XLAM

I pannelli XLAM (Cross-Laminated Timber) sono legno ingegnerizzato, composto da almeno tre strati di lamelle, incollate in modo che le fibre degli strati adiacenti siano disposte perpendicolarmente l’una all’altra. Questa struttura multistrato conferisce al materiale un’eccezionale stabilità in due direzioni, elevata resistenza e rigidità. I pannelli XLAM sono utilizzati per la costruzione di pareti, solai, tetti e persino vani ascensore, garantendo velocità di montaggio e una significativa riduzione dei processi “umidi” in cantiere.

Il ruolo fondamentale dei collegamenti nella costruzione in XLAM non può essere sopravvalutato. Sono proprio essi a essere responsabili della trasmissione di tutti i tipi di carico (verticali, orizzontali, di taglio), della garanzia della stabilità geometrica della struttura, della sua ermeticità all’aria, nonché della resistenza al fuoco e dell’isolamento acustico. Un’attenzione insufficiente alla progettazione e all’esecuzione dei collegamenti può causare deformazioni strutturali, problemi di isolamento termico, condensa e una riduzione generale della durata di vita dell’edificio. Le normative moderne, come la DBN V.2.6-31:2021 “Isolamento termico degli edifici”, sottolineano l’importanza della tenuta ermetica delle strutture di tamponamento, che dipende direttamente dalla qualità dei collegamenti. Ciò rende la scelta del sistema di collegamento ottimale, come spinotti e pettini, di importanza critica per la conformità ai requisiti degli edifici a consumo energetico quasi zero (nZEB).

L’applicazione dei pannelli XLAM, specialmente in progetti su larga scala, richiede una comprensione profonda non solo delle caratteristiche del materiale stesso, ma anche delle sottigliezze del lavoro con esso nella fase di assemblaggio. I collegamenti devono essere progettati tenendo conto del ritiro del legno, delle deformazioni termiche e dei carichi dinamici. Dalla qualità dell’esecuzione di questi nodi dipende non solo la resistenza statica, ma anche l’affidabilità operativa a lungo termine, il che li rende uno degli elementi più responsabili della struttura. Uno studio dettagliato e la corretta applicazione dei nodi di fissaggio sono garanzia di successo nella costruzione in XLAM. Ulteriori informazioni sulla costruzione in XLAM sono disponibili nella pagina sulla costruzione di case in XLAM.

Il collegamento su spinotti e pettini (o “dito-scanalatura”, “linguetta”) è un metodo collaudato nella costruzione in legno, che trova nuova vita nelle strutture in XLAM. Questo tipo di collegamento si basa sull’inserimento reciproco di sporgenze (pettini) di un pannello nelle corrispondenti cavità (scanalature) di un altro, con successivo fissaggio mediante spinotti. Gli spinotti possono essere in legno (ad esempio, di specie legnose dure, come quercia, faggio) o metallici (barre d’acciaio, bulloni senza filettatura).

Il principio di funzionamento consiste nella creazione di una chiusura meccanica, che resiste efficacemente ai carichi di taglio. Quando un pannello tenta di spostarsi rispetto all’altro, il pettine si appoggia contro le pareti della scanalatura, e gli spinotti, che attraversano entrambi i pannelli e il pettine, assorbono le forze di taglio. Le proprietà del legno, in particolare la sua capacità di deformazione elastica, permettono a questo collegamento di distribuire efficacemente le sollecitazioni. Ad esempio, secondo l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1), la resistenza di calcolo a taglio per i collegamenti con fissaggi cilindrici (spinotti) è determinata secondo la formula di Johansen, tenendo conto del diametro dello spinotto, della resistenza del legno e dello spessore degli elementi da collegare. Per spinotti di diametro 12-20 mm e legno di classe di resistenza C24, la capacità portante di un singolo spinotto può raggiungere 5-15 kN, a seconda della configurazione.

Il vantaggio chiave di tale collegamento è la creazione di un’ampia superficie di contatto per la trasmissione dei carichi, che minimizza la concentrazione delle sollecitazioni. Ciò garantisce un’elevata rigidità e stabilità del nodo, rendendolo ideale per il collegamento di pannelli XLAM di parete e di solaio. Per raggiungere caratteristiche ottimali, è importante garantire la precisione di produzione dei pettini e delle scanalature (tolleranza fino a 1 mm), nonché la precisa perforazione dei fori per gli spinotti. Il gioco tra lo spinotto e il foro generalmente non supera 0,5 mm, il che garantisce il funzionamento efficace del nodo senza deformazioni eccessive. La scelta del materiale degli spinotti influisce sulla resistenza al fuoco e sulla resistenza alla corrosione, pertanto per le strutture esterne o in condizioni di umidità elevata si preferisce l’acciaio inossidabile o spinotti in legno appositamente trattati.

