Il sistema di costruzione composito legno-calcestruzzo sta prendendo piede. Perché esattamente?

A fronte della costante evoluzione delle esigenze architettoniche e sociali nonché della disponibilità di materie prime, il settore edilizio è oggetto di continui cambiamenti e sviluppi. A causa della carenza di acciaio per armatura, già nella prima metà del 20esimo secolo si sono studiate strutture portanti alternative. Uno dei risultati è stato proprio il solaio composito in legno e calcestruzzo. A fronte di una nuova crescente disponibilità di acciaio per armatura a partire dalla seconda metà del 20esimo secolo, l’interesse per il sistema composito HBV è passato in secondo piano. Oggi, il principio costruttivo misto legno-calcestruzzo sta invece riscontrando nuova popolarità: le ragioni risiedono anche nell’ambita decarbonizzazione dell’industria edilizia. Il solo settore edilizio è infatti responsabile di circa il 36% delle emissioni mondiali di CO₂ – di cui circa il 27% in fase di produzione e il 63% durante l’utilizzo degli edifici (cfr. 2021 Global status report for buildings and construction, UN environment program). Per quanto riguarda il settore manifatturiero, la produzione di cemento e acciaio è considerata la principale fonte di emissioni. Quindi, laddove possibile, risulta sensato ridurre l’utilizzo di calcestruzzo e acciaio. Il sistema di costruzione composito legno-calcestruzzo, mediante una combinazione ottimale di legno e cemento armato, costituisce una soluzione interessante, collaudata, moderna, rispettosa delle condizioni del mercato e del clima soprattutto per gli edifici multipiano ibridi o completamente in legno. A differenza di un solaio convenzionale in cemento armato, i solai HBV consentono di risparmiare una notevole quantità di acciaio e cemento. In combinazione con l'anidride carbonica immagazzinata a lungo termine nel legno, è quindi possibile realizzare strutture a impatto pressoché zero sul clima. Il metodo di costruzione composito legno-calcestruzzo può quindi essere considerato un complemento adeguato al classico metodo di costruzione in legno. Per sfruttare al meglio i rispettivi vantaggi, tuttavia, sono i parametri specifici del progetto a determinare la scelta del sistema costruttivo da utilizzare.

Di seguito, nell’ambito del sistema di costruzione composito legno-calcestruzzo, ci concentreremo esclusivamente sui solai compositi in legno e calcestruzzo (solai HBV). Essi costituiscono un sistema ibrido che combina in maniera ottimale i vantaggi dei due materiali generalmente mediante sistemi di collegamento meccanico o di accoppiamento geometrico. In questo modo il calcestruzzo va a trovarsi nella zona di compressione (in alto) e il legno (a struttura lineare o superficiale) nell’area di tensione (in basso) di un elemento del solaio. Il calcestruzzo, grazie alla sua elevata resistenza e rigidità, risulta infatti particolarmente idoneo a reggere importanti carichi di compressione, mentre il legno è predestinato all’impiego nelle aree di tensione. Nel sistema composito, il calcestruzzo generalmente presente nelle aree di tensione delle sezioni in cemento armato viene a mancare. Allo stato inerte, non contribuisce infatti a sostenere alcun carico, bensì appesantisce unicamente la struttura. Inoltre, nella maggior parte dei casi, nei solai HBV occorre prevedere unicamente un’armatura di rinforzo per le fessurazioni. In questo modo si possono ottenere delle sezioni con una rigidità relativamente elevata e un peso netto ridotto. Un sistema HBV è costituito generalmente da diverse caratteristiche variabili. Motivo per cui occorre utilizzare nonché sviluppare una combinazione ad hoc in base al progetto edilizio specifico. La varietà di possibili combinazioni nell’ambito di questo sistema è rappresentata schematicamente alla figura 3. La figura 1 mostra invece un esempio di due elementi di un solaio realizzati con sistema HBV. 

