L’intero elemento può essere considerato sinonimo di un sol pezzo e certamente così lo intendeva la vecchia prescrizione antisismica contenuta nel Decreto ministeriale 19 giugno 1984 che riproponeva quello del 3 marzo 1975: C.8. Edifici con struttura in legname. “Le costole montanti e le altre parti costituenti l’organismo statico degli edifici in legname devono essere di un sol pezzo o così saldamente collegate e rafforzate nelle giunture da rendere trascurabile l’indebolimento prodotto dalla giunzione”. Eppure, in quegli anni, in alcuni Uffici del Genio Civile si dissertava se una trave nel “nuovissimo” legno lamellare fosse da considerarsi di un sol pezzo oppure no, perché costituita da una moltitudine di tavole incollate tra loro. Il Ministero dei Lavori Pubblici prese posizione. Se ne occupò il prof. ing. Ario Ceccotti, che avevo coinvolto nel problema. Ad onore del soppiantato Ministero dei Lavori Pubblici, va ricordato che la vecchia prescrizione antisismica nazionale era certamente in sintonia con le DIN 1052 (non contraddette dalle successive norme europee), ove la quantità dei mezzi di connessione duttili e la loro distanza imponeva un controllo accurato delle sezioni e, se necessario, un adeguamento dimensionale, proprio al fine di saldamente collegare e rafforzare le giunture per rendere trascurabile l’indebolimento prodotto.
Nel gran bel libro Strutture in legno, edito quest’anno da Hoepli, il professor Maurizio Piazza (con gli ingegneri Modena e Tomasi) ci ricorda nel capitolo 1 che “con il termine legno lamellare incollato (glulam per il mondo anglosassone), si intende un prodotto a base di legno costituito da segati sovrapposti (talvolta anche affiancati), di spessore relativamente modesto (comunque non superiore a 50 mm) rispetto alla sezione dell’intero elemento, che vengono uniti tra loro a formare una sezione composta per mezzo di adesivi in grado di garantire resistenza e durabilità nel tempo”.
In un successivo capitolo del volume, a proposito dei collegamenti incollati, è ben detto dagli Autori che “l’introduzione di adesivi strutturali con capacità di trasmettere i carichi nei collegamenti tra membrature lignee è abbastanza recente nel campo dell’ingegneria civile, sebbene nel passato la colla sia stata talvolta utilizzata nella carpenteria tradizionale, prevalentemente con la funzione di riempire i vuoti e conferire rigidezza alla struttura, piuttosto che trasmettere direttamente i carichi”. Poi, ancora: “Infatti è piuttosto recente l’introduzione di adesivi ad alte prestazioni meccaniche, con buona affidabilità nel tempo e nelle condizioni di servizio della struttura, che presentano inoltre il vantaggio, rispetto alle tradizionali colle di origini animale, di non subire deterioramenti di tipo biotico favoriti anche dalle condizioni atmosferiche. In generale si definiscono strutturali quegli adesivi ottenuti per sintesi chimica (principalmente polimeri) i quali, applicati sulle superfici degli aderendi, sono in grado di garantire la necessaria resistenza e rigidezza del giunto”.
E’ proprio come ricorda il prof. Piazza. I miei primi interventi con gli adesivi epossidici furono fatti per ovviare alle vistose differenze di diametro fra
i fori del legno e quelli delle piastre inserite a scomparsa, che frequentemente non si riusciva a far coincidere tra loro per le inevitabili tolleranze di tracciamento nel corso delle differenti lavorazioni. Per di più, con la zincatura a caldo le lamiere si deformavano e non si riusciva mai a raddrizzarle per bene. Inevitabile che i montatori ripassassero con il trapano i fori non perfettamente centrati degli elementi da accoppiare per perfezionarne la coincidenza, fino a riuscire ad infilare gli spinotti, che però non mantenevano la stessa funzionalità assegnata in fase di progetto. Sperimentai l’adesivo epossidico e subito mi resi conto che era facilmente percolabile ed andava a saturare tutti vuoti, anche quelli più minuscoli; inoltre aveva tempi di indurimento sufficientemente lunghi e soprattutto non variava il proprio volume originario. Di lì a poco incominciai anche a sperimentare la funzione propriamente strutturale dell’adesivo epossidico. Aggiungo che ancor oggi, nelle giunzioni a secco, il problema costruttivo dell’insicura coincidenza dei fori non è stato completamente risolto. È favorevole alla sicurezza che le norme prediligano l’impiego delle barre a secco con diametri modesti, considerando il loro comportamento prettamente duttile.
