Pensiamo che gli specialisti del nostro settore debbano essere più ampiamente informati e coinvolti sulle problematiche costruttive dei tetti, anche su quegli aspetti che di primo acchito sembrerebbero di competenza propria dei progettisti.
Più precisamente, pensiamo che se i nostri lettori fossero edotti anche sulle metodologie costruttive più avanzate, essi stessi potrebbero essere più incisivi nell’influenzare le scelte e gli orientamenti dei committenti e degli stessi progettisti.
Se è vero che le tradizioni devono essere meritevoli di grandi attenzioni, è altrettanto vero che spesso ci si confronta con una certa improvvisazione nelle scelte o definizioni dei tipi e criteri di costruzione dei tetti. Tutto questo si ripercuote sul lavoro degli installatori finali, sovente indotti ad arrangiarsi per porre rimedio alla iniziale fretta progettuale.
Gli esecutori delle opere di completamento delle coperture possono trarre beneficio dall’assunzione di nuove informazioni ed essere in condizione di proporle e confrontarle con i tecnici ed i progettisti del loro comprensorio geografico, per apportare migliorie qualitative dal punto di vista esecutivo, funzionale ed estetico.
A partire da questo numero accogliamo la
collaborazione di Giovanni Cenci, diplomato geometra nel 1960 ed autore del testo “Strutture in legno”, calcolo e costruzione con riferimento alla norma DIN 1052 (figura 3).
Cenci ha al suo attivo molte realizzazioni in legno massiccio e lamellare con criteri tradizionali; suo è anche il progetto e la statica della struttura di copertura del Palasport di Casalecchio di Reno (luce libera mt 120 x mt 80), realizzata nel 1992 (figura 1).
Dopo numerose esperienze costruttive, sviluppate in maniera del tutto nuova con un graduale maggior utilizzo di resine epossidiche, a partire dal 1996, grazie alla collaborazione dell’ingegner Giovanni Noseda Pedraglio e con i consigli e gli incoraggiamenti del professor ingegner Maurizio Piazza, Giovanni Cenci pone in essere una serie di realizzazioni strutturali decisamente innovative, basate su giunzioni rigide con impiego di resine epossidiche ed inserti metallici a scomparsa.
Questa moderna tecnica (legno + resine + acciaio a scomparsa) viene denominata con la sigla CNP, per l’appunto dai cognomi Cenci, Noseda e Piazza.
Le prime importanti realizzazioni strutturali di Giovanni Cenci, con applicazione in toto della tecnica CNP, sono stati l’Aquilone di Chicco per la società Artsana (figura 2) ed il Palazzetto sportivo nell’isola di Mazzorbo, Venezia, su progetto del famoso architetto Giancarlo De Carlo. Cenci, unitamente all’architetto Guglielmo Carlo Lucini, ha ottenuto il riconoscimento European Glulam Award 1999, sezione Italiana, per il progetto dell’Aquilone di Chicco.
Giovanni Cenci ci ha proposto queste considerazioni:
il sistema produttivo europeo si è molto ampliato ed ormai mette a disposizione per impieghi strutturali, a prezzi interessanti, elementi di qualità in legno lamellare e prodotti assimilabili o complementari di buona classifica (KVH, bilama, pannelli multistrati, pannelli OSB, ecc.).
Nell’ambito delle costruzioni, i prodotti a base di legno sono gli unici ricavati da fonti rinnovabili. Inoltre la loro formazione ed utilizzo (lavorazioni, assemblaggio, trasporti, sollevamenti ed applicazioni) implica un consumo di risorse energetiche assai modesto, se raffrontato con gli altri prodotti di massa impiegati nel settore edilizio.
Oggigiorno si presentano maggiori possibilità, anche grazie all’utilizzo di resine di tipo epossidico, le cui peculiarità principali sono le elevate prestazioni statiche, la notevole affidabilità, la facilità di impiego, la loro immodificabilità molecolare nel tempo ed anche la loro sostanziale atossicità.
LA TECNICA CNP E LE RESINE EPOSSIAMMINICHE
CNP
I sistemi di giunzione con percolazione di adesivi epossidici, per strutture in legno, affinchè siano efficaci, hanno un comportamento di tipo rigido e, per la loro efficienza, l’incollaggio deve essere assoluto. Una incompleta o parziale incollatura non è tollerabile. In fase di calcolo tutti gli elementi di collegamento incollati e le superfici di incollaggio devono essere accuratamente verificati.