I solai HBV vantano una vasta gamma di possibilità di impiego. Un vantaggio fondamentale rispetto ai solai completamente in legno risiede nella maggiore rigidità della struttura HBV. La più elevata capacità di carico derivata dall’efficace combinazione dei materiali e da un impiego proporzionalmente ridotto degli stessi consente di realizzare campate più ampie. Rispetto ai solai in solo cemento armato, salta all’occhio un notevole vantaggio: i solai HBV vantano un peso ridotto. Il peso dei solai in cemento armato è infatti generalmente considerato un fattore limitante in termini economici ed ecologici per la realizzazioni di ampie campate. D’altro canto, i solai in legno nelle strutture residenziali multipiano comportano costi aggiuntivi per la realizzazione di campate superiori ai 6 metri. Detti costi sono dovuti allo spessore sproporzionato delle strutture e alla necessità di far fronte a problemi di vibrazioni. Inoltre, i solai HBV hanno un impatto positivo sulla controventatura. In un’ottica di trasferimento dei carichi orizzontali, le difficoltà di produzione di un elemento di connessione a un elemento strutturale portante (ad es. tromba delle scale massiccia / tromba delle scale ibrida legno-calcestruzzo) risultano inferiore rispetto ai tradizionali solai in legno. 

Oltre a vantaggi statici, ecologici ed economici, se impiegati conformemente alle necessità, i solai HBV vantano altresì buone caratteristiche fisico-costruttive. A fronte dell’elevata rigidità e delle notevoli dimensioni, l’assorbimento delle vibrazioni risulta sensibilmente migliore che non nei solai completamente in legno, garantendo in tal modo un maggior isolamento acustico. È quindi possibile evitare interventi sostitutivi (ad es. riempimenti in ghiaia) ricorrenti negli edifici multipiano in legno per affrontare i problemi di vibrazioni. Infine, i solai HBV si distinguono anche per i requisiti antincendio in quanto presentano un’efficace barriera contro la propagazione delle fiamme. 

Oltre ai vantaggi tecnici, anche da un punto di vista estetico strutturale, il sistema composito evidenzia degli atout rispetto ai solai interamente in cemento armato o in legno. Inoltre, per ottenere un quadro completo dei pro e i contro del sistema HBV è essenziale distinguere solai HBV in calcestruzzo gettato in opera da quelli prefabbricati. 

Pro e contro dei solai HBV in sintesi

Pro

• Utilizzo ideale delle caratteristiche dei materiali
• Ampie campate con uso razionale dei materiali
• Elevata rigidità
• Buone proprietà di isolamento acustico
• Buone proprietà protezione antincendio
• Possibiltà di prefabbricazione
• Numerose possibilità di natura estetica strutturale

Contro

• Non economico in caso di campate corte
• Migliore sostenibilità ecologica rispetto ai solai in cemento armato, ma peggiore rispetto a quelli in legno.

La maggior parte degli edifici con strutture portanti HBV è stata realizzata in loco, vale a dire in calcestruzzo gettato in opera. Questo metodo di realizzazione convenzionale comporta diverse interfacce tra le imprese coinvolte e, a causa della maggiore complessità, cela numerose incertezze riguardo all’iter costruttivo. L’assemblaggio continuo richiede un coordinamento orientato agli obiettivi delle fasi operative e delle consegne di materiale. Tuttavia, la complessità della planimetria e le variazioni che ne derivano svolgono solo un ruolo secondario. Inoltre, oltre alla semplice integrazione dell’impiantistica nel getto di calcestruzzo, la struttura lamellare monolitica risulta di facile realizzazione grazie all'armatura e al getto continuo generalmente ininterrotto. Al contrario, questi stessi aspetti rappresentano una sfida per la progettazione, la produzione e l'assemblaggio di solai prefabbricati HBV. 

