La cura del dettaglio nell’impiego del legno strutturale: dalla durata del materiale alla durabilità progettata

La valutazione delle prestazioni antisismiche ed energetiche di una costruzione a struttura portante di legno è un argomento forse più noto rispetto allo studio dei principi che regolano la corretta progettazione ed esecuzione dei nodi critici, sia in termini di durabilità che di manutenibilità: al dimensionamento dei giunti si associa la protezione attiva e passiva degli stessi, al fine di preservare il legno dagli agenti biotici e abiotici, nel rispetto della vita nominale attesa da normativa per l’intera struttura.

L’articolo si pone come obiettivo quello di affrontare trasversalmente il tema della durabilità nell’impiego del legno, partendo dall’attualità caratterizzata da nuove costruzioni a struttura interamente in legno o ibride, passando attraverso gli interventi di retrofit di edifici esistenti e andando a ritroso fino all’analisi dell’impiego del legno nell’antichità all’interno di costruzioni a matrice muraria.

La costruzione di legno nell’era moderna

Quale approccio progettuale adottare per l’architettura in legno, ai fini di una sua integrazione con il contesto?

Con l’avvento del  cemento armato, che sale alla ribalta grazie all’ottimo comportamento al fuoco, alla “durata indefinita” e alla flessibilità e universalità di impiego, si rafforza il progressivo allontanamento dalle scuole di ingegneria e architettura dello studio e della ricerca sulle tecniche delle costruzioni in legno.

Secondo un recente approfondimento del prof. Arch. Davide Maria Giachino del Politecnico di Torino, davvero pochi sono gli atenei italiani dove si insegna la materia. Manca una capillare diffusione della cultura del legno, in ambito accademico come nelle scuole di specializzazione e avviamento professionale. Adottare un approccio progettuale estraneo ai principi che regolano la conservazione nel tempo degli elementi lignei significa non comprendere e valorizzare i pregi del materiale, così come non analizzare in maniera adeguata le criticità legate agli attacchi biotici e abiotici che il legno inevitabilmente subisce, essendo di matrice organica.

Nell’applicare la tecnologia non sempre si tiene conto degli aspetti sopra elencati. Ad esempio, nell’architettura mediterranea si ricorre frequentemente a elementi architettonici come terrazzi piani e balconi a loggia che, per essere realizzati con il legno, necessitano di particolare attenzione e cura nella progettazione e costruzione. A queste latitudini è necessario schermarsi più dal caldo che dal freddo, con conseguente maggior attenzione all’inerzia dell’involucro e ad una ventilazione naturale più che meccanica, a causa di una tendenza ad aprire con più frequenza le superfici finestrate da parte degli abitanti di un immobile. Riportare nelle scuole di architettura, di ingegneria, negli istituti tecnici professionali la cultura del legno, significa predisporre tutti gli operatori del settore edile ad una più ampia conoscenza e una nuova consapevolezza nell’impiego della tecnologia.

Significa allenare la mente a fornire risposte tecniche migliori rispetto a quelle attuali. Il maggior costo della tecnologia di fatto è ascrivibile alla carenza di professionisti, manodopera e aziende specializzati nel settore su base nazionale.

Una matura diffusione della tecnologia potrà portare in tempi brevi ad un livellamento dei prezzi per l’edilizia in legno rispetto alle altre tecniche costruttive, a parità di prestazioni dell’involucro, indipendentemente dalla dotazione impiantistica. La nascita di concorsi di progettazione che premiano nuove idee compositive relative all’impiego e valorizzazione del materiale da costruzione naturale è la cartina al tornasole di questa esigenza di sperimentare e diffondere corretti principi applicativi.

A tal proposito si segnala il Wood Architecture Prize 2024 , giunto alla seconda edizione, il cui vincitore verrà proclamato a Klimahouse presso la fiera di Bolzano, il 1° febbraio 2024.

Iniziative quali la Settimana del Legno 2023 presso l’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”, giunta alla terza edizione, e svoltasi dal 28 marzo al 1° aprile 2023, hanno infine lo scopo di fare network tra mondo accademico, professionale e imprenditoriale, con particolare riferimento alla filiera forestale e produttiva, al fine di creare sinergie positive che contribuiscano a definire dei metodi più ortodossi e sostenibili per costruire con il legno .

Solo così si potrà tendere a un international style del legno, adatto sia ai climi rigidi dell’Europa del nord e centrale, che a quelli più miti del sud Europa e del bacino del mediterraneo in particolare.

