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Carpenteria

Tradizionali connessioni di carpenteria in legno.
(da Grande Dizionario Enciclopedico, Torino. UTET, 1967).
Tradizionali connessioni di carpenteria in legno. (da Grande Dizionario Enciclopedico, Torino. UTET, 1967).

Definizione

Il termine indica le tecniche di costruzione di strutture portanti di legno o di metallo. Con tale termine si indicano inoltre le strutture stesse, definitive o provvisorie, di legno o di metallo, ottenute con il lavoro di carpenteria.

In senso più ampio il termine è usato anche per indicare le membrature portanti in cemento armato di un edificio, ad esempio, i disegni che contengono tutte le informazioni necessarie alla realizzazione dei vari piani di un’opera in cemento armato vengono chiamati tavole della carpenteria di piano.

Carpenteria in legno

La carpenteria in legno è uno dei più antichi metodi di costruzione, che ha permesso, soprattutto grazie all’impiego delle capriate, la copertura di grandi luci. Ha avuto grande diffusione nel passato (da ricordare in particolare l’ardita carpenteria delle grandi cattedrali gotiche) fino all’Ottocento, quando il legno è stato progressivamente sostituito da altri materiali strutturali quali l’acciaio e il cemento armato.

La carpenteria lignea ha oggi un momento di rivalutazione: le costruzioni permanenti di legno, un tempo utilizzate soprattutto nell’edilizia abitativa di Paesi ricchi di legname (come Scandinavia e America settentrionale) e in Paesi orientali quali Cina e Giappone, si stanno infatti diffondendo nuovamente grazie al recente notevole sviluppo tecnologico della carpenteria e a valutazioni di tipo ecologico.

La carpenteria in legno è ancora molto utilizzata in opere provvisionali (impalcature, casseforme, armature di servizio, centine ecc.) data la buona lavorabilità del materiale, che facilita la realizzazione dei collegamenti, unita a una buona resistenza meccanica.

Le essenze più utilizzare nella carpenteria in legno sono: abete, pino, larice, rovere, castagno, quercia.

Gli elementi comunemente utilizzati sono: travi e ritti (grossolanamente squadrati, di impiego comune nelle opere provvisionali, o squadrati a spigolo vivo con sezione quadrata o rettangolare), tavole (di spessore di alcuni centimetri), listelli (di sezione quadrata di alcuni centimetri), travi lamellari (composte con tavole sovrapposte rese fra loro solidali).

I vantaggi dell’uso del legno nelle costruzioni sono legati all’isolamento termico e acustico, alle caratteristiche igroscopiche e al fatto che si tratta di un materiale organico. Alcuni svantaggi del legno risiedono nella sua infiammabilità, nella sua eterogeneità (che comporta una certa variabilità delle caratteristiche meccaniche) e nella sua tendenza ad alterarsi nel tempo (per tale tendenza il legno si presta particolarmente a essere utilizzato nelle opere di carpenteria provvisionali). Dal punto di vista meccanico il legno presenta un ottimo rapporto resistenza/peso. Le resistenze a compressione e a flessione (lungo le fibre) sono circa uguali e il modulo di elasticità è dell’ordine dei 10 GPa.

Elementi e sistemi costruttivi

I principali elementi costruttivi utilizzati nella carpenteria in legno per costruzioni permanenti sono le capriate, i solai, le coperture, le scale, le strutture verticali portanti, le strutture reticolari per i ponti.

