Costruzioni lignee: il “balloon frame” e il “platform”

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Costruzioni lignee:
il “balloon frame” e il “platform”
Le tecnologie costruttive lignee
(balloon frame e platform):
tecniche di prefabbricazione e
vantaggi del procedimento
costruttivo a struttura lignea.
Oliviero Tronconi
Politecnico di Milano – Dipartimento BEST
La tecnologia lignea fin dall’800 ha avuto un
particolare sviluppo in America, e in particolare negli USA, grazie alle grandi risorse
forestali che caratterizzavano e caratterizzano ancora oggi questa grande nazione.
I numerosi gruppi di coloni giunti nel nuovo
continente continuarono a costruire edifici
secondo gli stili europei, prodigandosi in
una architettura lignea che venne invece
successivamente abbandonata in Europa, a
eccezione delle regioni scandinave.
Verso la fine del XVIII sec. e durante il periodo georgiano gli architetti e i carpentieri
americani raggiunsero notevoli livelli di disegno ed esecuzione. Questi edifici con
struttura lignea erano rivestiti all’esterno da
tavole disposte su una intelaiatura. Le tavole di quercia e di cedro venivano ricavate con
spacco radiale dal tronco e avevano una forma della sezione a cuneo; il pino veniva invece segato. Esse venivano inchiodate o fissate con spinotti di legno all’intelaiatura con
il bordo più spesso in vista.
Verso la metà del XX secolo, quando in Europa imperversava il revival e il recupero degli stili classici, in America furono riprese alcune tecniche antiche. Architetti come
FIGURA 1 Costruzione con legname (tessitura primaria e secondaria della struttura).
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Henry Richardson recuperarono le scandole
di rivestimento, nonostante la loro vulnerabilità al degrado delle superfici di testa. La
tecnica di rivestimento con le scandole era
efficace in quanto permetteva lo scorrimento dell’acqua sulla superficie del tetto e sulle
pareti dell’edificio con lo stesso principio del
rivestimento delle piume di un uccello. Le
scandole venivano anch’esse ricavate per
spacco con cuneo e mazzuolo, dovevano essere ben stagionate per evitare l’imbarcamento, mentre i tetti dovevano avere una
forte pendenza per far defluire più rapidamente possibile l’acqua.
Il balloon frame
Successivamente, lo sviluppo della tecnica di
segagione con appositi macchinari e la produzione industriale dei chiodi (che ne abbatté
drasticamente e irreversibilmente il costo)
permise la creazione di una struttura portante più leggera di quelle precedenti, questa poteva essere eretta da un uomo solo impiegando soltanto il martello e la sega. La semplice
struttura a montanti e travi, disposti in modo
molto ravvicinato, era controventata da tavole disposte diagonalmente. Il primo sistema
costruttivo a ossatura lignea che nasce ai primordi del grande processo di industrializzazione del 1800 è il “balloon frame” (struttura a
pallone) (figura 2). Tale sistema, brevettato da
G. W. Show nel 1833, consisteva nell’impiego
di montanti, dell’altezza di due piani, senza
interruzioni dal terreno al tetto di copertura.
Si riscontrò che i montanti, prima impiegati
soltanto per sostenere il rivestimento dell’edificio, avrebbero potuto sostenere il carico del
tetto qualora si fossero inchiodate delle assi
alla loro sommità. Infatti, il sistema BF prevedeva che i montanti fossero collocati a una distanza di 45 cm l’uno dall’altro. Ciò permise di
eliminare le pesanti travi intelaiate della
struttura portante evitando inoltre incastri,
intagli e altri lavori di messa in opera, poiché
tutto il legname necessario veniva connesso
mediante chiodatura. Questo metodo fu sperimentato per la prima volta nel 1833 nella costruzione di una piccola chiesa; successivamente il sistema BF si diffuse ampiamente in
tutto il Paese e soprattutto nelle terre di frontiera dell’Ovest. Impiegando montanti lunghi
e leggeri per tutta l’altezza del fabbricato e inchiodando su di essi una tavola a metà altezza, si riusciva non solo a sostenere il carico del
tetto ma anche a realizzare il piano superiore.
