Carpenteria Legno

Alle origini degli atti tecnici l’utilizzo del legno ha delineato le prime forme di giunzioni sfruttando ciò che la natura offriva. Un tronco terminante a forcella, fibre vegetali, legacci in cuoio e pioli in legno duro infissi in altro legno rappresentano i primi tentativi di unire gli elementi lignei. Le strutture lignee delle dimore egizie (XIV sec.a.C ) erano unite da legacci in cuoio, attraverso fori in grado di accettare le dilatazioni derivate dal vento e dal cedimento del terreno sabbioso. In Europa, durante il periodo convenzionalmente definito Neolitico, l’uso del legno era diffuso per la naturale presenza di abbondante forestazione. Inizialmente si trattava di dimore formate da pali infissi nel terreno e connessioni, per le travi inclinate, formate da legacci. Dalla tarda Età del Bronzo, grazie alla possibilità di disporre di più efficienti utensili, si diffuse la struttura a tronchi d’albero incastrati agli estremi.

Naturalmente con la cosidetta Età del Ferro specializzandosi gli utensili, variano anche i sistemi di incastro del legno. In Inghilterra, da cui sono pervenuti importanti ritrovamenti archeologici, si registra, in questo periodo, l’utilizzo del legno di ontano, di quercia e di betulla, la lavorazione in pali, travi squadrate e tavolati, con sistemi di incastro a “tenone e mortasa”.

Schema del sistema di collegamento a “tenone e mortasa”, tipico delle costruzioni in legno.

In epoca romana le soluzioni di giunzione del legno appaiono sia per incastri sia per sovrapposizione con pioli, soprattutto a partire dal IV secolo d.C. quando inizia la diffusione delle capriate lignee.

Fra Medioevo e Rinascimento le unioni legno con legno lasciano sempre più posto a quelle con l’intromissione di chiodi e fasce metalliche, relegando le giunzioni legno-legno alle tecniche costruttive delle regioni rurali. Nelle regioni alpine e centro-europee continua lo sviluppo della costruzione interamente in legno (blockbau) e quella a telaio (fachwerk) con tamponamenti misti delle maglie e incastri legno-legno.

- Austria, sistema costruttivo Blockbau. Lucerna, Svizzera, sistema di incastro con pioli in legno

- Manualistica dell’Ottocento: pioli in legno e sistemi di incastro.

- Giunzioni legno-legno con pioli in legno duro.

In Italia le suggestive costruzioni rurali si sono diffuse principalmente nel territorio alpino e prevalentemente nelle valli dell’ Alto Adige e in Carnia. La forma costruttiva più remota presente in queste valli era il ( Blockbau ) fondata sulla sovrapposizione di tronchi incastrati. Successivamente il sistema si perfezionò ulteriormente nella sua forma, impiegando tronchi preventivamente squadrati e intagliati agli esterni per realizzare i raffinati incastri angolari.La struttura Blockbau però era funzionalmente bloccata,vincolata nelle dimensioni,irrigidita nei caratteri distributtivi organici.Il passo successivo fu quindi l’ impiego del sistema a telaio (Fackwerk) che permetteva una maggiore articolazione distributiva per la sua natura di struttura intelaiata e controventata. Se il sistema (Blockbau rappresenta la struttura originaria, il sistema a telaio la soluzione evolutiva.

- Sistema costruttivo Blockbau nelle sue tre varianti cronologiche

- Sistema costruttivo “a ritti e panconi”.

- Sistema costruttivo “a telaio”.

Il legno è oggi uno dei materiali da costruzione più richiesti. Crea un’atmosfera calda ed accogliente e soddisfa, inoltre, una delle esigenze più importanti dei nostri tempi: la voglia di una migliore qualità di vita e di un modo di vivere più naturale. Il crescente rispetto dell’ambiente ha contribuito notevolmente al fatto che il legno quale materiale edilizio naturale è nuovamente molto richiesto nell’ambito privato, nell’architettura industriale e per istituzioni pubbliche. Il legno è un materiale organico e possiede quindi particolari proprietà strutturali. Il legno vive ed ha un suo proprio carattere, perciò deve essere scelto, lavorato e trattato a regola d’arte.

Dal punto di vista storico il legno lamellare nasce col fine di superare i limiti dimensionali del tondame dal quale si ricavano le travature. Da un solo fusto è infatti impossibile ottenere elementi di sezione e lunghezza necessarie a consentire la copertura di luci libere di 20-30 metri. Inoltre il portamento tipico dei fusti non consente di ottenere travi curve, o della curvatura voluta, di sezione sufficiente. Nel 1905, con lo sviluppo dei collanti, si iniziò ad applicare la tecnica che ha portato alle attuali strutture in legno lamellare incollato. In Italia, l’introduzione del legno lamellare come sistema costruttivo alternativo è storia recente e ha avuto inizio nella regione alpina che per tradizione storica possiede una solida cultura del legno, in Alto Adige. E’ soprattutto in Val Pusteria, intorno al 1960, che il lamellare, importato dalla vicina Austria, fa la sua prima comparsa. Viene utilizzato soprattutto nella ricostruzione dei fienili dove è impiegato per sostituire le grandi travi di colmo, introvabili, sul mercato, in legno massello.