Riveste grande importanza nella carpenteria in legno la realizzazione dei collegamenti: quelli tradizionali, chiamati appunto di carpenteria, trasmettono le sollecitazioni principalmente tramite sforzi di compressione. Nei nodi di carpenteria, gli sforzi vengono trasmessi mediante intagli realizzati negli elementi da collegare; talvolta, per garantire una migliore trasmissione degli sforzi, vengono inseriti elementi di legno duro di interconnessione (biette) o elementi metallici (chiodi, bulloni, perni, viti, anelli, piastre dentate, staffe). Nei giunti a incrocio ortogonale (si veda ad esempio la tipologia Blockbau di seguito descritta) si utilizza l’incastro a metà legno (anche con linguetta e scanalatura). Per connessioni a T fra elementi ortogonali, si usa la tipologia a tenone e mortasa (semplice, doppia, multipla, con linguetta) o quella a coda di rondine, per ottenere una sufficiente rigidità. Nei giunti di travi sottoposte a trazione (ad esempio nelle catene di capriate) è frequente l’uso della dentatura obliqua con bietta, chiamata anche giunto di Giove, inchiavardata o staffata. Membrature con direzioni formanti un angolo acuto sono connesse con dente cuneiforme (semplice, doppio) ed eventualmente, maschio nascosto. Un giunto d’angolo si realizza a maschio e femmina, chiamato anche a mascella (semplice, doppia). Tavole complanari possono essere unite a metà legno o a linguetta e scanalatura. Analogamente la connessione d’angolo di tavole si realizza a metà legno, a maschio e femmina, a coda di rondine. Nelle travi lamellari, la connessione fra le tavole, che ha la funzione di sopportare gli sforzi di scorrimento, si realizza tramite staffe metalliche, biette e, più di recente, incollaggio.

Fra le tipologie di carpenteria in legno, con riferimento alle strutture verticali, si distinguono: pannelli ottenuti per sovrapposizione di travi disposte orizzontalmente (Blockbau), a traliccio (Fachwerk o, in inglese, half-timber), a intelaiatura. Per quest’ultima tipologia, se si realizza la struttura dell’edificio piano per piano (come nel sistema a traliccio), si parla di platform frame, se si usano montanti a più piani, come soprattutto negli Stati Uniti, si parla di balloon frame. I sistemi a traliccio o a intelaiatura sono nati in regioni dove la disponibilità di legname non era così abbondante da consentire costruzioni massicce Blockbau. Il sistema a traliccio (già diffuso nel Medioevo in Paesi dell’Europa centrale e dell’Est e nell’Impero ottomano) prevede la realizzazione di un telaio portante in legno con elementi diagonali, tamponato con pannelli di riempimento in argilla e paglia, laterizio e, raramente, pietra; alla vista i pannelli risultano intonacati, mentre il traliccio è, in genere, a vista.

Carpenteria metallica

La carpenteria metallica, oggi largamente diffusa, si è affermata a partire dal XIX secolo.

I vantaggi della carpenteria metallica sono legati al materiale acciaio (caratterizzato da un’elevata resistenza a trazione e compressione e dalla non infiammabilità), alla varietà degli elementi commerciali (profilati), all’efficacia dei metodi di collegamento.

Con carpenteria metallica vengono intese essenzialmente le strutture in acciaio, anche se sono oggi utilizzati nuovi materiali metallici come le leghe leggere a base di alluminio.

Elementi e sistemi costruttivi

La carpenteria metallica è diffusa nelle costruzioni civili (travi reticolari, telai multipiano per edifici, pensiline, strutture per ponti ecc.) e industriali (capannoni, gru, antenne, pali a traliccio per linee elettriche ecc.).

I telai metallici multipiano sono caratterizzati da reticoli ortogonali di travi e pilastri collegati con giunti bullonati o saldati. Il giunto trave-pilastro può consentire o no il trasferimento del momento flettente. Nel primo caso si realizzano telai momentoresistenti: il telaio è a elevata iperstaticità e le colonne sono pressoinflesse. Nella seconda ipotesi si hanno schemi statici pendolari ottenuti ponendo vincoli di cerniera nelle travi in corrispondenza del nodo con il pilastro; in tal caso le colonne sono semplicemente compresse e la funzione di controvento è assolta tipicamente da elementi diagonali – i diagonali sono utilizzati anche come controventatura orizzontale atta a irrigidire gli orizzontamenti – o da nuclei in cemento armato incastrati alla base e con comportamento a mensola.
Negli edifici monopiano industriali tipicamente si evidenziano pilastri con comportamento a mensola su cui appoggiano (anche indirettamente tramite travi di bordo) le travi principali di copertura. Se queste sono costituite da travi reticolari, le tipologie adottate sono quelle classiche quali: a cesoia, Fink o Polonceau, all’inglese o Howe, Warren, Pratt o Mohnié, bowstring.

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