SISTEMI DI FISSAGGIO STRUTTURALE NELL’EDILIZIA

I sistemi di fissaggio si dividono in due categorie principali: a vista e nascosti. Ciascuno di essi presenta caratteristiche uniche, ambiti di applicazione e requisiti di montaggio propri. I sistemi a vista, come i collegamenti bullonati, le viti, gli ancoraggi e le piastre metalliche, si caratterizzano per il fatto che i loro elementi restano visibili dopo il completamento del montaggio. Il loro vantaggio consiste nella semplicità di installazione, nella facilità di ispezione e, di norma, in un costo inferiore. Sono ampiamente utilizzati nelle strutture in cui l’estetica non è una priorità, ad esempio negli edifici industriali, nelle intelaiature, nelle strutture temporanee o laddove è richiesto un montaggio rapido. Per i fissaggi a vista, secondo la ДБН В.2.6-168:201X ‘Strutture in acciaio. Progettazione’, occorre tenere conto dei coefficienti di sicurezza e di resistenza, che possono raggiungere 1,25 per i collegamenti bullonati, a seconda della classe di resistenza dei bulloni (ad esempio, 8.8 o 10.9).

Al contrario, i sistemi di fissaggio nascosti sono progettati per collegare gli elementi in modo che i componenti di fissaggio risultino invisibili dall’esterno. Ciò si ottiene integrando i fissaggi nello spessore del materiale o mascherandoli con elementi decorativi. I fissaggi nascosti sono indispensabili per i progetti architettonici in cui è importante la pulizia visiva delle linee, il design minimalista e un’estetica elevata. Esempi di tali sistemi sono i giunti a incastro, le code di rondine, i giunti a chiave (spina), nonché i connettori metallici specializzati montati in scanalature fresate. A questi sistemi appartengono, ad esempio, i connettori Knapp Ricon o Sihga GoFix, che permettono di raggiungere un’elevata capacità portante mantenendo una superficie esteticamente pulita. Questi sistemi richiedono un’elevata precisione nella produzione degli elementi (tolleranze ammesse fino a ±0,5 mm) e un montaggio qualificato. Essi garantiscono una protezione aggiuntiva dai fattori esterni, inclusa una maggiore resistenza al fuoco, poiché gli elementi metallici sono nascosti dall’esposizione diretta alle fiamme, un aspetto critico per le strutture lignee come i pannelli XLAM o gli elementi in legno lamellare.

La scelta tra sistemi a vista e nascosti è determinata non solo da considerazioni estetiche, ma anche funzionali ed economiche. I sistemi a vista possono essere più soggetti alla corrosione e richiedono una manutenzione regolare, mentre quelli nascosti garantiscono una migliore protezione degli elementi di fissaggio, prolungandone la durata di servizio. Tuttavia, i sistemi nascosti sono spesso più costosi da produrre e installare a causa della complessità della lavorazione dei materiali e della necessità di utilizzare attrezzature specializzate, come le macchine a controllo numerico (CNC) per la fresatura di precisione delle scanalature. Ciononostante, l’investimento nei fissaggi nascosti è giustificato dalla durabilità, dall’estetica e dalle migliori caratteristiche prestazionali dell’edificio.

Il montaggio dei sistemi di fissaggio nascosti è una fase critica che richiede elevata precisione e professionalità. A differenza dei sistemi a vista, dove piccole deviazioni possono essere compensate visivamente, i giunti nascosti richiedono una corrispondenza perfetta tra le scanalature fresate e i fori. Questo processo inizia già in fase di produzione, dove gli elementi strutturali, ad esempio per le case in legno lamellare, vengono lavorati su macchine ad alta precisione a controllo numerico (CNC). La precisione della fresatura delle scanalature per connettori del tipo Ricon o Megant può raggiungere ±0,1 mm, garantendo un accoppiamento perfetto e la massima trasmissione dei carichi.