La progettazione di solai HBV prefabbricati, rispetto a quelli in calcestruzzo gettato in opera richiede un impegno maggiore, dovuto altresì alla pianificazione di speciali dettagli di connessione degli elementi del solaio HBV prefabbricato. Le connessioni assicurano la trasmissione funzionale della forza di spinta orizzontale e l'introduzione delle forze di trazione risultanti sul vano centrale, spesso massiccio. Allo stesso modo, la posa di corrugati elettrici, ad esempio, deve essere presa in considerazione nella pianificazione della costruzione. Grandi variazioni e piccole ripetizioni gravano sulle prestazioni di pianificazione e di produzione.

In linea di principio occorre distinguere due tipi di prefabbricazione di solai HBV in base al luogo della produzione del composito. La produzione in fabbrica significa che legno e calcestruzzo vengono uniti tra  oro in modo resistente al taglio già nello stabilitmento di produzione, risultando un elemento del soffitto HBV finito. L’elemento prefabbricato, al termine del tempo di asciugatura necessario, può essere portato in cantiere e posato (cfr. fig. 2). D’altro canto, vi è la possibilità di unire legno e calcestruzzo in loco con commponenti semifabbricati. Una sottostruttura in legno e una lastra in cemento armato prefabbricata vengono consegnate separatamente in cantiere, montate e fissate in modo resistente allo scorrimento. I costi di produzione di solai prefabbricati HBV sono lievemente più alti a causa dei particolari dettagli di connessione e del processo produttivo stazionario e su piccola scala. I costi supplementari si relativizzano tuttavia se si considera il tempo complessivo di costruzione e le spese derivanti dalla costruzione in calcestruzzo gettato in opera.

Mentre in genere tutti i solai HBV in calcestruzzo gettati in opera devono essere puntellati dal piano più basso a quello più alto fino a quando il calcestruzzo avrà avuto il tempo di indusciugare, questa procedura può essere completamente evitata con l’installazione di solai HBV prefabbricati. Oltre al risparmio in termini d prestazioni lavorative e di fornitura di materiali da parte del cap0omastro, sono soprattutto gli aspetti qualitativi e rilevanti per il processo di costruzione a risultare vantaggiosi nell'utilizzo di solai prefabbricati HBV. Grazie all'eliminazione dei tempi di asciugatura del calcestruzzo nonché all’assenza di ponteggi e alla concentrazione del lavoro in cantiere sull’opera di montaggio, le imprese possono iniziare le loro opere di finitura molto prima con sensibile riduzione dei tempi di realizzazione complessivi. Inoltre, vengono ridotti anche i costi di finanziamento intermedi e generare redditi di locazione anticipati. Si contiene infine la formazione di umidità e i danni che ne possono derivare. La qualità della costruzione risulta migliore in quanto indipendente dalle condizioni atmosferiche e soggetta al controllo di un’unica fonte. Infine, ha luogo una fluidità logistica delle imprese coinvolte nella realizzazione di singoli elementi costruttivi.

Nel complesso non è possibile affermare quale metodo di produzione sia più adatto. È piuttosto una ponderazione degli aspetti citati sull’idoneità in base delle condizioni quadro dominanti e delle caratteristiche specifiche dell’edificio che fa propendere a favore di un metodo di produzione o di una combinazione dei due. 

Pro e contro dei solai HBV gettati in opera in sintesi

Pro

• Facilità di integrazione dell’impiantistica nel getto in calcestruzzo
• Facile realizzazione delle pannellature
• Semplici dettagli di connessione
• Economicità a prescindere da raster e planimetria

Contro

• Interfacce nell’ambito dell’opera di costruzione del solaio
• Formazione di umidità e rischio di danni derivanti
• Lunga presenza di ponteggi ostacola l’avanzamento dei lavori

Pro e contro dei solai HBV prefabbricati in sintesi

Pro

• Montaggio rapido e asciutto
• Fluidità logistica delle imprese coinvolte operanti su singoli elementi costruttivi
• Processo di realizzazione senza interruzioni e conseguente riduzione dei tempi di costruzione
• Migliore qualità esecutiva in quanto la produzione è indipendente dalle condizioni atmosferiche e soggetta a costanti controlli qualitativi da un’unica fonte
• Il solaio HBV può fungere da tetto provvisorio
• Economicità a prescindere da raster e planimetria

