solo una scelta strutturale (legno piuttosto che acciaio o cemento), ma è un modo diverso di concepire l’edificio nella sua globalità.

Nell’edificio con struttura in legno convivono la fondazione in cemento armato e le strutture in elevazione in legno, grazie alle connessioni metalliche. Esempio di piastre di connessione tra cordolo in c.a. e pannello prefabbricato in legno per forze di taglio e trazione.

Resistenza al fuoco

La resistenza al fuoco di una struttura in legno (R.E.I.) comprende:

• R: resistenza della capacità portante della struttura;
• E: resistenza alla propagazione di fiamme, fumi e gas;
• I: isolamento termico.

Il legno è forse il materiale combustibile per eccellenza nel nostro immaginario. La resistenza al fuoco va progettata e calcolata.

Il principio che guida è la velocità di combustione del legno: pari a circa 0,6 mm/minuto.

Ciò significa, con un rapido calcolo, che per progettare una sezione strutturale con REI 30 (30 minuti), dovremo sovradimensionare la sezione portante di circa 2 cm per ogni lato esposto.

In alternativa si valuteranno i sistemi di rivestimento delle strutture con idonei materiali ignifughi o con determinate capacità di resistenza, ad esempio lastre in gesso fibra o calcestruzzo aerato autoclavato.

La combinazione delle strutture in legno con gli ancoraggi metallici è un ulteriore elemento che va valutato in fase di progetto della resistenza al fuoco.

Naturalmente, tutti gli elementi metallici non vanno lasciati esposti (in genere sono REI 15), ma sempre protetti da idonee stratigrafie, oppure realizzati con sistemi a scomparsa all’interno delle strutture.

Occhio alla canna fumaria
Infine, vale sempre la pena ricordare che l’elemento responsabile del maggior numero di incendi negli edifici in legno è la canna fumaria. Il dettaglio esecutivo del passaggio in copertura della canna fumaria è un requisito obbligatorio per un buon progetto. Anche nel caso in cui si scelgano passaggi camino G0, cioè che possono stare a diretto contatto con il legno, consiglio di prevedere un sovradimensionamento del foro, per eventuali aggiustamenti che si rendessero necessari in cantiere.

Ancora una volta è chiaro come il requisito della resistenza al fuoco di una struttura in legno sia un fattore di forma che guida il progettista fin dalla fase del progetto architettonico preliminare.

Protezione dall’acqua e durabilità

Il legno è un materiale di origine biologica, soggetto all’attacco di funghi e muffe in determinate condizioni di umidità e temperatura. Per questo, nel progetto della struttura in legno, non dobbiamo mai dimenticare il requisito della durabilità, legato principalmente alla protezione dal contatto prolungato con acqua.

Il legno a contatto prolungato con acqua è soggetto a marcescenza, e quindi alla perdita della sua capacità portante.

Come mi piace ripetere, il maggior nemico di un edificio in legno, al contrario di quanto si pensi nell’immaginario comune, non è il fuoco, bensì l’acqua.

Il progetto della durabilità si muove in due direzioni:

• impedire l’innesco del degrado da un lato,

• e ridurne gli effetti dall’altro.

I cardini del progetto della durabilità del legno sono il dettaglio dell’attacco a terra e il nodo della copertura.

Per quanto riguarda l’attacco a terra, un buon principio è quello di mantenere l’elemento in legno sempre al di sopra della quota di campagna per almeno 20 cm (vedi norma DIN n. 68800).

Anche l’impermeabilizzazione e l’isolamento termico del piede della muratura vanno definiti in modo da evitare in ogni caso che si crei un tamponamento impermeabile davanti alla struttura in legno: in caso di infiltrazione di acqua o creazione di condensa interstiziale, l’acqua deve sempre poter uscire verso l’esterno e non rimanere intrappolata a contatto con il legno, cosa che ne provocherebbe la marcescenza. Tale principio è fondamentale tanto per l’attacco a terra, quanto per la progettazione dell’innesto di elementi lignei (travi) su supporti murari di altri materiali.

Per quanto riguarda la copertura dell’edificio in legno, il principio da seguire è quello di favorire sempre l’allontanamento per forza di gravità dell’acqua meteorica.

Il caso classico è quello della progettazione della testa dei travetti di gronda. Un angolo di taglio ottimale è pari a 60 ° (vedi norma DIN n. 68800) in modo da favorire lo scivolamento dell’acqua in verticale, e non lungo l’elemento ligneo.

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