La diffusione geografica del legno e la continuità temporale del suo utilizzo come materiale da costruzione hanno reso possibile il perfezionamento di una notevole quantità di tecniche costruttive ancora oggi utilizzate diffusamente. Le tecniche costruttive lignee ancora oggi utilizzate si possono ricondurre a due grandi famiglie: costruzioni massicce e costruzioni leggere a telaio. Le prime si caratterizzano per l’uso di pareti realizzate da una struttura portante definita da elementi piani di grandi dimensioni, separata dallo strato avente funzione di isolamento, in base ad una logica che tende a stratificare gli elementi in base al loro compito specifico (elementi portanti, isolamento, rivestimento). In quanto massicce le pareti offrono una buona inerzia termica che garantisce l’accumulo termico dell’edificio.
Le costruzioni leggere si caratterizzano per l’uso di elementi lineari di piccole dimensioni che, assemblati a pannellature leggere, realizzano la struttura portante del sistema; l’isolamento è compreso nel piano della struttura portante e non si ha una stratificazione come nel precedente caso. E’ possibile affermare che le tecniche costruttive lignee derivano da due sistemi costruttivi tradizionali : da un lato edifici realizzati con tronchi di legno sovrapposti, strutture massicce tipiche dei paesi scandinavi, della Russia, e in genere delle regioni montane, dall’altro gli edifici realizzati con tecniche ad ossatura portante a graticcio,costruzioni leggere diffuse in ampie zone dell’Europa centrale. L’evoluzione delle costruzioni a graticcio definisce il sistema platform frame e i sistemi a montanti lunghi, Stav-klrke norvegesi, la cui evoluzione ha dato vita al sistema costruttivo a balloon frame utilizzato dal pionieri americani alla fine del XIX secolo: da questi sistemi, denominati ad ossatura portante, derivano quelli recenti detti a “gabbia portante”, basati sulla definizione di una maglia tridimensionale di elementi portanti lineari. Specifico sviluppo del sistema a platform frame, inoltre, è il sistema degli edifici a pannelli portanti con intelaiatura di legno. Nel gruppo delle costruzioni massicce vi sono gli edifici costituiti da tronchi sovrapposti, quelli costituiti da Tavole incrociate sovrapposte, quelli in legno ricostruito e quelli realizzati con pannelli multistrato strutturali.
EDIFICI A OSSATURA PORTANTE O A GRATICCIO.
Per edifici a ossatura portante vanno intesi quel sistemi costruttivi, diffusi in ampie zone dell’Europa centrale orientale e settentrionale tra il XII secolo fino anche a metà XIX, in cui la funzione portante è svolta da elementi lineari di dimensione massiccia a sezione generalmente quadrata: pareti e chiusure esterne svolgono la sola funzione di tamponamento e protezione dagli agenti atmosferici. Il progressivo declino di questa tecnica costruttiva avviene con la rivoluzione industriale e la diffusione di metodi di connessione metallici (chiodi, bulloni, piastre) a basso costo. Questa tecnica costruttiva, infatti, era basata sull’utilizzo di incastri spesso complessi da realizzare, che richiedevano maestranze specializzate. Inoltre necessitava di un notevole impiego di legname in quanto gli incastri, riducendo la sezione resistente, rendevano necessario un sovradimensionamento degli elementi portanti.
Peraltro, la discreta libertà lasciata nell’organizzazione planimetrica degli edifici, la possibilità di erigere edifici fino a sei piani di altezza e la relativa facilita costruttiva così come i tempi abbastanza brevi di costruzione e la disponibilità di materiale e il basso costo della manodopera ne decretarono il successo soprattutto tra il XV e il XVIII secolo nelle categorie emergenti di artigiani e commercianti in Francia e Germania. Gli elementi strutturali orizzontali e verticali sono spesso irrigiditi da elementi diagonali di controventatura, che formano una serie di triangoli completamente indeformabili. Nella maggior parte degli edifici realizzati con questa tecnica costruttiva risulta evidente la netta distinzione tra la maglia portante e le parti che hanno la sola funzione di tamponamento e protezione dagli agenti atmosferici: tale distinzione funzionale è sottolineata dal loro caratteristico aspetto con la struttura portante in vista e gli spazi vuoti tra gli elementi riempiti con mattoni intonacati o disposti a spina di pesce, con pietre, mattoni di terra cruda essiccata, impasti di terra e fibre vegetali o reti di vimini con rincalzi in malta di calce. In alcuni casi la struttura portante non è in vista ma viene protetta da uno strato di intonaco che permette l’uso di materiali diversi a costituire il tamponamento.
BALLON FRAME E PLATFORM FRAME.