Il legname per i montanti veniva tagliato nella lunghezza voluta, contrassegnato e numerato nella segheria e inviato quindi sul posto
insieme a una cassetta di chiodi e a porte e finestre pronte per l’uso, consentendo a una
persona di costruire da sé, rapidamente, la
propria casa. Sulla base delle esperienze acquisite con il sistema BF, venne successivamente perfezionato un secondo metodo costruttivo: il “platform”.
FIGURA 2 Sistema balloon frame.
Il platform
Il sistema “platform” prevedeva pilastri che si
interrompevano alla soletta del primo piano,
ogni piano successivo era appoggiato su quello inferiore che fungeva da piattaforma, termine da cui deriva la denominazione del sisteConsulente immobiliare 838-2009 |
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ma. Entrambi i sistemi BF e P richiedevano
l’impiego delle tradizionali controventature
diagonali, poste agli angoli della costruzione,
sostituite in un secondo tempo con il rivestimento esterno formato da tavole inchiodate
in diagonale per tutta la lunghezza della parete. Su queste ultime veniva poi applicato un altro strato di tavole con la funzione di rivestimento. Questi sistemi, con lo sviluppo dei processi di razionalizzazione tipici dell’industrialismo, subirono un’ulteriore razionalizzazione
e normazione nell’obiettivo di offrire soluzioni
alle necessità connesse con il rapido sviluppo
insediativo: consentire la realizzazione di edifici a basso costo e rapida costruzione.
FIGURE 3-4
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L’edificio a struttura lignea diviene un prodotto industrializzato e costruito con componenti normalizzati e prefabbricati, connessi con metodi d’unione anch’essi normalizzati e di rapida esecuzione.1
Un edificio che ancora oggi, date le proprie
necessità e capacità di spesa, si sceglie sui
cataloghi ricchi di proposte e tipi architettonici di numerose società produttrici.
Il sistema “balloon frame” adotta elementi
con sezioni unificate (5 x 10 cm) tanto per i
montanti quanto per le travi, abbinando talvolta due o più elementi unificati per esigenze
statiche. I montanti sono disposti a distanza
molto ravvicinata (45 cm) e sono continui dal
Particolare costruttivo del sistema platform.
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Rivestimento esterno in muratura
Zanca metallica
Carta Kraft
Intercapedine
Scossalina
Rivestimento strutturale
Montante
Rivestimento interno
Travetto
Corrente superiore
Isolante
Barriera al vapore
Soletta in calcestruzzo
Polietilene
Corrente di fondazione
Drenaggio di ghiaia
Rivestimento strutturale del solaio
Compensato a protezione del
bordo superiore del polietilene
19. Siliconatura
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«Come l’industrializzazione soppiantasse la produzione dei mestieri specializzati si può scorgere con maggiore evidenza nell’affermarsi di un nuovo tipo di casa di legno, quello usato dal sessanta all’ottanta per cento di tutte le abitazioni degli Stati Uniti: la struttura della “balloon frame”. Questa struttura è strettamente connessa con il livello di industrializzazione che era stato raggiunto in America.
In effetti la sua scoperta trasformò la costruzione in legno, da mestiere complesso che richiedeva mano d’opera specializzata,
in un’industria. Il principio di questa struttura consiste in sottili lastre e listelli che attraversano la costruzione da cima a fondo, e sono tenuti insieme soltanto da chiodi, in sostituzione all’antiquato e costoso sistema degli incastri maschio e femmina.
Costruire l’armatura di una casa come una scatola, impiegando soltanto chiodi, deve essere sembrato ai carpentieri assolutamente rivoluzionario. Naturalmente all’inizio la struttura “balloon frame” fu aspramente criticata.
La “balloon frame” segna il momento in cui l’industrializzazione cominciò a penetrare nell’edilizia. Allo stesso modo in cui i
mestieri di orologiaio, macellaio, fornaio, sarto venivano trasformati in industria, anche la “balloon frame” portò la sostituzione del carpentiere specializzato con l’operaio non qualificato». S. Giedion, Breviario di architettura, Milano, 1961.
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1. Rivestimento strutturale
del solaio
2. Travetto
3. Montante
4. Rivestimento strutturale
della parte in compensato
strutturale trattato
5. Polietilene
6. Corrente di fondazione
7. Drenaggio in ghiaia
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FIGURA 5 Struttura di una parete nel sistema platform.