I collegamenti dei pannelli XLAM su spinotti e pettini si realizzano in diverse soluzioni costruttive tipiche, adattate alle funzioni specifiche degli elementi – pareti o solai. Per i collegamenti verticali parete-parete si utilizza spesso un pettine verticale (linguetta) sul bordo del pannello, in cui si inserisce la corrispondente scanalatura del pannello adiacente. Il fissaggio avviene mediante la perforazione di fori attraverso entrambi i pannelli e il pettine, con il successivo inserimento di spinotti in legno o metallici. Questo tipo di collegamento garantisce un’elevata rigidità a taglio e minimizza i rischi di deformazione da carichi eccentrici.

Nei nodi parete-solaio, il pannello XLAM del solaio può appoggiarsi sulla testata superiore del pannello di parete. In questo caso, per la trasmissione delle forze orizzontali e per garantire la rigidità, può essere utilizzato un pettine orizzontale (intaglio) nella parte superiore del pannello di parete o nella parte inferiore del pannello del solaio. Attraverso questo pettine e la corrispondente scanalatura passano gli spinotti che collegano gli elementi. Per la trasmissione dei carichi verticali dalle pareti superiori a quelle inferiori attraverso il solaio, è di importanza critica l’uso di elementi di compressione. Questi possono essere inserti in legno di specie dure (ad esempio, con densità > 600 kg/m³) o piastre in acciaio, che vengono installati negli spazi tra i pannelli e garantiscono la trasmissione continua della forza assiale, compensando la viscosità del legno nel solaio. Secondo l’Eurocodice 5, è necessario considerare accuratamente le deformazioni da viscosità per l’esercizio a lungo termine della struttura.

Un’altra variante è il collegamento “incastro-tenone”, dove la testata del pannello del solaio si incastra nella scanalatura ricavata nel pannello di parete, e il fissaggio avviene mediante spinotti. Questo metodo garantisce un aspetto estetico e l’occultamento dei collegamenti, il che è importante per le soluzioni architettoniche. Per garantire la necessaria ermeticità all’aria, tutti i collegamenti vengono sigillati con nastri o sigillanti speciali. Gli schemi di calcolo per tali collegamenti tengono conto non solo della resistenza degli spinotti, ma anche della resistenza del legno alla compressione locale e allo scorrimento. Una corretta progettazione prevede una distanza sufficiente dai bordi del pannello agli spinotti (generalmente non meno di 3-5 diametri dello spinotto) e tra gli spinotti, per evitare la spaccatura del legno. L’ottimizzazione di questi parametri garantisce l’affidabilità e la durabilità della struttura.

La stabilità strutturale dei collegamenti XLAM su spinotti e pettini è un fattore determinante per la sicurezza e l’affidabilità dell’intero edificio. La progettazione di tali nodi richiede un’analisi ingegneristica approfondita, basata sui principi della meccanica dei materiali e sulle norme edilizie. Il principale documento normativo in Europa che regola il calcolo delle strutture in legno è l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1). Questo standard fornisce metodologie per determinare la capacità portante e la deformabilità dei collegamenti con fissaggi cilindrici, come gli spinotti.

I parametri chiave per il calcolo sono: il diametro dello spinotto (d), la resistenza del materiale dello spinotto (ad esempio, acciaio S235 o legno ad alta resistenza), i valori caratteristici di resistenza del legno XLAM a compressione e taglio perpendicolarmente e parallelamente alle fibre, nonché lo spessore dei pannelli da collegare. La capacità portante del nodo è influenzata dalle modalità di rottura: rottura del legno per compressione locale, flessione dello spinotto, sfilamento dello spinotto o strappo del bordo del pannello. Per i collegamenti su spinotti e pettini è necessario considerare anche la resistenza a taglio del pettine stesso. I modelli di calcolo utilizzano spesso il concetto di numero efficace di fissaggi e di lunghezza efficace dello spinotto, specialmente nei collegamenti multistrato.