I valori per rottura a taglio delle resine epossiamminiche sono di gran lunga superiori a quelli del legno. Indicativamente, per resine bicomponenti caricate, mai si hanno sollecitazioni inferiori a quelle di seguito indicate:
carico unitario di rottura per compressione
>750
daN/cm2
carico unitario di rottura a flessotrazione
>450
daN/cm2
carico unitario di rottura a trazione
>300
daN/cm2
carico unitario di rottura a taglio
>450
daN/cm2
modulo elastico a compressione
>65000
daN/cm2
I collegamenti incollati non possono essere confusi con i collegamenti di tipo plastico, che non presentano mai un’efficienza completa (es. bulloni o spinotti) e che per entrare in funzione necessitano di adeguate deformazioni che assecondino il contatto. Si rinvia in proposito allo studio del dott. Massimo Del Senno del CNR, Istituto per la Tecnologia del Legno, presentato nel 1999 al Lignomec di Bolzano. Invece, nel sistema con incollaggio epossidico, già all’inizio della messa in esercizio la struttura funziona immediatamente secondo lo schema predeterminato, senza deformazioni dovute ai giunti e plasticizzazioni dei contatti. Ne consegue che il declassamento del vincolo di incastro è concettualmente improponibile.
Per evitare fuorvianti assunti, è opportuno ricordare che nei sistemi CNP (Cenci, Noseda, Piazza) il grado di incastro è dato dalla geometria della struttura e non dai carichi imposti, come invece (tanto per fare un esempio che chiarisca il concetto) è per i solai innestati nelle murature, il cui grado di incastro dipende anche dalla geometria, ma soprattutto dai carichi soprastanti, quando intervengono.
A differenza di sistemi “a secco”, la sicurezza del funzionamento dei sistemi CNP è assoluta, in quanto la resina percolata dall’alto raggiunge tutte le superfici degli intagli ed inviluppa completamente gli elementi metallici inseriti per la ripresa delle forze.
LA RESINA
La resina epossiamminica è di tipo termoindurente ed una volta polimerizzata, diventa chimicamente inerte. Ciò sta a significare che la sua struttura molecolare non è più modificabile. Di conseguenza la sua resistenza caratteristica rimane immutata. Le resine epossidiche sono formulate per garantire ottime caratteristiche di colabilità, adesività e bagnabilità del legno e dell’acciaio. Sono insensibili alle variazioni di umidità e, in caso di incendio, sono protette dallo stesso legno. Essendo l’elemento legno quello che presenta caratteristiche più deboli, la durata del giunto resinato non può ritenersi inferiore alla durata dell’elemento ligneo.
Può ben dirsi che i giunti incollati con il sistema CNP non presentano problematiche differenti rispetto a quelle di formazione del legno lamellare (ottenuto per incollaggio delle lamelle). Però, mentre per gli elementi in legno lamellare impiegati in costruzioni protette dalle intemperie è ammesso anche l’impiego di colle non totalmente resistenti all’umidità (es. colla Kaurit), le resine epossidiche non risentono minimamente delle variazioni di umidità.
Riepilogando, sotto il profilo operativo, le caratteristiche principali delle resine epossiamminiche sono:
- facilità di applicazione;
- alta resistenza;
- invariabilità volumetrica e massima affidabilità nel tempo;
- immodificabilità della loro struttura molecolare;
- mancanza di tossicità (ad esempio sono impiegate proprio nel rivestimento protettivo di vasche per la fermentazione e per lo stoccaggio nelle produzioni vinicole).
GIUNTO A TRE VIE PER LA FORMAZIONE DI STRUTTURE PER TETTI A 4 O 3 FALDE, SENZA MURI DI SPINA O CAPRIATE
Questo criterio costruttivo trova motivazione nella necessità di eliminare ingombri negli ambienti di sottotetto di vecchia o nuova costruzione (v. figura 7).
Infatti:
- i MURI DI SPINA o i PILASTRI INTERNI rendono assai semplice la struttura del tetto, ma costituiscono una limitazione all’utilizzo dello spazio interno;
- le CAPRIATE danno la possibilità di superare solo parzialmente la precedente problematica, perché le quote di imposta sui muri perimetrali sono spesso ridotte e le catene restano pur sempre una limitazione. Catene rialzate aumentano la flessione dei puntoni e la loro deformazione e, nella realtà, i vincoli in appoggio non sono sempre così ben risolti;
- i PORTALINI a due o tre cerniere consentono di evitare gli aspetti negativi precedentemente espressi perché la loro imposta è a livello del pavimento del sottotetto e la componente orizzontale della reazione in appoggio è facilmente riprendibile dal tirante metallico annegato nel sottofondo del pavimento (opportunamente avvolto da un tubo isolante). Qualche inconveniente, ma non grave, lo si ha anche in questo caso ed è individuabile nella eccentricità degli appoggi rispetto all’asse delle murature o travi perimetrali e nella sporgenza interna dei piedritti, rispetto ai muri perimetrali.