La nascita di nuove tecnologie viene spesso veicolata mediante soluzioni standard e da catalogo, soprattutto se si basano sulla prefabbricazione e sistemi di posa a secco. Per il legno ingegnerizzato si è assistito negli ultimi decenni alla diffusione sempre da catalogo di soluzioni abitative standard ma personalizzabili su richiesta.

Questo ha consentito di fatto un trasferimento tecnologico dalle aziende principali a tutto il comparto dell’edilizia, relativamente alle regole del buon costruire, in assenza di una normativa specifica di settore che lentamente si è sostanziata nei documenti di riferimento attuali: D.M. 17/01/2018, CNR DT 206-R1/2018, oltre agli eurocodici UNI EN 1995, 1998. L’evoluzione dei processi digitali ha portato la tecnologia del legno a una adattabilità sartoriale dei sistemi costruttivi al progetto di architettura , anche alla piccola scala e con costi via via più contenuti, rendendola molto più flessibile rispetto alla prefabbricazione degli anni ’70.

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Aspetti costruttivi

Una costruzione in legno di nuova generazione può di fatto essere ricondotta ad una delle seguenti tipologie: post and beam (o telaio pesante), timber frame, a  pannelli CLT (XLAM)  e strutture isostatiche, facilmente riconducibili a quelle contenute all’interno dell’elenco in tabella 7.3.II del §7.3.1 del D.M. 17/01/2018 “Aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni”.

Per ognuna di queste tipologie si richiede un livello di progettazione e attenzione al dettaglio maggiore rispetto ad altre tecnologie costruttive. L’esigenza di approfondire e risolvere il dettaglio costruttivo in forma compiuta già in sede progettuale è tipica dell’approccio “parametrico” che questo modo di costruire ebbe fin dalla sua nascita e diffusione. Tra le prime realizzazioni di edifici in legno efficienti dal punto di vista energetico e in timber frame si segnalano quelle della Haas Fertigbau, che cominciò la commercializzazione a partire dal 1977.

Tutto deve essere risolto in sede progettuale in quanto il legno, spesso racchiuso in stratigrafie di cui costituisce l’anima centrale, non è più ispezionabile con semplici operazioni di manutenzione ordinaria durante la vita utile di una costruzione, a meno che non si progettino i nodi critici per essere facilmente ispezionabili o che non si prevedano sistemi di monitoraggio integrati.

La precisione delle lavorazioni a controllo numerico (CNC) e la calibrazione delle tolleranze di posa nei nodi costruttivi, anche per edifici ordinari a destinazione d’uso residenziale, è sinonimo di tenuta strutturale, all’aria e all’acqua. Una costruzione ben pensata e ben progettata sfida il passare del tempo e porta a costi di gestione e manutenzione ordinaria e straordinaria paragonabili, se non inferiori, a quelli dell’edilizia convenzionale. Questa impostazione progettuale è una costante nel tempo: opere pensate per durare sono sempre ben studiate, e il grado di precisione del dettaglio raggiunge i massimi livelli.

Basti pensare all’opus quadratum e all’opus reticulatum di epoca romana, così minuziosamente realizzati al fine di durare per secoli, anche se spesso il risultato finale veniva nascosto alla vista perché intonacato. È ormai pratica consolidata porre il dettaglio costruttivo al centro del processo architettonico che genera l’edificio, in un periodo storico in cui alcune scuole di architettura e di ingegneria non sono purtroppo sufficientemente aggiornate rispetto alla conoscenza e applicazione della tecnologia.

Dissipazione dell’energia sismica ed evoluzione dell’approccio normativo

Non è corretto affermare che le costruzioni in legno sono tutte antisismiche; è invece corretto associare il comportamento antisismico alla scelta accurata dei  sistemi di connessione , al rapporto di forma e alla massa complessiva dell’edificio. Elementi strutturali lineari in legno possiedono una efficienza strutturale elevata, poiché associano una elevata resistenza ad una massa ridotta. Per tale motivo si può parlare di costruzione leggera e antisismica, al netto delle opere di completamento che di solito non differiscono rispetto a quelle usate in abbinamento ad altre tecnologie. Esistono costruzioni a struttura portante in legno di forma irregolare e svantaggiosa ai fini della risposta sismica, magari con connessioni sovrabbondanti che non riescono a plasticizzarsi opportunamente al fine di dissipare adeguatamente l’energia sismica.