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Corrente inferiore
Rivestimeno strutturale
Travetto di testata
Corrente di fondazione
Carta catramata
Cordolo di fondazione
Architrave
Doppio montante
Corrente superiore
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terreno al tetto. Le travi hanno lo stesso interasse dei montanti e sono a questi connesse
per chiodatura. Quindi non si verifica alcun
indebolimento delle sezioni. Sotto le travi,
una tavola collega tra loro i montanti di ogni
piano con funzione di controventamento.
Nel sistema “platform” gli elementi hanno uno
spessore unificato di 38 mm. Ogni piano viene
costruito autonomamente, e quindi non esistono i limiti di altezza del sistema BF. Un elemento orizzontale (doppio corrente) viene
posto sulla testata dei montanti, disposti a distanza molto ravvicinata – 30, 40 o 60 cm. Sulla testata sono collocate anche travi disposte
ortogonalmente a costituire la struttura portante orizzontale o solaio su cui, a completamento, verrà posto il tavolato di calpestio.
In seguito con le stesse modalità verrà realizzato il piano superiore, i cui montanti verranno appoggiati e inchiodati al doppio corrente posto sulla testata dei montanti del piano
inferiore. Le connessioni fra i vari elementi
avvengono mediante chiodatura che realizza la continuità strutturale della maglia.
• Altri sistemi costruttivi
Successivamente sono stati ideati e perfezionati altri sistemi costruttivi lignei che appartengono alla tipologia “a gabbia” tipica del
BF e del P. Tra questi ricordiamo:
– il sistema “a traliccio”;
– il sistema “a travi su montanti”;
– il sistema “a travi unite e montanti”;
– il sistema “a trave”;
– il sistema “a piastra”.
Tecniche di prefabbricazione
lignee
I vantaggi di un procedimento costruttivo a
struttura lignea sono quelli tipici di tutti i processi industrializzati: posa in opera programmata, organizzazione del cantiere ottimizzata, approvvigionamenti ben gestiti, elementi
che si traducono in costi più bassi, unitamente a una breve durata del cantiere. La messa
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in opera delle attrezzature e installazioni del
cantiere, i lavori di scavo e la gettata delle fondazioni e della soletta del piano interrato in
generale richiedono in alcuni casi più tempo
del montaggio di tutta la costruzione. La posa delle reti (tubazioni, cavi, condotti ecc.) per
le diverse tipologie di impianti (termico, elettrico, idrico, telefonico, correnti deboli ecc.)
avviene nello spessore delle pareti. Solo il passaggio di grandi canalizzazioni, come i condotti per l’aria o le canalizzazioni per le acque
reflue, comporta talune precauzioni e il
rinforzo delle parti strutturali interessate. Il
notevole sviluppo di elementi lignei industrializzati, come per esempio il compensato
strutturale che può essere utilizzato nella realizzazione di tetti come assito di copertura e
come completamento dei solai, dove funge
contemporaneamente da elemento portante
e da piano di supporto per il pavimento, ha favorito l’ulteriore diffusione dei sistemi costruttivi lignei. Le grandi dimensioni dei pannelli di compensato strutturale consentono
di rivestire la struttura dell’edificio rapidamente riducendo al minimo le attività di cantiere. La totale assenza di giunzioni riduce le
dispersioni termiche. Inoltre, la resistenza del
compensato contribuisce all’irrigidimento
della struttura portante dell’edificio riducendo la necessità di controventamenti. Le caratteristiche del compensato strutturale sono
tali da permettere anche la realizzazione di
grandi aperture vetrate.
Questo, insieme alle elevate prestazioni in
termini di isolamento termico, rapidità costruttiva e costi relativamente contenuti,
grazie ai processi di razionalizzazione e industrializzazione dei componenti, aiuta a
spiegare perché le tecnologie costruttive lignee continuino a essere così utilizzate e diffuse negli USA e in Canada.
Molti grandi architetti (primo tra tutti F.
Ghery) utilizzano questo materiale anche
per la sua estrema versatilità e così l’architettura moderna, in particolare quella residenziale, vede ancora oggi questo materiale come grande protagonista.