Sempre nel nuovo testo Strutture in legno, al paragrafo 3.5.2, Adesivo strutturale epossidico, viene spiegato che “gli adesivi di tipo epossidico si sono dimostrati idonei per questo utilizzo poiché, tra i materiali polimerici, sono quelli che garantiscono la più alta resistenza adesiva su substrati come il legno e l’acciaio, grazie alla presenza di molecole con polarità ed ossidrili distribuiti con regolarità. La resistenza del materiale si spiega con la presenza di legami covalenti del tipo carbonio-carbonio e carbonio-ossigeno-carbonio. Rispetto ad altre tipologie di adesivi, essi presentano una maggiore resistenza ad agenti chimici ed atmosferici ed alle variazioni di temperatura (grazie alla densità di reticolazione sono termicamente stabili nell’intervallo di temperatura compreso tra –70 °C e +100 °C). Inoltre sono stabili anche dimensionalmente e presentano ridotti fenomeni di ritiro in fase di polimerizzazione”.
I sistemi CNP, da me ideati (è risaputo) con la partecipazione di tecnici insigni, tra i quali l’ingegner Giovanni Noseda Pedraglio ed il professor Maurizio Piazza, sono giunzioni costituite da inserti metallici (barre o piastre, all’evenienza opportunamente sagomate), preferibilmente infilati in fresate ed inviluppati dall’adesivo epossidico che si interfaccia con le superfici lignee degli intagli. Fortunatamente questi sistemi sono stati presto assimilati e riproposti anche sotto altre denominazioni, spesso adattati secondo necessità. Un esempio è il sistema Armalam che è praticato con successo in stabilimento (Trentino Legno S.p.A.).
I sistemi CNP ed assimilabili funzionano sempre molto bene se opportunamente dimensionati, perchè la rottura a taglio dell’adesivo epossidico è all’incirca otto volte superiore alla rottura a taglio del legno di conifera. Ciò significa che sussiste un rilevante margine a favore di sicurezza. Fondamentale è la presenza dei risalti sugli inserti metallici ed in alternativa, meglio ancora se contestualmente, la loro sabbiatura per asportare le impurità superficiali (calamina).
Prendo spunto dal recente convegno che Holzbau S.p.A. ha organizzato a Milano per aggiungere altre considerazioni e poi informare degli ulteriori sviluppi sulla tecnica che utilizza adesivi strutturali epossidici. Anzitutto un plauso per questa ottima conferenza che Holzbau ha organizzato il 6 ottobre scorso alla Fondazione Cariplo di Milano sul tema Progettare il futuro in legno lamellare ed in particolare dedicato al centro commerciale Carrefour di Limbiate (fig. 1 e 2). Convegno decisamente importante per gli argomenti propriamente tecnici, trattati con esemplare chiarezza ed apprezzatissima sintesi dagli ingegneri Giovanni Brentani, Oswald Grömminger, Robero Modena e prof. ing. Maurizio Piazza, quest’ultimo sul comportamento sismico delle strutture in legno.
Al convegno del 6 ottobre, Alfred Rubner, presidente di Holzbau, mi ricordava quanta innovazione c’era stata negli ultimi trent’anni nell’ambito della strutturistica in legno e rievocava quel primo convegno, interamente dedicato alle nuove strutture in legno lamellare, tenuto a Milano nel salone dell’Ordine degli Ingegneri nel 1977. Il giovanissimo architetto Giovanni Pallaver aveva tenuto una dotta lezione, che aveva richiamato centinaia di professionisti, assiepati sin sullo scalone che portava al piano superiore. Quel Giovanni Pallaver che dapprima in Arch Legno ad Ascoli Piceno, poi in Holzbau a Bressanone ed in seguito come professionista strutturista a Trento è stato e resta un essenziale punto di riferimento per tutti coloro, me compreso, che già nella prima metà degli anni ’70 incominciavano a cimentarsi anche nella progettazione e calcolo delle strutture in legno in senso moderno, personalmente già con precedenti importanti esperienze formative nel cemento armato e nell’acciaio.