Possiamo considerare come evoluzioni delle tecniche tradizionali a montanti lunghi e a montanti corti i sistemi diffusi negli Stati Uniti denominati balloon frame e platform frame. Il sistema ballon frame si afferma intorno alla meta del XIX secolo (è del 1833 il primo edificio, una chiesa, realizzato con questa tecnica a Chicago) sostituendo i “vecchi” sistemi a telaio importati dall’Europa caratterizzati da travi, pilastri e controventi uniti tra loro da incastri talvolta anche molto complessi.
La penuria di carpentieri specializzati in grado di costruire strutture articolate, la diffusione di chiodi, bulloni, piastre metalliche a basso costo, resa possibile dall’industrializzazione del sistemi produttivi, unita alla necessità dei “pionieri” americani di erigere edifici in tempi brevi, autonomamente o con semplici squadre di montatori e quindi con tecniche elementari, sono gli elementi che hanno reso possibile la diffusione e il successo di questo sistema costruttivo. Il sistema è caratterizzato da montanti e travetti di sezione ridotta, disposti a breve distanza e uniti tramite chiodi; i montanti sono continui per l’altezza di due piani (limite massimo di altezza dell’edificio); un corrente superiore sostiene l’ossatura del tetto, a lato dei montanti sono fissate le travi tramite chiodatura: i montanti e i travetti del solaio del piano terra poggiano su un corrente di fondazione. Il rivestimento è realizzato con tavole che assicurano l’irrigidimento e il consolidamento della costruzione; negli spazi vuoti tra i montanti viene inserito materiale isolante necessario a garantire l’adeguata protezione termica all’involucro edilizio, la controventatura è assicurata da aste inserite tra i montanti. E’ un sistema costruttivo basato sull’utilizzo di elementi di dimensioni standardizzate, prodotti industrialmente.
SISTEMA A PANNELLI PORTANTI.
La tecnica costruttiva a pannelli portanti si può a tutti gli effetti considerare come l’evoluzione del sistema platform frame con il quale ha in comune le fasi costruttive. Determinata dalla progressiva industrializzazione del processo produttivo che ha permesso lo sviluppo delle tecniche di prefabbricazione, questa può spingersi fino al completo assemblaggio in fabbrica dei setti portanti completi di isolamento, rivestimenti interni ed esterni realizzati con diverse modalità e materiali. Il sistema si basa in sostanza su un’ossatura portante preassemblata in fabbrica, luogo nel quale avviene la maggior parte delle manovre di montaggio: l’ossatura è costituita, come nel sistema platform frame, da montanti corti disposti a una distanza di 62,5 cm (misura che permette di minimizzare lo scarto dei materiali di rivestimento interno, generalmente costituito da pannelli di legno, cartongesso o fibra-gesso, che hanno mediamente larghezza di 125 cm, e da materiali isolanti usati come tamponamento degli spazi liberi tra i montanti) e da un rivestimento esterno realizzato con lastre la cui funzione portante è tutt’uno con quella di tamponamento e di controventamento delle spinte orizzontali. Questo sistema costruttivo veniva già utilizzato nel dopoguerra per edificare architetture di modeste dimensioni, ma ha avuto il suo maggiore sviluppo in Francia e nel nord Europa negli anni ’80. I moduli costruttivi possono esser utilizzati come pareti interne ed esterne, solai e strutture di copertura.
Le differenze principali con l’originario sistema platform frame stanno nelle dimensioni maggiori di montanti e traversi che costituiscono il telaio interno dei pannelli; queste si rendono necessarie a sorreggere rivestimenti più pesanti in relazione alle peggiori condizioni climatiche; vengono inoltre eliminati gli elementi diagonali necessari a trasmettere gli sforzi orizzontali e sostituiti da tavole diagonali o pannelli in multistrato o in legno ricomposto.
OSSATURA A GABBIA PORTANTE.
Questa tecnica costruttiva può essere considerata a tutti gli effetti come l’evoluzione dei sistemi costruttivi tradizionali intelaiati a graticcio, che realizzavano un’ossatura portante senza il contributo delle facciate, tale sistema costruttivo è rintracciabile già nelle abitazioni preistoriche basate sul principio della palafitta (pilastri interrati e collegati da elementi orizzontali) che permane tutt’oggi nell’edilizia tradizionale di alcune aree del mondo. I limiti di questi sistemi tradizionali consistono nella ridotta dimensione dei componenti (luci ridotte) e nella realizzazione dei vincoli quasi solamente mediante incastri; ciò imponeva una certa rigidità nelle scelte costruttive. Lo sviluppo delle tecnologie del legno lamellare ha reso possibile la realizzazione di edifici con maglia strutturale caratterizzata da interassi di notevole dimensione tra i pilastri e quindi da travi con luce elevata. Il principio costruttivo è del tutto assimilabile a quello degli edifici a gabbia portante in calcestruzzo armato e in acciaio realizzali mediante elementi edilizi verticali e orizzontali con funzione portante; ne risulta che le pareti esterne assolvono solo alla funzione di tamponamento, non sono concepite per sopportare carichi ma possono essere utilizzate con funzione di irrigidimento dell’intero sistema strutturale. E’ quindi teoricamente possibile realizzare pareti di facciata, divisorie e tavolati con qualsiasi sistema costruttivo (elementi intelaiati, pareti massicce .. ) e in relazione ad esso, con qualsiasi materiale (legno, vetro, laterizio … ). Inoltre, proprio in virtù della distinzione tra elementi portanti costituiti da componenti lineari ed elementi portati, è possibile pensare ad una disposizione planimetrica delle pareti facilmente modificabile in relazione a mutate esigenze e necessità: la liberta della disposizione in pianta è quindi una caratteristica che permane nel tempo e non è legata alla sola fase di ideazione. Le pareti di tamponamento devono assolvere esclusivamente alle funzioni di isolamento termo-acustico e di difesa dagli agenti atmosferici; in tal modo risultano avere dimensioni notevoli pur non svolgendo alcun compito statico.
