TIPI DI FISSAGGI IN EDILIZIA

I fissaggi non sono semplicemente prodotti metallici; sono componenti di importanza critica che garantiscono la trasmissione delle forze tra gli elementi delle strutture edili. La loro funzione principale è creare un collegamento affidabile in grado di sopportare i più diversi carichi statici e dinamici, come compressione, trazione, taglio, flessione e torsione. La meccanica dei fissaggi si basa sui principi della resistenza dei materiali e della meccanica delle costruzioni. Ogni collegamento deve essere progettato in modo da garantire un’adeguata capacità portante, rigidità e stabilità per tutta la vita utile della struttura.

Per garantire l’integrità strutturale è necessario tenere conto non solo della resistenza del fissaggio stesso, ma anche della resistenza dei materiali collegati e della natura dell’interazione tra loro. Ad esempio, nelle strutture in legno, come le case a telaio o gli edifici in legno massiccio (XLAM), la resistenza del fissaggio dipende in gran parte dalla densità del legno, dalla direzione delle fibre e dall’effetto di schiacciamento locale. Secondo la norma DBN V.2.6-161:2017 “Strutture in acciaio. Progettazione”, nonché la EN 1995-1-1 “Design of timber structures”, il calcolo dei fissaggi viene eseguito tenendo conto degli stati limite di resistenza e di deformazione, utilizzando coefficienti di sicurezza per il materiale e per il carico. È importante comprendere che un fissaggio di scarsa qualità o un calcolo errato può portare al collasso progressivo della struttura, a partire dal cedimento locale di singoli collegamenti. Pertanto, un’analisi dettagliata dei nodi e una determinazione precisa della capacità portante sono parte integrante della progettazione ingegneristica. La trasmissione dei carichi avviene attraverso superfici di contatto, attrito o incastro, e ogni tipo di fissaggio ha le proprie condizioni ottimali di applicazione e i propri limiti.

Ad esempio, le viti lavorano prevalentemente a taglio e a estrazione, i bulloni a taglio e a trazione, mentre gli ancoraggi a strappo e a taglio nelle basi in calcestruzzo o muratura. La scelta corretta del fissaggio garantisce una distribuzione efficace dei carichi, riduce al minimo la concentrazione di tensioni e previene il cedimento prematuro. In Ucraina, come in altri paesi, la documentazione progettuale deve contenere indicazioni chiare sul tipo, le dimensioni, il numero e la disposizione di tutti gli elementi di fissaggio, nonché i requisiti per il loro montaggio e controllo. Ciò garantisce che tutti gli elementi di collegamento lavorino come un unico insieme, assicurando la resistenza e la durabilità dichiarate. Una comprensione approfondita di questi principi permette ad architetti e ingegneri di realizzare edifici sicuri, stabili e duraturi.

Le viti sono uno dei tipi di fissaggio più diffusi, in particolare nell’edilizia in legno. La loro efficacia consiste nella capacità di creare un collegamento resistente grazie alla filettatura che si avvita nel materiale. La classificazione delle viti comprende numerosi tipi in base al materiale (acciaio, acciaio inossidabile, ottone), al rivestimento (zinco, fosfato, passivazione gialla), alla forma della testa (svasata, semitonda, esagonale) e al tipo di filettatura (per legno, per metallo, universale).

Una nicchia particolare è occupata dalle viti autofilettanti per strutture in legno (ad esempio ASSY o Rothoblaas). Queste viti si caratterizzano per un’elevata capacità portante a estrazione e a taglio, nonché per la possibilità di installazione senza foratura preliminare, il che accelera notevolmente il montaggio. Presentano spesso una geometria della filettatura speciale ed elementi frangi-fibra che riducono la fessurazione del legno durante l’avvitamento. Una caratteristica importante è il diametro dello stelo e la lunghezza della filettatura, che determinano la superficie di contatto e la resistenza all’estrazione. Ad esempio, per i collegamenti portanti nel legno lamellare o nei pannelli XLAM, dove è richiesta un’elevata resistenza, si utilizzano viti con diametro di 8-16 mm e lunghezza fino a 1 metro, in grado di trasmettere carichi assiali e di taglio significativi. Secondo la EN 1995-1-1, la resistenza di calcolo della vite a estrazione (F_ax,Rd) dipende dal diametro d, dalla lunghezza di avvitamento l_ef e dalla densità del legno ρ_k. La norma richiede che l’angolo di avvitamento della vite rispetto alle fibre del legno sia non inferiore a 30°, per garantire la massima efficacia e prevenire la spaccatura.