IL SISTEMA CNP A “TRE VIE”
La struttura a “TRE VIE” per la costruzione dei tetti si configura come un vero e proprio sistema spaziale, che necessita della massima coscienziosità nella fase progettuale e realizzativa, nonostante la facilità operativa.
I sistemi avanzati di disegno delle carpenterie in legno e le macchine per lavorazioni a controllo numerico (tipo Hundegger) possono dare un formidabile contributo per la realizzazione di sistemi strutturali molto innovativi, ma da soli non sono sufficienti.
Nessun carpentiere può ragionevolmente permettersi di costruire un sistema di copertura a tre vie,
senza l’assistenza di un tecnico sufficientemente preparato nelle definizioni e verifiche statiche e nel disegno.
I criteri di giunzione CNP (Cenci, Noseda, Piazza), offrono un grande contributo per la soluzione di problematiche statiche ed estetiche.
Si ribadisce che i sistemi CNP si basano sull’impiego di elementi metallici e di specifiche resine epossiamminiche, inseriti all’interno di fori e fresate praticati nelle aste strutturali, per la realizzazione di giunzioni di assoluta valenza statica ed affidabilità nel tempo.
Si deve sempre ricordare che le resine utilizzate per collegamenti assolvono funzioni strutturali e non possono essere confuse con altri adesivi in commercio, tanto meno con quelli destinati al tassellaggio murale.
LA STRUTTURA SPAZIALE CON GIUNTI A “TRE VIE”
Una struttura spaziale a “TRE VIE” è solitamente costituita da una trave di colmo e da quattro puntoni che la sorreggono per contrasto. E’ possibile anche il caso particolare di un sistema a “TRE VIE”, costituito da una trave di colmo e da due soli puntoni.
Nel sistema a “TRE VIE” il solo colmo ed i quattro puntoni d’angolo assolvono la funzione statica principale.
A questi elementi sono ricollegate le altre aste strutturali, che pur essendo importanti, assolvono funzioni secondarie, anche perché private della possibilità di azioni orizzontali nei confronti delle murature perimetrali. Ne deriva che nei tetti regolari a quattro falde, tutte le azioni spingenti sono ricondotte ai quattro puntoni d’angolo (nei tetti a tre falde, la trave di colmo è contrastata ad una estremità da due puntoni e all’altra estremità da un impedimento inamovibile).
La struttura principale d’assieme è configurabile con la trave di colmo ed i puntoni d’angolo che la sostengono. La struttura secondaria è costituita da eventuali puntoni nel senso della falda, terzere, travetti e quant’altro, che non devono in alcun modo esercitare una spinta in sommità alle pareti perimetrali, essendo tali pareti unicamente delegate a sopportare carichi verticali, fatta eccezione per casi particolari di muri, pareti o pilastrature dotate di adeguata resistenza.
Vale il concetto che la struttura secondaria sia fissata a quella principale con criteri assimilabili a “vincolo cerniera” e si presenti solo in appoggio sulle murature perimetrali e non eserciti alcuna spinta (vincolo “carrello”).
Perché un sistema a “TRE VIE” possa funzionare è necessario consolidare la sommità dei muri perimetrali con la formazione di un cordolo in calcestruzzo armato, in grado di riprendere le azioni (spinte) esercitate dai puntoni negli angoli.
E’ comprensibile che l’insieme della trave di colmo e dei puntoni si configurino come una vera e propria struttura spaziale. I vincoli esterni sono “cerniere” all’estremità inferiore dei puntoni, mentre i vincoli interni (quelli tra puntoni e colmo), possono essere definiti e realizzati sia come “cerniere” che come “incastro”.
Nel caso specifico, adottando il sistema CNP con contatto legno-legno e resinatura a completa saturazione degli interspazi, il sistema di connessione va verificato come vincolo di “incastro” tra puntoni ed asta di colmo, ossia come continuità di rigidezza
completa tra le aste concatenate. La verifica deve essere completa, tenendo conto dei momenti e delle forze assiali e di taglio. Il tutto in stretta relazione alle sezioni efficaci.
Quindi, si tratta di ben espletare un lavoro progettuale preliminare di fondamentale importanza, perché il sistema di attacco tra colmo e puntone deve ben funzionare e deve offrire la massima affidabilità di stretta unione nel tempo e l’assenza di qualsiasi cedimento.
UN ESEMPIO PRATICO:
RIFACIMENTO DELLA COPERTURA PER LA SCUOLA MATERNA DI COSIO VALTELLINO (Sondrio)
