Tecnologia Xlam. Tra mercato e applicazioni

POLITECNICO DI TORINO I Facoltà di Architettura Corso di laurea in Scienze dell’Architettura

TESI DI LAUREA Tecnologia XLam. Tra mercato e applicazioni

Relatore Prof. Guido Callegari Co-relatore Arch. Antonio Spinelli

Giuditta Gandelli

a.a 2010/2011

RINGRAZIAMENTI

Un ringraziamento particolare al professor Guido Callegari ed allʼarchitetto Antonio Spinelli, il prezioso aiuto per la preparazione del materiale, lʼassistenza e gli input redazionali e creativi sono stati indispensabili per la riuscita di questo lavoro.

Grazie ai miei genitori, ai miei nonni, ai miei polli e alle persone che camminano al mio fianco tutti i giorni. Mi avete supportata e sopportata nella vita e nel periodo di preparazione della tesi.

Un ringraziamento speciale a Mara, per la disponibilità, il tempo al telefono e per tutte le informazioni che sei riuscita a recuperarmi.

Grazie allʼEliSoccorso senza il quale sarebbe stato tutto più complicato.

Grazie

INDICE

Introduzione!

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1. Tecnologia XLam: pannelli di legno massiccio a strati incrociati! !

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1.1. Generalità e principi! !

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1.2. Gli “ingredienti” dellʼXLam! !

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1.3. Procedure di produzione !

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1.4. Il pannello finito!!

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1.5. Caratteristiche fisiche!!

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1.6. Caratteristiche meccaniche e comportamento strutturale!

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1.7. Connessioni e Collegamenti!!

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1.8. XLam e resistenza al fuoco!!

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1.9. XLam e resistenza al sisma!!

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2. Prodotti, produttori e applicazioni! in ambito europeo !

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2.1. Massivholz - KLH, Austria! !

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2.1.1. Casi Studio e applicazioni ! !

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2.2.1. Casi Studio e applicazioni ! !

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2.4. Finnforest Merk - LENO, Finlandia!!

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2.4.1. Casi Studio e applicazioni!

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2.5. Mayr Melnhof Holz - M1 BSP, Austria ! !

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2.2. Binderholz - BBS, Austria! !

2.3. Stora Enso - CLT, Finlandia!!

2.3.1. Casi Studio e applicazioni!

2.5.1. Casi Studio e applicazioni!

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2.6. HMS Bausysteme - HMS BSP, Germania !

2.6.1. Casi Studio e applicazioni!

2.7. Panoramica e considerazioni!

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3. Il quadro normativo! !

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4. Conclusioni!

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Bibliografia! !

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Introduzione Nei primi anni del 1900 vennero realizzati i primi edifici mutipiano con struttura portante in calcestruzzo armato, sfruttando lʼallora rivoluzionaria possibilità di realizzare elementi strutturali piani grazie alle caratteristiche del materiale.

Oggi, grazie all'innovazione tecnologica, tramite lʼindustrializzazione del materiale più antico fornitoci dal pianeta, esiste la possibilità di realizzare la stessa tipologia architettonica interamente in legno.

I pannelli di legno massiccio a strati incrociati XLam permettono, infatti, di realizzare lʼintera struttura portante impiegando elementi prefabbricati piani di grandi dimensioni : pareti con funzione strutturale di lastra, solai con funzione strutturale di piastra, collegati tra loro con connessioni semplici ed efficaci. Un prodotto figlio del perfezionamento tecnologico che ha portato alla quasi totale eliminazione dei difetti insiti in questo materiale naturale, conservandone i pregi di carattere strutturale, estetico e materico.

Impiegando gli elementi di parete, solaio e tetto è possibile realizzare una struttura scatolare che permette di distribuire i carichi lungo tutto il perimetro, consentendo la realizzazione di edifici fino a 9 piani fuori terra, con tempi di montaggio ed esecuzione estremamente brevi e possibilità architettoniche infinite.

Le sue applicazioni, infatti, possono spaziare in un ampio range di opportunità quali villette unifamiliari, capannoni industriali, edifici pubblici e privati multipiano, ecc per poi spaziare dalle strutture temporanee a quelle mobili.

Il legno, che per molto tempo è stato trascurato nellʼambito delle costruzioni, torna alla ribalta mettendo le basi per una nuova rivoluzione costruttiva, ultraleggera e dalle spiccate qualità sostenibili, strutturali, antisismiche e di resistenza alla combustione. Recenti studi hanno mostrato, infatti, come questo materiale sia particolarmente adatto a contrastare le conseguenze di eventi potenzialmente catastrofici come gli effetti sismici e gli incendi.

Da qui nasce lʼinteresse ad eseguire uno studio approfondito sulle caratteristiche del materiale e fornire una panoramica sui principali produttori europei che realizzano questo innovativo legno ingegnerizzato, che vanta applicazioni interessanti in ambiti disparati e che permette di realizzare architetture spaziando dalla struttura portante al rivestimento per arrivare fino allʼarredamento. Il tutto made in XLam.

“ Per lʼuomo, il legno è universalmente bello. Lʼuomo ama lo stretto legame che ha con esso, vuole sentirlo sotto la mano, gradevole al tatto e allʼocchio” Frank Lloyd Wright

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1. Tecnologia XLam: pannelli di legno massiccio a strati incrociati Lʼapplicazione della scienza in campo tecnologico, ha permesso la progettazione e costruzione di un materiale innovativo che pur utilizzando le stesse essenze impiegate nelle applicazioni tradizionali, ha saputo sfruttare le caratteristiche del legno grezzo (capacità igroscopica, elasticità, ecc) trasformandolo in legno ingegnerizzato, privo dei difetti e delle limitazioni della materia prima tal quale.

In questo capitolo si analizzano la proprietà e le caratteristiche tecniche che contraddistinguono i pannelli di legno massiccio a strati incrociati.

1.1. Generalità e principi Dalla collaborazione tra le segherie austriache e lʼUniversità di Graz nel 1996 nacque un progetto di ricerca applicata finalizzato allo sviluppo di una nuova tecnologia capace di sfruttare al meglio la risorsa legno.

Con questo intento, venne sviluppato un pannello di legno compensato di tavole per uso strutturale caratterizzato dalla sovrapposizione di strati di tavole incrociate ortogonalmente, grandi dimensioni e migliorie nella resistenza dovute alle minori dispersioni meccaniche dettate dalla capacità di trasmettere carichi nelle due direzioni principali del piano.

Figura 1: Pannello Xlam a 3 e a 5 strati.

La rivoluzione del sistema di sovrapposizione realizzabile in grandi formati e la funzionalità del materiale per svariati campi dʼapplicazione diede luogo alla prima omologazione austriaca nel 19981.

1

Il giornale dellʼarchitettura, n°70, 2009, Rapporto Legno, X-Lam: che cosʼè, p. 34 3

Non esiste una definizione univoca e vincolante di questa tecnologia: pannello multistrato in legno massiccio, pannello compensato di tavole, legno a strati incrociati, lamellare piano, legno compensato di bordo, Cross Lam, sono solo alcuni dei nomi attualmente utilizzati.

Parallelamente è al momento inesistente una nomenclatura internazionalmente riconosciuta per cui il prodotto assume denominazioni differenti: • XLAM "

Legno massiccio a strati incrociati"

Italiano

• CLT"

"

Cross Laminated Timber" "

"

Inglese

• BSP"

"

BrettSPerrholz"

"

Tedesco

"

"

Le altre definizioni sono nomi di prodotto legati ad un produttore2.

A titolo esemplificativo, è interessante ricordare che allʼatto della definizione del nome del materiale, una multinazionale del legno registrò il marchio CLT per il proprio prodotto impedendo lʼutilizzazione univoca dellʼacronimo indicante questa tipologia di pannelli strutturali in legno.

Al di là di questi retroscena, la tecnologia e il mercato del settore hanno portato i diversi produttori, sulla base di strategie di sviluppo individuali, a ideare una gamma di prodotti che si differenziano nei parametri dimensionali, compositivi e prestazionali intrinseci del prodotto finito (spessore, lunghezza, impiego di collanti, ecc) ma che sono uniti da un denominatore comune che risiede nella tecnologia del prodotto.

I pannelli di legno massiccio a strati incrociati XLam sono elementi di forma piana multistrato, composti dalla sovrapposizione di più strati di tavole incollate e ruotate tra loro in maniera alternata generalmente con un angolo di 90°.

Il numero di strati del pannello è dispari (≥ a 3 strati) ai fini di ottenere una struttura simmetrica che ne garantisca la stabilità dimensionale, un comportamento fisico e meccanico efficace, evitando deformazioni indesiderate quali imbarcamento, difetti, ecc.

Indipendentemente dal numero di strati che compongono il pannello, gli strati esterni devono avere le fibre orientate nella stessa direzione mentre internamente devʼessere presente almeno uno strato con le fibre Figura 2 : Gli strati di tavole orientate perpendicolarmente alla fibratura di quelli esterni.

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A. Bernasconi, Il materiale XLam: caratteristiche e prestazioni, Promolegno, TU Graz, 2009, p.2 4

Diverse combinazioni di strati longitudinali e trasversali di un elemento permettono di ottenere diverse strutture di pannello multistrato ai fini dellʼottimizzazione rispetto ai requisiti strutturali e di resistenza.

Con la produzione di elementi di solaio (funzione strutturale di piastra) e parete (funzione strutturale di lastra) ogni componente della costruzione assume un ruolo fondamentale nella definizione della struttura portante formata da elementi piani e spessori ridotti.

1.2. Gli “ingredienti” dellʼXLam

Figura 3 : Diverse combinazioni di strati.

A partire dal taglio del tronco grezzo, la materia prima viene lavorata, tagliata e bonificata delle parti inefficaci da un punto di vista meccanico-costruttivo, al fine di ottenere, tramite procedure di incollaggio ed incastro, pannelli di grandi dimensioni che consentono un applicazione strutturale nelle costruzioni.

LA MATERIA PRIMA Secondo i dettami delle tecnologie attuali, i pannelli Xlam, come la maggior parte degli elementi in legno per uso strutturale, sono prodotti utilizzando legno di conifera.

La scelta di questa essenza è dettata da molteplici fattori, in parte geografici ed in parte insiti nelle caratteristiche Superficie boschiva rispetto alla superficie totale nel paese del materiale di impiego.

0 Le aree del nord Europa dove Finlanda 75% si svilupparono le tecnologie Svezia 68% costruttive in legno sono infatti, Austria 47% caratterizzate dalla presenza di Repubblica Slovacca 41% abbondanti boschi natii di Media UE 25 34% Repubblica Ceca 33% conifere, fattore che determina Italia 32% una facilitata reperibilità di un Germania 31% Francia 30% materiale che consente unʼelevata capacità di

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resistenza meccanicoGrafico 1: I boschi dʼEuropa 5

strutturale, durabilità ed isolamento termoacustico idonee allʼutilizzo nelle costruzioni. inoltre, la relativamente elevata velocità di crescita dellʼessenza, sia nel fusto sia in altezza, permette di assicurare un approvvigionamento della materia prima anche per le generazioni future, senza danneggiare la natura, scompensare lʼecosistema o sfruttare in modo incosciente le nostre risorse a minori costi di produzione.

Attualmente, la produzione dei pannelli a strati incrociati sfrutta prevalentemente legno di abete rosso e, in percentuale minore, larice, noce, abete bianco e douglasia.

Lʼuso di altre specie legnose come le latifoglie (faggio, pioppo, frassino...) è possibile ma è, allo stato attuale, in via di sperimentazione.

Figura 4: Esemplari di abete rosso (sx) e di larice (dx)

IL TAGLIO DELLE TAVOLE Le tavole utilizzate per la fabbricazione dei pannelli di legno massiccio a strati incrociati derivano dalla lavorazione di segatura del tronco, secondo la tecnica di taglio longitudinale e sono ricavate in prevalenza dalle porzioni esterne più grezze, considerate di basso valore e scarso interesse nellʼambiente delle segherie a causa della maggior presenza di difetti, di tendenza al ritiro e delle ridotte possibilità applicative.

Figura 5: Taglio della sezione di tronco.

Le tavole che compongono i singoli strati sono di spessore compreso normalmente tra 15 e 30 mm, mentre la larghezza varia tra 80 mm e 240 mm (fig. 6).

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La larghezza e lo spessore delle tavole è definito dal rapporto l:s ≥ 4:13.

La lunghezza delle tavole e la composizione della stratigrafia del pannello dipendono dalla dimensione dellʼelemento finito che si vuole ottenere determinato dal campo e dalle caratteristiche di produzione dei diversi produttori.

s l Figura 6: Dimensioni delle tavole

ESSICCAZIONE Il legno è un materiale igroscopico ovvero ha la capacità di assorbire e riemettere umidità al variare delle condizioni climatiche dellʼambiente in cui è sottoposto (in ambiente secco cede vapore acqueo mentre in ambiente umido lo assorbe).

