Laboratorio di Costruzione dell`architettura

Laboratorio di Costruzione dell’architettura
Il legno è la più antica risorsa naturale conosciuta dall’uomo. Gli ha dato
combustibile, attrezzi per il lavoro e per lo svago, sistemi di difesa e mezzi di
trasporto.
Il legno è stato nella storia delle costruzioni uno dei primi e più utilizzati materiali sia
come struttura portante che per la realizzazione di elementi tecnici (solai,
coperture, ecc.) essendo l’unico materiale conosciuto resistente a trazione.
Il legno è stato in alcuni contesti geografici e ambientali il principale materiale di
costruzione sia per le sue caratteristiche che per la disponibilità.
Le costruzioni in legno sono da tempo molto diffuse in Nord America (più
dell’80% degli edifici di civile abitazione è realizzato in legno), in Nuova Zelanda e
nel Nord Europa.
Il legno fu il materiale più usato dai coloni europei, soprattutto inglesi, che si
recarono nel Nord America importandovi modelli sia costruttivi che formali.
La casa più antica ancora esistente è quella di J.Fairbanks a Dedham
(Massachusetts) che è del 1636. (Sistema blinde di legno)
Con lo sviluppo della meccanizzazione i sistemi costruttivi europei sembrarono
inadeguati e non adatti alle esigenze di mobilità delle popolazioni. Fu adottato un
sistema intelaiato formato da montanti, travi e tavole costituenti un insieme
solidale, costruito in fabbrica, trasportato e montato in opera (denominato
Balloon frame).
Il nome “Ballon frame” (pallone volante) fu dato in senso dispregiativo dai vecchi
carpentieri abituati a strutture molto pesanti. Esso ha pilastri aventi l’altezza di due
piani, mentre nella sua derivazione “Platform frame” i pilastri si interrompono alla
soletta del primo piano che quindi diventava la piattaforma per costruire il piano
successivo.
Con entrambi i sistemi costruttivi, a setti
portanti (Blinde di legno) o con telai e
pannelli di rivestimento in legno (Balloon
frame) si potevano e possono costruire
edifici che non superano i tre –
quattro piani.
I limiti tecnologici (soprattutto dimensionali) dei secoli scorsi hanno favorito al
legno altri materiali come il calcestruzzo e l’acciaio.
Ma grazie all’attenzione alla sostenibilità ed ecocompatibilità e al riciclo, hanno
messo in secondo piano questi materiali difficilmente riciclabili e rigenerabili e
portato ad una rivalutazione delle qualità del legno come materiale da
costruzione.
Il legno è:
. rinnovabile
. riusabile/riciclabile
. in grado di immobilizzare CO2
. convertibile in energia pulita
.
richiede
poca
energia
nella
trasformazione in prodotti
Il legno è un materiale
consumo energetico infatti
a
basso
Unico difetto rimaneva il limite
dimensionale degli elementi lignei
strettamente connessi alle dimensioni
dei tronchi degli alberi.
Nasce nei primi del ‘900 in Austria ma
si diffonde in Italia solo negli anni ’60’70 il legno lamellare con la
produzione
di
elementi
monodimensionali (travi, pilastri, ecc.)
Il legno tornò ad essere uno dei
materiale da costruzione d’eccellenza.
I nuovi elementi strutturali in legno “ingegnerizzati”, realizzati con tecnologie
avanzate che consentono sia di superare le limitazioni dimensionali e qualitative
del legno massiccio, sia di realizzare prodotti semilavorati in grado di assolvere in
pieno a tutte le esigenze di una buona tecnica costruttiva e di un elevato comfort
abitativo (pannelli di legno utilizzati come pareti e solai ad elevate prestazioni
acustiche, energetiche, sismiche, ecc.)
Le fasi principali sono le seguenti:
-taglio di lamelle di spessore omogeneo
-essiccazione artificiale
-selezione in funzione della classe di resistenza meccanica
-eliminazione della parte difettosa
-giunzione a pettine (finger jointing)
-piallatura
-incollaggio
-pressaggio
-piallatura
-impregnazione e coloritura
Le classi di resistenza del legno lamellare sono
definite dalle
UNI EN 14080 ed UNI EN 1194.