Contro

• Integrazione dell’impiantistica nel getto in calcestruzzo possibile, ma generalmente complessa
• Maggior tempo di progettazione
• Oneri aggiuntivi a seconda della complessità e della rilevanza degli elementi
• Dimensioni degli elementi limitate a causa delle norme di trasporto

In linea di massima, in 1 m3 di legno è racchiusa circa una tonnellata di CO2. Nella misura in cui questo legno viene utilizzato per la realizzazione di prodotti durevoli, il carbonio immagazzinato nell’albero viene sottratto al ciclo naturale e a lungo termine contribuisce a sgravare il clima. Gli edifici in legno possono pertanto essere considerati depositi costanti di carbonio. Gli impatti a maggiore sostenibilità sul bilancio di CO2 derivano inoltre dai corrispettivi effetti di sostituzione: il legno sostituisce o riduce l’impiego di materiali ad elevato dispendio energetico quali il calcestruzzo e l’acciaio, la cui produzione da un lato rilascia ingenti quantitativi di CO2, dall’altro si basa su materie prime limitate. 

La figura 4 illustra l’impatto ambientale dei diversi sistemi di solaio. Il potenziale di riscaldamento globale (GWP – global warming potential) è indicato come CO₂ equivalente nell’unità di misura kg/m2 e va inteso come criterio di misurazione dell’impatto sull’effetto serra. Sono inoltre indicati punti di impatto ambientale (UBP) che costituiscono un’unità di valutazione comparabile e si ottengono con il metodo della scarsità ecologica. Si tratta di uno strumento di valutazione orientato ai flussi di materie e di energia, che riassume l’impatto ecologico in un indice di misura. Alla base del calcolo dei valori raffigurati ci sono gli indici totali che contemplano sia la produzione che lo smaltimento (si applica sia al GWP che all’UPB).

Minore è la quantità di acciaio e di calcestruzzo utilizzata, maggiore appare la sostenibilità ecologica degli elementi costruttivi presi in rassegna. Soprattutto a seguito di un consumo di energia primaria per la produzione di acciaio e calcestruzzo, rispettivamente cemento, la valutazione ecologica risulta piuttosto negativa. Rispetto ai solai in cemento armato, con la realizzazione di solai HBV è possibile ridurre il quantitativo di calcestruzzo di circa il 50% e di acciaio di circa il 60%. Il CO₂ viene emesso anche con la produzione di prodotti in legno. Sebbene l’immagazzinamento di CO₂ nel calcolo globale del GWP sia considerato positivamente e riduca quindi il potenziale di riscaldamento globale della costruzione complessiva di solai, i punti di impatto ambientale forniscono le basi per un’osservazione differenziata. 

Considerando unicamente il potenziale di riscaldamento globale (effetto serra), mettendo a confronto le due varianti HBV illustrate, il solaio HBV con l’X-Lam (Cross Laminated Timber o legno lamellare a strati incrociati), risulta più vantaggioso rispetto alla soluzione con travatura HBV. Ciò è dovuto al maggiore e quindi più inefficiente consumo di legno come risorsa, che comporta l’assorbimento di una quantità relativamente maggiore di CO₂. Tuttavia, la produzione di un metro quadro di legno lavorato è molto più dispendiosa dal punto di vista energetico nell’ambito del sistema di solaio considerato. Questo stato di cose si riflette perfettamente nei punti di impatto ambientale. Pertanto, un esame differenziato è sempre utile ai fini della valutazione ecologica. Inoltre, non bisogna ignorare che una gestione sempre più inefficiente delle risorse può portare a una carenza delle stesse, a un rincaro e a un'interruzione della dinamica di crescita delle costruzioni in legno, il che impedirebbe la concretizzazione dei suddetti effetti di sostituzione. Poiché gli indici di base utilizzati poggiano soprattutto su valori medi, un’osservazione e un’indagine più specifiche dei flussi di materie prime e delle condizioni di produzione possono portare a miglioramenti significativi. Interventi in tal senso possono essere ad esempio una filiera a basse emissioni di CO₂ o una produzione di prodotti per l’edilizia basata su energie rinnovabili. In sintesi, grazie al loro effetto di stoccaggio, i solai HBV possono essere considerati pressoché a impatto climatico zero, vale a dire che incidono sul clima solo in misura minima. 