Questa moderna tecnologia di utilizzo del legno, consiste nella divisione del tronco in tavole, essicate ed assortite in qualità, giuntate di testa a formare le “lamelle” calibrate in spessore (di norma intorno ai 33 mm). Infine, disposte a pacchi e tra loro incollate a formare le travi, elementi strutturali compositi di dimensioni, sezione e caratteristiche geometriche svincolate dalla geometria iniziale del tronco. Le caratteristiche di resistenza meccanica sono superiori a quelle del legno massiccio da cui provengono, grazie alla scelta delle tavole ed alle eliminazioni di tutti quei difetti non compatibili con l’uso strutturale, nonché all’uso di collanti sintetici ad elevata resistenza, sia meccanica che nel tempo. Affinché si possa parlare di travi in legno lamellare, si deve essere in presenza di più di due tavole incollate tra loro, lo spessore delle lamelle di regola non dovrebbe superare i 40 mm e la larghezza i 220 mm. Nel caso che la larghezza superi tale misura si dovrà procedere ad utilizzare tavole tra loro accostate (procedimento che tuttavia non può essere agevolmente utilizzato nei moderni cicli produttivi automatizzati) oppure snervate tramite fresature longitudinali. La lunghezza degli elementi costruttivi non è limitata, se non da problemi di produzione

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1) LEGGERO 2) RESISTENTE 3) ECONOMICO 4) AFFIDABILE 5) INNOVATIVO 6) DI ASPETTO GRADEVOLE 7) CURVABILE 8) DI FACILE LAVORABILITÀ 9) BIODEGRADABILE E RICICLABILE

Leggero: perché il suo peso specifico è inferiore ai 500 chilogrammi al metro cubo, contro, ad esempio, i 2.000-2.500 del cemento armato e i 7.800 dell’acciaio.

Resistente: perché l’efficienza di prestazione del legno lamellare ai fini strutturali ha qualità simili a quelle dell’acciaio.

Economico: perché il suo ciclo di produzione ottimizza l’uso di una risorsa naturale di per sé povera, offrendo elementi altrimenti non utilizzabili in natura e limitati solo dalle dimensioni di trasporto.

Affidabile: perché l’intero processo produttivo segue una prassi normata e continuamente monitorata. Il risultato finale è un prodotto dalle prestazioni definite e certificate.

Innovativo: perché le tecniche di progettazione, lavorazione, assemblaggio e giunzione sono in continua evoluzione e offrono sempre nuove possibilità sia in termini di fattibilità che di contenimento dei costi. Di aspetto gradevole: perché il materiale viene selezionato anche sotto l’aspetto estetico per essere presentato, in tutta la sua naturalezza, compatto e privo di difetti. Curvabile: infatti, durante l’incollaggio le lamelle possono essere curvate con un raggio di curvatura minimo della trave che deve essere pari ad almeno 200 volte lo spessore della lamella stessa. Di facile lavorabilità: perché tanto in stabilimento quanto in cantiere, può essere agevolmente forato, tagliato, fresato e piallato. Biodegradabile e riciclabile: nel ciclo completo di vita di una costruzione, lo smaltimento di una struttura in legno costituisce un onere minore rispetto ad altre tecnologie costruttive, se non addirittura una risorsa, laddove è possibile riutilizzarlo o riciclarlo in altre forme.

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SCELTA DEL LEGNAME DIMENSIONI DEL MATERIALE ESSICCAZIONE CONTROLLO QUALITÀ TAVOLE GIUNTURA DI TESTA PIALLATURA E CALIBRATURA DELLE TAVOLE INCOLLAGGIO DELLE LAMELLE PRESSATURA DEGLI ELEMENTI PIALLATURA DELLE TRAVI FINITURA E IMPREGNAZIONE

- Scelta

del legname

Le caratteristiche tecniche del prodotto finito dipendono dal materiale di base. E’ ovvio che per ottenere risultati attendibili, occorre partire da una materia prima avente caratteristiche il più omogenee e uniformi possibile. Qualsiasi tipo di legname può essere potenzialmente utilizzato per tale tecnologia, anche se scelte tecnico-economiche indirizzano, di fatto, l’industria produttrice all’uso di legnami facilmente reperibili, incollabili e meno costosi, compatibilmente ai requisiti richiesti. In Europa si utilizza quindi quasi esclusivamente l’abete rosso, per lavorazioni speciali talvolta il pino silvestre, il larice e il rovere. Le essenze legnose vengono suddivise, per il legno lamellare, in due categorie o classi, che ne individuano la qualità e le caratteristiche fisicomeccaniche e che condizionano i valori delle corrispondenti tensioni massime ammissibili.

