di Leonardo Delle Chiaie
Abstract
Il legno, materiale costruttivo millenario, torna oggi al centro del dibattito sull’edilizia sostenibile grazie alle sue straordinarie proprietà meccaniche, ecologiche e alla capacità di coniugare tradizione e innovazione. Il Giappone rappresenta un laboratorio d’eccellenza per comprenderne il potenziale, dove l’antica arte dei giunti lignei ad incastro, come il nuki, continua ad ispirare l’ingegneria contemporanea.
Il “Grand Ring” di Osaka 2025, progettato da Sou Fujimoto Architects e riconosciuto come la più grande struttura in legno al mondo, ne è la più recente espressione: un’opera che reinterpreta la tradizione costruttiva giapponese integrandola con tecnologie moderne di prefabbricazione e rinforzo sismico. Attraverso l’analisi di esempi storici e recenti, il lavoro evidenzia come il legno, se opportunamente progettato, possa garantire prestazioni strutturali eccellenti, sostenibilità ambientale e durabilità nel tempo, riaffermandosi come materiale chiave per l’edilizia del futuro.
Parole chiave: Edifici tradizionali giapponesi in legno, Giunti Nuki, Prestazioni sismiche delle costruzioni in legno, Rigidità rotazionale nodi.
Nel mio recente viaggio in Giappone ho avuto l’occasione di ammirare il Grand Ring, la straordinaria struttura in legno realizzata per l’Esposizione Universale di Osaka 2025.
Progettata da Sou Fujimoto Architects, questa struttura circolare in legno è stata ufficialmente riconosciuta dal Guinness World Records come la più grande costruzione in legno al mondo, estendendosi su una superficie di 61.035,55 m². Un’opera che manifesta una singolare capacità di unire estetica, ingegneria e tradizione costruttiva, offrendo una riflessione preziosa per chi si occupa di strutture in aree ad alta sismicità.
Fin dall’alba della civiltà l’uomo ha costruito con il legno: case, templi, ponti. Il legno è il materiale da costruzione più antico utilizzato dall’uomo, scelto non solo per la disponibilità, ma anche per le sue eccezionali proprietà meccaniche, la lavorabilità e la capacità di durare molto a lungo se ben mantenuto.
Il Giappone è senz’altro uno dei luoghi d’eccellenza per studiare come tradizione costruttiva, attenzione ai materiali, e sensibilità sismica si coniugano.
I templi e le pagode giapponesi, costruite vari secoli fa, hanno dimostrato una singolare longevità riuscendo a resistere non solo agli eventi metereologici più severi ma anche a ripetuti terremoti, nonostante la notevole altezza, come ad esempio le pagode del complesso Hōryū-ji e la pagota Tō-ji, la più alta del Giappone con i suoi 55m.
Foto 1- La Pagoda Hōryū-ji
Le strutture storiche in legno giapponesi sono caratterizzate da giunti di falegnameria che utilizzano geometrie ad incastro anziché elementi di fissaggio. Sebbene da allora le costruzioni in legno abbiano gradualmente privilegiato gli elementi di fissaggio metallici, la longevità delle strutture storiche in legno che utilizzano giunti di falegnameria, ne dimostra l’efficacia nei sistemi strutturali ed il grande potenziale nella realizzazione di costruzioni sostenibili. Le attuali costruzioni in legno massiccio, soprattutto in occidente, utilizzano, invece, prevalentemente collegamenti in acciaio (ad esempio piastre chiodate) che tuttavia comportano una progettazione delle strutture con un unico ciclo di vita. L’uso di giunti in legno ad incastro può, invece, consentire uno smontaggio più sostenibile e non distruttivo delle strutture in legno, come dimostrato da precedenti storici quali i Santuari di Ise (Giappone, 4 a.C.) [2].
Le strutture in legno hanno visto in Occidente una rinascita negli ultimi decenni grazie alla crescente consapevolezza dell’impronta ambientale ridotta che il legno garantisce rispetto ai materiali da costruzione attualmente più diffusi come l’acciaio o il cemento. Recenti studi hanno, infatti, potuto dimostrare che gli edifici sono responsabili di un terzo delle emissioni globali di carbonio e che la sostituzione degli attuali più diffusi materiali da costruzione con il legno potrebbe ridurre tra il 14-31% di tali emissioni di CO2 nell’atmosfera. [1].
