Come unire due travi in legno

Parliamoci chiaro: il più grande piacere di una casa in legno è poter godere della vista delle travi in legno. Il profumo, il colore, la luce che emana il legno ha pochi eguali nel mondo dell'edilizia.

Per questo motivo, diventa centrale riuscire a realizzare connessioni invisibili, facili da installare e semplici da calcolare. Vediamo quindi le 5 tipologie principali di connessioni nascoste.

1. Viti tutto filetto, incrociate a 45 gradi

Questo metodo si è affermato soprattutto negli ultimi anni: le viti sono installate inclinate a 45° e sono quindi sollecitate lungo il proprio asse ad estrazione: una vite lavora in compressione mentre l'altra in tensione. Per avere alte resistenze, si usano viti a filetto totale e si utilizzano quasi sempre in coppia.

Il metodo di calcolo è semplice: la resistenza R a taglio verticale viene data dalla resistenza ad estrazione delle singole viti proiettate sull'asse verticale.

Questo è lo schema delle forze che entrano in gioco: la somma delle proiezioni delle due forze ad estrazione sull'asse verticale dà la resistenza totale.

Resistenza al fuoco: il fatto che le viti siano inserite al centro della trave fa sì che la resistenza al fuoco di questo tipo di connessione sia molto alta: infatti la combustione dovrà raggiungere il centro della trave prima di poter intaccare le viti. In questo modo la resistenza al fuoco sale esponenzialmente.

Ricordiamo qui che solitamente la velocità di combustione nel legno è di circa 0,7 millimetri al minuto, in dipendenza delle specie legnosa e dalla umidità. Raggiungere una resistenza strutturale di svariati minuti sarà quindi relativamente semplice in base alle dimensioni della trave. Sarà sufficiente il calcolo del tempo di combustione e della resistenza della sezione efficacie residua dopo il tempo richiesto.

Inoltre, non c'è bisogno di lavorare le travi in fase di produzione del legname e nella maggior parte dei casi nemmeno di pre-forare, dato che si useranno viti autoforanti.

2. Staffe in alluminio, con spinotti autoforanti

Questa è una soluzione più complessa ma che dà grandi soddisfazioni in termini di resistenza. La staffa metallica viene fissata sulla trave principale o sulla parete in cemento armato con chiodi o ancoranti appositi. L'anima della staffa, che si alloggia nella testa della trave secondaria, verrà poi connessa con degli spinotti autoforanti per alluminio.

In questo caso bisogna verificare la resistenza al fuoco: infatti potrebbe essere necessario inserire gli spinotti più a fondo rispetto alla superficie laterale della trave secondaria ed utilizzare dei tappi in legno per nascondere gli stessi e per proteggere la connessione in caso di incendio. In questo caso, il tempo di resistenza al fuoco sarà determinato dallo spessore dei tappi in legno utilizzati e dallo spessore di legno che copre la base dalla staffa sulla trave principale.

La maggiore cura necessaria per queste connessioni viene ripagata dalle ottime performance della connessione: si raggiungono infatti valori di resistenza molto elevati anche con travi di dimensioni modeste e con un basso impatto estetico.

Le staffe vengono comunemente ottimizzate in spessori e dimensioni per adattarsi alla dimensione della trave: una buona regola generale è fare in modo che la staffa sia di dimensioni paragonabili alla altezza della trave stessa.

Una ulteriore possibilità di personalizzazione quando si utilizzano staffe metalliche è la scelta tra spinotti lisci o autoforanti, in base alla esperienza del costruttore. Nel primo caso naturalmente l'anima della staffa deve essere fornita preforata, mentre la trave secondaria verrà forata dal costruttore per poter inserire gli spinotti lisci:

Naturalmente, tutte le distanze minime date dall'Eurocodice5 devono essere rispettate sia per gli spinotti che per le viti sulla trave principale, ecco uno schema di quelle a cui fare attenzione:

Il metodo di calcolo in questo caso dipende, solitamente, dalla certificazione della staffa o dal metodo sperimentale che il produttore fornisce per i propri prodotti. Per tali staffe, destinate e portare carichi importanti, la presenza di garanzie di certificazione e di controllo sulla produzione, e quindi di una ETA di prodotto, è fondamentale in quanto prodotti da costruzione. La ETA è infatti il documento che certifica la conformità con le norme europee sui prodotti di costruzione e valida quindi anche in Italia.

Un punto interessante delle staffe nascoste è la varietà di sollecitazioni che possono supportare: oltre al taglio verticale (F v), vengono portati anche sforzi laterali (F lat) e alla trazione assiale lungo la trave (F ax).