Tali classi o categorie sono I Categoria: legno scelto senza traccia di putredine o danni di insetti, inclinazione massima della direzione delle fibre rispetto alla direzione della tavola non superiore al 10%, nodi sani, non raggruppati, con diametro massimo pari a 30 mm e spessore medio annuo di crescita del tronco non superiore a 3 mm.

II Categoria: legno scelto con criteri meno rigidi, tuttavia senza traccia di putredine o danni di insetti, ma con tolleranze maggiori di diametro dei nodi (fino a 40 mm), inclinazione di fibre (fino al 12%), e spessore medio annuo di crescita del tronco non superiore a 4 mm.

- Dimensioni

del materiale

La normativa in vigore mentre non fissa la lunghezza minima delle assi, ne limita invece lo spessore e la sezione trasversale e precisamente: a) l’area della sezione trasversale massima non deve superare 60 cm2 (per legni di conifera), 50 cm2 (per legni di latifoglia); b) la massima larghezza consentita è pari a 25 cm per la singola lamella con uno spessore non superiore a 30 mm, anche se può essere aumentato fino a 40 mm in elementi costruttivi diritti, i quali non siano esposti a variazioni climatiche rilevanti. Nella pratica costruttiva le lamelle hanno uno spessore finito intorno ai 33 mm e una larghezza pari a quella della sezione trasversale dell’elemento strutturale, normalmente variabile fra 10 e 22 cm, Nelle travi curve, per limitare le tensioni di curvatura che possono nascere in direzione sia parallela sia normale alle fibre, il raggio di curvatura degli elementi strutturali in lamellare deve essere pari almeno a 200 volte lo spessore delle singole lamelle.

- Essiccazione

L’essicazione è l’operazione tesa a ottenere quel grado di umidità del legno compatibile col tipo di colla e, soprattutto, confacente alla destinazione delle strutture. Generalmente essa deve essere compresa fra il 7 e il 16%. Gli impianti per la produzione del lamellare dispongono di essiccatoi. Il legname è messo nelle celle di essiccazione e portato al grado di umidità necessario alla lavorazione ed alla resistenza richiesta. Dopo l’essicazione, poiché il tasso di umidità non è regolare all’interno di una stessa lamella, essendo più basso in periferia che al centro, le lamelle vengono lasciate riposare per due, tre giorni all’interno dello stabilimento prima di essere portate alla linea di lavorazione.

Controllo della qualità delle tavole Prima dell’ unione le tavole subiscono un controllo dell’umidità e dei difetti più o meno automatizzato a seconda dell’azienda, il quale porta all’eliminazione dei difetti più gravi e delle eventuali sacche di umidità. La verifica dell’umidità (Fig. 1) avviene sulle lamelle prima della loro intestazione per mezzo di test selezionatore tipo passa-non passa. Se l’umidità rilevata nelle lamelle è compresa fra i limiti prefissati, un segnale verde consente il proseguimento delle operazioni, altrimenti il segnale rosso lo arresta fino alla rimozione del pezzo fuori controllo. Le condizioni ambientali, invece, sono costantemente registrate su apposite carte che segnalano eventuali anomalie, evidenziando i valori che superano i limiti inferiori e superiori delle bande di controllo. Queste verifiche interessano tutto il reparto dove si svolgono le lavorazioni, che si succedono a cascata, dal deposito delle lamelle, alla loro intestazione, piallatura, incollaggio, sovrapposizione e pressaggio.

Fig. 1

Contemporaneamente al controllo dell’umidità delle lamelle, viene effettuato quello visivo degli eventuali difetti del legno (Fig. 2), come per esempio l’eccessivo numero di nodi, imbarcamenti, inclinazione delle fibre, cipollature, ecc. e vengono tagliate le estremità delle assi, eliminando screpolature e fessurazioni di testa. Questa fase deve essere affidata a maestranze qualificate e responsabili.

Fig. 2

Incastro di testa Per realizzare elementi strutturali di lunghezza maggiore della singola tavola o asse sono necessari giunzioni di testa. Di solito le giunzioni trasversali correnti fra le varie lamelle vengono effettuate con giunti detti a pettine o a dita (Fig. 3), e vengono opportunamente sfalsate al fine di non indebolire una stessa sezione trasversale o una zona dell’elemento strutturale.