La sigla internazionale che distingue il legno
lamellare è GL seguita dalla resistenza a
flessione espressa in MPa
(1 MPa = ~10 Kg/cmq), una ulteriore lettera
indica se trattasi di legno lamellare omogeneo
(h) o combinato (o).
Le travi lamellari ad incollaggio
omogeneo sono realizzate con
tavelle di uguale qualità, quelle
ad incollaggio combinato sono
realizzate con tavelle di diversa
qualità
Si
possono
ottenere
sia
elementi
monodimensionali (travi e pilastri) che
bidimensionali (pannelli x-lam).
Le sequenze di lavorazione sono analoghe a
quelle delle travi, ma sono necessarie
attrezzature che consentano la realizzazione
di elementi di maggiori dimensioni sino a 16
metri di lunghezza e 3,15 metri di
altezza/larghezza
Il recente "Rapporto Case ed Edifici in Legno 2015” realizzato dal Centro Studi
Federlegno Arredo Eventi rileva che in un contesto che dal 2010 a oggi ha visto il
crollo degli investimenti complessivi nell’industria delle costruzioni, l’edilizia in
legno ha registrato un trend in controtendenza con una crescita costante.
Aspetto che conferma l’avvenuto cambiamento di mentalità nei confronti di una
tipologia costruttiva ecologica, sicura e in grado di garantire significativi vantaggi
economici in termini di risparmio energetico pari a circa il 40% rispetto alle
strutture tradizionali.
Oltre 3.000 edifici costruiti in
Italia
nel
2014
(90%
residenziale), un fatturato
complessivo di 658 milioni di
euro, in legno 6 abitazioni
nuove su 100, il 51% degli
edifici consegnati “chiavi in
mano”. Il Trentino Alto Adige
è la prima regione per
numero di aziende costruttrici
(49) seguito da Lombardia
(42) e Veneto (35).
Più sicura in caso di sisma
L’uso del legno riduce la massa di circa il 70% rispetto ad un edificio
tradizionale, riducendo quindi le forze provocate dall’azione sismica.
Inoltre, il legno ha caratteristiche meccaniche di grande duttilità, che
permettono di ridurre – in un certo senso di smorzare – l’effetto
dinamico del sisma sulla struttura.
Ne risulta una struttura più robusta e meno sensibile in caso di
sollecitazioni sismiche.
Ricerca denominata SOFIE, Sistema Costruttivo Fiemme, finanziata da
CNR e Provincia di Trento
Gli specialisti italiani dell’ CNRIVALSA hanno dimostrato in scala
reale come si comporta un
edificio multipiano in caso di
azione sismica. Per fare ciò hanno
costruito un edificio di 7 piani
(100 metri quadri in pianta) in XLAM rimasto perfettamente
integro e agibile al termine delle
prove (una serie consecutiva di
dieci terremoti distruttivi)
condotte sulla tavola vibrante più
potente al mondo nei laboratori
del NIED, a Kobe, in Giappone,
nell’ottobre 2007.
Più sicura in caso di incendio
La velocità di propagazione della
fiamma sul legno è lenta; lo
strato di carbone funge da
protezione al fuoco per gli strati
interni, garantendo la portata
dell’edificio per alcune ore,
tempo sufficiente ad allontanarsi
in sicurezza dall’edificio.
Riduzione dei consumi di
raffreddamento e riscaldamento
un pannello in X-Lam, è 3 volte più
resistente al calore di una parete in
laterocemento dello stesso spessore
originando, così, case a basso consumo.
Il legno è un materiale estremamente
isolante capace di garantire un risparmio
energetico vicino al 40% rispetto ai
consumi delle strutture convenzionali.
Risoluzione dei
problemi di ponti
termici e condensa
Il legno come materiale
edile per sua natura
risponde già
ottimamente ai problemi
di isolamento termico
inoltre le strutture lignee
di pareti e solai vengono
integrati con strati di
materiale isolante da
ridurre notevolmente le
perdite di calore da
trasmittanza.
(I ponti termici sono
delle parti degli elementi
strutturali di un edificio
attraverso i quali il calore
viene trasportato più
velocemente verso
l’esterno)
Più naturale e meno
inquinante
Il legno come materia prima
offre la grande possibilità di
ridurre considerevolmente le
emissioni di CO2 e di altri
inquinanti causati dalla
lavorazione e dalla
trasformazione del materiale
poichè richiede un consumo
limitato di energia.
