Soluzione innovativa per prevenire il deterioramento delle pareti in legno all'attacco con la fondazione

Costruzioni in legno e problematiche di durabilità all'attacco delle pareti con la fondazione

Progettisti ed operatori dell’edilizia in legno concordano che l’aspetto critico per le costruzioni in legno è legato alle problematiche di durabilità che si possono manifestare in corrispondenza dall’attacco delle pareti lignee alla fondazione. Tale dettaglio costruttivo, se non viene correttamente progettato e realizzato in opera con perizia, può rappresentare un punto di innesco di fenomeni di degrado delle pareti dovuto alla presenza di acqua alla base delle pareti e alla successiva risalita di umidità capillare con conseguente innesco di fenomeni di attacco da funghi.

Tale degrado porta in breve tempo alla perdita della capacità portante delle pareti mettendo a rischio la sicurezza strutturale dell’intero fabbricato. In aggiunta alle problematiche di durabilità, l’attacco alla fondazione della parete risulta molto spesso un nodo critico anche per gli aspetti di posa in opera: la non perfetta planarità e regolarità della fondazione in calcestruzzo comporta soluzioni di posa improvvisate in cantiere (quali ad esempio spessoramenti puntuali delle pareti etc..) che non sono strutturalmente efficaci e contrastano con la logica di prefabbricazione. 

Questo lavoro descrive le principali soluzioni tecnologiche tipicamente utilizzate per l’attacco a terra degli edifici a parete in legno, ne descrive i vantaggi e svantaggi sia con riferimento alle problematiche di durabilità che di posa in opera, riportando i riferimenti nomativi per la corretta progettazione del dettaglio costruttivo. Viene inoltre presentato un sistema tecnologico innovativo di cordolo di base in profilo estruso di alluminio che ingegnerizza il nodo di attacco alla fondazione delle pareti in legno risolvendo le problematiche di posa e livellamento di base delle pareti e assicurando la durabilità nel tempo delle pareti lignee. Infine vengono presentati dei casi studio significativi dell’utilizzo del sistema.

L'utilizzo dei pannelli tipo Cross Laminated Timber (CLT o XLam) oggi: tra vantaggi e svantaggi

Le caratteristiche intrinseche del legno come materiale da costruzione, come ad esempio la leggerezza, la resistenza meccanica e la capacità di isolamento termico, lo rendono a tutti gli effetti un materiale molto competitivo nella realizzazione di strutture di medie dimensioni, anche in paesi dove le condizioni climatiche sono estreme e la suscettibilità sismica importante. Queste proprietà peculiari del legno hanno permesso lo sviluppo e la diffusione di nuove tecnologie costruttive, nell’ottica della riduzione dei costi e del tempo di installazione in cantiere, sfruttando il concetto di prefabbricazione estrema, per superare le principali limitazioni dei sistemi costruttivi lignei tradizionali, come l’altezza degli edifici e la lunghezza delle campate nell’edilizia residenziale.

L’utilizzo di pannelli massicci di legno ingegnerizzati tipo Cross Laminated Timber (CLT o XLam) per solai e pareti si sta dimostrando una strategia molto efficace nella realizzazione di strutture resistenti, robuste e sicure nei confronti delle azioni accidentali, come il fuoco ed il sisma (Ceccotti, 2008; Ceccotti et al., 2013). 

Nonostante queste caratteristiche positive, il comportamento igroscopico del legno e la suscettibilità all’assorbimento dell’umidità rimangono i principali problemi che ne inficiano la durabilità e quindi la sicurezza strutturale d’insieme. Infatti, qualora il contenuto d’umidità interna del materiale ligneo superi il limite critico (pari a circa il 20%) si innescano fenomeni di deterioramento che in poco tempo portano alla completa perdita della capacità portante del sistema. Pertanto, risulta della massima importanza sviluppare dei dettagli costruttivi adeguati per le zone critiche, come ad esempio i tetti piani, i balconi e le camere umide (Ringhofer and Schickhofer, 2014; Silva et al., 2016).
Un altro nodo critico delle costruzioni in legno nei confronti della risalita dell’umidità è la base della parete al piano terra, direttamente a contatto con la fondazione in calcestruzzo (Teibinger and Matzinger, 2013).
Una guaina o impermeabilizzazione insufficiente o dei dettagli costruttivi errati possono portare al degrado del legno, difficile da ripristinare, in particolare quando l’umidità viene assorbita e rimane intrappolata alla base della parete lignea, Fig. 1.