L’applicazione delle viti nelle strutture in legno è estremamente ampia: dal montaggio di tramezzi interni al collegamento di travi e colonne portanti, fino al fissaggio degli impianti tecnici. Nella scelta delle viti per strutture di grande responsabilità, occorre considerare non solo il tipo di materiale, ma anche l’ambiente di esercizio (umidità, oscillazioni di temperatura), l’aggressività dell’ambiente e i requisiti di resistenza al fuoco. Per i lavori esterni è obbligatorio l’uso di viti con rivestimento anticorrosivo (zincatura a caldo) o in acciaio inossidabile A2/A4. Una scelta errata della vite può portare a una rapida corrosione, a una riduzione della capacità portante e, di conseguenza, al collasso della struttura. Pertanto, la scelta e il montaggio delle viti devono essere affrontati con la stessa responsabilità riservata agli altri elementi portanti.

I collegamenti bullonati sono tra i tipi di fissaggio più versatili e resistenti, ampiamente utilizzati nelle strutture metalliche, in legno e miste. Sono composti da un bullone, un dado e, di norma, una o due rondelle. I principali vantaggi dei collegamenti bullonati sono l’elevata capacità portante a taglio e a trazione, la facilità di montaggio e smontaggio, nonché la possibilità di controllare la forza di serraggio.

I bulloni si classificano per classe di resistenza (ad esempio, 4.8, 8.8, 10.9), materiale (acciaio rivestito o acciaio inossidabile), dimensione e tipo di filettatura. La classe di resistenza indica il carico di rottura minimo e il limite di snervamento del materiale del bullone, dati di importanza critica per il calcolo della capacità portante. Secondo la DBN V.2.6-161:2017 e la EN 1995-1-1, il calcolo dei collegamenti bullonati viene eseguito secondo diversi criteri: resistenza a taglio del bullone, resistenza a trazione del bullone, resistenza allo schiacciamento del materiale collegato e resistenza allo strappo della testa del bullone/dado. Per i bulloni ad alta resistenza (classe 8.8 e superiore) si utilizza un serraggio controllato con pretensionamento, che permette di trasmettere il carico prevalentemente tramite l’attrito tra gli elementi collegati, aumentando notevolmente la rigidità del collegamento e la sua resistenza a fatica. Il serraggio controllato può essere eseguito con chiavi dinamometriche, con metodi angolari o a indicatore, garantendo la coppia di serraggio precisa indicata nella documentazione progettuale (ad esempio, M = k ⋅ d ⋅ P, dove k è il coefficiente, d il diametro, P il pretensionamento).

Il montaggio dei collegamenti bullonati richiede il rispetto di una tecnologia precisa: preparazione dei fori (foratura o punzonatura), installazione del bullone e delle rondelle, serraggio del dado fino alla coppia richiesta. Il foro deve avere un diametro solo leggermente superiore a quello del bullone (ad esempio, di 1-2 mm), per ridurre al minimo i giochi e garantire una trasmissione efficace dei carichi. Il controllo qualità dei collegamenti bullonati include l’ispezione visiva, la verifica della coppia di serraggio (a campione) e, nelle strutture di grande responsabilità, il controllo a ultrasuoni o la magnetoscopia. Per la durabilità del collegamento è importante anche garantire la protezione anticorrosiva di bulloni e dadi, in particolare in condizioni di umidità elevata o ambiente aggressivo. Trascurare queste regole può portare all’allentamento del collegamento, a deformazioni maggiori e persino al collasso della struttura sotto i carichi di esercizio. Una progettazione e un montaggio ottimali dei collegamenti bullonati sono la garanzia di resistenza e affidabilità di qualsiasi opera ingegneristica.