Il contenuto di umidità presente Figura 7: Taglio delle tavole nel legno influenza praticamente tutte le caratteristiche fisiche, meccaniche e tecnologiche del materiale ed è allo stesso tempo il fattore che permette lo sviluppo dei meccanismi di degrado (deformazioni, fessurazioni, tensioni interne, attacco battereologico, marciumi, alterazioni cromatiche...) che compromettono la durabilità e la stabilità dimensionale del materiale.

Lʼessiccazione delle tavole consiste nellʼasportazione dellʼumidità in eccesso presente nel legno ed è una fase della lavorazione essenziale e indispensabile per le successive fasi e per ottenere prodotti idonei a tutte le condizioni dʼimpiego.

Lʼobiettivo è di ridurre il contenuto dʼacqua presente allʼinterno delle tavole in modo tale che si stabilizzi a un tasso di umidità ben definito e pari al 12% con un margine di tolleranza del 2-3%.

La più idonea stagionatura delle tavole destinate alla realizzazione dei pannelli avviene attraverso lʼessiccazione artificiale, poichè essa si realizza con estrema rapidità e permette di ottenere valori standard prestabiliti4 . Tale trattamento avviene in un ambiente chiuso, detto essiccatoio, mediante un procedimento attraverso il 3 4

G. Schickhofer, A. Bernasconi, Prontuario 2 : Pannelli di legno, Promolegno, Milano, 2008, p.23

la durata del sistema varia da qualche ora a poche settimane a differenza della stagionatura naturale, dove le tavole vengono lasciate essiccare allʼaria aperta per un periodo che varia da qualche mese a qualche anno.

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quale si porta progressivamente il legno a valori prefissati di umidità, controllando opportunamente i parametri climatici (temperatura, umidità, pressione, ventilazione).

Raggiunti i valori standard, il legno conserverà comunque nel tempo la sua igroscopicità, adattandosi allʼambiente circostante e influenzandone le caratteristiche microclimatiche e ambientali.

LA CLASSIFICAZIONE DELLE TAVOLE Le tavole vengono classificate in base alla resistenza, criterio essenziale per un dimensionamento sicuro e affidabile dellʼelemento finito sia dal punto di vista meccanico sia prestazionale. Esse devono rispettare i medesimi criteri delle tavole impiegate per la produzione di legno lamellare incollato.

Figura 8: Taglio delle tavole per rimuovere le imperfezioni del legno.

In presenza di nodi, sacche di resina e imperfezioni varie, le tavole grezze vengono troncate nella parte difettosa in quanto risulta più conveniente eliminare tali parti della sezione della tavola nonostante questʼoperazione vada a discapito della lunghezza.

La classificazione può avvenire principalmente attraverso due metodologie : I. Visiva, nella quale vengono analizzati parametri visibili e individuabili senza lʼuso di apparecchiature. Nodi, inclinazione delle fibre, ampiezza degli anelli di accrescimento, smussi ed eventualmente posizione nel tronco o nella sezione sono i parametri che definiscono lʼappartenenza a una classe di resistenza.

Questo sistema si basa sul fatto che esiste una correlazione tra i singoli parametri riconoscibili visivamente e le caratteristiche meccaniche del materiale. Nonostante le regole e le prescrizioni di classificazione siano semplici, di facile esecuzione e determinino risultati abbastanza validi, la valutazione finale per classi di resistenza è approssimativa, soggetta ad errori dellʼoperatore e richiede un impiego notevole di personale.

II. Meccanica, nella quale i criteri di classificazione vengono individuati e analizzati da unʼapparecchiatura automatizzata che si basa sulla determinazione di grandezze fisiche quali la densità del materiale o il valore del modulo elastico. Ne 8

risulta una suddivisione più efficiente in classi di resistenza ma maggiori oneri dovuti allʼacquisto, alla messa in esercizio e allʼomologazione dellʼimpianto e al personale tecnico addetto alla gestione5.

Tabella 1:"

Assegnazione delle categorie di classificazione della norma ÖNORM DIN

"

4074-1:1996 nelle classi di resistenza della norma EN 338.

"

A seconda del settore dʼimpiego del pannello, gli strati longitudinali e trasversali sono costituiti da tavole appartenenti ad una classe di resistenza determinata dalle caratteristiche strutturali richieste.

Secondo la normativa, il pannello Xlam deve impiegare almeno il 90% delle lamelle conforme alla classe C24, mentre le lamelle restanti devono essere conformi alla classe C16.

I GIUNTI LONGITUDINALI

DELLE TAVOLE

Una volta selezionate le tavole, si procede alla fase di lavorazione di giunzione longitudinale delle lamelle, in modo da ottenere elementi di varia lunghezza e garantire la continuità strutturale del singolo strato di tavole su tutta la lunghezza del pannello.

Questo processo avviene mediante la realizzazione di giunti a pettine (fingerjoint) tra lamelle che si ripetono fino al conseguimento della lunghezza desiderata.

Il giunto a pettine è una tipologia di connessione longitudinale tra due 5

Figura 9: Giunzione finger-joint

A.Bernasconi, G.Schickhofer, K. Frühwald, G. Traetta, Il Materiale Legno, Promolegno, Aosta, 2009, p. 32-33 9

elementi di legno massiccio sulle cui testate vengono intagliati, mediante fresatura, denti aventi stesso profilo e stesso passo, che si incastrano fra di loro senza gioco e che sono uniti tramite incollaggio.

Tramite la tecnica di giunzione incollata longitudinale si ottengono degli strati unidirezionali di dimensioni variabili formati da una lamella, ipoteticamente “senza fine”, che sfrutta la tecnologia applicata a quella della produzione del legno lamellare.

La qualità del prodotto è garantita da due tipologie di controlli lʼuno eseguito dal produttore stesso e lʼaltro ad opera di un istituto esterno.

Figura 10: I giunti longitudinali delle tavole.

I GIUNTI TRASVERSALI DELLE TAVOLE Per quanto riguarda il collegamento trasversale delle tavole precedentemente giuntate in lunghezza, è necessario premettere che la realizzazione avviene mediante tecniche che differiscono in relazione al procedimento di produzione e dipendono dal produttore del pannello in questione.

Senza giunto trasversale : non viene eseguita lʼincollatura degli strati trasversali del pannello.

Con giunto trasversale : viene eseguita lʼincollatura degli strati trasversali del pannello.

Figura 11 : Giunti trasversali delle delle tavole

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I sistemi di giunzione sono catalogabili in tre gruppi specifici6 : 1.

Senza incollatura con spazio visibile Le tavole vengono accostate, senza particolare cura esecutiva nellʼunione della superficie di contatto, con la possibilità che si creino intercapedini visibili.

2.

Senza incollatura a contatto Le tavole sono accostate in modo da creare una superficie omogenea senza che il giunto tra una e lʼaltra sia percepibile.

3.

Con incollatura Le tavole vengono incollate una allʼaltra anche nella direzione trasversale conferendo maggiore stabilità ed evitando possibili fessurazioni da ritiro del materiale.

Le caratteristiche tecniche finali nel pannello non vengono particolarmente influenzate dalla presenza o meno di continuità fra una tavola e l'altra nella direzione perpendicolare alla fibratura. La resistenza e la rigidezza del singolo strato in questa direzione, infatti, sono molto ridotte e trascurabili in funzione del comportamento meccanico del pannello.

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A.Bernasconi, Materiale: caratteristiche e proprietà e prestazioni, Corso di Approfondimento - Case ed edifici di legno con struttura XLAM, Promolegno, Tu Graz, 2009, pg. 7 11

1.3. Procedure di produzione Le procedure di produzione dell始XLam devono permettere la realizzazione di strati di tavole che formino un unico elemento monolitico e multistrato tramite incollatura strutturale.

Il processo di incollatura fra i singoli strati 猫 la fase che conferisce caratteristiche di legame quasi rigido all始intera superficie.

La tecnica produttiva 猫 sostanzialmente la stessa del lamellare ma condotta con impianti e procedimenti innovativi per la realizzazione di pannelli di grandi dimensioni.

Figura 12 : Il processo di produzione dei pannelli XLam 12

Lʼoperazione di incollaggio costituisce una fra le operazioni più importanti e delicate dal punto di vista operativo e tecnologico. I collanti infatti, devono instaurare legami intermolecolari fra la colla stessa e le sostanze che costituiscono il legno tali da garantire, nel piano di incollaggio, lo stesso legame della corrispondente essenza legnosa. Le resistenze fisico-meccaniche create dal collante devono essere almeno eguali a quelle del legno, in modo che i piani di incollaggio non abbiano piani preferenziali di rottura.

I collanti posseggono qualità e caratteristiche differenti: alcune colle sono dotate di elevate velocità di reazione, altre vengono attivate dallʼaddizione di sostanze esterne (ad esempio indurenti) o dallʼaggiunta di acqua. Inoltre, vanno preparate ed utilizzate seguendo le indicazioni relative alla temperatura, al tempo di posa, ecc.

I collanti principalmente utilizzati per la realizzazione dei pannelli XLam rientrano nella categoria degli adesivi termoindurenti. Vengono così definiti quegli adesivi che mantengono la forma e la rigidezza acquisita nel processo di indurimento in seguito a una reazione chimica irreversibile. Queste sostanze sono poco sensibili allʼazione del caldo e del freddo, posseggono coesione elevata e fluidità ridotta, consentendo la formazione di un reticolo tridimensionale che conferisce alla linea di collante elevata resistenza alla temperatura e agli agenti esterni. Inoltre queste colle possono essere utilizzata per ottenere assemblaggi strutturali, che sono in grado di sopportare carichi statici e dinamici.

Per realizzare lʼincollaggio fra lamelle e strati, è necessario sottoporre lʼelemento strutturale a sistemi di pressione adeguati. Tale operazione viene effettuata in apposite presse che sfruttano sistemi meccanici o pompe a vuoto, applicando una pressione il più possibile uniforme. La pressione esercitata e il tempo per cui questa viene mantenuta, incidono sulla qualità dellʼincollaggio degli strati del pannello.

La pressione può variare da 0,6-0,8 a 1,4-1,6 N/mm2 in funzione della specie legnosa, dellʼadesivo impiegato e del numero di strati7 (maggior numero di strati = maggiore pressione esercitata). Inoltre, gli strati devono mantenere il proprio contenuto idrometrico durante la produzione del pannello poiché il processo chimico che sta alla base della polimerizzazione delle colle è fortemente influenzato dalle condizioni termoigrometriche dellʼambiente in cui esso avviene.

I tempi di pressaggio variano da 30 minuti a diverse ore.

I sistemi di pressaggio con pompe a vuoto sono meno efficaci di quelli meccanici poichè la massima forza applicabile è ridotta.

In caso di pannelli multistrato curvi, vengono utilizzati dei macchinari di incollaggio a freddo sotto pressione.

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A. Spinelli, Costruire in legno nellʼarchitettura contemporanea - Il sistema costruttivo a pannelli di compensato strutturale di legno regionale. Un contributo per la valorizzazione della filiera piemontese, Tesi di Laurea in Architettura, Torino, 2009, pg 173-177 13

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Focus : ADESIVI TERMOINDURENTI

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COLLE POLIURETANICHE, PUR Permettono di assemblare a freddo, senza pressione, numerosi materiali: quali metalli, gomme, plastiche e vetro. Gli adesivi a base di poliuretano sono particolarmente raccomandati per la realizzazione di assemblaggi sottoposti a forti sollecitazioni meccaniche e termiche.

Essi possono essere composti in monocomponente (si induriscono da soli) o bicomponente (è necessaria la miscelazione con un reagente per raggiungere la solidificazione).

Oltre alla flessibilità, offrono un’eccellente adesione su una gran quantità di supporti e un buon comportamento anche a basse temperature. Inoltre, in caso di combustione completa non vengono emesse sostanze diverse da quelle che risulterebbero dalla combustione di legno non sottoposto ad incollaggio.

In virtù delle caratteristiche brevemente elencate, la maggior parte dei produttori di XLam usa colle PUR.

RESINE UREA-FORMALDEIDE, UF Sono incolori, atossiche, facili da preparare e da mettere in opera.

Vengono messe in opera sia a caldo (o sotto pressione) sia a freddo ed è necessario aggiungere un componente induritore poco prima dell’utilizzo. Il risultato dell’incollaggio è incolore e possiede una buona resistenza meccanica e tolleranza all’umidità, pur offrendo poca resistenza all’acqua, caratteristica che rende necessario proteggere la parte incollata. E’ possibile con esse realizzare anche delle giunzioni spesse.

