Strutture e prefabbricati in legno: tecnologie e vantaggi

Gli edifici prefabbricati in legno sono strutture costituite di materiale ligneo prodotte industrialmente e poi assemblate in cantiere per ridurre tempi e costi di costruzione. In questo articolo ne approfondiamo le tecnologie, le caratteristiche e, infine, i vantaggi che presentano.

I prefabbricati in legno sono edifici o strutture costituiti di materiale ligneo. Vengono prodotti industrialmente e poi assemblati in un cantiere per ridurre tempi e costi di costruzione. I componenti del prefabbricato ligneo sono progettati e realizzati in modo standardizzato, così da ottimizzarne sia il processo di assemblaggio, sia le performance energetiche e strutturali.

Ciò consente di erigere edifici rapidamente e con una maggiore precisione costruttiva, riducendo notevolmente i tempi di cantierizzazione rispetto ai tradizionali metodi di edificazione in opera. In questo articolo scopriamo gli utilizzi delle strutture lignee, le tecnologie, le caratteristiche e, infine, i vantaggi che presentano.

Strutture e prefabbricati in legno: costruzioni leggere e pesanti

Innanzitutto, la prefabbricazione in legno propone diverse tecnologie costruttive presenti oggi sul mercato. Ciascuna possiede, infatti, le proprie specificità tecniche e differenti metodologie di posa in opera.
Al netto delle differenti essenze lignee impiegate e delle precipue lavorazioni del legno, possiamo suddividere le famiglie dei prefabbricati a base legnosa in 2 macro categorie. Da queste si evolvono poi le diverse declinazioni:

• La costruzione leggera
• La costruzione pesante

Le costruzioni leggere

La costruzione leggera si caratterizza per un ridotto uso di legno a favore di un più ampio impiego di isolanti. Quindi i componenti lignei sono esili e nella stragrande maggioranza dei casi controventati, intervallati da strati isolanti che permettono di conseguire eccellenti prestazioni di isolamento termico, soprattetto invernale. Le performance estive invece sono leggermente meno rilevanti. Questo perché la minore massa ed inerzia termica necessita giocoforza di ulteriori strati riflettenti ed attenuanti l’onda termica.

Le tipologie più diffuse di costruzioni leggere sono senza’altro quelle a telaio:

• leggero (timber frame);
• piattaforma (platform frame);
• americano (balloon frame);
• misto con lastre.

Strutture e prefabbricati in legno: timber frame

Il timber frame è costituito da pareti portanti intelaiate. Si tratta di un telaio costituito da montanti, che viene poi riempito di isolante e successivamente irrigidito con pannelli OSB.

Strutture e prefabbricati in legno: platform frame

Il Platform Frame è un sistema costruttivo di origine Nord Europea che si è anche molto diffuso oltreoceano, dove è probabilmente, assieme al Balloon Frame, una delle tecniche tutt’oggi più utilizzate.
La sua denominazione deriva dal fatto che ogni piano dell’edificio è la piattaforma portante per i piani superiori.

Strutture e prefabbricati in legno: balloon frame

Brevettato a Chicago nel 1833 da G.W. Snow, il balloon frame si diffuse dai primi dell’800 in Nord America, durante la colonizzazione delle zone boschive occidentali del continente.
È sostanzialmente una variante del Balloon Frame, ed è costituito da un’ossatura controventata in legno, con pilastri e travetti standardizzati, di sezione ridotta. Essi vengono disposti ad intervalli ravvicinati e sono montanti continui dal basamento alla copertura, per un’elevazione massima di due piani fuori terra.

Il telaio misto

Il telaio misto è di fatto un sistema ibrido, costituito da un’intelaiatura di travi e pilastri generalmente di sezione ridotta, che vengono irrigiditi con lastre lignee. Normalmente le interconnessioni sono ad incastro e vengono rese solidali tra loro tramite alcuni elementi come ad esempio: tirafondi, imbullonatura o chiodatura metallica.

Le costruzioni pesanti

Le costruzioni pesanti prevedono un più ampio ricorso – in termini quantitativi – al materiale ligneo. Infatti le strutture sono massicce e gli elementi costituenti sono di sezione, massa e volume maggiore rispetto alle costruzioni leggere.
Consentono di realizzare edifici multipiano anche elevati, tra cui ricordiamo il celeberrimo grattacielo Mjøstårnet ad Oslo, ad oggi l’edificio in legno più alto del mondo. Svetta infatti sul lago norvegese di Mjosa e dalla sua cima, a ben 85 m di altezza, è possibile ammirare la stessa foresta da cui proviene il legno che lo compone.

Le tipologie più diffuse di costruzioni pesanti sono:

• telaio tradizionale (travi e pilastri in lamellare);
• tavole impilate (con o senza collanti e/o elementi metallici);
• blocchi massicci o tronchi sovrapposti incastrati (block-house);
• pannelli multistrato (di tavole incollate, con o senza elementi metallici);
• pannelli multistrato a fibra incrociata (X-Lam o CLT);
• infine, pannelli in legno-cemento (aggregando la pasta cementizia a truciolato ligneo di grossa pezzatura, reso inerte privandolo della parte zuccherina).

Strutture e prefabbricati in legno: telaio tradizionale

Le strutture a telaio tradizionale sono realizzate con travature in legno massiccio o lamellare che svolgono quindi la funzione di trave o di pilastro.
Dal punto di vista statico altro non è che la declinazione del sistema trilitico, fatto quindi di due montanti verticali (piedritti), sormontati da un’asta orizzontale (architrave).

Questo sistema, anche detto ad ossatura portante o a gabbia, è davvero molto flessibile e versatile.
Esso inoltre prende il nome di telaio a tutto legno, quando grazie ad incastri ed incroci – tecniche di tradizione millenaria, nate in Cina e Giappone – non viene usata nessuna connessione di materiale metallico.