Il processo di montaggio dei fissaggi nascosti comprende generalmente le seguenti fasi: preparazione delle superfici (pulizia, tracciatura), inserimento degli elementi di fissaggio nelle scanalature pre-fresate, posizionamento preciso degli elementi da collegare e fissaggio finale. Per l’assemblaggio di grandi strutture lignee, come pannelli parete o travi di solaio, si utilizzano spesso mezzi di sollevamento e dispositivi speciali per il fissaggio temporaneo. Una caratteristica importante è l’assenza della necessità di praticare fori passanti in cantiere, il che accelera notevolmente il processo e riduce il rischio di danneggiamento del materiale. Ciò minimizza anche l’influenza del fattore umano e dei potenziali errori.

Una delle tecnologie più avanzate è l’uso di viti autofilettanti di grande diametro (ad esempio, Sihga GoFix S+ 10-20 mm) per il collegamento nascosto di travi o elementi, dove la testa della vite viene completamente affondata nel legno. A tale scopo si utilizzano punte speciali e dime che garantiscono l’angolo di inserimento e la profondità di avvitamento corretti. Ciò consente di evitare le spaccature del legno e di garantire un’elevata resistenza del giunto, sopportando carichi a estrazione fino a 20 kN per viti di 300 mm di lunghezza in legno di classe di resistenza C24. Il rispetto della disciplina tecnologica e l’uso di attrezzature originali raccomandate dai produttori dei fissaggi sono garanzia di affidabilità e durabilità della struttura. Parte integrante del montaggio è il controllo qualità in ogni fase, che prevede la verifica delle dimensioni geometriche, della resistenza dei giunti e della conformità alla documentazione di progetto. Per i grandi progetti si utilizza spesso la modellazione BIM, che consente di elaborare virtualmente ogni nodo prima del montaggio fisico, riducendo notevolmente i tempi e i costi dei lavori.

La resistenza al fuoco delle strutture edilizie, e di conseguenza dei loro elementi di fissaggio, è uno degli aspetti più importanti della sicurezza, regolato dallo standard europeo EN 13501-2. Questo standard definisce la classificazione dei prodotti da costruzione e degli elementi in base alla resistenza al fuoco, indicata con i simboli R (capacità portante), E (integrità) e I (capacità di isolamento termico), con l’aggiunta di un valore numerico in minuti (ad esempio, R30, REI60). Per le strutture lignee, che spesso utilizzano fissaggi nascosti, garantire un’adeguata resistenza al fuoco è fondamentale.

Il vantaggio dei fissaggi nascosti dal punto di vista della resistenza al fuoco consiste nel fatto che gli elementi metallici di collegamento sono protetti da uno strato di legno. Il legno, sotto l’effetto delle alte temperature, si carbonizza, formando uno strato protettivo che rallenta la propagazione del fuoco verso le parti interne, portanti, degli elementi e dei fissaggi. Ciò consente alla struttura di mantenere la propria capacità portante per un periodo più lungo rispetto ai fissaggi metallici a vista, che perdono rapidamente resistenza se riscaldati a temperature di 500-600 °C. Secondo la ДБН В.1.1-7:2016 ‘Sicurezza antincendio degli edifici’, per molti edifici sono stabiliti requisiti di resistenza al fuoco R30, R60 o persino R90. I fissaggi nascosti, posizionati a una profondità sufficiente dalla superficie (ad esempio, minimo 25-30 mm per raggiungere R30-R60), possono contribuire significativamente al raggiungimento di questi valori.

Alcuni produttori di fissaggi nascosti sottopongono i propri prodotti a prove di resistenza al fuoco e rilasciano certificati che confermano la loro capacità di garantire la classe di resistenza al fuoco prevista per nodi specifici. Ad esempio, per il sistema Knapp Ricon è possibile raggiungere la classe R60 quando il connettore metallico è affondato nel legno di 20-30 mm. Nel caso in cui i fissaggi debbano soddisfare classi di resistenza al fuoco superiori (ad esempio, R90), possono essere applicate misure aggiuntive, come l’aumento dello spessore dello strato protettivo di legno o l’uso di rivestimenti ignifughi. La progettazione di nodi resistenti al fuoco con fissaggi nascosti richiede un calcolo dettagliato secondo le metodologie esposte nella EN 1995-1-2 (Eurocodice 5: Progettazione delle strutture di legno – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio), che consente di valutare con precisione il tempo durante il quale il giunto manterrà la propria funzionalità in condizioni di incendio. In questo modo, i fissaggi nascosti non garantiscono solo l’estetica, ma rappresentano anche un elemento importante della sicurezza antincendio passiva dell’edificio.