Gli ancoraggi sono indispensabili per fissare elementi a basi in calcestruzzo, mattoni o pietra. Consentono di fissare in modo affidabile strutture metalliche, travi in legno, attrezzature o facciate, garantendo la trasmissione sia di carichi di trazione sia di taglio. Esistono diversi tipi principali di ancoraggi: meccanici e chimici (adesivi).

Gli ancoraggi meccanici si suddividono in espansivi (a battuta, a espansione, a manicotto) e ad attrito (autofilettanti, a cuneo). Gli ancoraggi espansivi funzionano creando una forza di espansione nel foro praticato, il che garantisce l’aderenza al materiale della base. Ad esempio, gli ancoraggi a cuneo, come i tasselli meccanici, hanno un elemento espansivo che si allarga quando si serra il dado, premendo il fissaggio contro le pareti del foro. La loro capacità portante dipende dal diametro dell’ancoraggio, dalla profondità di ancoraggio e dalla resistenza del calcestruzzo (classe di calcestruzzo B25, B30 ecc.). Per gli ancoraggi a cuneo di diametro M12 con profondità di ancoraggio di 60 mm in calcestruzzo C20/25, la capacità portante tipica a strappo è di circa 10-15 kN.

Gli ancoraggi chimici funzionano secondo il principio dell’adesione. Una speciale composizione chimica (resina, indurente) viene iniettata nel foro, dove avviene la polimerizzazione, creando un collegamento monolitico tra l’ancoraggio e il materiale della base. Ciò garantisce un’affidabilità eccezionale, in particolare in presenza di carichi dinamici e vibrazionali, nonché nei casi in cui sia necessario un fissaggio vicino al bordo della struttura o con piccola distanza assiale. Gli ancoraggi chimici sono più efficaci in calcestruzzo di bassa resistenza e possono essere utilizzati in fori con diametro fino a 30-40 mm, garantendo una capacità portante a strappo fino a 50 kN e oltre, a seconda del prodotto e delle condizioni di applicazione. Il calcolo dei collegamenti ad ancoraggio è disciplinato dalla EN 1992-4 “Design of fastenings for use in concrete”, che tiene conto di fattori quali le distanze dai bordi, le distanze tra gli ancoraggi, lo spessore della base, nonché la presenza di fessure nel calcestruzzo.

Nei nodi di fondazione, gli ancoraggi vengono utilizzati per fissare colonne, pannelli di parete o attrezzature alla fondazione. Ad esempio, per fissare gli elementi portanti delle pareti delle case in legno ai nodi di fondazione, si utilizzano tasselli ad ancoraggio preinstallati nel calcestruzzo, oppure ancoraggi chimici installati dopo l’indurimento del calcestruzzo. Per garantire la resistenza sismica e la resistenza ai carichi del vento, in particolare nelle regioni con elevata attività sismica (secondo la DBN V.1.1-12:2014 “Costruzione nelle zone sismiche dell’Ucraina”), si utilizzano ancoraggi con capacità portante maggiorata a strappo e a taglio. La scelta corretta del tipo di ancoraggio, del suo diametro, della profondità di ancoraggio e il rispetto della tecnologia di montaggio sono di importanza critica per la durabilità e la sicurezza dell’intera struttura.

L’edilizia in legno moderna, in particolare con l’uso delle tecnologie XLAM (Cross-Laminated Timber) e legno lamellare (Glulam), richiede l’impiego di elementi di fissaggio specializzati, che garantiscono un’elevata integrità strutturale, estetica e velocità di montaggio. I bulloni e le viti tradizionali, sebbene utilizzati, vengono spesso integrati o sostituiti da soluzioni innovative.