Il grande sviluppo che l’odierna tecnologia di fabbricazione digitale mette a disposizione sia dei progettisti che delle ditte di costruzione offre l’opportunità di rivitalizzare l’uso dei giunti ad incastro nelle moderne costruzioni in legno.
Interessanti esempi di giunti di falegnameria del XXI secolo sono visibili nel Museo del Ponte Yusuhara (Giappone, 2010) di Kengo Kuma and Associates, nell’edificio per Uffici Tamedia (Svizzera, 2013) di Shigeru Ban Architects e nel Writers Theatre (USA, 2016) di Studio Gang Architects
Foto 4 e 5 – Museo del Ponte Yusuhara di Kengo Kuma and Associates
Foto 6 – Writers Theatre di Studio Gang Architects
Foto 7 – Tamedia Office building di Shigeru Ban Architects
Sebbene la reintroduzione dei collegamenti ad incastro nelle costruzioni moderne, senza l’ausilio di ferramenta, presenti dei vantaggi dal punto di vista della sostenibilità, della costruibilità e delle capacità di fabbricazione, l’ostacolo principale è rappresentato dalla necessità di caratterizzare e codificare realisticamente la meccanica di questi collegamenti per consentirne il corretto dimensionamento.
Il fascino esercitato da questa tipologia di giunti da un punto di vista storico e culturale è evidente in numerosi libri e studi che ne catalogano le origini, l’evoluzione e le geometrie [3], [4].
Il comportamento meccanico e strutturale dei giunti in legno é stato analizzato seguendo approcci basati su metodi analitici, numerici e sperimentali. Alcuni tendono a validare risultati sperimentali sulla base di analisi numeriche [5],[6], mentre altri utilizzano una varietà di modelli analitici per poi confrontarne gli esiti con prove sperimentali [7]–[10].
Una delle più tipiche ed antiche giunzioni tra elementi lignei priva di elementi di fissaggio metallici è il giunto “Nuki” costituito da una trave che attraversa una colonna mortasata, che, per la sua peculiarità e fondamentale ruolo nel conferire alle strutture una buona capacità di risposta nei confronti delle azioni sismiche, è stato oggetto di numerosi studi e sperimentazioni che hanno condotto ad ottenere una buona correlazione tra modelli analitici e test sperimentali.
Fig. 1 – Nodo NUKI
Foto 8, 9 e 10 – Kiyomizu-dera: nodi Nuki tradizionali
Un interessante lavoro condotto con ausilio di test sperimentali, pubblicato da Satsuki MURAI e Mitsuhiro MIYAMOTO dal titolo “Experimental Study on Structural Performance Evaluation of Column-to-Nuki Connection in Traditional Timber Shrines and Temples” esamina in grande scala la resistenza sismica dei giunti nuki del tipo “oblique scarf joint”, un tipo di collegamento molto diffuso negli edifici tradizionali giapponesi in legno, finalizzato ad individuare una corretta relazione tra il momento flettente agente e l’angolo di deformazione del nodo, oltre alle effettive capacità di resistenza a rottura delle connessioni colonna-nuki a croce, sia del tipo continuo che obliquo (oblique scarf joint).
Fig. 2 – Connessioni colonna-nuki a croce del tipo continuo e obliquo (oblique scarf joint)
olto interessante è anche il lavoro pubblicato da Hiroto Suesada, Kohta Miyamoto, Tatsuya Shibusawa, Kenji Aoki e Masahiro Inayama, dal titolo “Reinforcing effect of hardwoods on the moment resistance performance of traditional Japanese ‘nuki’-column joints” (2019), che ha consentito di dimostrare quanto l’adozione di legni duri caratterizzati da maggiore densità e resistenza sia importante per migliorare la resistenza flessionale di un nodo Nuki.
La rigidezza rotazionale elastica ed il momento flettente che conduce allo snervamento dei giunti a colonna nuki sono noti per essere piccoli, mentre la loro capacità di deformazione è molto grande perché la maggior parte della deformazione dei giunti è dovuta a deformazioni parziali di compressione perpendicolari alla venatura del nuki.