A prescindere dal fatto che la scelta di un sistema costruttivo dovrebbe sempre dipendere dalle caratteristiche specifiche del progetto, il sistema di costruzione composito legno-calcestruzzo in linea di massima è destinato ai seguenti campi di applicazione:

Nuova costruzione di solai in

• edifici residenziali multipiano
• edifici industriali
• edifici scolastici, per convegni e per corsi di formazione
• edifici amministrativi

Ristrutturazione e adeguamento di solai in travi di legno esistenti

In termini di estetica strutturale, vi sono diverse possibilità nell’ambito dei solai HBV. Oltre a quella di coprire completamente la struttura portante mediante controsoffitto in fibra di gesso o cartongesso o di rivestire i pannelli di legno massiccio, è altresì possibile lasciare l’intera struttura o una parte di essa a vista (cfr. fig. 5).  Nella combinazione di solai lineari HBV e controsoffitti, è inoltre possibile utilizzare il livello intermedio come vano guida delle installazioni. Per quanto riguarda l'efficienza energetica, il calcestruzzo può anche fungere da materiale di accumulo del calore o del freddo. In questo caso, le condutture di riscaldamento/raffreddamento corrispondenti possono essere integrate nella sospensione tra le lamelle. Allo stesso modo, è possibile integrare in questo strato condotte di ventilazione, condotte e ugelli erogatori di sistemi sprinkler, così come elementi di illuminazione.

Il sistema di costruzione composito legno-calcestruzzo sta acquisendo sempre più importanza, motivo per cui se ne osserva una graduale affermazione nella pratica edilizia. Questo sistema di costruzione può essere visto come un utile complemento alla classica costruzione in legno, per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione dell’industria edile. Oltre alle esperienze pratiche maturate, gli aspetti statici e di fisica della costruzione descritti all'inizio, nonché le ricerche in corso, inducono a pensare che il metodo di costruzione HBV abbia un futuro promettente. Senza contare che le soluzioni HBV sono risultate molto compatibili con le caratteristiche delle costruzioni in legno. Inoltre, le esperienze hanno dimostrato che i solai HBV, se prefabbricati su scala industriale, vantano un’elevata sicurezza in termini di progettazione e costituiscono una possibilità di costruire ecologico, a emissioni ridotte, in modo rapido e asciutto. In questo senso, i pregi della costruzione in legno non vengono offuscati, ma servono piuttosto come dogma e linee guida nell'integrazione dei sistemi HBV nei nostri affermati sistemi e processi di costruzione in legno. 

In sintesi, dal punto di vista di Renggli SA, il metodo di costruzione composito legno-calcestruzzo integra perfettamente il classico metodo di costruzione in legno, in quanto amplia le prestazioni e i campi di applicazione delle costruzioni in legno o ibride. Inoltre, la migliore sostenibilità ecologica rispetto alle costruzioni massicce è un ulteriore argomento a favore della tendenza a utilizzare il sistema HBV.

Volete saperne di più sugli aspetti da tenere in considerazione per realizzare il vostro progetto di costruzione in legno ibrido in modo economico?

Contattateci. Saremo lieti di discutere con voi la fattibilità e, se necessario, di sviluppare insieme il sistema HBV adatto al vostro progetto edilizio.

Roger Gruber
Responsabile progetto costruzione in legno
Tecnico SSS del legno dipl.

Telefono +41 91 735 34 27

Turn on Javascript!