Viti per legno e connessioni: prevenire le rotture con una corretta installazione

Le viti per legno hanno un ruolo centrale nelle connessioni strutturali, soprattutto nei nodi più complessi tra acciaio e legno. Con il loro impiego crescente, in edifici sempre più grandi e sistemi costruttivi ibridi, sono emersi nuovi interrogativi: cosa accade quando queste viti si rompono prima del previsto?
E, ancora più importante, quanto incide l’installazione sulla probabilità di rottura delle viti?

Le rotture premature non sono un’anomalia circoscritta alla qualità del prodotto: sono l’esito di un equilibrio instabile tra tensioni meccaniche, condizioni ambientali e modalità di installazione.

Il grafico sottostante, tratto dal Whitepaper Rothoblaas “Premature Failure in Timber Screws: Insights into Hydrogen Embrittlement and Stress-Driven Risk” illustra lo sviluppo temporale e i meccanismi di diversi tipi di rottura di viti per legno: da quelle più immediate e in condizioni “asciutte”, come eccesso di coppia (overtorque) e Infragilimento interno da idrogeno (IHE) a quelle differite nel tempo e in condizioni “bagnate”, come la Stress Corrosion Cracking indotta da umidità (HI-SCC).

Il significato è chiaro: il fallimento delle viti per legno può iniziare ben prima del collasso strutturale. In molti casi, il punto d’innesco è già presente al momento dell’installazione, ma si manifesta solo con l’accumularsi delle condizioni sfavorevoli.

Overtorque nelle viti per legno: quando “stringere bene” diventa “troppo”.

Tra le principali cause di rotture precoci in condizioni asciutte c’è l'eccesso di coppia durante l’installazione, comunemente noto come overtorque, che mina la resistenza delle viti.
Si tratta di una condizione in cui la coppia di serraggio supera i valori massimi raccomandati per la vite, generando tensioni residue lungo il gambo e riducendone la capacità di deformarsi plasticamente.

Bastano aumenti del 20–30% rispetto intervallo di coppia definito raccomandato per compromettere in modo significativo la resistenza a trazione del connettore.

Il fenomeno si presenta più frequentemente di quanto si pensi, specialmente in cantiere, dove la percezione del “serrare bene” può portare facilmente ad eccedere i limiti tecnici.

Ma il problema non si limita alla forza applicata manualmente: si aggrava soprattutto quando vengono utilizzati avvitatori a impulso in connessioni legno-acciaio, e in particolare in presenza di piastre spesse o molto rigide.

In queste configurazioni, le viti si rompono più facilmente: il connettore non è libero di adattarsi come avviene nelle connessioni legno-legno, il testa-vite si arresta contro la piastra in acciaio, mentre l’avvitatore continua a imprimere rotazione.
La vite può così subire una torsione parassita non necessaria: lo sforzo residuo si concentra sia nella zona sotto testa che nel primo tratto di gambo filettato, dove si osservano frequentemente le fratture.

La deformazione plastica localizzata può aprire microfratture nel rivestimento protettivo, facilitando i meccanismi corrosivi in presenza di umidità.

In laboratorio, l’utilizzo controllato di avvitatori a impulso su connessioni acciaio-legno ha mostrato valori di coppia che superano anche del 230% il limite indicato dal produttore, in modo non percepibile dall’operatore. Questo eccesso non solo sollecita oltre misura la vite, ma provoca un secondo effetto insidioso: il danneggiamento del controfiletto nel legno. Quando la vite raggiunge il fondo corsa sulla piastra ma continua a ruotare, essa non avanza più nel legno ma sminuzza le fibre che aveva compattato durante l’inserimento, indebolendo potenzialmente la sua tenuta a estrazione.

Anche senza una rottura immediata, una vite per legno danneggiata da eccesso di coppia può manifestare rotture premature sotto carico, in particolare in presenza di eventi combinati, come umidità, vibrazioni, o cedimenti locali del legno.

L’uso degli avvitatori ad impulso non è problematico in sé: il rischio si manifesta solo in configurazioni rigide, tipicamente acciaio-legno. Nelle connessioni legno-legno, dove c’è maggiore capacità di deformazione e distribuzione delle sollecitazioni questi attrezzi si possono usare in sicurezza, purché l’inserimento sia completato nel rispetto dei limiti di coppia dichiarati.