Inoltre il legno accumula CO2
dall’aria.
Diversi studi hanno già dimostrato che ogni metro cubo di legno
utilizzato in sostituzione di altri materiali da costruzione, è in grado di
immagazzinare 0,9 tonnellate di CO2.
Comfort abitativo
Il comfort abitativo di una casa dipende da una corretta scelta dei
materiali. Una casa in legno garantisce un comfort interno
ineguagliabile, sia in termini termici che acustici, aumentando la
sensazione di benessere percepito all’interno dei singoli ambienti.
Velocità costruttiva
Una casa in legno viene costruita in 1/3 del tempo di una casa
in latero-cemento.
Rispetto dei costi preventivati
Una volta che il progetto esecutivo è stato realizzato, la
cantierizzazione non porta sorprese e il costo finale non si
discosta dal quello preventivato all’inizio.
Con questo progetto visionario ma al tempo stesso concreto, Norman Foster e Ove
Arup hanno anticipato i tempi.
Scegliendo il legno per pareti esterne prefabbricate con elevate prestazioni,
finiture di pregio e basso impatto ambientale.
Waugh Thistleton, edificio residenziale,
Londra 2008 - 9 Piani XLAM
Il primo edificio alto in Europa è un
edificio in X-LAM di otto piani –
social housing in Murray Grove a
Londra progettato dallo studio
Waugh and Thistleton e realizzato
dalla ditta austriaca KLH.
In Italia, in via Cenni a Milano, sono
state appena costruite quattro torri
in X-LAM – si tratta sempre di social
housing – per un massimo di 9 piani
su progetto dello studio Rossi Prodi
Associati, vincitori del concorso “Una
Comunità per crescere”, indetto dalla
società Polaris Investment Italia SGR
per conto della Fondazione Housing
Sociale (FHS), e realizzato dalla ditta
italiana Service Legno.
Completato in meno di due anni uno
dei più grandi ecoquartieri in legno
d’Europa
Via Cenni, complesso residenziale,
Milano 2012 - 9 Piani XLAM
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Struttura interamente in pannelli a strati incrociati (XLAM) compresi
scale e vani ascensore, poggiata su un’autorimessa interrata in cemento
armato
Gli edifici rispetteranno standard molto elevati in termini di comfort
abitativo e sicurezza strutturale.
Essendo costruite esclusivamente nel rispetto della classe energetica
A, gli appartamenti mantengono il proprio fabbisogno energetico per la
climatizzazione invernale inferiore a 24 Kwh/mq/anno pari a circa
il 75% in meno della media degli edifici sul territorio italiano.
Il legname proviene da foreste certificate dell’Austria, in cui è praticata
un’attenta gestione forestale che permette una costante crescita del
patrimonio boschivo: si calcola che il legno utilizzato verrà rigenerato
integralmente in meno di quattro ore.
Ampliamenti
Demolizione e ricostruzione
Case Popolari di Carbonia
4 alloggi, 2 piani, demolizione e fedele ricostruzione, realizzato
in 100 giorni lavorativi
Demolite e ricostruite in x-lam
5 scuole milanesi
L’AQUILA
Edificio Residenziale (consegnate in 75 giorni)
2012 Roccaraso (L'Aquila)
Edificio Residenziale 7 piani XLAM
Struttura : 6 settimane
Finiture : 12 settimane
MVRDV, Didden Village, Rotterdam, 2006
Kraus & Schönberg, Hanover House,
Bradford, 2007
Giorgio Volpe, Complesso Palatesta,
Bologna, 2008
HBF, ristrutturazione e sopraelevazione
Pensione Felder, Lucerna, 2015
KOZ Architectes, insediamento
residenziale Tete en l‘air, Parigi, 2013
Le pareti vengono utilizzate
come travi verticali,
appoggiate alle pareti
sottostanti, consentendo la
realizzazione di strutture con
consistenti sbalzi.
Sopraelevazione a Parigi
Minimum Impact House“ in Frankfurt Sachsenhausen errichtet. (Drexler
Guinand Jauslin Architekten, Frankfurt)
Minimum Impact House“ in Frankfurt Sachsenhausen errichtet. (Drexler
Guinand Jauslin Architekten, Frankfurt)
Casa SG, Catania
Architetti: Tuttiarchitetti
I principali sistemi costruttivi in legno sono:
Blockbau
Travi e pilastri
Pannelli XLAM
Pareti intelaiate
(a telaio)
(platform frame)
Con il blockbau si realizzano edifici a setti portanti
sovrapponendo elementi lineari a giacitura
orizzontale.