I valori caratteristici dei giunti nuki-colonna possono migliorare eliminando o riducendo questa deformazione. Nelle deformazioni parziali per compressione del legno, la deformazione di compressione viene generata localmente in prossimità dell’area di carico superficiale ed all’estremità di quest’area del legno.
Nella zona interna degli elementi in legno che convergono nel nodo, la deformazione da compressione locale viene ridotta e diventa uniforme. Pertanto, la deformazione parziale da compressione può essere ridotta disponendo un materiale con eccellenti prestazioni di compressione vicino all’area di carico superficiale.
Fig. 3 – Comportamento statico del nodo NUKI
Fig. 4 – Sollecitazione nella trave perpendicolare alle fibre (MPa) durante la simulazione numerica
Questi studi confermano che, grazie all’adozione di dettagli costruttivi come il giunto Nuki (e Nuki rinforzato), le strutture in legno, se opportunamente analizzate e progettate secondo le moderne tecniche ingegneristiche, possono garantire prestazioni antisismiche molto buone risultando in grado di soddisfare i seguenti tre grandi risultati:
- Elasticità e dissipazione sismica: il nodo può deformarsi senza rompersi, assorbendo parte dell’energia;
- Smontabilità e manutenzione: elementi danneggiati possono essere sostituiti senza compromettere la stabilità complessiva;
- Ridondanza strutturale: la presenza di più nodi contribuisce a distribuire uniformemente le sollecitazioni.
Nel Grand Ring, questa tecnica, che tradizionalmente prevedeva l’uso di tasselli di legno a cuneo aventi lo scopo di bloccare la connessione tra colonna e trave passante, è stata reinterpretata con l’aggiunta di barre e cunei metallici, che ne incrementano la resistenza meccanica e la rigidezza, ne migliorano la durabilità e ne esaltano la duttilità in caso di sisma.
Una scelta che dimostra come la tradizione, opportunamente aggiornata, possa dialogare con le esigenze della progettazione contemporanea.
Ispirata alle tradizionali costruzioni in legno giapponesi, come il tempio Kiyomizu-dera di Kyoto, (vedi Foto 8, 9 e 10), la struttura è costruita interamente in legno, privilegiando i materiali naturali e diventando un esempio per futuri progetti su larga scala.
Il suo design ottimizza la ventilazione e l’ombreggiatura naturali, mentre il tetto inerbito e piantumato, cambierà aspetto con le stagioni, creando un’atmosfera diversa durante tutto l’anno.
Oltre a fungere da principale via di accesso all’Expo, la struttura in legno offre un’esperienza spettacolare ai visitatori, proteggendoli al contempo dalla pioggia e dall’intensa luce solare.
Il progetto, proposto dall’architetto Sou Fujimoto, combina tecniche tradizionali giapponesi con sistemi costruttivi contemporanei che ne migliorano la resistenza sismica.
Il Tempio Kiyomizu-dera ha ispirato la struttura modulare e smontabile in legno di Kyoto, utilizzando connessioni “nuki” (senza chiodi), trave orizzontale è inserita in una colonna verticale, reinventando la tradizione con uno sguardo al futuro.
Consentendo movimenti fluidi all’interno del sito e offrendo ai visitatori uno spazio confortevole protetto da vento, pioggia e luce solare, il Grand Ring simboleggia il concetto di “Unità nella diversità” (tema dell’Expo 2025) tra i 150 paesi partecipanti all’Expo 2025 di Osaka.
L’anello crea un paesaggio in un territorio completamente artificiale, quasi privo di punti di riferimento, in questa zona industriale del porto di Osaka. Protagonista del paesaggio, la struttura circolare in legno circonda i padiglioni ed è concepita come principale via di circolazione per l’Expo 2025 di Osaka, offrendo al contempo uno spazio dove gli utenti possono ripararsi dal sole e dalla pioggia.
Il Grand Ring è caratterizzato da una copertura di larghezza di circa 30 metri, un’altezza di circa 20 metri, un diametro interno di circa 615 metri e una circonferenza di circa 2 chilometri, che collega 109 unità di telaio in legno. Il metodo di costruzione delle strutture si presta ad una rapida prefabbricazione modulare e ad un altrettanto rapido smontaggio.