RESINE DI MELAMMINA-UREA FORMALDEIDE, MUF Per incrementare la resistenza all'acqua delle colle UF, possono essere aggiunte resine melamminiche. La resina indurita si presenta piuttosto rigida e tenace e con una buona impermeabilità. Per aumentarne l'elasticità a volte vengono aggiunte piccole quantità di resine viniliche. La reticolazione ureica avviene in presenza di umidità e di calore generato da presse o per via chimica.

RESINE RESORCINE-FORMALDEIDE, RF Possono indurire sia a temperatura ambiente sia a temperature controllate con un catalizzatore neutro che non altera i materiali da assemblare, non necessitano di forti pressioni e tollerano bene l’umidità, resistono bene alle intemperie e all’invecchiamento. Possono essere utilizzate per formare giunzioni spesse.

L’inconveniente maggiore è dettato dal prezzo elevato.

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La produzione del pannello multistrato può avvenire secondo due modalità: in una avviene in una singola fase, nellʼaltra in due distinte fasi produttive.

PRODUZIONE IN UNA SOLA FASE Il pannello multistrato è composto in un'unica fase di lavoro a partire dalle tavole prodotte nella lunghezza desiderata le quali vengono successivamente incollate per singoli strati, nella dimensione del pannello finito. Di regola, in questi casi le superfici laterali delle tavole non sono incollate 8.

Figura 13 : Il processo di produzione in un unica fase

15

PRODUZIONE IN DUE FASI Il pannello multistrato è composto a partire dalle tavole prodotte nella lunghezza desiderata, ma lʼincollatura avviene tramite step successivi.

In una prima fase, si procede allʼincollatura di un singolo strato di tavole nella dimensione del pannello finito, ottenendo un pannello monostrato, ovvero un pannello di legno massiccio composto da diversi elementi di legno incollati tra loro a formare un unico strato. Nella seconda fase, si procede allʼincollatura dei singoli strati impilandoli nella sequenza e nella direzione richiesta.

Figura 14: Il processo di produzione in due fasi

PRODUZIONE DI PANNELLI CURVI L'XLam è per principio e per definizione un elemento massiccio di superficie di regola piana. La produzione di pannelli curvi è da considerarsi quindi, come un caso decisamente particolare che richiede una tecnologia non corrispondente a quella della produzione standard. Attualmente possono essere prodotti pannelli leggermente curvati, in una direzione, con lʼimpiego di pannelli monostrato di spessore variabile in base al grado di curvatura desiderato. Il raggio di curvatura massimo dipende dagli spessori degli strati e dalle proprietà di resistenza a flessione delle lamelle utilizzate per lʼassemblaggio.

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1.4. Il pannello finito I pannelli XLam possono essere definiti come pannelli di grandi dimensioni in relazione al loro impiego nella realizzazione di elementi strutturali per l'edilizia.

Tramite lʼoperazione di incollaggio incrociato dei singoli strati di tavole, il materiale XLam assume differenti capacità strutturali e può essere impiegato come solaio, parete o come tetto e similari.

Non esistendo una definizione generica del prodotto, ogni produttore ha sviluppato e definito la propria offerta in merito alla disponibilità di dimensioni e composizione del proprio "prodotto XLAM". Le differenze, in questo contesto, fra i diversi prodotti disponibili sul mercato sono tutt'altro che trascurabili 9 .

La capacità produttiva dei pannelli attualmente esistente in tutta Europa è di circa 0,5 milioni di metri cubi annui, con una tendenza al rialzo.

In linea generale, si può affermare che i pannelli XLAM sono disponibili in dimensioni variabili che possono raggiungere 24,0 m in lunghezza, 4,80 m in larghezza e uno spessore di 500 mm.

Le dimensioni massime ottenibili nella produzione del singolo pannello variano in modo notevole, ma a livello ipotetico non esiste un limite di grandezza dimensionale del pannello se non quello imposto dalla produzione stessa, dal trasporto e dal montaggio.

0,5 m 24

m

4,80

m

Figura 15: Dimensioni massime dei pannelli XLam.

In modo altrettanto importante, può variare lo spessore dei singoli strati e la composizione del pannello. Lo spessore delle lamelle è costante e gli strati che compongono il pannello varia da 3 a 11.

Figura 16: Varie composizioni della stratigrafia.

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Si veda: Cap. 4 - Prodotti e produttori, pg.

17

In alcuni casi, si possono produrre pannelli con strati doppi disposti nel medesimo verso del piano, che consentono di ottenere una prevalenza delle caratteristiche meccaniche in una delle due direzioni del piano del pannello.

Figura 17: Pannelli con strati doppi

Salvo casi particolari, il pannello Xlam è costituito da strati di tavole o pannelli monostrato orientati alternativamente di 90°, quindi diverso nelle due direzioni del piano. In base alle caratteristiche meccaniche dello strato esterno, esso può contribuire o meno alla funzione portante.

Nella maggior parte dei casi, la stratigrafia del pannello dipende dalla funzione portante che lo stesso andrà a ricoprire allʼinterno della costruzione.

LE SUPERFICI I pannelli XLAM sono prodotti industrialmente in stabilimento e possono essere forniti allo stadio grezzo per la lavorazione finale da parte del cliente o della carpenteria oppure finiti secondo le esigenze del singolo progetto.

La qualità delle superficie del pannello può variare in relazione all'uso previsto, sia esso per esterni o per interni o per uso industriale o residenziale.

Il pannello grezzo non a vista ha le caratteristiche del pannello finito ad uso industriale che variano in funzione dei procedimenti di produzione tipici di ogni produttore: può presentare imperfezioni e fughe e la superficie non si presenta perfettamente omogenea.

18

Il pannello a vista invece, possiede una qualità più elevata e finiture maggiormente curate negli strati esterni: la superficie è praticamente priva di fessure e le giunzioni trasversali fra le tavole non sono marcate da aperture visibili. Inoltre, la superficie può essere sottoposta a ulteriori lavorazioni quali piallatura e levigatura in modo da ottenere una qualità ottimale della superficie.

Lo strato esterno può restare naturale o essere trattato con vari tipi di prodotto ed impregnanti.

Altra possibilità è quella di aggiungere uno strato supplementare nella stratigrafia del pannello (OSB, essenze particolari, cartongesso, ecc), per ragioni estetiche, funzionali e/o esigenze progettuali. Si tratta di una tipologia di finitura particolare, direttamente realizzabile durante la produzione del pannello.

Figura 17: Strato di cartongesso (dx) e strato di pannello osb (sx) applicati sulla superficie.

Lo strato superficiale può essere quindi realizzato in svariate soluzioni a condizione di mantenere una sezione simmetrica.

Nella tabella che segue sono indicati i principali parametri utilizzati per definire le classi di qualità delle tavole utilizzate.

Sono comunque aspetti indicativi infatti, spesso, i produttori dichiarano di fornire legnami di classe intermedia (“AB” o “BC”) senza fornire ulteriori specifiche.

19

Tabella 2: Principali parametri di aspetto estetico della faccia per pannelli di legno massiccio di conifera, multistrato, secondo EN 13017-1.

IL TAGLIO Gli stabilimenti di produzione sono regolarmente equipaggiati per fornire direttamente dalla fabbrica il pannello finto e lavorato secondo le specifiche del cliente.

Le conformazioni e le caratteristiche specifiche del pannello dipendono da come vengono trattati gli strati esterni e dalle lavorazioni di taglio delle aperture e dei profili longitudinali.

Il taglio viene realizzato con macchine a controllo numerico computerizzato (CNC) che permettono un始esecuzione impeccabile e tempi di lavorazione ridotti.

20

Attraverso questa fase di lavoro, si possono adattare i prodotti alle dimensioni richieste effettuando il taglio nei formati esatti e definitivi del pannello, compresa l'eventuale lavorazione particolare degli spigoli.

Uno degli aspetti più peculiari del prodotto XLam è proprio la produzione su misura: sulla base del progetto architettonico esecutivo, infatti, vengono realizzate le aperture nel pannello direttamente nello stabilimento produttivo. In tal modo, il pannello arriva in cantiere con le forature già predisposte per il successivo inserimento di finestre, porte e altri elementi costruttivi, con un notevole risparmio di tempo e costi.

Figura 18: Le aperture nelle pareti XLam

Il taglio degli spigoli consente la realizzazione di collegamenti tra due elementi simili (parete-parete o solaio-solaio) attraverso zone di contatto. Questi tipi di giunzione vengono impiegati per favorire lʼassemblaggio delle parti e anche per la realizzazione dei vani tecnici, avendo cura di scegliere il mezzo più opportuno e la distanza giusta per soddisfare i requisiti statici.

I profili possono essere: • a mezzo legno

• intaglio per coprigiunto

• maschiatura

21

1.5

Caratteristiche fisiche

L'XLAM è a tutti gli effetti un elemento di legno massiccio, dove la struttura del legno non ha subito modifiche sostanziali dal punto di vista fisico, chimico o biologico.

Con le dovute riserve riguardo agli adesivi usati per l'incollatura, si può affermare che si tratta di legno massiccio al suo stato naturale, da cui prende in prestito il comportamento fisico e tutte le basi tecniche, tecnologiche e scientifiche legate alla caratterizzazione del materiale di base.

IL CONTENUTO DʼACQUA O TENORE DI UMIDITÀ.

Il contenuto dʼacqua (u) è il rapporto tra la massa dellʼacqua contenuta nel campione di legno di cui si vuole determinare lʼumidità e quella dello stesso campione allo stato anidro, ossia in assenza dʼacqua.

Per determinare lʼumidità del legno esistono un gran numero di metodi, diretti e indiretti in funzione del tipo di applicazione, sebbene nella pratica si incontrino soprattutto il metodo dellʼessiccazione ed i procedimenti elettrici di misurazione10.

Essendo un materiale igroscopico, il legno stabilisce un equilibrio con lʼambiente circostante assorbendo o cedendo vapore acqueo, fattore che ne influenza praticamente tutte le caratteristiche fisiche, meccaniche e tecnologiche. Le deformazioni causate dal contenuto di acqua nel legno possono essere evitate tenendo sotto controllo lʼumidità del materiale nelle fasi di lavorazione. Inoltre, poichè gli organismi parassiti che attaccano il legno necessitano per la sopravvivenza di un determinato contenuto minimo di umidità, è possibile ottenere una buona stabilità dimensionale e protezione semplicemente tenendo sotto controllo la sua umidità.

IL RITIRO E RIGONFIAMENTO Il legno è soggetto a ritiro e rigonfiamento in funzione della riduzione o dell'aumento del suo contenuto di acqua. In situazioni di assorbimento di vapore acqueo (ambiente umido) si ha un aumento di volume o rigonfiamento, mentre in caso di cessione di vapore acqueo (ambiente secco) si ha una diminuzione di volume o ritiro.

Per la sua struttura anisotropa, il legno subisce variazioni di forma differenti nelle tre direzioni anatomiche fondamentali (tangenziale, radiale e longitudinale), dalle quali risultano i valori di ritiro e di rigonfiamento volumetrico totali.

L'ampiezza del fenomeno dipende quindi, dalla direzione del materiale che si considera ed è proporzionale alla variazione del contenuto dʼacqua nel legno, espresso in percentuale rispetto alla massa (u). Sebbene tra le specie legnose esistano notevoli differenze riguardo ai parametri fisici, lʼanisotropia del ritiro e quella del rigonfiamento sono pressoché costanti per tutte le specie

10

Per approfondimento si veda : M. Piazza, R. Tomasi, R. Modena, Strutture in legno. Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normative europee, Hoepli, Milano, 2005, pg. 10-20.

22

DENSITÀ E MASSA VOLUMICA La densità è data dal rapporto tra la massa del legno anidro (completamente essiccato) ed il volume della sostanza legnosa esclusi i pori.

La densità anidra è data dal rapporto tra la massa ed il volume del legno anidro (u = 0%). Poiché la densità anidra non è influenzata dal comportamento igroscopico, essa può essere considerata una costante del materiale per le singole specie legnose. La densità della pura sostanza legnosa è di circa 1.500 kg/m3, indipendentemente dalla specie considerata.

La massa volumica è data dal rapporto tra la massa ed il volume apparente del legno, comprensivo quindi del volume dei pori e dellʼacqua in essi contenuta ad un valore definito di umidità. Contrariamente alla densità della sola sostanza legnosa, la massa volumica presenta notevoli variazioni sia tra le varie specie legnose sia allʼinterno di una stessa specie (a causa delle differenze dovute al luogo ed alle condizioni di crescita) variando anche in funzione della posizione nel tronco 11.

COMPORTAMENTO DELLʼ XLAM Come precedentemente accennato, i pannelli XLAM, come tutti gli elementi in legno, sono sottoposti alle variazioni del contenuto di acqua in relazione ai cambiamenti delle condizioni climatiche ambientali.