Ad esempio, nel calcolo dei collegamenti di pannelli di parete a taglio, è necessario considerare sia la capacità degli spinotti di trasmettere le forze trasversali, sia la resistenza del pettine allo scorrimento. Per pannelli XLAM di classe di resistenza C24 in legno di abete rosso, con l’uso di spinotti d’acciaio di diametro 16 mm, la capacità portante di calcolo a taglio per un singolo piano di taglio può essere di 8-12 kN. Questo valore dipende dal rapporto tra lo spessore dei pannelli e la lunghezza di penetrazione dello spinotto. È importante anche condurre un’analisi dei carichi in condizioni di incendio (EN 1995-1-2), poiché gli spinotti in legno possono bruciare, e quelli metallici perdere resistenza, richiedendo una protezione aggiuntiva. Garantire la stabilità strutturale attraverso un calcolo corretto e la conformità alle norme è la base per un esercizio durevole e sicuro delle strutture in XLAM.

L’ermeticità all’aria dell’involucro edilizio è un indicatore critico dell’efficienza energetica e del comfort dell’ambiente interno, misurato dal coefficiente n50 (tasso di ricambio d’aria in 1 ora a una differenza di pressione di 50 Pa). Per gli edifici ad alte prestazioni, come gli nZEB, la DBN V.2.6-31:2021 stabilisce requisiti per n50, che per gli edifici residenziali non devono superare 3,0 h⁻¹, e per le case passive questo indicatore si riduce spesso a 0,6 h⁻¹.

I collegamenti dei pannelli XLAM su spinotti e pettini, sebbene garantiscano resistenza meccanica, non garantiscono di per sé la tenuta ermetica. Il legno è un materiale poroso, e anche pettini e scanalature strettamente aderenti possono avere fessure microscopiche. Pertanto, per raggiungere l’indicatore n50 necessario, si applica un insieme di misure di sigillatura. Tra queste:

1. Nastri sigillanti: Nastri elastici, autoadesivi a base di EPDM, butile o polietilene espanso, che vengono posati tra i pannelli lungo tutta la lunghezza del collegamento prima del loro montaggio. Compensano le irregolarità della superficie e garantiscono una barriera ermetica.
2. Sigillanti: Sigillanti poliuretanici o siliconici, applicati nei giunti dopo l’installazione dei pannelli. Possiedono un’elevata adesione al legno e mantengono l’elasticità per un lungo periodo.
3. Membrane di barriera al vapore: Per le pareti esterne e i tetti, che generalmente hanno una struttura multistrato, si integrano membrane di barriera al vapore, incollate lungo i giunti e che garantiscono una protezione aggiuntiva dalla penetrazione dell’aria. È importante che queste membrane abbiano un elevato valore di resistenza alla diffusione del vapore acqueo (Sd > 100 m) per prevenire la condensa.

Anche il montaggio degli spinotti richiede attenzione: i fori per gli spinotti devono essere riempiti con sigillante o avere rondelle di tenuta speciali, per evitare fuoriuscite d’aria. Un corretto controllo qualità nella fase di montaggio, incluso il test di tenuta ermetica (Blower Door Test), è obbligatorio per confermare la conformità agli indicatori n50 di progetto. Per garantire la massima ermeticità nelle case moderne, vale la pena considerare soluzioni con sistemi di ventilazione integrati, presentati nella pagina dei sistemi di ventilazione.

L’efficacia dei collegamenti dei pannelli XLAM su spinotti e pettini dipende in gran parte dal rigoroso rispetto della tecnologia di montaggio e da un accurato controllo qualità direttamente in cantiere. Errori in questa fase possono annullare tutti i vantaggi di una progettazione e produzione di alta qualità dei pannelli.

Il processo di montaggio inizia con la preparazione della fondazione o dell’elemento inferiore della struttura, che deve essere perfettamente piano (deviazione ammissibile non superiore a 2-3 mm su 10 m di lunghezza). Seguono poi le seguenti fasi:

1. Tracciamento: Tracciamento preciso della disposizione dei pannelli e dei fori per gli spinotti. L’uso di livelle laser e sagome è obbligatorio.
2. Posa delle guarnizioni: Prima dell’installazione di ogni pannello, sulle superfici di contatto (pettini, scanalature, testate) si applica il sigillante o si posa il nastro sigillante. Ciò garantisce l’ermeticità all’aria e previene la penetrazione dell’umidità.
3. Posizionamento dei pannelli: I pannelli vengono sollevati con la gru e posizionati con precisione utilizzando fissaggi temporanei. È importante garantire un’aderenza compatta dei pettini alle scanalature.
4. Perforazione dei fori: I fori per gli spinotti vengono perforati attraverso i pannelli, passanti o fino alla profondità stabilita. È fondamentale l’uso di attrezzature di perforazione specializzate con limitatori di profondità e sistema di aspirazione della polvere. Il foro deve essere rigorosamente perpendicolare alla superficie.
5. Installazione degli spinotti: Gli spinotti vengono inseriti a percussione o avvitati nei fori preparati. Per gli spinotti metallici può essere necessario un preventivo riempimento del foro con resina epossidica per una migliore adesione e protezione anticorrosiva. Gli spinotti in legno possono essere installati “a secco” o con colla.
6. Serraggio: I pannelli vengono serrati mediante speciali viti o bulloni di serraggio, per garantire un’aderenza massimamente compatta di tutti gli elementi.

Il controllo qualità include l’ispezione visiva dei collegamenti, la verifica del rispetto delle tolleranze di montaggio (dimensioni dei giunti, posizione degli spinotti), nonché l’esecuzione del Blower Door Test per valutare l’ermeticità all’aria dell’intera struttura. Il registro dei lavori eseguiti deve contenere annotazioni su ogni collegamento, il tipo di materiali utilizzati (sigillanti, spinotti), la data e i responsabili. Ciò garantisce la tracciabilità e la responsabilità per la qualità. Per i grandi progetti si utilizzano spesso sistemi di scansione laser per verificare la geometria delle strutture montate, garantendo la conformità al modello BIM.

Il sistema di collegamento dei pannelli XLAM su spinotti e pettini presenta una serie di vantaggi significativi, che lo rendono una soluzione attraente per l’edilizia moderna, ma presenta anche alcune limitazioni, che devono essere considerate nella progettazione e nella costruzione.

Vantaggi:

1. Elevata resistenza e rigidità strutturale: Grazie all’ampia superficie di contatto di pettini e scanalature, e all’efficace lavoro degli spinotti a taglio, il collegamento garantisce un’eccellente capacità portante e resistenza alle deformazioni. Ciò è particolarmente importante per le strutture antisismiche.
2. Aspetto estetico: Questo tipo di collegamento permette spesso di nascondere la maggior parte degli elementi di fissaggio, il che crea un interno pulito e minimalista, tipico degli edifici moderni in legno.
3. Migliore ermeticità all’aria: Con una corretta sigillatura e tenuta ermetica, il collegamento su spinotti e pettini crea una barriera efficace per l’aria, contribuendo a raggiungere elevati indici n50 e l’efficienza energetica complessiva dell’edificio.
4. Riduzione dei ponti termici: Rispetto ai collegamenti metallici, che possono creare significativi ponti termici, gli spinotti in legno e l’accoppiamento stretto dei pettini contribuiscono a migliori caratteristiche termotecniche del nodo.
5. Possibilità di montaggio rapido: L’alto grado di prefabbricazione dei pannelli XLAM e la semplicità di integrazione degli spinotti permettono di accelerare significativamente il processo di assemblaggio della struttura in cantiere.

Limitazioni:

1. Requisiti di precisione di produzione e montaggio: Per il funzionamento efficace del collegamento è necessaria un’elevata precisione di lavorazione dei pannelli in fabbrica (CNC) e il loro montaggio in cantiere. Anche deviazioni minime possono influire sulla resistenza e sulla tenuta ermetica.
2. Difficoltà di smontaggio: I collegamenti su spinotti, specialmente se inseriti “a secco” o con colla, possono essere difficili da smontare, il che limita la flessibilità in caso di futura ricostruzione.
3. Sensibilità all’umidità: I pettini e gli spinotti in legno sono sensibili all’inumidimento, il che può causare rigonfiamento, deformazione e riduzione della resistenza. È necessaria un’accurata protezione dall’umidità durante il trasporto, lo stoccaggio e il montaggio.
4. Capacità portante limitata allo sfilamento: Sebbene il collegamento funzioni efficacemente a taglio, la sua capacità di resistere alle forze di sfilamento (strappo) può essere inferiore rispetto ad alcuni fissaggi metallici. Ciò richiede soluzioni aggiuntive per i nodi soggetti a tali carichi.

Nonostante le limitazioni, con una progettazione corretta e un’esecuzione di qualità, il sistema di collegamento su spinotti e pettini è una soluzione estremamente affidabile ed efficace per la costruzione in XLAM, che permette di creare strutture di alta qualità e durature. È meglio affidare la progettazione e il montaggio di tale struttura ad architetti esperti.