            

Fig. 1. Esempi di danneggiamento di pareti in legno dovuto alla risalita di umidità dalla base. 

Studi e ricerche sulle metodologie di connessione tra pareti in legno e fondazione in calcestruzzo

Esistono in letteratura alcuni studi scientifici, che indagano le metodologie di connessione idonee per collegare le pareti lignee alla fondazione, evitando il danneggiamento dovuto all’assorbimento dell’umidità, alla risalita dell’acqua e agli attacchi fungini (e.g., Ridout, 2000; Teibinger and Matzinger, 2013; Merotto, 2017). Sono state eseguite varie analisi e test numerici per determinare l’interazione tra la fondazione in calcestruzzo la struttura in legno per edifici con struttura a telaio (Ridout, 2000; Tariku et al., 2016; Toyumi et al., 2010) o con struttura CLT (McClung et al., 2014). Ad esempio, Tariku et al. (2016) ha esaminato tre possibili scenari: un caso in cui la struttura risulti a contatto diretto con la fondazione in calcestruzzo e due casi con diverse guaine interposte tra i due materiali. Si conferma necessario l’utilizzo di una guaina tra l’imposta del pannello in legno e la fondazione in calcestruzzo: nel caso senza tale strato di separazione, il contenuto di umidità nella parete rimane elevato (pari a circa il 20%) per tutto il periodo di prova. McClung et al. (2014) hanno testato sedici pannelli CLT di dimensioni 0.6m x 0.6m, costituiti da diverse specie lignee, inizialmente molto umide con contenuto d’acqua nei diversi strati pari o superiore al 30%. E’ stato evidenziato come materiali con bassa permeabilità come ad esempio il polietilene o le barriere al vapore causano un’essicazione più lenta dei pannelli CLT e devono essere utilizzati con qualche cautela; i materiali a bassa permeabilità possono portare degli effetti deleteri dovuti alla riduzione della capacità di essicazione. Inoltre, le linee guida, DIN 68800 (2012) and ÖNORM 2320 (2017), suggeriscono precauzioni particolari per assicurare la durabilità del legno e forniscono i relativi dettagli costruttivi.

I problemi di durabilità sopra esposti possono essere dovuti, o addirittura amplificati, da soluzioni di posa improvvisate in cantiere per compensare le irregolarità o imprecisioni nella realizzazione delle sottostrutture in calcestruzzo. Questa problematica è tipica nell’edilizia prefabbricata in legno in cui le tolleranze e precisioni delle strutture in elevazione prefabbricate non sono compatibili con quelle delle strutture in calcestruzzo realizzate in opera, Fig. 2.

Fig. 2. Schematizzazione dei disallineamenti verticali e orizzontali tra la struttura in elevazione in legno e le strutture di base in calcestruzzo. 

In questo lavoro vengono presentate le tecnologie tradizionali per il collegamento delle pareti lignee alla fondazione, descrivendo alcuni dettagli costruttivi per la corretta conservazione della parete e vengono presentati esempi di isolamento di base non corretto. Inoltre, viene descritto un sistema innovativo che consiste in un profilo di base in alluminio estruso per il fissaggio delle strutture in legno alla fondazione in c.a. e viene discussa la metodologia corretta per la posa nel caso di edifici di nuova costruzione. Vengono presentati i risultati delle campagne d’indagine sperimentali e le simulazioni numeriche condotte per definire la resistenza e le prestazioni di conducibilità termica del sistema. Infine, vengono presentati alcuni casi di studio relativi all’impiego di tale tecnologia in edifici di nuova costruzione.