I pannelli sono prodotti tramite incollatura di più tavole che, al momento della produzione, devono trovarsi ad un tenore di umidità u pari al 12%, cui si aggiungono le tolleranze di misura. L'incollatura strutturale dei diversi strati di tavole permette, però, di ridurre di molto le deformazioni dovute alle variazioni di umidità del legno.

La variazione dell'umidità del legno provoca nel pannello una variazione dimensionale differente nei vari strati a seconda dellʼorientamento degli stessi.

Considerando il fenomeno in una sola direzione del piano del pannello, si ottiene una variazione praticamente trascurabile degli strati longitudinali e una variazione più marcata degli strati trasversali. L'incollatura fra i diversi strati impone, di fatto, la medesima deformazione o la medesima variazione della lunghezza di tutti gli strati.

Ne risultano delle sollecitazioni interne dovute all'interazione fra i diversi strati che hanno comportamenti differenti.

La differenza del modulo elastico tra strati longitudinali e trasversali definisce l'ampiezza della deformazione e delle sollecitazioni allo stato di equilibrio meccanico fra i diversi strati di tavole. Questa differenza nel comportamento meccanico tra strati longitudinali e trasversali del materiale, presenta un rapporto di almeno 30:1; appare quindi evidente che la maggiore deformazione degli strati trasversali sia sostanzialmente impedita da quelli longitudinali e che il comportamento dell'intero

11G.Schickhofer,

Il Materiale Legno, op. cit., pg. 17-26.

23

pannello nelle due direzioni del proprio piano, sia molto simile a quello del legno nella direzione della fibratura longitudinale.

La stabilità dimensionale nel piano del pannello è data dalla compensazione della direzione debole della struttura del legno, quella trasversale rispetto alla fibratura , dagli strati disposti proprio in questa direzione.

Le variazioni attendibili delle dimensioni di un pannello XLAM, nel suo piano, sono quindi teoricamente al massimo dell'ordine dello 0.01 %, cioè di meno di 1 mm per metro lineare per variazione percentuale di umidità 12 .

A questa considerazione teorica occorre aggiungere che sovente negli strati trasversali sono presenti fessure da ritiro, dovute in parte all'essiccazione iniziale cui sono stati sottoposti in parte alle variazioni di umidità che subiscono in fase di servizio. È quindi molto probabile che la variazione dimensionale attendibile si manifesti, a livello pratico, in modo ulteriormente ridotto poiché essa viene assorbita dalla precedente formazione di fessure da ritiro nelle tavole che compongono il pannello.

Figura 19: Comportamento di ritiro e rigonfiamento dellʼXlam

Dal punto di vista dello spessore del pannello, invece, il materiale assume la direzione perpendicolare alla fibratura in tutti gli strati e quindi le variazioni dell'umidità del legno si traducono direttamente in variazioni dello spessore del 12

A. Bernasconi, op. cit.

24

pannello. Tali variazioni risultano comunque non problematiche in quanto le variazioni di contenuto dʼacqua fra le classi di servizio possibili provocano una variazione dello spessore del pannello del 0,025%.

I valori di resistenza e rigidezza del legno dipendono in misura rilevante dalle condizioni termoigrometriche dell'ambiente in cui è inserito lʼelemento strutturale e dal contenuto di acqua all'interno del materiale, per questo motivo i campi dʼapplicazione degli elementi in legno sono regolati dalla normativa tramite la definizione delle seguenti classi di servizio13: – Classe di servizio 1: è caratterizzata da unʼumidità del materiale in equilibrio con ambiente a una temperatura di 20°C e unʼumidità relativa dellʼaria circostante che non superi il 65% se non per poche settimane allʼanno. Possono appartenere a tale classe gli elementi lignei protetti contro le intemperie come quelli posti allʼinterno degli edifici in ambienti condizionati. In questa classe di servizio la maggior parte dei legni di conifera non supera un umidità di equilibrio media del 12%.

– Classe di servizio 2: è caratterizzata da unʼumidità dei materiali in equilibrio con ambiente a una temperatura di 20°C e unʼumidità relativa dellʼaria circostante che superi lʼ85% solo per poche settimane allʼanno. Possono appartenere a tale classe gli elementi lignei posti allʼesterno degli edifici ma protetti, almeno parzialmente, dalle intemperie e dallʼirraggiamento solare diretto. In questa classe di servizio la maggior parte dei legni di conifera non supera un umidità di equilibrio media del 20%.

– Classe di servizio 3: condizioni climatiche che prevedono umidità più elevate di quelle della classe di servizio 2. Possono appartenere a tale classe gli elementi lignei posti allʼesterno degli edifici direttamente esposti alle intemperie.

I pannelli XLAM sono ammessi all'uso nelle classi di servizio 1 e 2, cioè in condizioni climatiche che non permettano l'aumento del valore di u oltre il 20%: il loro uso è quindi limitato alle situazioni che non ne compromettono la durabilità, o in condizioni che escludano ogni fenomeno di degrado biologico14.

Si può in linea generale affermare che i pannelli XLam presentano una stabilità dimensionale praticamente totale per quanto concerne le dimensioni nel loro piano.

Le variazioni fisiche tipiche del legno massiccio diventano in questa tecnologia problematiche trascurabili. In questo modo, lʼutilizzo di pannelli di dimensioni elevate non comporta conseguenze rilevanti per gli altri elementi costruttivi e strutturali durante la fase di servizio e consente di non dover considerare tolleranze o margini di riserva importanti, dettati dalla variazione dimensionale del materiale.

13 14

Secondo EUROCODICE UNI EN 1995-1.

A. Bernasconi, Materiale: caratteristiche e proprietà e prestazioni, Corso di Approfondimento - Case ed edifici di legno con struttura XLAM, Promolegno, Torino, 2011, pg.15 25

1.6

Caratteristiche meccaniche e comportamento strutturale

L'XLam non è un prodotto, ma un materiale disponibile in formati e composizione diversa. La stratigrafia, gli spessori e le dimensioni variano in funzione del produttore ma il comportamento strutturale del materiale è praticamente identico, pur differenziandosi in funzione della qualità del materiale e della composizione esatta del pannello. Il comportamento nella struttura dell'edificio dipende perciò anche dal prodotto utilizzato per la sua realizzazione e dal modo con cui questo è impiegato.

Le caratteristiche meccaniche del pannello a strati incrociati possono essere definite sulla base della composizione del pannello.

Gli strati possono essere definiti come strati unidirezionali le cui caratteristiche meccaniche dipendono sia dalla direzione considerata rispetto alla direzione della fibratura sia dalla classe di resistenza delle lamelle impiegate nella composizione del pannello stesso.

Figura 20: Caratteristiche di uno strato di tavole

L'incollatura strutturale che unisce i singoli strati costituisce un collegamento rigido che non rappresenta un indebolimento del sistema multistrato15 ma conferisce allo stesso un effetto strutturale bidirezionale.

Il comportamento meccanico del pannello, di sezione composta da un numero di strati variabili, è quindi dato dallʼinterazione tra i singoli elementi inflessi analizzati in base alle due direzioni del piano del pannello.

La composizione della sezione trasversale del pannello determina il comportamento portante longitudinale e trasversale dei singoli elementi.

Determinando la distribuzione delle tensioni16 sui singoli strati in funzione delle rispettive caratteristiche meccaniche, si può notare come gli strati orientati trasversalmente rispetto alla direzione considerata, che possiedono valori di 15

Come per il legno lamellare incollato, lo strato di colla può essere infinitamente rigido in relazione alla rigidezza dei componenti di legno.

16

A. Bernasconi, Materiale: caratteristiche e proprietà e prestazioni, op.cit., pg 16-18 26

resistenza e rigidezza inferiori agli strati longitudinali, assumano comunque una funzione essenziale, garantendo il collegamento rigido fra i diversi strati da cui è composto il pannello.

Figura 21: Caratteristiche del pannello a strati incrociati incollati XLam.

Figura 22: Distribuzione delle tensioni di flessione e di taglio sulla sezione per i due casi.

27

Mediante lʼincollaggio incrociato dei singoli strati di tavole, infatti, il modello strutturale del pannello può essere associato a una griglia di travi inflesse nelle due direzioni che si sviluppano allʼinterno dellʼintera superficie del piano.

Figura 23: Pannello come griglia di travi nelle due direzioni.

I pannelli hanno funzione portante e, a seconda dellʼutilizzo e dei relativi calcoli statici, vanno utilizzati con spessori differenti.

Le capacità strutturali del pannello sono equivalenti al comportamento di piastra e lastra che permettono lʼimpiego dellʼXLam nelle costruzioni come elementi di parete, solaio e copertura.

PIASTRA In scienze delle costruzioni, una piastra è un elemento strutturale con due dimensioni (lunghezza e larghezza) prevalenti rispetto alla terza (lo spessore) e la cui superficie è, in media, piana. Comunemente si considera piastra un qualunque elemento piano sottile il cui spessore sia inferiore ad un ventesimo della dimensione minima nel piano medio.

L'analisi della piastra prevede la sua descrizione come griglia di elementi inflessi, che possono presentare caratteristiche meccaniche diverse nelle due direzioni del piano.

L'applicazione di questo modello è giustificata dal fatto che, nella maggior parte dei casi concreti, la geometria degli elementi della piastra portano a considerare l'effetto strutturale in una solo direzione 17.

17

A. Bernasconi, Il calcolo degli elementi strutturali di XLAM, Corso di Approfondimento - Case ed edifici di legno con struttura XLAM, Promolegno, Torino, 2011 28

L'elemento strutturale permette di distribuire i carichi ad esso applicati nelle due direzioni del suo piano, sfruttando quindi tutto il materiale disponibile, in modo da ridurre le sollecitazioni locali all'interno della piastra e permettendo di distribuire i carichi su tutto il suo perimetro.

Figura 24: Effetto strutturale bidirezionale dellʼelemento piastra

L'effetto di piastra è dato dalle sollecitazioni perpendicolari al piano del pannello e dalla resistenza e rigidezza del pannello alla flessione e taglio nelle due direzioni del suo piano18.

I carichi sono disposti ortogonalmente al piano medio, conseguentemente gli sforzi interni provocano delle deformazioni che sono prevalentemente flessionali.

Tramite la distribuzione bidirezionale dei carichi, la capacità strutturale di piastra del pannello XLam si traduce nella creazione di elementi costruttivi idonei alla realizzazione di solette, tetti e impalcati per ponti. Solitamente, la stratigrafia di questi elementi è caratterizzata dallʼimpiego di strati longitudinali sulla faccia esterna per incrementarne i valori di resistenza.

Le solette massicce in XLam richiedono uno spessore compreso fra 1/35 e 1/40 della luce19 e possono essere impiegate in sistemi costruttivi che prevedono luci di dimensioni più importanti rispetto ad altre tecnologie della costruzione di legno, quali ad esempio edifici abitativi multipiano o edifici ad uso ufficio o spazio amministrativo.

La necessità di avere un lato della soletta a sbalzo (balconi,ecc.) o la presenza di aperture (vani scala, ascensore, ecc.) non costituiscono un problema a livello di realizzazione e sono eseguibili spesso senza rinforzi locali, sebbene richiedano una continuità strutturale della soletta ed un predimensionamento adeguato. Lʼefficacia della connessione data dallʼincollaggio garantisce in ogni caso unʼottima stabilità dimensionale, pur con spessori ridotti e caratteristiche di resistenza e rigidezza elevate.

18 19

A. Bernasconi, Materiale: caratteristiche e proprietà e prestazioni, op.cit., pg.20 A. Bernasconi, Il calcolo degli elementi strutturali di XLAM, op.cit.

29

LASTRA La lastra

è un solido bidimensionale (con due dimensioni prevalenti rispetto alla

terza) delimitato da due facce piane parallele poste ad una distanza ridotta rispetto alle altre due dimensioni. Essa può essere considerata come un caso particolare della piastra, poichè, a differenza di quest'ultima, nella lastra la direzione dei carichi giace sul piano medio.

In questo modello strutturale, gli sforzi interni sono prevalentemente paralleli alla superficie e le deformazioni che ne risultano sono prevalentemente assiali.

Anche in questo caso, si ottiene un effetto superficie grazie alla distribuzione bidirezionale dei carichi e la capacità strutturale di lastra del pannello XLam si traduce in elementi costruttivi idonei alla realizzazione di pareti.

Figura 25: Elemento di parete con funzione di discesa dei carichi verticale.

L'elemento base di parete è formato da una lastra verticale che deve assumere le funzioni di elemento compresso (forza assiale verticale) e di lastra (controventatura, forze orizzontali nel piano della parete). La parete strutturale in XLam può essere vista come un montante o un pilastro di lunghezza continua.

Figura 26: Funzione di controventatura .

30

L'effetto di lastra è dato dalle sollecitazioni nel piano del pannello e dalla resistenza e rigidezza agli sforzi normali e di taglio nel suo piano20.