La dissertazione di alcuni Uffici del Genio Civile, che sopra ho ricordato, è uno degli innumerevoli ostacoli che si verificarono nel processo evolutivo delle strutture in legno, che tuttora si verificano e si verificheranno ancora a fronte delle innovazioni. Poi, fortunatamente, riemerge il buon senso, confortato da più approfondite valutazioni tecniche. Anche allora c’era chi come me, pur vocato all’innovazione, si autolimitava e c’era anche chi tanto si agitava a sentenziare, ma poi se ne infischiava. L’immagine del crollo, pubblicata oltre cinque lustri dopo l’evento (fig. 3), è il ricordo che anche allora era possibile confondere lucciole per lanterne: ad esempio, che c’era chi tanto pontificava e poi nella pratica sottovalutava la funzione di un giunto di colmo e fraintendeva il duttile con il labile, conseguendo clamorosi schianti con il semplice sopravvenire di uno spolverio di neve e di un po’ di vento. Se non ricordo male, il fatto era riconducibile ad un perito elettrotecnico che si proponeva come ingegnere strutturista.
E’ certamente doveroso evitare faziosità nel confronto statico-comportamentale dei diversi sistemi di collegamento, specialmente per me che sono semplice geometra. Però, va preso atto che l’adozione di giunti duttili interni alla struttura non produce necessariamente migliorie statiche. Non poche volte sono da preferirsi giunzioni che assicurino un’idonea continuità di rigidezza nella ricomposizione di un elemento costituito da più pezzi ed anche tra gli elementi, trasferendo agli appoggi la funzione dissipativa dell’insieme strutturale ligneo. E’ certamente il caso delle grandi travi e degli archi a sezione piena, composti da più pezzi, ma è anche quello di configurazioni strutturali composite, ove i collegamenti a secco, anche se con spine di piccolo diametro, distanziate a norma, spesso comportano una maggiorazione delle sezioni lignee e, nonostante questo, deformazioni d’insieme anche vistose. Differentemente, i sistemi incollati, quelli che abitualmente vengono chiamati CNP, sono più convenienti perché di facile realizzazione e di assoluta sicurezza nel lungo tempo. Oltretutto, i sistemi CNP vengono prevalentemente progettati per rendere simultaneamente possibile anche l’aggregazione dei fasci di fibre lignee nella direzione a loro ortogonale, impedendo in tal modo la formazione di fessure longitudinali. Nel convegno del 6 ottobre, alcune dotte considerazioni sono emerse nell’intervento del prof. Piazza e certamente contribuiranno a fare maggior chiarezza e stimolare la riflessione.
Anzitutto va ricordato che il legno deve essere considerato come un materiale non dissipativo e che l’inserimento di elementi di rinforzo, con alta resistenza a trazione ortogonale alla fibratura, riduce il rischio di rotture per spacco del legno.È indubbio che le unioni incollate siano giunzioni rigide, estremamente resistenti, tanto da non avere un comportamento dissipativo.
E’ evidente che non sussistono problemi per i collegamenti incollati, purchè opportunamente dimensionati, di resistere alle azioni sismiche ed a quelle del vento, quest’ultime sovente più punitive nei confronti delle strutture leggere, particolarmente se influenzate da ampie superfici di esposizione. Cedimenti repentini (più scientificamente definiti fragili), nei giunti incollati subentrano solo dopo il superamento della tensione tangenziale della massa lignea, mai nell’interfacciamento, ma abbastanza al di sotto della superficie di incollaggio. Ciò significa che la resistenza delle connessioni CNP dipende dalla resistenza a taglio del legno in ragione della grandezza e della geometria delle superfici incollate, nonché dalla natura, sezione e diffusione dell’inserto metallico. Certo è che un buon dimensionamento della connessione incollata in base alla resistenza a taglio del legno, surclassa qualsiasi connessione a secco, pur nel rispetto della normativa. Ciò non toglie che, proprio volendo, con opportuni artifizi si possano realizzare giunzioni incollate per un comportamento duttile.