Una delle direzioni chiave è lo sviluppo di viti autofilettanti ad alte prestazioni (ad esempio le serie HBS, SKR di Rothoblaas o SPAX T-STAR plus). Queste viti presentano una geometria della filettatura migliorata, che permette di creare collegamenti con un’elevata resistenza a estrazione (fino a 30 kN per viti con diametro di 12 mm e lunghezza di 400 mm) e a taglio, riducendo al minimo la fessurazione del legno. Possono essere installate ad angolo per ottimizzare la trasmissione dei carichi di taglio e assiali nei nodi complessi, ad esempio nel collegamento dei pannelli XLAM tra loro o nel fissaggio delle travi alle colonne. L’uso di tali viti può ridurre notevolmente la necessità di piastre metalliche, migliorando l’estetica e la resistenza al fuoco del collegamento.

Un’altra soluzione innovativa sono i fissaggi nascosti (Hidden Connectors), non visibili dall’esterno dopo il montaggio. Ciò è particolarmente importante per le strutture in legno lamellare architettonicamente pregiate, dove è necessario mantenere la pulizia delle linee e la texture del legno. I fissaggi nascosti possono essere realizzati mediante speciali inserti in acciaio fresati nel corpo del legno, oppure mediante viti ad alta resistenza installate in fori inclinati. Questi sistemi sono in grado di trasmettere carichi significativi, garantendo al contempo un’elevata resistenza al fuoco e un aspetto estetico. Esempi sono i sistemi di tipo ETBS o GIGANT, che consentono di trasmettere carichi di taglio fino a 200 kN per collegamento.

I collegamenti smorzatori (Hold-downs) e i tiranti di ancoraggio sono di importanza critica per garantire la stabilità degli edifici in legno di grande altezza contro i carichi del vento e sismici. Questi fissaggi sono destinati a trasmettere le grandi forze di trazione che si generano negli elementi di parete a causa del momento ribaltante. I tiranti di ancoraggio possono attraversare più piani di pannelli XLAM, creando un’unica struttura monolitica. Tali sistemi comprendono spesso elementi a molla o meccanismi di pretensionamento, che compensano lo scorrimento viscoso del legno e garantiscono una forza di compressione costante. La loro progettazione si basa su standard rigorosi, come la EN 1995-1-1, tenendo conto delle proprietà dinamiche della struttura. L’integrazione di tali fissaggi in progetti complessi richiede un’elevata precisione nei calcoli ingegneristici ed esperienza di montaggio.

La progettazione dei nodi di fissaggio è una delle fasi più delicate nello sviluppo delle strutture edili, poiché sono proprio questi elementi a garantire il loro funzionamento congiunto. In Ucraina il principale documento normativo per i fissaggi in acciaio è la DBN V.2.6-161:2017 “Strutture in acciaio. Progettazione”, mentre per le strutture in legno e i loro fissaggi è la DBN V.2.6-14-97 “Strutture di edifici e costruzioni. Coperture di edifici e costruzioni. Disposizioni generali”, sebbene gli ingegneri facciano sempre più riferimento a standard internazionali, in particolare l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1 “Design of timber structures”).

Il processo di progettazione comprende diverse fasi: determinazione dei carichi agenti (trazione, compressione, taglio, flessione, combinati), scelta del tipo di fissaggio e del materiale, calcolo della capacità portante e verifica degli stati limite. Per le strutture in legno, l’Eurocodice 5 propone metodologie di calcolo dettagliate dei fissaggi basate sulla “teoria di Johansen” (Johansen’s theory) per la resistenza plastica dei collegamenti a perno, che tiene conto delle deformazioni plastiche del legno e del metallo del fissaggio. Questa teoria consente di determinare la capacità portante a taglio per bulloni, spinotti e viti in funzione del loro diametro, della densità del legno e del numero di sezioni di taglio. Un aspetto importante è la considerazione delle distanze minime tra i fissaggi e dal bordo dell’elemento, per evitare la spaccatura del legno. Ad esempio, per i bulloni nel legno, la distanza minima dal bordo dell’elemento nella direzione delle fibre deve essere non inferiore a 7d, e trasversalmente alle fibre non inferiore a 3d (dove d è il diametro del bullone), per garantire una resistenza sufficiente.