E’ uno dei sistemi più semplici diffuso in Europa
Centro-Settentrionale.
La conformazione dei tronchi è tale da garantire una
sorta di semiincastro per garantire una continuità
strutturale tra i tronchi.
Il sistema attualmente desta interesse da parte
degli ambientalisti perché limita l’uso di colle
e chiodi e nelle nuove versioni risolve
egregiamente i problemi di isolamento termico
e tenuta all’aria.
I setti sono realizzati con elementi di legno
massiccio
o
lamellare
con
analoga
disposizione del sistema tradizionale, ma con
differente modalità realizzativa totalmente
meccanizzata e automatizzata.
Il diametro dei singoli tronchi varia fra 150 e 250
mm, mentre per gli elementi squadrati costituiti da
due o più lamelle incollate costituendo elementi da
95 a 240 mm.
Gli elementi presentano una maschiatura per
facilitare la sovrapposizione e per conferire
maggiore solidità e rigidità alla parete stessa.
Debbono realizzarsi delle giunzioni morbide tra gli
elementi in modo da potere assorbire assestamenti.
Nella progettazione di edifici blockbau si deve
tenere conto delle caratteristiche particolari del
legno poiché gli elementi sono sollecitati a
compressione in direzione ortogonale alla
fibratura, condizione nella quale il legno si
presenta meno efficiente e più deformabile.
I solai possono essere realizzati o con
panconati o con travi portanti in legno
lamellare.
La connessione tra due pareti ortogonali deve garantire una idonea continuità
strutturale.
I nodi più usati sono quello a croce e quello a coda di rondine.
Le due soluzioni presentano valori di resistenza diversi dovute alle differenti aree
d’intaglio.
Nel caso in cui la distanza tra le pareti sia maggiore di 4 m è necessario introdurre
dei pilastri connessi all’interno delle pareti con doppio intaglio a coda di rondine.
La connessione al terreno avviene mediante un solaio aerato o con elementi
puntuali avendo cura di isolare gli elementi a contatto dall’umidità.
L’ancoraggio avviene mediante tirafondi annegati nel calcestruzzo e vincolati
con dadi e rondelle.
Sistema a travi e pilastri
Anche questo sistema deriva da sistemi del passato ed
è costituito da elementi lineari collegati tra loro e che
vengono successivamente controventati e tamponati.
Il tamponamento può essere in luce o in battuta.
Il tamponamento in luce oltre a fare ottenere la
continuità delle superfici interna ed esterna svolge il
compito di controventamento.
La connessione trave-pilastro può essere:
-pilastro passante, trave passante
-pilastro passante, trave interrotta
-pilastro interrotto, trave passante
Sino a 4 piani è consigliabile interrompere il
pilastro, per maggiori altezze si mantiene la
continuità del pilastro.
Per il collegamento con la fondazione è opportuno
isolare il pilastro di circa 15 cm dal piano fondale.
Le connessioni trave-trave e travepilastro sono realizzate con elementi
metallici che possono essere scarpe (a)
o piastre a scomparsa (b).
La solidarizzazione avviene per il tramite
di chiodi, viti per legno o perni metallici.
I collegamenti trave-pilastro non
possono considerarsi dal punto di vista
statico incastri e quindi le strutture
debbono
essere
controventate
sia
orizzontalmente che verticalmente.
(a)
(b)
Il collegamento di un pilastro con la fondazione in c.a. si realizza mediante piastre
portapilastri o piastre metalliche fissate alla base del pilastro ligneo tramite viti,
chiodi o bulloni. In ogni caso va evitato il contatto diretto tra base del pilastro e
calcestruzzo per migliorare la durabilità della struttura. Di seguito alcuni possibili
particolari costruttivi:
Esempio di un possibile collegamento tra pilastro in legno e fondazione in c.a.
Oggi si può usare il legno anche per edifici più alti di 3-4 piani a costi assolutamente
ragionevoli sfruttando la tecnologia XLAM (Cross Laminated Timber), sviluppata in
Austria negli anni ’90.