Anche nei solai in legno-cemento il funzionamento delle connessioni incollate prevale nettamente sui sistemi a secco.
Tra altri, l’ingegner Massimo Del Senno l’ha bene evidenziato nel suo saggio Giunti legno-acciaio, osservazioni sui fenomeni di slip – Lignomec ’99 – Atti del Convegno (fig. 4), mettendo a confronto le rigidezze medie dei giunti chiodati Ø 6 mm, dei giunti con perni Ø 14 mm e dei giunti incollati e dimostrando come la soluzione con i giunti incollati garantisce una rigidezza media circa 3-4 volte superiore a quella offerta dai tradizionali connettori a taglio.
Ormai sono molte le aziende, anche di primaria importanza, che oggigiorno praticano le giunzioni CNP con inserti a scomparsa, inviluppati da adesivi epossidici. Questa tecnica, in atto da molti anni, sta dimostrandosi vincente, perché permette spazialità ed una migliore qualità architettonica, supera i problemi connessi alla trasportabilità, facilita il processo cantieristico e soprattutto offre maggior sicurezza anche nel lungo tempo. Non va neppure dimenticato che gli adesivi epossidici sono gli unici collanti disponibili la cui struttura molecolare rimane immodificabile dopo l’indurimento. Quindi, la durata del giunto è determinata dalla durabilità del legno della struttura.
L’adesivo epossidico è da decenni utilizzato in moltissimi altri campi, ove è richiesta una prestazione strutturale ben superiore. È ad esempio il caso dei velivoli che, pur così grandi, sono assai leggeri perché si avvalgono di materiali lavorati in spessori sottilissimi, tra loro incollati con adesivi epossidici di altissima qualità.
Tra le più recenti realizzazioni con l’ausilio degli adesivi epossidici voglio ricordare la nuova chiesa di Gela (progettata e realizzata da Holzbau Sud S.p.A., fig. 5 e 6), la nuova passerella di Lipomo costruita da Arch Legno S.p.A. (fig. 7) e quella costruita a Issime (Aosta) dalla carpenteria Chenevier S.p.A., diretta dall’ing. Luca Frutaz (fig. 8).
A cavallo tra lo scorso anno ed il primo semestre del 2006 sono state effettuate due nuove soluzioni strutturali con l’impiego di un nuovo adesivo epossidico applicabile a macchina, denominato Unixepox®. Entrambe le realizzazioni riguardano dei solai per luci importanti, con possibilità di riprendere carichi anche ragguardevoli.
Il primo, esclusivamente in legno, che ho denominato Solaioforma®, ha riguardato le coperture (3.500 metri quadrati) del nuovo complesso immobiliare Le Residenze di Camerlata, Como (progettisti ing. Alberto Masolo, arch. Willy Ramstein, ing. Giovanni Noseda Pedraglio, arch. Mirco Marasco). Questo modello di solaio, realizzato dalla G. E G. Galli Legnami s.a.s. di Malgrate (Lecco), si rifà ad una precedente realizzazione dell’anno prima a Cantù (luce 13 metri) e, nella fattispecie, è costituito da uno strato inferiore di aste in KVH Select a doppia maschiatura, nervature e riporti superiori in KVH Nsi. Tutte le aste sono dello spessore di sei centimetri. Non è escluso l’impiego di altri prodotti lignei e del lamellare.
Concettualmente trattasi di profili a doppio T, esclusivamente in legno, che sono alternati ad una o due aste maschiate in intradosso. Per le condizioni di carico più impegnative si utilizzano solo profili ricostituiti a doppio T. I profili a T sono realizzati per semplice incollatura delle aste in legno con l’adesivo Unixepox® (fig. da 9 a 11).