Nella progettazione dei collegamenti ad ancoraggio nel calcestruzzo, in conformità con la EN 1992-4, è necessario calcolare la resistenza allo strappo del cono di calcestruzzo, la resistenza a taglio dell’elemento in acciaio dell’ancoraggio, la resistenza alla rottura locale del calcestruzzo e la resistenza a taglio nel calcestruzzo. Questi calcoli tengono conto di parametri quali la profondità di ancoraggio, le distanze dai bordi e tra gli ancoraggi, la presenza di armatura aggiuntiva e la classe di resistenza del calcestruzzo. Per garantire l’affidabilità, si applicano coefficienti di sicurezza dei materiali (γ_M) e dei carichi (γ_F) superiori all’unità, creando un margine di resistenza. Ad esempio, per il calcestruzzo il coefficiente γ_Mc è pari a 1,5, mentre per l’acciaio γ_Ms è pari a 1,15. Le soluzioni costruttive devono ridurre al minimo la concentrazione di tensioni e garantire una distribuzione uniforme delle forze tra i fissaggi. La moderna progettazione BIM consente di integrare i calcoli dei fissaggi nel modello complessivo dell’edificio, ottimizzandone il numero e la disposizione, oltre a generare automaticamente i disegni di dettaglio dei nodi. Ciò aumenta notevolmente l’efficienza e la precisione della progettazione, riducendo i rischi di errore.

Anche il più piccolo errore nella scelta o nel montaggio degli elementi di fissaggio può avere gravi conseguenze per l’integrità strutturale dell’edificio. Comprendere i problemi tipici e i modi per evitarli è fondamentale per garantire la durabilità e la sicurezza delle strutture.

**1. Scelta errata del tipo e delle dimensioni del fissaggio:** uno degli errori più diffusi è l’uso di un fissaggio non adatto ai carichi previsti o ai materiali. Ad esempio, l’uso di viti comuni per travi in legno portanti al posto di viti autofilettanti specializzate ad alta resistenza, oppure il montaggio di ancoraggi per carichi statici in una zona di carichi dinamici. Ciò può portare al superamento della capacità portante del fissaggio, alla sua deformazione o allo strappo. **Come evitarlo:** attenersi sempre alla documentazione progettuale, che deve contenere indicazioni chiare sul tipo, le dimensioni e la classe di resistenza dei fissaggi. In assenza di tale documentazione, eseguire un calcolo ingegneristico secondo le DBN o l’Eurocodice.

**2. Mancato rispetto della tecnologia di montaggio:** rientrano qui problemi come una profondità di avvitamento insufficiente delle viti, l’uso di una coppia di serraggio scorretta per i bulloni (serraggio eccessivo o insufficiente), una foratura errata per gli ancoraggi (diametro troppo grande o piccolo, profondità insufficiente, presenza di polvere nel foro). Un serraggio eccessivo dei bulloni può causare il taglio della filettatura o la deformazione del materiale collegato, mentre un serraggio insufficiente causa gioco e allentamento del collegamento. **Come evitarlo:** rigoroso rispetto delle istruzioni del produttore dei fissaggi e della documentazione progettuale. Uso di strumenti professionali (chiavi dinamometriche, calibri per fori) e controllo qualità regolare dei lavori di montaggio. Per gli ancoraggi chimici, è di importanza critica la pulizia accurata del foro dalla polvere.

**3. Ignorare la protezione anticorrosiva:** l’uso di fissaggi privi di un adeguato rivestimento anticorrosivo in condizioni esterne o in ambiente aggressivo porta a un rapido deterioramento del metallo e a una riduzione della capacità portante. **Come evitarlo:** utilizzare fissaggi con rivestimento adeguato (zincatura a caldo, acciaio inossidabile A2/A4) o adottare metodi di protezione aggiuntivi, come la verniciatura o la sigillatura.