Alle funzioni di elemento strutturale per la discesa dei carichi verticali e di piastra verticale sollecitata dalla pressione del vento, si aggiunge la funzione di elemento strutturale principale.

Figura 27: La parete come elemento strutturale principale

La rigidezza e la resistenza sono anche in questo caso definite dalla composizione dei diversi strati del pannello, dove lo spessore del pannello è la dimensione di riferimento. Nella maggior parte dei casi, gli elementi che fungono da lastra hanno una stratigrafia caratterizzata da strati trasversali sulla faccia esterna e longitudinali incrociati internamente.

Il comportamento strutturale della lastra verticale dipende non soltanto dalla composizione della parete, ma anche dalle eventuali aperture presenti nella parete.

L'apertura crea un'interruzione del flusso di forze verso il basso, che devʼessere deviato sulle zone a lato delle aperture, dove si crea una concentrazione di carichi e di sollecitazioni. Nella zona sopra l'apertura è necessario un elemento strutturale che garantisca una rigidezza ed una resistenza a flessione sufficienti a fungere da architrave.

Le pareti di Xlam si prestano particolarmente bene in queste circostanze, in quanto la sezione verticale della Figura 28: Lʼarchitrave XLam. 20A.

Bernasconi, Materiale: caratteristiche e proprietà e prestazioni, op. cit., pg.20 31

parte di parete al di sopra dell'apertura è costituita da un numero di strati di tavole longitudinali e trasversali che integrano la funzione di architrave, permettendo la discesa dei carichi senza l'aggiunta di ulteriori rinforzi.

Per questo motivo, la presenza di aperture nelle pareti rappresenta la situazione strutturale particolare per eccellenza del pannello Xlam.

L'analisi strutturale di un elemento di parete di questo Figura 29: Lʼarchitrave XLam. tipo si presenta come l'analisi di un elemento di lastra con una forma irregolare e richiede la determinazione delle forze interne della lastra e la verifica delle sezione ai fini della sicurezza strutturale.

Queste considerazioni sulla formazione delle pareti strutturali sono applicabili anche ai sistemi strutturali più complessi, dove gli elementi di parete non sono direttamente appoggiati alla struttura sottostante, ma dove la loro funzione strutturale è quella di trave-parete21, sia che l'elemento in questione funga da trave fra due pareti, sia che funga da elemento a sbalzo.

Figura 30: Parete come elemento di sostegno dello sbalzo

Le pareti possono quindi essere considerate come travi verticali, appoggiate alle pareti sottostanti, aprendo quindi la strada alla realizzazione di sistemi strutturali spaziali basati sull'uso delle superfici quali elementi strutturali principali. La realizzazione di strutture a sbalzo, sostenute dalla pareti ad esse perpendicolari è solo una delle molteplici applicazioni possibili.

Figura 31: Parete come elemento di trave parete

21A.

Bernasconi, Materiale: caratteristiche e proprietà e prestazioni, op. cit.

32

L'edificio Xlam è composto da una serie di elementi piani, che nel loro insieme formano la struttura portante della costruzione. La tecnologia permette, quindi, la realizzazione di strutture spaziali composte da elementi piani, di grandi dimensioni e sottili, offrendo alla costruzione di legno di ripetere l'evoluzione che poco più di un secolo fa aveva portato con sé l'avvento del calcestruzzo armato: la struttura portante è distribuita su tutto il perimetro delle pareti formati l'edificio, permettendo di sfruttare al meglio tutti gli elementi e tutte le superfici che formano la costruzione.

Figura 32: La struttura portante con elementi XLam per solai e pareti.

Il pannello XLam offre quindi un elemento strutturale di superficie che può assumere tutte le funzioni strutturali di lastra e piastra che nel loro insieme formano la struttura portante della costruzione.

33

La struttura scatolare dellʼedificio è il risultato della combinazione di elementi piani , quali solai e pareti, distribuiti su tutto il perimetro, appositamente collegati fra di loro con connessioni semplici, in modo da creare sistemi tridimensionali e permettendo di sfruttare al meglio tutti gli elementi e tutte le superfici che formano la costruzione.

Figura 32: La struttura scatolare dellʼedificio.

Le forze agenti sulla costruzione possono essere distribuite sulle diverse superfici degli elementi piani, riducendo - o evitando del tutto - la necessità di elementi strutturali lineari di grandi dimensioni ed evitando, quindi, di concentrare le forze in pochi punti della costruzione. Il risultato di questa evoluzione è duplice: da un lato le dimensioni degli elementi strutturali si riducono - per esempio l'altezza delle solette risulta più ridotta rispetto ai solai formati da travi - e dallʼaltro la flessibilità progettuale aumenta in modo importante.

La controventatura della struttura, tanto verticale quanto orizzontale, non richiede più una considerazione separata dalla struttura portante principale, ma è integrata in essa: tutti gli elementi strutturali piani, solette e pareti, rappresentano e fungono da lastre strutturali, realizzando quindi automaticamente anche la controventatura della struttura.

1.7

Connessioni e Collegamenti

Gli edifici in X-lam, come precedentemente spiegato, sono sistemi prefabbricati dove gli elementi vengono montati in opera e collegati successivamente tra di loro tramite giunzioni. Il processo costruttivo si ripete piano per piano: si montano i pannelli verticali che formano le pareti, si chiude il piano con i pannelli orizzontali, e tali pannelli fanno da piattaforma per il posizionamento dei pannelli verticali del piano successivo. I sistemi X-lam sono quindi sistemi a “piattaforma”, dove lʼorizzontamento intermedio interseca gli elementi verticali. Appare chiaro come le connessioni tra gli elementi del sistema costruttivo sono la componente principale e indispensabile per ottenere delle strutture stabili e resistenti, che permangono nel tempo.

34

Le tecniche di connessione maggiormente utilizzate tra elementi di legno si differenziano sia per il tipo di sollecitazione cui vengono sottoposte in fase di esercizio sia per i materiali utilizzati per la loro realizzazione.

Principalmente esistono due tipologie di collegamento 22: • unioni tradizionali della carpenteria lignea (carpentry joint) realizzate attraverso la lavorazione delle superfici di contatto che mediante tagli e incastri trasmettono direttamente le sollecitazioni; • unioni meccaniche di tipo moderno (mechanical joint), nelle quali la trasmissione degli sforzi avviene non in maniera diretta, ma attraverso lʼinserimento di elementi metallici oppure strati di colla.

Per la scelta della tipologia di connessione sono individuati differenti vantaggi e svantaggi che dipendono sia dallʼefficacia dal punto di vista meccanico strutturale, sia dalla praticità e dalla velocità di realizzazione in cantiere, sia dalla natura economica, sia dal risultato estetico. Questi criteri orientano la preferenza progettuale, ciò nonostante i collegamenti fra i diversi elementi formanti la struttura dell'edificio sono di regola da considerare come delle cerniere, che permettono e assicurano la trasmissione fra un elemento e l'altro di forze, la cui linea d'azione passa sempre per lo spigolo d'intersezione fra i piani dei due elementi collegati.

Le costruzioni in legno con pannelli XLam riprendono le tecniche dei sistemi di tipo tradizionale implementate da unioni meccaniche di tipo moderno in quanto il collegamento necessario, in grado di trasmettere gli sforzi ed assicurare la tenuta, dei singoli elementi in compensato di tavole avviene solitamente mediante connettori meccanici. In funzione della tipologia di connettore adottato si distinguono: CONNETTORI METALLICI A GAMBO CILINDRICO (CHIODI,BULLONI, PERNI, VITI E CAMBRE)

I chiodi si distinguono innanzitutto per la sagoma del gambo (liscio o corrugato) e per la sezione trasversale del gambo (tonda o quadrata).

Recentemente hanno trovato sempre maggiore diffusione i chiodi ad aderenza migliorata, la presenza delle scanalature garantisce una maggiore efficacia nei riguardi delle sollecitazioni.

I bulloni da carpenteria sono elementi cilindrici in acciaio, filettati ad una estremità, dotati di teste e dadi. La

22

M.Piazza, R. Tomasi, Lezione H1: I sistemi di connessione e le connessioni di carpenteria, Promolegno, Tugraz, 2007, pg. 1 35

foratura nel legno, e nella eventuale piastra di acciaio, deve essere effettuata con diametro pari al diametro del bullone aumentato di un millimetro.

Le viti da legno sono elementi caratterizzati da specifiche geometrie e proprietà meccaniche definite dalle diverse norme nazionali.

Recentemente sono state immesse sul mercato nuove tipologie di viti da legno, denominate viti autofilettanti, prodotte attraverso un processo di indurimento che tiene conto della forma del filetto e caratterizzate da valori più elevati di resistenza.

• CONNETTORI METALLICI DI SUPERFICIE (CAVIGLIE, ANELLI, PIASTRE) Gli anelli e le caviglie sono elementi metallici circolari utilizzati frequentemente nelle unioni a due piani di taglio. La loro forma è sempre circolare in quanto essi vengono montati in alloggiamenti ricavati tramite una macchina fresatrice particolare, che consente anche la realizzazione di un foro concentrico per lʼintroduzione di un bullone di serraggio. La funzione del bullone è quella di permettere una migliore messa in opera della connessione, e di prevenire la possibilità dellʼapertura dellʼunione.

Le piastre per i collegamenti degli elementi in XLam Figura 34: Piastre Hold down

Le piastre angolari allungate comunemente chiamate hold-down vengono collegate alle pareti di legno con chiodi o viti e alle fondazioni in calcestruzzo con delle barre filettate in acciaio inserite in fori sigillati con malta cementizia o epossidica.

Devono essere posizionati in corrispondenza dei limiti estremi delle pareti e in prossimità delle aperture. I chiodi (meglio se ad aderenza migliorata) e le viti di collegamento alla parete hanno diametri variabili dai 3 ai 6 mm e le barre filettate dai 12 ai 18 mm a seconda del tipo di holddown e dei carichi in gioco.

Figura 35: Piastra a scomparsa (sx) e forata(dx) - Fonte Rothoblaas.

36

Figura 36: Fasi costruttive di un edificio XLam.

Utilizzando elementi di compensato di tavole di grandi dimensioni per la realizzazione di un edificio sono necessarie poche giunzioni a contatto, che si ripetono piano dopo piano. Fondamentalmente si fa distinzione tra giunzioni a contatto parete-fondazione, parete-solaio-parete, parete-parete e solaio-solaio.

PARETE-FONDAZIONE

Le strutture di fondazione vengono principalmente realizzate su una platea o su un basamento in calcestruzzo armato. Tra la struttura di legno e la fondazione in c.a. va interposto uno strato di guaina bituminosa che deve risvoltare sulla struttura di fondazione (e non sulla parete di legno) per evitare le trappole di umidità. Al di sopra di questa è buona norma inserire un elemento in legno.

Talvolta, nelle superfici di contatto fra la parete e le fondazioni, oltre alla guaina, viene posizionato un ulteriore strato di gomma, utilizzabile anche in tutte le zone di contatto fra le pareti ortogonali e fra pareti e solaio, usato con la duplice funzione di impedire il passaggio dellʼaria attraverso e come smorzatore acustico.Figura 37: Strato di gomma Al fine di contrastare le azioni orizzontali sullʼedificio (vento e sisma) che possono generare forze di scorrimento e sollevamento, vengono utilizzate staffe di ancoraggio preformate ad L in acciaio e hold-down, al fine di solidarizzare il pannello con gli elementi di fondazione in cemento armato. Il tipo di staffa e il passo dipendono dal calcolo statico. Un altra possibilità è quella di realizzare un cordolo di legno, con una specie legnosa durabile (ad es. larice), da posizionare sopra la fondazione per evitare il contatto diretto delle pareti di legno e applicare le stesse tipologie di giunzione.

Figura 38: Collegamento con profilo in legno.

37

Figura 39: Possibili realizzazioni del collegamento parete-fondazione.

Figura 40: Realizzazioni del collegamento parete-fondazione con piastre hold-down.

38

PARETE-SOLAIO-PARETE

Nel nodo parete-solaio-parete deve essere ripristinata la continuità strutturale tramite sistemi di giunzione analoghi a quelli utilizzati in fondazione, che consentano il collegamento del solaio intermedio con il pannello inferiore e superiore.

Le giunzioni fra gli elementi di solaio e gli elementi di parete sottostanti possono essere eseguite tramite l'introduzione di viti avvitate nella superficie di testa dell'elemento piano, tramite aste filettate incollate o con l'aggiunta di angolari dʼacciaio. Con questi sistemi di connessione, possono essere trasmessi ai solai sia i carichi orizzontali (p. es. il vento sugli elementi di parete) che quelli verticali23 .

Figura 41: Possibili realizzazioni del collegamento parete-solaio-parete.

Figura 42: Sistemi di collegamento parete-solaio-parete.

Per trasmettere gli sforzi si posso utilizzare piastre metalliche hold-down o viti autoforanti inserite allʼestradosso del solaio.

