Le costruzioni a telaio leggero (oggi platform frame)

Dal Balloon frame al Platform frame. Storia ed evoluzione delle costruzioni con intelaiatura leggera

Il Balloon frame nelle considerazioni dei carpentieri dell’800: “pallone volante sotto i colpi mortali del vento”

I primi coloni europei, soprattutto inglesi, trovarono nel Nuovo Mondo al di là dell’Atlantico, una grande abbondanza di alberi di conifere e di latifoglie. Scarseggiavano invece le braccia e gli strumenti per lavorarli. In tutto il Nord America i nuovi conquistatori applicarono, per costruirsi la casa, le medesime tecnologie della tradizione. La casa di Jonathan Fairbanks, a Dedham, nel Massachussets, ne è l’esemplare più antico: 1636.

Casa dell’agente di borsa Fairbaks

Casa dell’agente di borsa Fairbaks (da “il libro internazionale del legno”) 

Disegno e tecnologia costruttiva ricopiano fedelmente i sistemi inglesi dell’epoca riconoscibili persino nella struttura delle travi e dei giunti di controventamento e soprattutto dal piano superiore costruito su travi a mensola. Cercarono, in ogni caso, di semplificare le lavorazioni e l’organizzazione del lavoro basato sulla preparazione dei materiali in segheria prima che giungessero nei luoghi di cantiere sfruttando i fiumi e i corsi d’acqua ideali per il trasporto di tronchi pesanti.

Finché, alla fine del 1700, fu inventata in Nord America la prima macchina per la costruzione di chiodi di ferro ed è stata proprio questa la svolta tecnologica per la produzione in serie di componenti edilizi; infatti il chiodo a basso costo ha rivoluzionato il sistema costruttivo e ha dato nuovo impulso all’edilizia nord americana.

Le segherie (meccanizzate) del Nord America e la disponibilità di legname squadrato

Bisogna però attendere fino alla metà del 1800 quando sorsero lungo i fiumi dell’Est e del Nord America le prime segherie meccanizzate capaci di fornire tavole e squadrati in grandi quantità. A quel punto, i sistemi costruttivi europei ad intelaiatura di tronchi squadrati, con i riempimenti di pietre e mattoni apparvero ben presto inadeguati alle condizioni climatiche del Nord America. Pertanto, sia i tronchi di grosse dimensioni, sia i riempimenti, furono sostituiti da una intelaiatura leggera, tamponata all’esterno con assiti inchiodati ai montanti, posti ad embrice (con un lato sovrapposto al successivo) oppure disposti in diagonale, mentre la parete interna era rivestita con un assito più leggero.

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Ovviamente, la muratura intermedia per formare la camera d’aria non era più necessaria.

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Il passo successivo fu la costruzione di un sistema formato da montanti, travi e tavole, composto come un insieme costruttivo solidale, ottenuto assottigliando le dimensioni della struttura portante e facendo collaborare le tavole di rivestimento alla stabilità dell’edificio. Infine, le tavole furono sostituite con i compensati strutturali e l’intercapedine riempita con materiale di protezione dal caldo e dal freddo.

Il Balloon frame

L’appellativo di “balloon frame” fu dato al nuovo sistema costruttivo leggero dai carpentieri di vecchia generazione abituati alla lavorazione dei tronchi e alle giunzioni manuali a maschio e femmina lavorate con l’ascia, letteralmente: “pallone volante sotto i colpi mortali del vento”.
Ma le nuove tecnologie non si fermano mai, soprattutto se abbassano i costi di produzione, pertanto a partire dal 1826 il sistema balloon frame prese piede molto velocemente, grazie anche al costo dei chiodi che scendeva precipitosamente con l’aumentare della produzione industriale.

Le aperture esterne restarono piccole e distanziate per non indebolire la struttura portante e per la difficoltà di procurarsi i vetri. Il riscaldamento invernale esigeva grandi camini di pietra e ancoraggi di metallo di un certo peso per sostenere sia la struttura, sia le scale costruite per salire al piano superiore.

Per difendersi dal caldo estivo comparvero infine portici e loggiati. 

Nel frattempo, siamo nel 1812, nacquero le prime rudimentali sfogliatrici per tronchi che permisero la costruzione dei compensati. Il compensato fenolico a più strati incrociati apparve in Nord America nella seconda metà dell’800 destinato a sostituire l’assito di controventamento delle pareti ed a velocizzare il lavoro in cantiere, consentendo ad ogni singolo lavoratore di buona volontà di sostituire il carpentiere e costruirsi la casa con le proprie mani.