**4. Mancato rispetto delle distanze minime:** il montaggio dei fissaggi troppo vicino al bordo dell’elemento o tra loro può causare la spaccatura del legno o il cedimento della base in calcestruzzo a causa della concentrazione di tensioni. **Come evitarlo:** rispettare le distanze minime indicate nei documenti normativi (DBN, Eurocodice) o nelle schede tecniche del produttore dei fissaggi.

**5. Assenza di controllo qualità:** mancanza di una verifica regolare della qualità del montaggio e della conformità dei fissaggi alle soluzioni progettuali. **Come evitarlo:** implementare un sistema di controllo qualità in tutte le fasi del montaggio, incluse l’ispezione visiva, i controlli a campione della coppia di serraggio e le prove di strappo (per gli ancoraggi).

Garantire il controllo qualità degli elementi di fissaggio e del loro montaggio è un aspetto fondamentale del processo edile, che incide direttamente sulla durabilità e sulla sicurezza della struttura. In Ucraina questo processo è disciplinato da una serie di DBN e DSTU, che definiscono i requisiti per i materiali, il montaggio e i metodi di collaudo. Il sistema di controllo qualità in cantiere comprende il controllo in ingresso, il controllo operativo e il controllo di accettazione.

Il controllo in ingresso prevede la verifica della conformità dei prodotti di fissaggio alla documentazione progettuale, ai certificati di qualità e ai certificati allegati. Vengono verificati parametri quali il tipo, la qualità dell’acciaio, la classe di resistenza (per i bulloni), le dimensioni, il tipo di filettatura, la presenza del rivestimento anticorrosivo. I fissaggi di scarsa qualità o non conformi devono essere respinti. È importante verificare la presenza di certificati nazionali di conformità o di protocolli di prova, se il prodotto è importato.

Il controllo operativo viene eseguito direttamente durante il montaggio. Comprende:

• **Controllo delle dimensioni e della disposizione dei fori:** verifica dei diametri, della profondità e della pulizia dei fori per ancoraggi e bulloni. Per gli ancoraggi chimici è di importanza critica la rimozione della polvere dal foro.
• **Controllo della coppia di serraggio:** per i collegamenti bullonati, in particolare quelli ad alta resistenza, si verifica la corrispondenza della coppia di serraggio ai valori di progetto mediante chiavi dinamometriche tarate. Di norma si controlla il 5-10% dei collegamenti, ma nelle strutture di grande responsabilità questa percentuale può essere aumentata.
• **Ispezione visiva:** verifica dell’assenza di danni ai fissaggi, dell’integrità del rivestimento protettivo, della corretta installazione di rondelle e dadi.
• **Rispetto delle distanze minime:** verifica della disposizione dei fissaggi dai bordi degli elementi e tra loro, in conformità con il progetto e le norme.

Il controllo di accettazione può includere prove a campione della capacità portante dei fissaggi direttamente in cantiere. Per i collegamenti ad ancoraggio possono essere eseguite prove di strappo (Pull-out tests) mediante apposite attrezzature idrauliche. Queste prove permettono di confermare l’effettiva capacità portante dell’ancoraggio nel materiale specifico della base. La metodologia di prova e i criteri di valutazione dei risultati devono essere conformi alla DSTU B V.2.6-189:2013 “Metodi di prova a strappo degli ancoraggi nel calcestruzzo”. Ad esempio, per l’accettazione di un lotto di ancoraggi, il risultato delle prove non deve essere inferiore alla capacità portante di calcolo, e il valore medio deve essere non inferiore a 1,25 volte quello di calcolo. I risultati di tutte le attività di controllo devono essere registrati nei relativi verbali e protocolli, che fanno parte della documentazione esecutiva della costruzione. Un controllo qualità sistematico consente di individuare ed eliminare tempestivamente potenziali difetti, prevenendo situazioni di emergenza e garantendo la durabilità della struttura.