23

G. Schickhofer, A. Bernasconi, G.Traetta, Costruzione di edifici di legno , Promolegno, 2009 39

PARETE-PARETE

Le pareti possono essere costituite come detto da pannelli interi per lunghezze fino a 16 m e con una altezza pari allʼaltezza di interpiano, preparati in stabilimento mediante il taglio con macchine a controllo numerico e già completi di aperture. Una volta arrivate in cantiere vengono issate con mezzi meccanici di sollevamento e collegate fra loro, alle fondazioni e ai solai: il processo costruttivo è molto veloce, sebbene il trasporto possa risultare più difficoltoso sopratutto in aree di cantiere con accessibilità limitata. Lʼutilizzo di pareti intere è in diversi casi la soluzione migliore in termini di velocità di montaggio e per alcune situazioni progettuali particolari, come ad esempio il caso di pareti che fuoriescono a sbalzo rispetto al piano inferiore.

In alternativa vengono suddivise in pannelli di larghezze variabili a seconda del produttore fino ad un massimo di 3m e collegate fra loro con la realizzazione di giunti verticali, realizzati anche per il passaggio dei cavedi di installazione.

Figura 43: Sistema di collegamento parete-parete

Figura 44: Sistemi di collegamento parete-parete 40

SOLAIO-SOLAIO

Anche per gli elementi solaio si rende necessaria la giunzione dei singoli elementi per ottenere solai di maggiori dimensioni, in quanto per motivi legati alla produzione ed al trasporto, le larghezze degli elementi XLam sono limitati (a seconda del prodotto larghezza massima di 3,0 m fino a 4,8 m). Questi elementi, come accade per le parete, vengono solitamente eseguiti con l始interposizione di una striscia di pannello multistrato a base di legno che pu貌 essere inserita in apposite fresature internamente alla parete o su una sua faccia.

Figura 45: Sistemi di collegamento parete-solaio-parete.

Talvolta viene realizzato anche un giunto a mezzo legno a tutta altezza. Il collegamento avviene sempre mediante l始inserimento di viti auto-foranti di diametro variabile dai 6 ai 10 mm o chiodi di 3mm di diametro e interasse variabile in funzione dei carichi.

Figura 46: Sistemi a mezzo legno.

41

1.8

XLam e resistenza al fuoco

Il legno è notoriamente un materiale combustibile ma poiché il legno brucia lentamente e dallʼesterno verso lʼinterno, in caso di un incendio, gli elementi conservano la loro funzione portante fino alla rottura meccanica e non per il decadimento delle caratteristiche meccaniche, come invece avviene per altri materiali a causa dellʼinnalzamento delle temperature. Il legno infatti, presenta la caratteristica di sviluppare uno strato protettivo in caso di incendio, il cosiddetto strato di carbone: esso impedisce o rallenta la combustione e contrasta la diffusione dell'incendio.

Figura 47: La combustione del legno

Contrariamente a quanto si pensa, quindi, è intuibile come il legno possa essere preferibile ad altri materiali nella scelta dei sistemi strutturali.

In realtà, agli elementi costruttivi sottoposti ad un incendio sono richieste altre prestazioni oltre alla capacità di conservare la stabilità meccanica.

Queste implicano principalmente la possibilità di opporsi efficacemente alla propagazione del fuoco ed alla trasmissione del calore.

Di conseguenza, la resistenza al fuoco viene definita usualmente mediante i criteri di stabilità al fuoco (R), di tenuta al fuoco (E) e di isolamento termico (I) come di seguito specificato24: - stabilità al fuoco (R): capacità di conservare la propria resistenza meccanica in corrispondenza di un determinato incendio; - tenuta al fuoco (E) : attitudine di un elemento divisorio sottoposto all'azione di un determinato incendio su un lato ad isolare da fiamme, vapori o gas caldi il lato non esposto; - isolamento termico (I): capacità dell'elemento divisorio di limitare la trasmissione del calore sul lato non esposto all'incendio.

M.Follesa, Edifici XLAM e il fuoco, Corso di approfondimento - Case ed edifici di legno con struttura X-Lam, Promolegno, 2011, Torino, pg.2-3 24

42

Alle strutture a sviluppo lineare (travi e pilastri) normalmente è richiesto il solo requisito R, mentre le strutture a sviluppo superficiale sono richiesti anche E e I. più specificatamente, le classificazioni standard nel settore dell'edilizia in legno sono: REI 30, REI 60, REI 90 per le strutture portanti e EI 30, EI 60, EI 90 per le strutture non portanti.

La resistenza alla combustione è data da queste 3 specifiche ed esprime quindi la protezione globale dellʼelemento nei confronti dellʼevento di incendio.

Essa si esprime in minuti e rappresenta allʼatto pratico il tempo minimo che lʼelemento costruttivo deve resistere allʼazione del fuoco (resistenza al crollo, impermeabilità al fumo). I tempi di resistenza in caso d'incendio sono contraddistinti come 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360 minuti25.

Oltre a questo, è necessario considerare la reazione al fuoco e cioè il grado di partecipazione alla combustione del materiale considerato, che può variare da 0 (non combustibile) a 5 (massima reazione al fuoco).

In caso d'incendio i componenti edili devono mantenere invariate le proprie funzionalità per un periodo di tempo specifico. L'efficienza di un componente dipende dall'interazione di struttura portante, rivestimento e materiali isolanti.

Durante la prova delle classi di resistenza in caso d'incendio non vengono verificati i singoli materiali da costruzione, ma i componenti edili completi.

A seconda della durata della resistenza in caso d'incendio sono state finora contraddistinte le seguenti classi: • F30 ignifugo, resistenza in caso d'incendio di 30 minuti • F60 altamente ignifugo, resistenza in caso d'incendio di 60 minuti • F90 incombustibile, resistenza in caso d'incendio di 90 minuti • F180 altamente incombustibile, resistenza in caso d'incendio di 180 minuti In Italia, attualmente, la normativa non vieta di realizzare strutture portanti in legno anche per la realizzazione di edifici multipiano.

Sia la ricerca* sia lʼesperienza, hanno dimostrato che gli edifici in XLam non presentano un rischio di incendio superiore a quello di edifici realizzati con materiali non combustibili.

I valori della velocità di carbonizzazione dellʼXLam, infatti, sono molto simili a quelli del legno massiccio (prossimi a 0,65 mm/min), ma calandosi nella realtà costruttiva, essi sono molto più bassi poiché le strutture sono protette da materiali di rivestimento interni ed esterni, che forniscono un ulteriore livello di protezione alla combustione.

Un rivestimento aderente al pannello, infatti, impedisce la propagazione dellʼincendio da un piano allʼaltro o, più in generale, modifica positivamente la resistenza al fuoco delle strutture portanti e divisorie.

M. Del Senno, M. Piazza, Legno, fuoco e protezione antincendio, Materiali corso base, Promolegno, Aosta, 2009 43 25

* Nellʼambito del Progetto SOFIE26 (Sistema Costruttivo Fiemme), un progetto di ricerca finanziato dalla Provincia Autonoma di Trento e coordinato e condotto dal CNR-IVALSA (Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree), nel 2007 si è tenuta presso il campo sperimentale per le prove al fuoco del Building Research Institute a Tsukuba in Giappone una prova di incendio reale su un edificio interamente a struttura di legno di tre piani realizzato con pannelli di legno massiccio a strati incrociati.

Figura 48: Prova di incendio su edificio in XLam

Lʼincendio è stato fatto partire da una stanza posta al primo piano dellʼedificio ad un carico dʼincendio pari al doppio di quello presente in una normale stanza di albergo; le fiamme, come previsto, una volta che lʼincendio si è pienamente sviluppato sono fuoriuscite dalle finestre, lambendo le pareti esterne fino ad arrivare al piano superiore. Lʼincendio ha interessato marginalmente le strutture dellʼedificio e il fumo ed il fuoco non si sono assolutamente propagati agli alti locali. Dopo 60 minuti il fuoco è stato rapidamente estinto con lʼuso di idranti. Lʼedificio ha riportato solo danni locali facilmente riparabili.

La simulazione fatta presso il Building Research Institute intendeva dimostrare come un edificio di tre piani, interamente realizzato con struttura di legno e completato con i materiali costruttivi usualmente utilizzati per i rivestimenti sia interni che esterni (isolamento termico e acustico, infissi e finiture), potesse resistere ad un incendio reale della durata di unʼora senza subire alcun danno irreversibile alle strutture portanti e senza causare serio pericolo agli occupanti, dimostrando una perfetta tenuta non solamente nei confronti delle fiamme, ma anche nei confronti del pericolo di passaggio di fumi e propagazione dellʼincendio da un ambiente allʼaltro.

La prova ha dato esiti eccellenti, addirittura superiori a quanto ipotizzato mediante le simulazioni numeriche effettuate sulla base dei risultati di prove preliminari effettuate in Italia presso il Laboratorio di Resistenza e Reazione al Fuoco dellʼIVALSA-CNR 26

M.Follesa, Edifici XLAM e il fuoco, op. cit., pg 13-14 e www.progettosofie.it 44

1.9

XLam e resistenza al sisma

L'XLam il più tecnologico tra i cosiddetti legni “ingegnerizzati" (che comprendono anche il legno lamellare) risulta essere un materiale particolarmente adatto in caso di sisma. E' resistente e rigido poiché grazie alla sua composizione a più strati incrociati, è in grado di assorbire e di trasmettere alle fondamenta sollecitazioni e forze provenienti da ogni direzione. Lʼazione sismica è unʼazione orizzontale che coinvolge la struttura nel suo insieme secondo forze orizzontali e verticali. La struttura portante dellʼedificio devʼessere, quindi, in grado di sopportare sia trazioni che compressioni, di deformarsi senza collassate durante lʼattività sismica.

Figura 49: Le forze sismiche che agiscono sullʼedificio.

Semplificando e sintetizzando il problema, le forze sismiche che agiscono su una struttura possono essere calcolate secondo la Legge di Newton, forza = massa x accelerazione27. È quindi evidente che strutture realizzate con materiali leggeri come

27

M. Follesa, Gli edifici XLam e la sismica, Corso di approfondimento - Case ed edifici di legno con struttura X-Lam, Promolegno, 2011, Torino, pg.2-3 45

il legno (col quale un tempo si costruivano gli aerei) avranno masse ridotte e quindi saranno interessate da forze sismiche minori. Per resistere a tali forze, seppur minori, le strutture dovranno possedere delle adeguate riserve di resistenza e da questo punto di vista il legno strutturale non soffre certamente di “complessi di inferiorità” rispetto ad altri materiali da costruzione. Inoltre a livello di progettazione le strutture rigide sono interessate da forze sismiche maggiori rispetto alle strutture flessibili e deformabili, come è il caso delle strutture di legno.

Gli edifici in Xlam sono sistemi prefabbricati, dove gli elementi vengono montati in opera e collegati tra di loro in cantiere tramite giunzioni. A livello pratico è assimilabile ad una struttura scatolare in cui le pareti e i solai sono formati da diaframmi costituiti da pannelli di legno massiccio molto rigidi e resistenti, collegati fra loro mediante collegamenti meccanici. Allo scopo di garantire il comportamento scatolare dellʼintero organismo strutturale è necessario che non intervengano prima cedimenti e che la scatola strutturale resti sempre connessa.

Figura 50: Le connessioni nellʼedificio XLam (in rosso) al fine di garantire il funzionamento della scatola strutturale.

Genericamente la progettazione devʼessere effettuata secondo criteri di stabilità strutturale che prevedano una configurazione in pianta compatta con rientri, sporgenze e restringimenti limitati, caratterizzata dalla distribuzione omogenea delle masse e della rigidezza, orizzontamenti infinitamente rigidi nel proprio piano e sistemi verticali resistenti per tutta lʼaltezza della costruzione.

La progettazione antisismica28 , prevede che le strutture debbano essere concepite secondo il “Criterio della gerarchia delle resistenze”, ossia occorre prevedere che gli elementi strutturali a comportamento plastico raggiungano lo stato post-elastico quando gli elementi fragili sono ancora ben lontani dal raggiungimento della rottura, ossia in fase elastica.

28

come suggerito dallʼEurocodice 8 e dalle Norme Tecniche per le Costruzioni 46

La funzione dissipativa, essendo insita nelle caratteristiche del materiale, verrà svolta dalle parti di struttura non interessate dalle saldature. Pertanto, nelle strutture in legno, i giunti con connettori meccanici vanno progettati in modo da rendere gli elementi di legno più resistenti dei giunti29 .

Lʼutilizzo di connessioni meccaniche con elementi metallici (piastre, chiodi, viti, bulloni) per collegare i vari elementi strutturali in legno consente di raggiungere elevati livelli di duttilità. Questʼultima caratteristica è fondamentale nel conferimento di proprietà sismo-resistenti alle strutture ed è raggiungibile soltanto tramite una progettazione e realizzazione dei collegamenti strutturali che consenta la dissipazione dellʼenergia sismica attraverso deformazioni in campo non lineare 30.