Il balloon frame è il sistema costruttivo consistente nell’impiego di montanti (pilastri) aventi l’altezza di due piani, senza interruzioni dalla piattaforma di base al suolo fino alla trave di gronda sulla quale poggiano i puntoni del tetto

Il platform frame è il sistema costruttivo che prevede i montanti (pilastri) che si interrompono alla soletta del primo piano, ideale per costruire il piano successivo.

Confronto fra balloon e platform frame

Il Platform frame oggi

Attualmente il sistema più diffuso e utilizzato per la costruzione di edifici di legno è indubbiamente il platform frame, poiché il primo solaio serve come piattaforma per la costruzione del secondo e così via, incrementando il tasso di sicurezza in cantiere. Pertanto, le pareti sono costruite direttamente in opera e fissate sopra il rivestimento del solaio, oppure semplicemente costruite in stabilimento poi trasportate e assemblate in cantiere.

Il meccanismo di funzionamento

Il concetto è semplice: le pareti, i solai, i montanti e ogni altro componente formano telai a struttura scatolare che scarica sia i carichi verticali, sia i carichi orizzontali del vento e del sisma, alle fondazioni.

Le pareti del sistema costruttivo 

Le pareti sono costruite con montanti verticali, di numero e sezione prevista dal progetto strutturale, fissati a travi orizzontali sia in basso che in alto, controventati da compensati fenolici certificati, oppure con lastre di OSB (Oriented structural board) di spessore adeguato, mediante chiodatura.

La stabilizzazione e il controventamento di una struttura sono aspetti di primaria importanza nella progettazione di una costruzione di legno, poiché intervengono in modo rilevante nella concezione strutturale del progetto oltre che nella sua caratterizzazione formale.
Nella maggior parte dei casi, si può affermare che una struttura di legno senza alcun tipo di accorgimento per la propria stabilità, se sottoposta a carichi trasversali anche di modesta entità, presenta deformazioni non accettabili. Gli accorgimenti che rendono la struttura rigida nei confronti di tali azioni sono comunemente definiti controventi o sistemi di controvento ed hanno, per l’appunto, la funzione di stabilizzare il sistema strutturale.

Mentre nelle costruzioni ad ossatura portante i carichi sono assorbiti da elementi di tipo lineare (montanti e travi orizzontali) nelle costruzioni intelaiate il sistema costruttivo è a lastra. Pertanto, gli elementi portanti sono strettamente connessi a quelli di controventamento e stabilizzazione.

Esempio di Platform frame

Volendo essere più precisi, si può fare una distinzione tra stabilizzazione e controventamento, in funzione della natura delle azioni cui il sistema irrigidente è sottoposto. Infatti, parlando di controventamento, ci si riferisce in genere a sistemi pensati per resistere ad “azioni esterne”, generalmente orizzontali, che devono essere trasmesse alle fondazioni o ad altre parti dell’edificio; tra queste il vento (pressione/depressione sulle facciate e azione “radente” in copertura), il sisma, l’azione dei carri ponte, gli urti ecc.

Invece stabilizzare i singoli elementi strutturali, che possono essere soggetti a fenomeni di instabilità, significa prevedere dei sistemi in grado di resistere ad “azioni fittizie”: si tratta infatti di forze interne agli elementi che si sviluppano, ad esempio, in travi snelle soggette a fenomeni di flesso-torsionale o in elementi compressi soggetti a fenomeni di instabilità di tipo euleriano. 

La copertura del platform frame

La copertura è costituita da capriate leggere di legno, posate in corrispondenza dei montanti. Oppure da un reticolo di travetti fissati in basso al dormiente superiore della parete e in alto ad una trave di colmo. Molto usato negli Stati Uniti il sistema di fissaggio con le piastre chiodate denominate “gang nail”.
Le capriate leggere possono essere acquistate dai rivenditori specializzati che le calcolano in funzione dei parametri indicati dal progettista-cliente. 

Le intercapedini delle pareti sono riempite con materiali di coibentazione diversi, i cui valori dipendono dai requisiti richiesti per l’isolamento termico e per la resistenza al fuoco. 

Il dimensionamento strutturale è lasciato al progettista, poiché il sistema di calcolo al carico di neve, al carico di vento e al sisma, varia notevolmente da Paese a Paese e addirittura da Regione a Regione, sia negli Stati Uniti, sia in Europa. Sono comunque comunemente utilizzate tabelle a disposizione del progettista che forniscono le capacità portanti in funzione della struttura della parete.  

Capriate leggere fissate con piastre chiodate gang-nail 

Capriate leggere fissate con piastre chiodate gang-nail

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