La seconda tipologia riguarda un solaio in legno-cemento, che ho denominato Z-Beton®. Prima di dar corso alla realizzazione cantieristica sono stati predisposti dei provini. Un grande campione del solaio, uguale a quello poi costruito e comprensivo di sbalzo (luce 9 m ed aggetto 6 m), è stato realizzato a cura della ditta Area Legno D.D.L. s.r.l. di Città S. Angelo (fig. da 12 a 14). Un’ulteriore serie di campioni di solai Z-Beton® per l’edilizia abitativa (fig. 15) è stata realizzata dalla ditta Cammi Group S.p.A. – Divisione Legnami di Visano (luce 6 m; luce 6 m + sbalzo 1,8 m; luce 6 + 6 m). Le prove di carico sui campioni sono state effettuate in loco dal prof. ing. Paolo Setti del Politecnico di Milano. I risultati ottenuti sono stati assai soddisfacenti.
La ditta Cammi Group S.p.A. – Divisione Legname di Visano (Brescia) ha realizzato i solai Z-Beton® (3.200 metri quadrati) in Comune di Rotella, alle propaggini dell’Appennino Ascolano, in situazioni climatiche spesso proibitive (fig. da 17 a 22). Questo tipo di solaio è costituito da un paramento inferiore di aste in KVH Select a doppia dentatura, da nervature in calcestruzzo Rck 370 nelle due direzioni, formate dall’inserimento cadenzato di blocchi di alleggerimento in polistirene e da un massetto superiore in calcestruzzo di pari resistenza caratteristica, dotato di rete elettrosaldata. L’adesivo epossidico Unixepox® è stato spruzzato sulle superfici lignee per assicurare l’incollaggio al legno del calcestruzzo allo stato fresco. Alle nervature longitudinali è affidata la ripresa delle azioni taglianti e per le posizioni di continuità è stata aggiunta l’armatura metallica integrativa per riprendere la trazione superiore. Le nervature trasversali hanno lo scopo di rendere partecipe alla funzione statica lo strato ligneo inferiore, nella sua interezza. All’occorrenza, come nel caso dei solai di Rotella, le nervature secondarie sono state arricchite con tralicci metallici. E’ opportuno l’impiego di fibre metalliche e di addittivi per migliorare le caratteristiche del calcestruzzo. Altrettanto utile è la zincatura elettrolitica dell’armatura metallica e dei tralicci trasversali, per evitare l’insozzamento del legno durante la costruzione dei solai.
Gli adesivi Unixepox® sono prodotti in cinque versioni, riferite alla temperatura ambientale e sono applicabili esclusivamente con apposita macchina pneumatica, sia per iniezione (percolazione), sia a spruzzo (fig. 23 e 24). La resina (componente A) è uguale per tutti i tipi di adesivi Unixepox®, mentre i catalizzatori (componenti B) variano. I due componenti sono mantenuti separati sia nei rispettivi serbatoi, che nel percorso verso l’erogatore e sono quindi sempre disponibili allo stato fresco. La loro miscelazione avviene solo nei mixer elicoidali posti nella posizione terminale di estrusione.
Le cinque versioni di Unixepox® sono:
Polare
da
-10
°C
a
+10
°C
Invernale
da
0
°C
a
+20
°C
Standard
da
+10
°C
a
+30
°C
Estiva
da
+20
°C
a
+40
°C
Equatoriale
da
+30
°C
a
+50
°C
Le macchine erogatrici sono utilizzabili anche per l’applicazione deli adesivi Xepox®.
Riprendo il pensiero dei professori ingegneri Elisa Guagenti, Fernanda Buccino, Elsa Garavaglia e Giorgio Novati (Statica – Fondamenti di Meccanica Strutturale, McGraw-Hill, 2005): “Qui brevemente diremo che, pur diverse tra loro, le posizioni filosofiche sono concordi nell’accordare gradi di utilità e non di verità alle teorie scientifiche, in particolare a quelle espresse in termini matematici. A rispecchiare questo fatto è oggi quasi più consueto parlare di modelli piuttosto che di teorie. Uno stesso fenomeno può utilmente venire formalizzato secondo diversi modelli matematici e seconda degli aspetti che se ne vogliono mettere in luce.”