Tecniche tradizionali per l’attacco alla fondazione di pareti in legno

Il degrado dovuto alla risalita dell’umidità nelle pareti in legno può essere evitato assicurando una distanza sufficiente della base della parete lignea dal livello della fondazione di base. In Fig.3 vengono illustrati dei dettagli costruttivi ordinariamente realizzati dell’attacco a terra.
Il primo modo per ottenere tale rialzo consiste nella realizzazione di un cordolo in calcestruzzo tra la parete lignea e la platea di fondazione, Fig. 3a.
Il secondo metodo consiste nell’utilizzo di un dormiente di base in larice, che possiede caratteristiche di durabilità migliori rispetto ad altre specie lignee utilizzate in edilizia, come ad esempio l’abete rosso. E’ da notare tuttavia che, nonostante l’utilizzo di specie più durevoli ed accorgimenti tecnici di montaggio per impedire la risalita dell’umidità, come ad esempio prevedere la posa del dormiente con fibre parallele al piano di fondazione, anche tale trave di base non deve essere a contatto diretto con la fondazione. Pertanto, anche qualora questo secondo metodo venga scelto in fase di progettazione, vale la pena tenere in considerazione la possibilità di realizzare al di sotto un cordolo in calcestruzzo, Fig. 3b. Queste tecniche non sono sufficienti per prevenire i problemi legati alla durabilità se non si realizza al contempo un sistema di impermeabilizzazione idoneo. La Fig. 3 mostra alcuni esempi di impermeabilizzazione corretta (Fig. 3 a,b) ed un ultimo di impermeabilizzazione non corretta (Fig. 3c). Quando è presente una fonte di umidità nella struttura, il sistema di impermeabilizzazione deve essere previsto in modo da permettere la corretta essicazione del legno.

Queste tecnologie tradizionali possono rappresentare una buona strategia per prevenire il danneggiamento del legno. Tuttavia, è necessario sempre fare i conti con le problematiche legate al montaggio in cantiere, che possono inficiarne la buona riuscita. Il cordolo in calcestruzzo gettato in opera, infatti, viene spesso realizzato con tolleranze geometriche eccessive rispetto alla precisione delle pareti in legno e quindi si possono manifestare delle discrepanze tra la superficie del cordolo in c.a. e la base della parete. Conseguentemente, non è raro incontrare difficoltà nel tracciamento delle pareti (Fig. 4) che deve essere risolto con rettifiche delle superfici o riempimento dei vuoti. Il dormiente in larice può rappresentare una strategia per superare tale problema, ma la compressione perpendicolare alle fibre limita molto la capacità portante specialmente in strutture con sviluppo verticale medio o elevato.   

Fig. 3. (a,b) Impermeabilizzazione corretta secondo ÖNORM 2320 (2017); (c) esempi di impermeabilizzazione non corretta

Fig. 4. (a) Esempi di problematiche legate all’imprecisione tra le pareti XLam e cordolo in c.a. e il conseguente gap presente tra i due elementi (si veda Scotta et al., 2017); (b)(c) Esempi di errato allineamento orizzontale tra le pareti XLam e cordolo in c.a. e di impermeabilizzazione non corretta

Descrizione di un sistema innovativo di base per pareti in legno mediante un profilo in alluminio estruso

Per risolvere le problematiche appena illustrate è stato recentemente sviluppato un sistema di attacco della parete in legno alla fondazione innovativo, che consiste in un profilo in alluminio estruso, in lega AW 6060-T5, in accordo a quanto previsto da EN 755-2 (2016), concepito per impedire la risalita dell’umidità dalla fondazione negli elementi lignei della struttura e risolvere le principali problematiche di posa delle pareti (Patent n. EP2920376). La sezione trasversale è stata progettata per resistere ai carichi verticali e orizzontali (longitudinali e trasversali) che tipicamente agiscono su edifici multipiano in legno in condizioni statiche e sismiche. Il sistema è stato progettato in due differenti configurazioni e può essere utilizzato per tutte le tecnologie in legno, CLT, platform-frame o blockhaus, con differenti spessori di parete, Fig. 5. Le due configurazioni si differenziano per l’altezza di rialzo della parete dalla fondazione e per la tipologia di fissaggio della parete al profilo.

Fig. 5. Differenti tipologie di cordolo di rialzo delle pareti in legno.

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