Per garantire un comportamento corretto della struttura scatolare, occorre fornire alcune connessioni di specifiche riserve di sovraresistenza, che assicurino la rigidezza (assenza di scorrimento) dei diaframmi di connessione tra pannelli del solaio, tra solaio e pareti e tra pareti che si intersecano (in particolare gli spigoli dellʼedificio).

Figura 51: Lʼazione sismica su una parete e diversa funzione degli elementi di collegamento.

Si ha quindi la necessità di progettare le connessioni in modo che abbiamo un comportamento duttile in caso di sisma, garantendo al contempo una riserva di resistenza ed in particolare, le connessioni verticali tra pannelli e pareti (quando presenti), quelle a taglio alla base delle pareti e quelle a sollevamento (hold-down) poste allʼinizio e alla fine di ciascuna parete ed in corrispondenza delle aperture che ne impediscono il ribaltamento. Lʼazione sismica viene trasferita dagli orizzontamenti rigidi alle pareti del piano in funzione della propria rigidezza e da queste ai piani sottostanti fino alle fondazioni.

Figura 52: Collegamento con hold-down 29

M. Piazza,R. Tomasi, Collegamenti Problemi speciali nelle costruzioni di legno in zona sismica , Materiale Corso base, Promolegno, Aosta, 2009 30

M. Follesa, Gli edifici XLam e la sismica, op.cit.

47

Il collegamento delle pareti del piano terra alle fondazioni deve impedire che per effetto delle azioni orizzontali (vento o sisma), agenti nel piano stesso della parete e in generale su tutto lʼedificio si possa verificare sia il ribaltamento che lo scorrimento della struttura.

Le pareti vengono realizzate o con un unico elemento dotato di tutte le aperture per porte e finestre oppure mediante lʼassemblaggio di più pannelli (normalmente di larghezza uguale o inferiore ai 3m) collegati fra di loro mediante collegamenti meccanici realizzati con lʼutilizzo di strisce di pannello multistrato o con giunti a mezzo-legno fra i pannelli e viti o chiodi.

I solai di interpiano e di copertura vengono invece sempre realizzati mediante lʼassemblaggio di più pannelli di larghezza uguale o inferiore ai 3 m con giunti meccanici realizzati con modalità simili a quelle utilizzate per il collegamento verticale fra i pannelli della parete che poggiano e sono collegati alle pareti sottostanti ed eventualmente a travi rompitratta di legno lamellare.

Il processo costruttivo si ripete piano per piano, costituendo piattaforme orizzontali indispensabili per il posizionamento e ancoraggio dei pannelli verticali successivi.

La sperimentazione scientifica* finora effettuata ha dimostrato che edifici realizzati con pareti composte da più pannelli di larghezza massima fino a 3 m e collegati verticalmente con giunti meccanici, se progettati nel pieno rispetto del criterio della gerarchia delle resistenze come espresso nel seguito, dimostrano un livello di duttilità maggiore rispetto a edifici formati da pareti intere e quindi una maggiore capacità dissipativa dellʼenergia trasferita dal sisma.

Che il legno fosse un materiale particolarmente adatto alle costruzioni in zona sismica lo sapevano anche gli antichi: i Giapponesi hanno realizzato numerosi templi in legno che sono ancora al loro posto dopo molti secoli di vita (e molti sismi). Un esempio è il tempio Horuiy, realizzato nell'ottavo secolo, che ha superato indenne anche il terremoto di Kobe del 1995 (magnitudo 7,2 della scala Richter).

In caso di terremoto (o altri eventi distruttivi come l'incendio), l'edificio in legno è uno dei più adatti ad essere riparato. Sostituendo le parti e le connessioni danneggiate è in alcuni casi possibile recuperare la sua portanza e renderlo nuovamente abitabile, consentendo ai proprietari di recuperare parte del patrimonio distrutto dall'evento naturale.

Figura 53: Il tempio Horuiy 48

*Il progetto SOFIE Nel 2007 i pannelli X-Lam sono stati i protagonisti di un progetto di ricerca messo a punto dal CNR-IVALSA di San Michele all'Adige (TN): il test antisismico SOFIE (progetto Sistema Costruttivo Fiemme).

Una casa in legno di 7 piani e 24 metri di altezza, interamente realizzata con questi pannelli, ha resistito con successo a ben due test antisismici: • Terremoto Niigata-Chuetsu-Oki del luglio 2007: magnitudo 6,8 sulla scala Richter, • Terremoto Hanshin-Awaji del 1995 (noto come terremoto di Kobe): magnitudo 7,2 sulla scala Richter, considerato fra i più distruttivi per le opere civili che provocò la morte di oltre seimila persone.

Entrambe le prove sono state eseguite dando alla tavola vibrante i movimenti tridimensionali dei sismi.

Figura 54: Lʼedificio di 7 piani soggetto alla prova sismica

Il test, effettuato in Giappone presso il NIED (Istituto Nazionale di Ricerca sulla Prevenzione dei Disastri) è il risultato di studi e ricerche durati 5 anni, che hanno individuato nella combinazione dei pannelli X-Lam con specifiche connessioni meccaniche, una tecnica costruttiva ideale per garantire la sicurezza sismica.

Per la realizzazione di questo edificio sono stati necessari 250 m3 di abete rosso provenienti dalle foreste certificate PEFC (Certificazione internazionale della gestione forestale sostenibile) del Trentino, che sono stati inviati in Germania per la realizzazione dei pannelli X-Lam e successivamente in Giappone per l'assemblaggio 49

dell'edificio su quella che è, a tutti gli effetti, la tavola vibrante più grande del mondo (misura metri 15x20).

La “casa SOFIE”, era già stata testata nel luglio 2006 con edificio in XLam di tre piani tramite una serie di prove sismiche sempre presso il NIED di Tsukuba. Lʼedificio era rimasto quasi impassibile a una serie di 15 terremoti distruttivi, tra cui quello di Kobe del 1995 alla massima intensità, manifestando danni minimi e riparabili con pochi e semplici interventi.

Figura 55: Casa SOFIE sulla tavola vibrante del NIED

La ricerca condotta dall'IVALSA ha dimostrato in modo definitivo l'affidabilità e la sicurezza del legno come materiale per l'edilizia, oltre al valore aggiunto che assicura in termini di comfort abitativo, risparmio energetico e rispetto dell'ambente31.

31

Le informazioni sono state ricavate dal sito www.progettosofie.it 50

2. Prodotti, produttori e applicazioni in ambito europeo Il mercato del legno è in continua espansione. Dʼaltra parte, di motivi che spiegano lʼinteresse per questo materiale naturale ce ne sono più che a sufficienza: le sue infinite possibilità dʼimpiego e le sue incomparabili caratteristiche, come anche la maggiore consapevolezza in termini di salute ed ambiente, influenzano in maniera determinante le scelte ed i progetti di costruttori, architetti e carpentieri. La gestione del progetto assume delle modalità esecutive che permetto lʼimpiego della costruzione stratificata a secco e tempistiche da record, in quanto il pannello, pretagliato nelle dimensioni finite,viene direttamente consegnato in cantiere e assemblato con connessioni semplici e di facile realizzazione.

Grafico 2 : Il ciclo di sviluppo del progetto con pannelli XLam

La tecnologia Xlam viene sviluppata da diversi produttori a livello europeo che propongono varie tipologie di pannello con differenze tuttʼaltro che trascurabili. pur mantenendo le proprietà caratteristiche del materiale .

I casi studio e le applicazioni costruttive esemplificano le potenzialità del prodotto.

Le informazioni e le immagini di seguito riportate provengono da cataloghi aziendali, depliant, siti internet e comunicazioni personali delle rispettive aziende.

51

2.1. Massivholz - KLH, Austria La ditta KLH Massivholz GmbH è leader nel mercato degli elementi in legno compensato di grandi dimensioni, che vengono commercializzati in tutto il mondo col marchio “KLH“ come elementi costruttivi per pareti, solai e coperture.

Lʼattuale stabilimento di produzione è stato aperto nel 1999, dopo un pluriennale lavoro di ricerca e sviluppo in cooperazione con lʼuniversità di Graz, vari istituti di ricerca e laboratori di prova, e da allora è stato ampliato di continuo. Lʼazienda austriaca impiega circa 130 dipendenti e produce annualmente circa 71.000 m3 di pannelli in legno massello KLH.

Figura 56: Stabilimento di produzione KLH

Dati tecnici di Produzione Il legno lamellare a strati incrociati KLH (Kreuzlagenholz) è formato da lamelle di abete incrociate una sullʼaltra, che vengono incollate ad alta pressione a formare elementi in legno massello di grandi dimensioni.

Tabella 3: Dimensioni dei pannelli KLH Lunghezza 16,50 m LUNGHEZZA MINIMA 2,40 m

FORMATO MASSIMO Larghezza Spessore 2,95 m 0,50 m 8,00 m – a step di 10 cm fino alla lunghezza massima LARGHEZZE DI COMPUTO STANDARD 2,50 m 2,72 m 2,95 m

Orientamento delle fibre: DQ – Elementi di parete con strati superficiali trasversali.

DL – Elementi di solaio con strati superficiali longitudinali.

52

Caratteristiche di sezione dei diversi pannelli KLH Tabella 4 : Le caratteristiche della struttura del pannello KLH

STRATI SUPERFICIALI ORIENTATI RISPETTO ALL’ASSE TRASVERSALE DEI PANNELLI DQ

Strati

Spessore (mm) 57 72 94 95 128 158

3s

5s

Costruzione del pannello (mm) 19 19 30 19 30 30

19 34 34 19 19 34

19 19 30 19 30 30

19 19 34

19 30 30

STRATI SUPERFICIALI IN DIREZIONE DELLA LUNGHEZZA DEI PANNELLI DL

Strati

3s

5s

7s

7ss 8s 8 ss

Spessore (mm) 60 78 90 95 108 120 117 125 140 146 162 182 200 202 226 208 230 *260 *280 248 *300 *320

Costruzione del pannello (mm) 19 19 34 34 34 40 19 19 34 34 34 34 40 34 34 68 68 80 80 68 80 80

22 40 22 27 40 40 30 34 19 22 30 40 40 22 30 19 30 30 40 22 30 40

19 19 34 34 34 40 19 19 34 34 34 34 40 34 34 34 34 40 40 68 80 80

30 34 19 22 30 40 40 22 30 19 30 30 40 22 30 40

19 19 34 34 34 34 40 34 34 68 68 80 80 68 80 80

22 30

34 34

* Tipi di pannelli speciali con doppio strato esterno Strati DL

Strati DQ

53

A richiesta, è possibile fornire dei pannelli con uno spessore particolare a partire da una quantità di mq 1.000.

Figura 57: Tipologie di elementi per la costruzione

Lamelle grezze Le tavole che compongono il pannello hanno uno spessore che varia da 19 a 40 mm, essiccate artificialmente e giuntate a pettine (sp. 40 mm solo per lʼAustria).

Per la realizzazione del pannello viene principalmente impiegata lʼessenza di abete rosso. Su richiesta, a seconda della disponibilità delle lamelle grezze, è possibile realizzare il pannello con altre specie arboree quali pino, douglas, cembro, larice e abete bianco. La classe di resistenza delle lamelle di entrambi i pannelli è C24 con una percentuale massima del 10% di lamelle C16 .

Umidità del pannello Per la produzione dei pannelli in legno massello KLH viene usato legno secco con unʼumidità del 12% (+/-2%) secondo lʼomologazione tecnica europea, per evitare lʼinfestazione di parassiti, funghi e insetti. Prima dellʼimpiego, tutte le lamelle di legno compensato vengono sottoposte ad un controllo della qualità.

Caratteristiche di produzione Lʼincollaggio avviene per mezzo di collante PUR Purbon HB 110 della ditta Collano, una colla poliuretanica monocomponente liquida priva di solventi e formaldeide.

La colla viene distribuita omogeneamente sulla superficie attraverso un particolare sistema di incollaggio automatico, che permette la produzione del pannello in un unica fase. La parte di colla è pari a 0,2 kg/m2 a giuntura.

Asciugandosi per influsso dellʼumidità del materiale e dellʼaria essa forma una pellicola viscoelastica assolutamente stabile e non idrolitica.

Lʼelevata pressione applicata (6 kg/cm²) assicura un incollaggio di qualità.

Tale collante è testato secondo la noma tedesca DIN 68141 ed i rigidi criteri dellʼente FMPA di Stoccarda, inoltre è approvato per la fabbricazione di componenti in legno portanti e non e costruzioni speciali secondo le norme DIN 1052 e EN 301.