Esaminiamo in dettaglio il connettore nascosto KNAPP RICON come esempio di tecnologia avanzata nel campo delle strutture lignee. Questo tipo di fissaggio è ideale per il collegamento di travi, colonne e altri elementi in legno, dove sono importanti sia la capacità portante che l’estetica. Il connettore è composto da due parti principali: la parte primaria, fissata all’elemento portante (colonna o trave principale), e la parte secondaria, montata nell’elemento da collegare (trave secondaria). Entrambe le parti sono realizzate in acciaio ad alta resistenza e presentano denti o sporgenze speciali che garantiscono un aggancio sicuro con il legno.

Il montaggio del RICON inizia con la fresatura precisa delle scanalature in entrambi gli elementi. Le scanalature devono essere realizzate con alta precisione, di norma su macchine CNC, per garantire tolleranze minime (fino a 0,2 mm) e la massima trasmissione dei carichi. La profondità della scanalatura dipende dalle dimensioni del connettore e dai requisiti di resistenza al fuoco. Ad esempio, per il connettore RICON 140, la cui larghezza è di 20 mm, la scanalatura deve essere fresata di conseguenza. Dopo la fresatura, le parti del connettore vengono fissate al legno mediante viti speciali incluse nel kit. È importante utilizzare le viti raccomandate dal produttore, poiché la loro geometria e le loro proprietà sono calibrate per un’interazione ottimale con il legno e il connettore. Queste viti possono avere una lunghezza da 60 a 120 mm, garantendo un fissaggio affidabile.

Il collegamento dei due elementi avviene facendo scorrere la trave secondaria su quella primaria. Grazie alla forma conica o a guide speciali, i connettori si inseriscono facilmente l’uno nell’altro, garantendo un giunto solido e preciso. Dopo l’inserimento completo, gli elementi vengono fissati mediante perni speciali o bulloni nascosti. I vantaggi del sistema RICON risiedono nella sua elevata capacità portante (ad esempio, il RICON 140 può sopportare fino a 150 kN a taglio in determinate configurazioni), nel montaggio rapido e semplice in cantiere, nonché nella possibilità di pre-assemblaggio degli elementi. Inoltre, questi sistemi garantiscono giunti smontabili, il che rappresenta un vantaggio per le case modulari o le strutture temporanee. La resistenza al fuoco di un nodo con RICON può raggiungere R60, se il connettore è affondato a una profondità adeguata ed è protetto da uno strato di legno carbonizzato, come confermato dai certificati europei.

La scelta tra sistemi di fissaggio nascosti e a vista è determinata in larga misura non solo dalla fase di progettazione e montaggio, ma anche dai costi e dalle caratteristiche di esercizio a lungo termine. Effettuiamo un benchmark comparativo secondo i criteri chiave.

Estetica: I sistemi nascosti (ad esempio, connettori fresati, giunti a chiave) sono leader indiscussi, poiché garantiscono superfici visivamente pulite, ideali per gli stili architettonici moderni. I sistemi a vista (bulloni, piastre metalliche, angolari) spesso compromettono l’estetica, ma possono essere accettabili per edifici industriali o utilitari.

Montaggio e Tempi: I sistemi a vista sono generalmente più semplici e rapidi da montare e non richiedono attrezzature ad alta precisione. Il tempo di montaggio di un tipico collegamento bullonato può essere inferiore del 30-50% rispetto a un nodo fresato nascosto. Tuttavia, i sistemi nascosti, in particolare quelli che richiedono una lavorazione CNC precisa, possono garantire un assemblaggio finale più rapido in cantiere se gli elementi sono pre-preparati. Ciò riduce i tempi di inattività delle squadre.