Strutture e prefabbricati in legno: struttura a tavole impilate

Questo tecnologia deriva dalla tradizione costruttiva alpina e nord europea. Si tratta, in sintesi, di un sistema a tavole impilate che fornisce un supporto (simile ai casseri in cui si cola il CLS) per la posa dell’isolamento interno e della finitura esterna. Principalmente indicato per realizzare fabbricati monopiano.

Le tavole sono, infatti, accostate verticalmente e vengono fissate l’una all’altra a due a due, o in numero maggiore. Il fissaggio si realizza con elementi metallici (chiodi, graffe etc.) o con perni di legno duro. Essendo la parete composta da tavole posizionate in piedi, è necessario irrigidirla con elementi perpendicolari, collocati solitamente sopra e sotto le tavole impilate.

Strutture e prefabbricati in legno: sistema block-house

Gli anglosassoni lo chiamano block-house, i germanofoni lo chiamano blockbau ma la sostanza è la stessa: è una tecnica costruttiva molto semplice che prevede la sovrapposizione ed incastro di elementi massicci, i tronchi.
Lo spazio tra i tronchi può essere riempito con materiale naturale (ad esempio terra, fibre vegetali, terra-paglia, etc.), oppure si può ridurre i tronchi a sezione rettangolare o creare giunti maschio-femmina.

La versione classica, a tronchi tondi al naturale, prevede infatti la sola rimozione della corteccia.
Presenta un eccellente comfort termico, dovuto alla grande massa legnosa utilizzata. Il principale difetto è invece legato alla struttura lignea stessa, che subisce nel tempo deformazioni dovute all’umidità. Problema ovviabile adottando una corretta stagionatura del legno ed utilizzando particolari accorgimenti in fase costruttiva, ad esempio adottando elementi verticali simili ai montanti, atti a garantire la stabilità della parete.

Strutture e prefabbricati in legno: i pannelli multistrato

La tecnica costruttiva a pannelli multistrato è probabilmente quella più diffusa in Italia.
Si tratta di posizionare diversi strati di pannelli di compensato (o tavole) gli uni sugli altri incrociandoli. È proprio l’incrocio dei pannelli che minimizza infatti gli effetti delle deformazioni causate dall’umidità. In alcuni casi si possono usare anche pannelli in OSB o in gesso rinforzato.

La pannellatura può essere unita con differenti modalità, ad esempio: con collanti, con elementi metallici (chiodi, graffe, etc.) o con giunzioni lignee (spinotti, cunei, incastri, dentelli, etc.). Le strutture realizzate con questa tecnica garantiscono quindi ottime performance termiche in tutte le stagioni. La grande quantità di legno utilizzato consente inoltre di limitare l’uso di isolante, che però può essere impiegato a seconda degli strati presenti e del loro spessore.

Strutture e prefabbricati in legno: X-Lam o CLT

Il Cross-Lam (X-Lam) o Cross Laminated Timber (CLT) è fatto di pannelli in legno massiccio composto da strati incrociati di circa 2cm cad., sovrapposti ed incollati uno sull’altro affinché la fibra di ciascuno sia ruotata di 90° rispetto agli strati adiacenti (superiore ed inferiore).
I singoli strati sono normalmente in tavole di conifera, selezionate se prive da difetti, essiccate per assicurare la loro stabilità meccanica e l’assenza di agenti biologici. Infine l’incollaggio avviene con speciali adesivi privi di formaldeide.

Per approfondire consigliamo la lettura di articolo dedicato al progetto di edifici in legno con metodo XLAM usando TRAVILOG.

Il software di calcolo strutturale e antisismico TRAVILOG permette di progettare strutture in legno con metodo a telaio e XLAM. Inoltre consente quindi di verificare in uno stesso modello di calcolo più materiali e soluzioni progettuali. Alcuni esempi sono la ristrutturazione di edifici in muratura con sopraelevazione o ampliamenti in legno. Oppure il rinforzo di solai in legno in edifici storici.

Strutture e prefabbricati in legno: il legno-cemento

Il legno-cemento è un particolare tipo di calcestruzzo. Esso è composto infatti da un mix di scaglie di legno mineralizzato (silicato) e conglomerato cementizio, in grado di assolvere a compiti strutturali e che presenta al contempo ottime prestazioni termiche.
Il materiale, di composizione prevalentemente lignea, è ecologico e sostenibile, poiché il cippato ligneo contenuto è frutto del riciclaggio di scarti di produzione della filiera del legno, opportunamente selezionato di pezzatura adatta.
Viene impiegato sia per la realizzazione di strutture portanti prefabbricate a secco, che vengono solidarizzate tra di loro tramite tirafondi metallici, sia casseri a perdere, in cui vengono posizionati i ferri e che servono per confinare i getti di CLS, in questo caso il legno-cemento è un isolante termico ed un collaborante strutturale.

Conclusioni

A seconda che si tratti di elementi lignei da montare in cantiere, per creare strutture o costruzioni, o che si tratti di prefabbricazione “spinta”, in cui si assemblano elementi orizzontali o verticali già pronti (pareti, solai, muri, etc.), la costruzione a prefabbricata a secco presenta vantaggi, sia in termini temporali, sia per risolvere le tipiche difficoltà del gettato in opera, che sono per lo più riconducibili all’esperienza della manovalanza.

Inoltre i punti di discontinuità quali i ponti termici geometrici, gli innesti tra strutture orizzontali e verticali, le aperture dei varchi per gli infissi, sono criticità che sono già state opportunamente affrontate e risolte in fase di progettazione e collaudo dei tanti prefabbricati assemblati in precedenza.