Pannelli XLAM detti anche Cross Laminated
Timber Panel (CLT Panel).
Sono in legno massiccio e composti da strati di
tavole, isorientati, sovrapposti ed incrociati in
modo che l’andamento delle fibre delle tavole di
ognuno di essi sia ruotato di 90° rispetto allo
strato sottostante.
I singoli strati sono composti da tavole di
spessore variabile compreso tra 15 e 30 mm;
la larghezza delle tavole oscilla tra gli 80 ed i
240 mm.
Il legname, di solito di conifere, deve essere
classificato
secondo
la
resistenza
ed
appartenere alla classe C24; le tavole possono
essere incollate o inchiodate o impernate.
Le colle usate sono quelle poliuretaniche
bianche.
Si possono sovrapporre fino a
7 strati, consentendo di
ottenere pannelli:
- fino a 30-40 cm di
spessore;
- fino a 4 m di larghezza;
- fino a 24 metri in
lunghezza.
Il numero di strati, mai
inferiore a tre, dipende
dalle
esigenze
strutturali
diverse per setti verticali o
solai.
Lo spessore degli elementi di parete è determinato principalmente dai carichi
verticali agenti ma anche dalle esigenze di rigidezza dovute all’azione dei
carichi orizzontali, o anche da esigenze legate all’isolamento fonico ed alla
necessità di offrire anche in presenza di aperture una sufficiente rigidezza e
resistenza dell’elemento strutturale.
E’ sconsigliato adottare spessori di pareti inferiori a 11 cm.
La presenza delle aperture
comporta una deviazione del
flusso delle forze verso il basso.
Spesso
non
è
necessario
realizzare un architrave poiché la
sezione verticale della parete di
parete al di sopra dell’apertura è
costituita anche da un numero di
strati di tavole orizzontali che
possono assolvere a funzione di
architrave.
E’ comunque possibile rinforzare l'XLAM con l’aggiunta di elementi lineari tramite
incollatura strutturale.
Il ventaglio di prodotti XLAM
disponibili è particolarmente
vasto; una decina di produttori
offrono pannelli xlam con
dimensioni e composizione
stratigrafica diverse.
Esistono in commercio vari
pannelli con varie dimensioni,
che si riportano di seguito:
Le dimensioni massime dei pannelli più diffusi vanno tra i circa 3 metri di
altezza, ai 16 metri di lunghezza, ai 50 cm di spessore.
Il pannello può essere usato sia verticalmente per pareti portanti che
orizzontalmente per solai di piano o di copertura.
Le solette hanno
uno spessore fra
1/35 e 1/40 della
luce
I pannelli arrivano in cantiere già pretagliati, con i vani delle porte e delle finestre
già pronti, sono cuciti tra loro attraverso viti, autopenetranti ed autoserranti.
Montaggio veloce e privo di problemi.
Realizzata la struttura grezza essa viene completata sul lato interno con una
intercapedine ad includere gli impianti e con una finitura a cartongesso.
Sul lato esterno viene invece realizzato:
- cappotto con finitura ad intonaco o
- parete ventilata.
Solaio interpiano in bioedilizia
solai in pannelli in X-Lam, spessori
da 12 a 20 cm idonei a sopportare
carichi verticali ed orizzontali. Il
numero degli strati e del relativo
spessore viene stabilito in fase
progettuale dal progettista delle
strutture.
PACCHETTO PARETE
01. FIBROGESSO
02. LANA MINERALE
03. MULTISTRATO X-LAM
04. FRENO VAPORE
05. CAPPOTTO
06. INTONACO
IMPERMEABILIZZAZIONE
07. IMPERMEABILIZZANTE
08. ISOLANTE XPS
09. FONDAZIONI
10. MASSETTO
11. IMPERMEABILIZZANTE
12. PAVIMENTO ESTERNO
FONDAZIONE
13. MAGRONE
14. MASSETTO IMPIANTI
15. RISCALDAMENTO
PAVIMENTO
16. MASSETTO
ALLEGGERITO
17. PAVIMENTO INTERNO
Il “platform frame” si sviluppa come perfezionamento e maggiore capacità di
prefabbricazione del “balloon frame” secondo un concetto di modularità
che permetteva la costruzione di edifici a più piani sfruttando l’interposizione di
solai lungo lo sviluppo in altezza dei pilastri.