Angoli errati: una minaccia invisibile per le viti per legno

L’inserimento fuori asse di una vite, anche se minimo, può provocare deformazioni permanenti (flessioni) lungo il gambo. I dati riscontrati confermano che questa condizione può ridurre in modo importante la capacità a trazione della vite, fino al 30% in alcuni casi, a seconda dell’entità della piega. In condizioni asciutte, tali deformazioni rappresentano un rischio di innesco di cedimento immediato minore.

Se l’umidità penetra nella connessione, invece, le microfratture formatesi durante l’inserimento diventano vie preferenziali per la corrosione e l’assorbimento di idrogeno. È in queste situazioni che il connettore può fallire anche se sottoposto a carichi ben al di sotto di quello previsto.

Rigonfiamento del legno: perché le viti si rompono.

Il rigonfiamento del legno dovuto all’umidità può esercitare pressioni notevoli sulle viti, specialmente nelle connessioni acciaio-legno. Secondo uno studio condotto dall’Università dell’Alberta, la combinazione di rigonfiamento e overtorque può generare un carico assiale pari al 65% della capacità a trazione della vite, prima ancora che venga applicato un carico esterno.

L’effetto invisibile dei meccanismi microscopici di rottura

Le micro-cricche da installazione, come illustrato, sono causate da eccesso di coppia, pieghe da inserimento fuori asse e impatti violenti di gambo, filetto o testa della vite contro le piastre d’acciaio. Anche se inizialmente innocue, queste discontinuità possono evolversi in fratture sotto carico o agire come centri di assorbimento dell’idrogeno in presenza di umidità. La loro pericolosità aumenta esponenzialmente se la vite per legno è installata in condizioni umide e/o in contatto con legni aggressivi. In questi scenari, anche viti con durezza bassa possono diventare suscettibili all’infragilimento ambientale.

Tutti questi fattori che mettono a rischio la durabilità delle viti possono concentrarsi in diverse fasi dell’installazione e della messa in opera.

La qualità dell’installazione è dunque il risultato di una catena integrata di azioni tecniche:

• Il progettista ha il compito di specificare chiaramente i requisiti di installazione: momento torcente massimo, vincoli di angolo, e condizioni ambientali di progetto.
  Deve anche prevedere un piano di controllo dell’umidità (Moisture Management Plan) per limitare l’esposizione della struttura a condizioni bagnate, specialmente in fase di costruzione.

• Il produttore deve garantire che i connettori siano progettati e testati per resistere ai carichi e alle condizioni previste, fornendo specifiche tecniche e istruzioni di installazione adeguate.

• L’installatore deve rispettare le indicazioni del progettista e del produttore, utilizzando strumenti adeguati: L’uso di dime, guide di perforazione e fori pilota può migliorare drasticamente la precisione angolare, mentre gli avvitatori a coppia controllata permettono di rispettare i limiti senza superare soglie critiche.

Buone pratiche e strumenti utili per evitare le rotture nelle viti per legno

Controllare l’allineamento non significa solo “guardare dritto”. I montaggi in ambienti esposti vanno protetti: membrane, sigillanti e pianificazione logistica possono fare la differenza.

Prodotti Rothoblaas come TORQUE LIMITER, o dime quali JIG VGU sono alleati ormai indispensabili nei kit di ogni installatore.

Anche la vite più resistente può fallire se trattata con troppa disattenzione. I dati raccolti da Rothoblaas e dai partner di ricerca (KIT e University of Alberta) confermano quanto il montaggio sia una fase critica per le viti per legno: ogni installazione errata è un potenziale innesco.

Installare con cura, seguire le raccomandazioni, comprendere i meccanismi di rottura: questa è la forma mentis grazie alla quale le viti continueranno a sorreggere le architetture del futuro, anche più grandi e più esigenti, senza cedere

Rothoblaas ha accettato questa missione, approfondisci qui il nostro impegno: Premature Failure in Timber Screws: Insights into Hydrogen Embrittlement and Stress-Driven Risk