Applicando pedissequamente e in modo prescrittivo le norme cogenti (antisismiche ed energetiche), una nuova costruzione in legno possiede masse strutturali relativamente basse e forme compatte, anche per aspetti legati al rispetto dei principi NZEB, obbligatori per le nuove costruzioni ma anche per le ristrutturazioni importanti di primo livello.

Quello che fa la differenza, per evitare di vedere progettate tutte architetture di forme eccessivamente rigide, semplici e poco articolate, è sviluppare la parte “prestazionale” delle Norme, quella che sia in ambito strutturale che energetico consente al progettista di “andare oltre” e concretizzare nell’esperienza progettuale e di cantiere delle forme nuove e delle soluzioni anche non ordinarie. In ambito strutturale, nel caso dei nodi principali (ovvero quelli che conferiscono comportamento scatolare alla costruzione), la normativa prevede l’applicazione di un fattore di sovraresistenza, in maniera tale che le parti fragili del sistema, come gli elementi lignei, permangano in fase elastica durante tutto l’evento sismico e si non vada incontro a rotture di tipo fragile sia a livello locale che globale.

Come già accennato, le tipologie strutturali più diffuse nell’edilizia corrente (con particolare riferimento a quella residenziale) prevedono quasi sempre l’incapsulamento delle membrature lignee portanti all’interno di “pacchetti parete” e “pacchetti copertura”, difficilmente ispezionabili in sede di manutenzione ordinaria. In questo contesto il particolare costruttivo assume carattere primario se si considera che un nodo ben pensato e ben eseguito, anche se nascosto, può mantenere stabili nel tempo le sue prestazioni meccaniche. Se la tecnologia viene diffusa in maniera indiscriminata e superficiale, promuovendo impieghi del legno strutturale potenzialmente possibili ma di fatto azzardati e spesso non corretti in termini di controllo nel tempo del tenore di umidità relativa e temperature, si corre il rischio di favorire lo sviluppo di fenomeni di degrado durante la vita delle opere.

Ad esempio, le pareti lignee al piano interrato sono tecnicamente possibili, grazie all’impiego di una intercapedine con muri di contenimento in cemento armato, ma espongono il legno a potenziali rischi di degrado in caso di assenza di adeguate protezioni passive e attive del legno, o a causa della difficoltà nel controllo dei parametri che regolano l’attivazione di fenomeni di degrado biologico.

In passato, la emissione di norme decisamente prescrittive e vincolanti come quelle contenute nel D.M. 16/01/1996, ha portato il cemento armato a prevalere anche come tecnologia di consolidamento nei cantieri di ricostruzione post sismica. Nell’art. C9.8.2 era prescritta la sostituzione di solai esistenti in edifici di muratura con solai latero-cementizi, limitando la possibilità di impiego di  solai lignei solo “ove sia richiesto da particolari esigenze architettoniche”.

Progettare e realizzare edifici in legno, oppure consolidare attraverso l’uso del legno di edifici esistenti di altra tecnologia, richiede dedizione, analisi critica del progetto e del processo costruttivo fin dalla modellazione preliminare; richiede integrazione delle competenze, che scendono di scala fino alla conoscenza delle proprietà fisico meccaniche del materiale naturale.

Non ci si può e non ci si deve improvvisare, poiché i danni che ne possono conseguire potrebbero essere maggiori rispetto a quanto osservato ad esempio durante la fase pionieristica del cemento armato, a causa della natura organica del legno. Per quanto riguarda il retrofit antisismico del patrimonio edilizio esistente, la maggior attenzione posta al comportamento delle strutture su cui si interviene, anche a seguito dell’osservazione dei danni da sisma, ha reso preferibile l’impiego di diaframmi leggeri per l’irrigidimento e consolidamento dei solai, oltre a favorire la tendenza a mantenere i solai lignei ove presenti, come ben rappresentato nella Circolare esplicativa n. 7/2019:

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L'articolo si focalizza sull'uso di sistemi di monitoraggio avanzati per garantire la sicurezza strutturale. Si basa su un caso studio specifico: l'adeguamento sismico di un edificio residenziale degli anni '60 tramite l'isolamento alla base e l'implementazione di un sistema di monitoraggio strutturale.

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Nel pdf sono presenti:

• Il legno tra constatazione empirica della durata a progettazione della durabilità
• L’importanza del particolare costruttivo nell’era del BIM, DfMA e CNC
• Analisi dei nodi critici: alcune proposte di dettaglio