Foto 11 – The Grand Ring : Prefabbricazione e dettaglio nodo Nuki rinforzato
Il Giappone ci ricorda così che il legno, troppo poco frequentemente adottato in Italia come materiale da costruzione, è in realtà straordinariamente efficace anche in contesti altamente sismici grazie a:
- Leggerezza, che riduce le forze agenti durante un terremoto;
- Elasticità naturale, capace di dissipare energia senza fratture improvvise;
- Facilità di intervento, che consente la sostituzione o il rinforzo di singoli
Il Grand Ring rappresenta, quindi, un ulteriore esempio di una recente e crescente tendenza globale a realizzare strutture in legno in scala sempre più larga.
Di seguito si riportano le immagini di alcuni tra i più audaci e riusciti esempi di moderni edifici in legno nei quali valenza architettonica e tecnologia costruttiva si coniugano in perfetta armonia.
Copertura (36500mq) dell’aeroporto di Portland
Torre Ascent, (87m) il grattacielo in legno ad oggi più alto del mondo a Milwaukee
Mjøstårnet (Norvegia): (85 m)
Sara Kulturhus (Svezia): centro culturale con teatro, biblioteca e torre alberghiera, realizzato interamente in legno lamellare
BUGA Wood Pavilion, Germania (Heilbronn, 2019): struttura sperimentale in legno, prefabbricata con precisione robotica, shell structure in cassette segmentate; velocità di costruzione e modularità
RIFLESSIONI CONCLUSIVE
L’unione tra tradizione e innovazione può rendere il legno un protagonista assoluto della progettazione contemporanea, soprattutto in quelle aree del mondo dove il rischio sismico impone soluzioni strutturali intelligenti, duttili e resilienti.
Il Grand Ring di Osaka 2025 è un’evidente dimostrazione di come il legno non sia da considerare un materiale del passato, ma un protagonista del futuro. Dalle antiche pagode giapponesi ai più avanzati edifici contemporanei, il legno continua a confermare la sua straordinaria capacità di unire estetica, tecnica e sostenibilità.
La lezione che il Giappone oggi ci offre è chiara: innovare non significa abbandonare la tradizione, ma reinterpretarla con strumenti moderni e visione ingegneristica.
Promuovere il legno come materiale strutturale significa investire in un’edilizia più leggera, resiliente e circolare, capace di rispondere alle sfide ambientali del nostro tempo.
È compito della cultura progettuale contemporanea valorizzarne le potenzialità, superando pregiudizi tecnici e normativi, per restituire al legno il ruolo che merita: quello di materiale nobile, durevole e profondamente sostenibile per costruire il futuro dell’ingegneria e dell’architettura.
Riferimenti
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- Henrichsen e R. Bauer, Japan Culture of Wood: Buildings, Objects,Techniques, 1 edizione. Boston: Birkhauser, 2004.
- Sumiyoshi e G. Matsui, Wood Joints in Classical Japanese Architecture (Giunti in legno nell’architettura classica giapponese). Kajima Institute Publishing Co. Ltd, 1991.
- Zwerger, Legno e giunti in legno, 3a edizione. Basilea; Boston: Birkhäuser, 2015.
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- W. Guan, A. Kitamori e K. Komatsu, “Experimental study and finite element modelling of Japanese ‘Nuki’ joints — Part two: Racking resistance subjected to different wedge configurations” (Studio sperimentale e modellazione agli elementi finiti dei giunti giapponesi “Nuki” — Parte seconda: resistenza alla deformazione soggetta a diverse configurazioni di cunei), Eng. Struct., vol. 30, n. 7, pagg. 2041-2049, luglio 2008.
- Fang e C. Mueller, “Giunti di falegnameria nelle strutture in legno: esplorazioni analitiche e sperimentali del comportamento strutturale”, in Atti del Simposio dell’Associazione Internazionale per le Strutture a Guscio e Spaziali (IASS), Cambridge, MA, USA, 2018.
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- G. Shope, “Strength characterization of wood to wood connections using stress field analysis,” Tesi, Massachusetts Institute of Technology, 2016.