Capacità Portante e Durabilità: Entrambi i tipi di sistemi possono garantire un’elevata capacità portante se progettati correttamente. Per i sistemi a vista, la resistenza è spesso limitata dall’area di contatto e dalla resistenza del materiale collegato. I sistemi nascosti, come i connettori RICON, possono avere una capacità portante molto elevata a taglio e a estrazione, poiché sono integrati nel corpo del materiale e distribuiscono i carichi in modo più efficiente. La durabilità dei fissaggi nascosti è generalmente superiore grazie alla protezione dalla corrosione, dai raggi UV e dai danni meccanici.

Resistenza al Fuoco: Come già accennato, i fissaggi nascosti mostrano prestazioni significativamente migliori in termini di resistenza al fuoco secondo la EN 13501-2, poiché gli elementi metallici sono protetti dal legno. I fissaggi metallici a vista perdono rapidamente resistenza in caso di incendio, il che può portare al rapido collasso della struttura. Questo è un vantaggio significativo dei sistemi nascosti per gli edifici in legno.

Costo (TCO – Total Cost of Ownership): I costi iniziali dei sistemi nascosti sono generalmente più elevati a causa della complessità di produzione e del costo degli stessi elementi di fissaggio (fino a 2-5 volte più costosi rispetto agli analoghi). Tuttavia, tenendo conto della durabilità, dei minori costi di manutenzione, della migliore sicurezza antincendio e del maggiore valore estetico, il costo totale di proprietà (TCO) può essere paragonabile o addirittura inferiore per i sistemi nascosti nel lungo periodo. Un elevato valore estetico aumenta anche il valore di mercato dell’immobile. Nella progettazione di progetti architettonici è importante effettuare un’analisi completa del TCO, e non solo degli investimenti iniziali.

L’applicazione dei sistemi di fissaggio in Ucraina è regolata da una serie di documenti normativi, comprese le Norme Edilizie Statali (ДБН) e gli standard armonizzati con gli Eurocodici. In fase di progettazione e costruzione è importante garantire la piena conformità a questi requisiti, il che assicura la sicurezza e la durabilità degli edifici. Per le strutture lignee, il documento chiave è la ДБН В.2.6-14-97 (integrata con requisiti moderni), nonché, per l’armonizzazione con la pratica europea, l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1 ‘Progettazione delle strutture di legno. Regole generali’) e i suoi allegati nazionali. Gli Eurocodici consentono di applicare metodi di calcolo della resistenza dei giunti più moderni e dettagliati, compresi quelli che utilizzano fissaggi nascosti.

Particolare attenzione va dedicata ai calcoli di resistenza e deformazione dei giunti. Per i collegamenti meccanici (viti, bulloni, caviglie), le ДБН e gli Eurocodici richiedono la verifica della capacità portante a taglio, a estrazione e a schiacciamento del legno. Per i fissaggi nascosti, dove i meccanismi di trasmissione dei carichi possono essere più complessi (ad esempio, una combinazione di taglio, scorrimento ed estrazione), i produttori forniscono generalmente tabelle dettagliate della capacità portante e metodologie di calcolo certificate secondo gli standard europei (ETA – European Technical Assessment). Ad esempio, per le strutture lignee multistrato che utilizzano giunti nascosti, i coefficienti di sicurezza sul carico (γf) e sul materiale (γm) devono essere applicati secondo la ДБН В.1.2-12:2008 ‘Sistema di garanzia dell’affidabilità e della sicurezza degli edifici. Strutture edilizie’.