COSTRUZIONI IN LEGNO MASSICCIO.
La caratteristica fondamentale dei sistemi a tronchi massicci sovrapposti è quella di soddisfare in modo efficiente alla necessità di ottenere un adeguato isolamento termico e acustico, una buona protezione dal fuoco e buone prestazioni di resistenza meccanica grazie alle proprietà specifiche del legno massiccio. E’ uno dei sistemi costruttivi in legno più antichi, diffuso soprattutto nelle alpi svizzere, francesi e austriache, nel nord Europa, in Russia e Scandinavia; i tronchi in legno vengono semplicemente sovrapposti senza bisogno di ulteriori lavorazioni. Incrociati e fissati agli estremi: a seconda della funzione degli edifici si adottano soluzioni per ottenere pareti più o meno piane e isolate grazie al riempimento degli spazi vuoti creati dalla sovrapposizione di elementi in legno di forma tronco-conica con impasti di terre, argilla, paglia, muschio, calce. Attualmente la diffusione di questa tecnica costruttiva è legata alla disponibilità di materia prima (di solito legni di conifere) che ne rende più o meno economico l’impiego; ciò perché anche per edifici di modeste dimensioni è necessaria una grande quantità di legname per metro cubo di edificio costruito calcolato vuoto per pieno. In questo sistema gli elementi massicci di legno vanno a costituire una vera e propria struttura muraria continua, dove laterizi ed elementi lapidei sono sostituiti da tronchi o tavoloni disposti orizzontalmente e sovrapposti gli uni agli altri. Le pareti così costituite hanno sia funzione portante che di controventamento e irrigidimento dell’intero edificio. Per assolvere a questo compito è fondamentale che le pareti siano posizionate tra di loro in modo da formare angoli retti: prese singolarmente, infatti, le pareti non avrebbero la stabilità adeguata.
PANNELLI A TAVOLE INCROCIATE, X-LAM.
Nel 1996 presso l‘Università tecnica di Graz si sviluppa un nuovo utilizzo delle tavole laterali dei tronchi di abete con pannelli strutturali di grandi dimensioni: l’ X-Lam, acronimo dall’inglese cross laminated timber, ossia legno incollato a strati incrociati. Dall’elemento lineare e unidirezionale quale è l’elemento di legno nasce, attraverso l’incollaggio di diversi strati di tavole incrociati, cioè ortogonali l’uno rispetto all’altro, un materiale con l’efficacia strutturale tanto della lastra quanto della piastra, che può essere quindi sollecitato staticamente in diverse direzioni. Nel 1999, presso lo stabilimento della KLH in Austria comincia la produzione del pannello multistrato a strati incrociati e dall’ottobre del 2000, l’Ing. Kadera Vaclav apre la commercializzazione del pannello al mercato italiano, presentandolo per la prima volta alla fiera SAIE di Bologna. Uno dei primi lavori più importanti eseguiti sul nostro territorio italiano furono i villaggi per le Olimpiadi di Torino del 2006 a Cesano e Pragelato, completati in 5 mesi. Recentemente è stata realizzata a Berlino una casa di sette piani e a Londra un edificio di nove piani. Dal punto di vista del progresso tecnologico, la storia dimostra come i principali obiettivi (aumentare il grado di efficienza strutturale, ridurre il coefficiente di instabilità dimensionale, aumentare la plasmabilità, la durabilità, la resistenza al fuoco e agli agenti atmosferici) siano stati effettivamente raggiunti. Sul versante delle tematiche ambientali, se da un lato appare molto confortante l’utilizzo del legno giovane e di poco pregio, dall’altro non sembra ancora risolto il problema dell’inquinamento del materiale finito a causa della grande quantità di colle sintetiche utilizzate.