Le
tecnologie
costruttive
lignee
a
pareti
portanti
intelaiate sono giunte fino ai
nostri giorni come sviluppo
ed affermazione dei primi
sistemi di prefabbricazione
utilizzati fin dall’800 dai
coloni e pionieri europei nei
paesi dell’America del Nord
per
consentire
la
realizzazione di edifici a
basso
costo
e
rapida
costruzione.
Grazie alla facilità di reperimento in loco del legname, all’evolversi delle tecniche
di segagione e all’industrializzazione dei processi di produzione dei chiodi, nel
1800 nasce il sistema costruttivo ad ossatura lignea noto come “balloon
frame” (struttura a pallone) che permetteva ad un solo uomo munito di sega e
martello di erigere la struttura di una casa a due livelli, eliminando gli elementi
strutturali troppo pesanti e lavorazioni troppo complesse, avvalendosi di elementi
sottili lunghi per tutta l’altezza dell’edificio, posti ad interasse di 45 cm secondo
un preciso schema di montaggio di semplice approccio e esecuzione.
I Pannelli intelaiati (platform
frame)
Sono costituiti da un telaio leggero
fatto di montanti (segati con
spessore di 5-8 cm e profondità di
10-18 cm), posti ad un interasse di
circa 45-65 cm, rivestito su uno o
ambo i lati con lastre di
irrigidimento a base di legno o a
base di gesso.
I montanti sono connessi tra loro
con graffe, cambrette, viti e chiodi.
I pannelli di irrigidimento vengono
collegati all’intelaiatura tramite
chiodi aventi diametro di 3-5 mm
posti ad interasse di 10-20 cm.
Anche per i solai si usano pannelli
intelaiati.
In corrispondenza delle aperture è
necessario realizzare un rinforzo del
telaio della parete, con l’inserimento
dell’architrave e di ulteriori montanti.
Le tavole inclinate di rafforzamento
strutturale nel tempo sono state sostituite da
pannelli truciolari, oggi quelli più usati sono i
pannelli a truciali allungati, denominato
«pannelli OSB» (Oriented Strand Board).
I pannelli possono essere disposti solo su un
lato o su entrambi i lati.
Detti pannelli sono costituiti da scaglie di
legno incollate con resine sintetiche e
pressate in vari starti.
Negli strati esterni le scaglie sono orientate in
senso longitudinale rispetto alla lunghezza del
pannello, negli strati intermedi invece sono
orientati trasversalmente.
Grazie alla geometria delle scaglie ed al loro
orientamento all’interno del pannello gli OSB
presentano un’elevata resistenza
meccanica che li rende particolarmente
adatti per funzioni di irrigidimento e
controventamento sia dei solai, che delle
coperture e delle pareti.
Le finiture interna ed esterna possono
avere diverse soluzioni costruttive in
rapporto alla destinazione d’uso.
Le canalizzazioni per gli impianti
sono alloggiate nell’intelaiatura o in
apposita intercapedine tra il setto ed il
rivestimento di finitura interna.
Il lato esterno può avere una finitura
a cappotto intonacato o a parete
ventilata.
PACCHETTO PARETE
01. FIBROGESSO
02. LANA MINERALE
03. MULTISTRATO
04. FRENO VAPORE
05. LANA DI ROCCIA
06. LISTELLO KVH
07. MULTISTRATO
08. CAPPOTTO
09. INTONACO
IMPERMEABILIZZAZIONE
10. IMPERMEABILIZZANTE
11. ISOLANTE XPS
12. FONDAZIONI
13. MASSETTO
14. IMPERMEABILIZZANTE
15. PAVIMENTO ESTERNO
FONDAZIONE
16. MAGRONE
17. VESPAIO AERATO
18. CLS + RETE
19. MASSETTO IMPIANTI
20. RISCALDAMENTO PAVIMENTO 21.
MASSETTO ALLEGGERITO
22. PAVIMENTO INTERNO
I pannelli possono essere realizzati
interamente in opera o fuori opera
con differenti livelli di prefabbricazione.
La connessione al terreno di fondazione
nel caso di pannelli prefabbricati in
officina è analoga a quelli XLAM.
Nel caso di pannelli costruiti in opera la
connessione avviene con la chiodatura
dei montanti.