Fig. 3

Successivamente alla fresatura si ha l’incollaggio di testa delle tavole (Fig. 4), effettuato da apposite macchine che applicano forze di compressione variabili in relazione alla lunghezza dei denti dei giunti.

(Fig. 4),

- Piallatura e calibratura delle tavole Le tavole così composte vengono piallate, in modo da offrire superfici piane in vista dell’incollaggio delle facce delle tavole per la successiva formazione della trave. Questo tipo di operazione, unitamente alla calibratura attraverso la quale si ottengono tavole di spessore costante, evita l’instaurarsi di tensioni che possono dare luogo alla formazione di cretti durante la pressatura. Inoltre la piallatura consente di ottenere superfici lisce, requisito molto importante in fase di incollaggio. - Incollaggio delle lamelle Le colle e le operazioni di incollaggio costituiscono una fra le operazioni più importanti e delicate dal punto di vista operativo e tecnologico. Gli incollanti devono instaurare legami intermolecolari fra la colla stessa e le sostanze che costituiscono il legno, cioè le fibre di cellulosa e lignina, in modo da garantire, nel piano di incollaggio, lo stesso legame della corrispondente essenza legnosa. Le resistenze fisico-meccaniche del collante devono essere almeno eguali a quelle del legno, in modo che i piani di incollaggio non siano piani preferenziali di rottura.

L’applicazione della colla sulle lamelle avviene automaticamente e il sistema attualmente più utilizzato è quello della cosiddetta “incollatrice a fili” (Fig. 5) che consente di ottenere la realizzazione di un piano di incollaggio con distribuzione abbastanza uniforme della colla.

Fig. 5

- Pressatura Per realizzare l’incollaggio fra le lamelle bisogna sottoporre l’elemento strutturale a una pressione il più possibile uniforme; tale operazione viene effettuata in apposite presse (Fig. 6). Le presse sono costituite da una struttura fissa sulla quale si fa agire un meccanismo di pressatura costituito normalmente da martinetti idraulici o pneumatici. L’operazione di posizionamento delle lamelle e di chiusura della pressa deve essere fatta il più rapidamente possibile, onde evitare che la colla cominci a indurire. Per la chiusura delle presse si procede dal centro verso le estremità. Le travi così realizzate rimangono in pressa per un periodo di 12 ore o più, secondo il tipo di colla, la temperatura e la forma della trave. La temperatura ambiente non deve comunque essere mai inferiore a 18° C. In caso di travi curve, si utilizza un’altra pressa dotata di guide mobili che vengono posizionate secondo una sagoma precedentemente disegnata sul suolo. Dalla descrizione delle fasi di produzione fin qui condotta si intuisce l’importanza del condizionamento dei locali di produzione; il legname non deve variare il proprio contenuto idrometrico durante la produzione delle travi poiché il processo chimico che sta alla base della polimerizzazione delle colle è fortemente influenzato dalle condizioni termoigrometriche dell’ambiente in cui esso avviene.

Fig. 6

- Piallatura

delle travi -

Rimosse dalla pressa le travi sono lasciate 1-2 giorni a riposo all’interno dello stabilimento. Quindi fatte passare dentro una pialla fissa di forte capacità in modo da dare all’elemento lo spessore finito e rendere uniformi e lisce le superfici laterali

(Fig. 7).

- Finitura e impregnazione Nel reparto finitura (Fig. 8) la trave viene intestata realizzando le sagomature di progetto, i fori ed i tagli necessari per l’assemblaggio di elementi metallici. L’ultima operazione in ordine di tempo consiste nell’applicazione di prodotti impregnanti tramite semplice spennellatura, sostanze cioè con funzione di preservare il legno da insetti, funghi, umidità e con un pigmento che conferisca alle travi il colore voluto. Tale operazione dovrebbe rientrare in seguito tra le operazioni di manutenzione ordinaria.

Fig. 8

Esempio di incastro con pilastro portante sagomato su trave trasversale

Possibili sagomature per incastro di travi

Travi su due appoggi a sezione costante

Travi su due appoggi a doppia pendenza ed intradosso diritto

Travi su due appoggi a doppia pendenza ed intradosso curvo

Travi su due appoggi ad estradosso diritto ed intradosso rastremato

Travi su due appoggi ad andamento curvilineo e sezione costante

Trave a sbalzo con rastremazione

Trave a sbalzo con rastremazione e tirante inclinato

Portale a tre cerniere con travi diritte a sezione costante

Portale a tre cerniere con travi ad arco a sezione costante

Portale a tre cerniere con travi a semiarco e sezione variabile

Portale a tre cerniere con giunto d'angolo bullonato

Capriate triangolari a struttura reticolare

Cassettonato

Strutture geodetiche

Ponti e passerelle pedonali