Nel contesto della resistenza al fuoco discusso in precedenza, la ДБН В.1.1-7:2016 ‘Sicurezza antincendio degli edifici’ stabilisce i requisiti per le classi di resistenza al fuoco per diversi tipi di edifici. I fissaggi nascosti, che garantiscono R30-R60, possono semplificare notevolmente il raggiungimento di questi requisiti nelle strutture lignee. Tuttavia, tutti i calcoli e i certificati dei produttori devono essere adattati e verificati per la conformità alle norme ucraine o ai loro equivalenti. L’applicazione di sistemi di fissaggio esteri senza un adeguato adattamento o senza la conferma della loro conformità agli standard nazionali costituisce una violazione e può causare problemi di esercizio e sicurezza. La collaborazione con progettisti e ingegneri autorizzati, con esperienza sia con le ДБН che con gli Eurocodici, è fondamentale per la realizzazione efficace di progetti che utilizzano sistemi di fissaggio sia a vista che nascosti in Ucraina.

Anche i sistemi di fissaggio più sofisticati possono diventare fonte di problemi se sono stati commessi errori nella fase di progettazione o montaggio. Comprendere questi errori tipici è fondamentale per garantire l’affidabilità e la durabilità della struttura.

1. Scelta errata del tipo di fissaggio: Spesso si sceglie un fissaggio non adeguato ai carichi o alle condizioni di esercizio. Ad esempio, l’uso di viti per collegamenti che richiedono un’elevata capacità portante a taglio, o di elementi metallici a vista in luoghi con requisiti elevati di resistenza al fuoco o estetica. È necessario consultare sempre la documentazione tecnica del produttore ed effettuare i calcoli secondo le norme (ДБН, Eurocodici).

2. Calcolo insufficiente della capacità portante: Uno degli errori più comuni è la sottostima dei carichi (permanenti, variabili, da vento, da neve) o l’ignorare gli effetti dinamici. Ciò può portare al cedimento dei giunti. Ogni nodo deve essere calcolato agli stati limite di resistenza e deformazione, tenendo conto dei coefficienti di sicurezza. Per i fissaggi nascosti, come i sistemi RICON, è importante considerare sia la resistenza dell’elemento metallico stesso, sia la resistenza del legno allo schiacciamento o alla scheggiatura.

3. Mancato rispetto della tecnologia di montaggio: Per i fissaggi nascosti, la precisione della fresatura delle scanalature e il corretto posizionamento degli elementi sono critici. Una fresatura imprecisa (deviazione superiore a 0,5 mm) o un errato avvitamento delle viti (angolo sbagliato, serraggio eccessivo) può ridurre la capacità portante del giunto del 20-30% o causare spaccature nel legno. Per i collegamenti bullonati a vista è importante rispettare la coppia di serraggio dei bulloni e la sequenza di serraggio, per evitare una distribuzione non uniforme delle tensioni. Anche l’uso di utensili di scarsa qualità è fonte di errori.

4. Trascurare le deformazioni termo-igrometriche: Il legno è un materiale igroscopico che reagisce alle variazioni di umidità e temperatura. Se il fissaggio non compensa queste deformazioni, ciò può portare a tensioni interne, fessure nel legno o all’indebolimento dei giunti. In fase di progettazione occorre tenere conto dei coefficienti di dilatazione termica (1,2 x 10^-5 per °C per l’acciaio) e dei coefficienti di ritiro del legno (0,2-0,4% per 1% di variazione di umidità).

5. Assenza di protezione anticorrosiva: Per i fissaggi metallici a vista, specialmente in condizioni di umidità elevata o ambiente aggressivo, l’assenza di un rivestimento adeguato (zincatura, verniciatura a polvere) porta a una rapida corrosione e perdita di resistenza. Anche per i fissaggi nascosti a contatto con il legno, è importante utilizzare acciaio inossidabile o fissaggi con rivestimento anticorrosivo per evitare la corrosione bimetallica e il danneggiamento del legno.

Evitare questi errori richiede un approccio sistematico, a partire da una progettazione qualificata, da un controllo rigoroso della qualità dei materiali e dal rispetto della disciplina tecnologica in tutte le fasi del montaggio. Anche la formazione regolare del personale e l’implementazione di sistemi di qualità, come la ISO 9001, contribuiscono a minimizzare i rischi.