3. Connettori a scomparsa ad aggancio

La alternativa moderna alla classica coda di rondine consiste in connettori in metallo, da fissare con viti su trave primaria e secondaria. Ricadono in questo campo le cosiddette "code di rondine metalliche" e i connettori ad aggancio.

Essendo facilmente smontabili sollevando la trave, è la soluzione perfetta per strutture snelle e per assemblare strutture con tempi ristretti. Il loro impiego è ottimizzato per travi sollecitate a taglio verticale.

Si possono raggiungere alte resistenze senza lavorazioni eccessive delle travi (basterà infatti una fresata su una delle due travi, come in foto). Naturalmente, sono presenti viti trasversali per evitare il sollevamento della trave secondaria.

In particolare, si può eseguire la fresata anche solo sulla trave principale, senza andare a compromettere la resistenza a taglio della trave secondaria stessa, nella sua estremità. Avremo quindi una connessione nascosta, rapida e senza sovradimensionamenti strutturali.

Anche in questo caso il metodo di calcolo è affidato all'ETA del produttore e la resistenza al fuoco dipenderà dallo spessore di legno che ricopre il connettore metallico. Anche qui, dato il comportamento molto stabile e prevedibile del fuoco al fuoco, il calcolo della R in minuti della struttura.

4. Connettori a scomparsa removibili

Negli ultimi anni si stanno affermando dei connettori che escono dagli schemi e vanno a coprire tutte quelle connessioni con configurazioni particolari, in cui l'unica soluzione è avere una connessione nascosta e interna, che riesca a supportare sia il sollevamento che lo sforzo taglio.

E' questo il caso dei connettori a scomparsa circolari:

In entrambi questi casi, la resistenza al fuoco è alta e dipenderà dallo spessore di legno che ricopre il connettore metallico: poiché il connettore è completamente immerso nella trave, per raggiungere alte resistenze al fuoco sarà sufficiente aumentare la sezione della trave.

Un punto interessante di questi nuovi connettori è la varietà di sollecitazioni che possono supportare: laterali, assiali, e verticali in entrambe le direzioni. Un comportamento simmetrico e semplice molto apprezzato in fase di progettazione.

Il grande range di sollecitazioni (a taglio verticale, a sforzo assiale e laterale) rendono questi connettori particolarmente interessanti e adatti a situazioni peculiari.

5. La classica "coda di rondine" in legno

Questo è il metodo più antico e tradizionale, tutt'oggi utilizzato in tetti di dimensioni contenute e per facilitare la posa. Consiste nel affidare il carico al contatto tra legno e legno tramite la lavorazione di entrambe le travi. Avere gli intagli in cui adagiare le travi è di grande aiuto, perché guida il posatore in maniera chiara. Insomma, non ci può sbagliare. Questo semplicità, però, comporta degli svantaggi dal punto di vista delle resistenze che vediamo subito.

Riguardo il metodo di calcolo, bisogna dire che non è banale poiché dipende dalla geometria della lavorazione e da numerose ipotesi su quanta sezione delle travi è sottoposta a sforzo. La norma DIN 14080:2013 fornisce un metodo di calcolo in cui entra in gioco la geometria della coda di rondine e l'inclinazione di tutte le superfici di contatto, e sono presenti software commerciali che ne permettono il calcolo.

Inoltre, è importante ricordare che la rottura del lato legno è una rottura di tipo fragile e, di conseguenza, le nuove direttive sulla duttilità dei collegamenti rendono necessario l'uso di connettori metallici (viti) per evitare il sollevamento della trave secondaria e per garantire una certa duttilità nel giunto in caso di sisma.

L'intaglio della testa della trave secondaria, inoltre, va a ridurre la resistenza a flessione della trave stessa: non sono rari i casi in cui la trave secondaria deve essere sovradimensionata in modo da tenere in conto dell'intaglio, con conseguente innalzamento dei costi.

Resistenza al fuoco: dato che l'elemento resistente è la trave in sé e il collegamento metallico ausiliario si troverà nel centro della connessione, una coda di rondine in legno ha resistenze al fuoco alte. Questo però a patto di avere un sufficiente spessore di legno prima di raggiungere il "dente" della coda di rondine.

Conclusione

Abbiamo voluto fare una panoramica sui vari sistemi di connessione travi con un risultato estetico piacevole e in base ai punti focali di ogni tipologia. Ovviamente, ognuna delle soluzioni può essere più o meno adatta in base alle esigenze progettuali, ai vincoli del cantiere e in dipendenza della esperienza del progettista, nonché degli installatori.

Tutte le immagini (esclusa la prima) e i prodotti sono cortesia di Rothoblaas srl.

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