54

Qualità dei pannelli I pannelli in legno massiccio KLH vengono offerti in 3 qualità superficiali standard.

Superfici speciali sono disponibili su richiesta, a seconda della disponibilità e della fattibilità tecnica.

Qualità non a vista (NSI): Consigliata esclusivamente per i componenti non visibili che vengono pannellati, rivestiti o intonacati su entrambi i lati.

La superficie presenta difetti del legno o irregolarità più evidenti nell'andamento delle fughe. Gli strati esterni sono di qualità BC, giuntati punta a punta e piallati.

Qualità a vista industriale (ISI): La superficie è piallata, non carteggiata e i segni della pialla possono essere leggermente visibili. Si possono riscontrare la presenza di fughe e lievi sbavature di colla. Normalmente questa qualità viene eseguita su un lato, su richiesta è possibile lʼesecuzione su due lati. È adatta per superfici industriali , non per superfici a vista in ambito residenziale in quanto viene lasciato a vista pur presentando delle minime imperfezioni. Per le superfici a vista industriali vengono impiegate lamelle di abete lavorate su un lato di qualità B 32, a volte giuntate punta a punta.

Qualità a vista residenziale (WSI): Per questa qualità vengono usati pannelli lamellari incollati di larghezza standard 1,25m o lamelle incollate in larghezza con giuntura punta a punta di qualità AB. Questa qualità viene normalmente eseguita sulla faccia anteriore del pannello in quanto costituisce lʼaspetto finale dellʼambiente interno.

Su richiesta possono essere realizzate superfici a vista su entrambi i lati.

Superfici speciali (S): Su richiesta, a seconda della disponibilità, vengono applicate anche altri tipi di superfici come essenze particolari, pannelli OSB, cartongesso, compensati, ecc.

Variazione della forma Sulla superficie del pannello:" " Normale sulla superficie dei pannelli:"

trascurabile 0,2 mm/m per ogni variazione % di umidità

Caratteristiche Termiche Capacità di conduzione del calore" Capacità termica specifica"" " Resistenza alla diffusione del vapore"

32

" " "

λ" C" u"

0.14 W/m " 1.61 kJ/kg" 30-40

in K in K

individuata dalla norma EN 13017-1 55

I pannelli KLH possiedono la stessa capacità di conduzione del calore del legno massello di conifera.

Resistenza al Fuoco La velocità di combustione dei pannelli KLH è pari a 0,76 mm/min.

Lo scarto, rispetto al valore relativo al legno massiccio, è dovuto alla maggiore velocità di combustione in corrispondenza delle fessure e dei punti di giunzione.

Il valore di 0,76 mm/min comprende anche il punto di giunzione tra i pannelli, ottenuto con incastro a gradino.

Nel caso, però, in cui brucino soltanto singole parti di uno strato superficiale, si può considerare una velocità di combustione di 0,67 mm/min.

In base a uno studio33 è risultato che un elemento per solai KLH dello spesso di 120 mm raggiunge una protezione antincendio di F60 (alta capacità igniritardante) ed appartiene quindi alla classe di combustibilità 2.

Taglio e Trasporto Il taglio delle aperture e dei profili longitudinali avviene in stabilimento con la tecnologia CNC più moderna. Viene eseguito sulla base dei disegni di produzione o esecutivi approvati dal cliente e dalle aziende incaricate della costruzione. Le tipologie di profilo dei bordi eseguibili possono essere a intaglio o a mezzo legno.

Figura 58: Trasporto di elementi preassemblati in KLH 33

studio BV-3774/98, condotto allʼistituto IBS per le tecnologie antincendio e le ricerche in materia di sicurezza.

56

Gli elementi in legno massello KLH debitamente tagliati a misura vengono consegnati puntualmente in cantiere dove vengono montati dallʼimpresa nel più breve tempo possibile per mezzo di gru.

Figura 59: Sollevamento a mezzo gru di un elemento di solaio KLH

Omologazioni Omologazione tecnica europea " ETA - 06 / 0138 e marchiatura CE Omologazione edilizia per la Germania " Z-9.1-482 Omologazione russa

Omologazione italiana Omologazione francese : AT-3/06-477

Omologazione spagnola: ATIM 31-01

Certificazione PEFC

57

2.1.1. Casi Studio e applicazioni

58

59

60

2.2. Binderholz - BBS , Austria Il nome Binder è sinonimo di tradizione, affidabilità ed esemplare capacità di innovazione e tecnologia. Solo 50 anni fa una piccola segheria, oggi binderholz rappresenta una della più solide e dinamiche realtà industriali austriache nel settore del legno sul mercato internazionale, allʼavanguardia per tecnica e produzione.

In cinque consolidati poli produttivi dedicati, con oltre 1.150 lavoratori, lʼazienda propone una vasta gamma di prodotti a base legno, esportando in tutto il mondo.

La vasta produzione dedicata annovera, accanto alla classica offerta, anche gli innovativi pannelli ad assi incrociati BBS.

Figura 60: Gli stabilimenti Binder

Dati tecnici di Produzione Il BBS (Binder-Brettsperrholz) è un pannello prefabbricato in compensato multistrato strutturale, di grande formato e di forte spessore. È composto interamente da legno in strati sovrapposti tra loro secondo un sistema di accoppiamento alternato delle fibre longitudinali e trasversali che consente di ridurre al minimo il lavoro meccanico del legno.

Tabella 5 : Le dimensioni del pannello BBS 125

FORMATO MASSIMO BBS 125 Lunghezza 24m LUNGHEZZA MINIMA SPESSORE MINIMO

Larghezza 1,25 m

Spessore 0,341 m 5m 66 mm

Recentemente, a fronte della molteplicità delle esigenze poste ai moderni prodotti in legno, al collaudato formato di sistema BBS 125 è stato aggiunto il BBS XL a formato grande. Grazie al utilizzo abbinato di entrambi i formati di pannello, con i pannelli ad assi incrociati BBS gli esecutori e i progettisti possono lavorare in modo ancora più flessibile, approfittando così miratamente dei vantaggi di ogni singolo formato.

61

Tabella 6 : Le dimensioni del pannello BBS XL di grande formato

FORMATO MASSIMO BBS XL Lunghezza 22m 2,40 m

Larghezza 3,50 m

2,60 m

Spessore 0,341 m

LARGHEZZE DI COMPUTO STANDARD 2,75 m 2,95 m

3,20 m

3,50 m

Orientamento delle fibre: I pannelli BBS, da catalogo, non presentano una diversificazione in base allʼimpiego strutturale come elementi di parete o di solaio. Nel momento in cui si effettua lʼordine , bisogna specificare lʼorientazione degli strati superficiali che, a seconda dellʻutilizzo, potrà essere consegnato longitudinale (DL) o trasversale (DQ).

Caratteristiche di sezione dei diversi pannelli BBS Tabella 7 : Le caratteristiche della struttura del pannello

SEZIONE DEGLI ELEMENTI Strati

3s

5s

7s

Spessore (mm) 66 78 90 100 110 120 130 95 100 110 120 130 140 147 163 181 203 213 233 248 284 299 341

Struttura del Pannello (mm) 20 26 20 20 38 20 27 36 27 37 26 37 36 38 36 42 36 42 43 44 43 20 17,5 20 20 20 20 20 21 28 21 26 26 20 26 38 42 17,5 21 41 22 21 42 21 37 42 38 21 42 38 43 42 43 43 42 21 43 42 26 43 42 38 43 42 43 43 63 43 43 Strato Trasversale Strato Longitudinale

17,5 20 21 26 26 17,5 22 21 38 38 43 21 26 38 43 43

20 20 20 21 20 42 41 42 42 42 42 43 43 43 43 43

21 26 38 43 43

42 42 42 42 63

62

Tabella 8 : Il confronto tra i pannelli BBS 125 e BBS XL

Lamelle grezze Le tavole che compongono il pannello BBS 125 e XL hanno uno spessore che varia da 17 a 43 mm, essiccate artificialmente e giuntate a pettine. Per la realizzazione dei pannelli BBS 125 viene principalmente impiegata lʼessenza di abete rosso. Su richiesta si possono utilizzare altre specie arboree quali i larice, cembro, douglasia, pino bianco. Per i pannelli BBS XL attualmente lʼunica essenza disponibile è lʼabete rosso. La classe di resistenza delle lamelle di entrambi i pannelli è C24 con una percentuale massima del 10% di lamelle C16 .

Umidità del pannello Per la produzione dei pannelli BBS viene usato legno con unʼumidità del 12%, ± 2 % alla consegna, secondo lʼomologazione tecnica europea, per evitare lʼinfestazione di parassiti, funghi e insetti. Prima dellʼimpiego, tutte le lamelle di legno compensato vengono sottoposte ad un controllo della qualità.

Caratteristiche di produzione Il pannello BBS è composto per un 99,4 % da legno e per un 0,6 % da colla.

Lʼincollaggio dei pannelli 125 avviene in due fasi: ➡ Colle MUF, E1, resistente agli agenti atmosferici con punti dʼincollaggio trasparenti, per quanto riguarda la composizione del pannello monostrato ➡ Colle PU, prive di formaldeide, per la realizzazione del BBS.

63

Lʼincollaggio dei pannelli XL, invece, avviene per mezzo di colle poliuretaniche PUR prive di formaldeide, in un unica fase.

Qualità dei pannelli I pannelli in legno massiccio BBS vengono offerti in 3 qualità superficiali standard : "

a vista AB " "

"

"

a vista BC "

"

e non a vista C. Per le qualità a vista lʼincollaggio è continuo senza fughe, ogni strato longitudinale corrisponde a un pannello monostrato. Inoltre le superfici vengono piallate su entrambe le facce.

I pannelli XL sono disponibili solamente in qualità non a vista C, caratterizzata dalla piallatura su entrambi i lati (ammessi errori di piallatura) e nessun requisito ottico.

Il presupposto è che tutte le superfici BBS siano rivestite o ricoperte con tavolato e che tutti gli elementi vengano utilizzati in settori non a vista.

Per tutte le tipologie di qualità sono possibili ulteriori lavorazioni superficiali, quali levigatura o spazzolatura.

Lʼimpregnazione degli elementi BBS è possibile e viene fatta con un impregnante traspirante allʼacqua che è stato realizzato specificatamente per superfici interne.

Lʻimpregnante contiene una speciale protezione antisolare per lʼassorbimento dei raggi ultravioletti e la stabilizzazione della lignina, componente del legno.

Lʼaspetto naturale del legno di conifera si conserva in modo inalterabile e lʼimpregnante impedisce che il legno ingiallisca.

Superfici speciali: Su richiesta, vengono applicate anche superfici particolari a vista come essenze particolari, pannelli OSB, cartongesso, compensati, ecc.

Lo stabilimento della Binderholz prevede inoltre la realizzazione di pareti finite, a seconda dei materiali disponibili o in collaborazione con altre aziende.

64

Variazione della forma Parallelamente allo strato esterno"

0,01% per ogni % di variazione di umidità

" " " " " " Trasversalmente allo strato esterno " " " " " " " Caratteristiche Termiche

del legno 0,025% per ogni % di variazione di umidità del legno

BBS 125 Capacità di conduzione del calore" Capacità termica specifica"" " Resistenza alla diffusione del vapore"

" " "

λ" C" u"

0.13 W/m " 2.10 kJ/kg" ca. 70

in K in K

BBS XL Capacità di conduzione del calore"

"

λ"

0.13 W/m "

in K

Capacità termica specifica"" " Resistenza alla diffusione del vapore"

" "

C" u"

2.10 kJ/kg" 40-70

in K

Resistenza al Fuoco Il legno multistrato BBS brucia in modo predefinito con una velocità di combustione di 0,7-0,8 mm circa al minuto. Questi parametri sono stati definiti con sperimentazioni approfondite. Negli esperimenti d'incendio non sono stati presi in esame solo gli elementi BBS in sé, ma anche i collegamenti tra elementi che sono a tenuta di fumo e di gas impedendo le eventuali combustioni.

Per ridurre al minimo la fuoriuscita di gas da combustione tutti lati longitudinali degli elementi BBS vengono prodotti da piastre monostrato a tutta superficie.

Perizie di controllo e verifica REI vengono eseguite su richiesta.

Taglio e Trasporto Il taglio delle aperture e dei profili longitudinali avviene in stabilimento con la tecnologia CNC più moderna. Viene eseguito sulla base dei disegni di produzione o esecutivi approvati dal cliente e dalle aziende incaricate della costruzione. Le tipologie di profilo dei bordi eseguibili possono essere a intaglio o a maschiatura.

Figura 61: Possibili lavorazioni dei profili longitudinali 65

Figura 62: Giunto maschio-femmina (sx) e intaglio per coprigiunto (dx).

Gli elementi debitamente tagliati a misura vengono consegnati puntualmente in cantiere dove vengono montati dall始impresa nel pi霉 breve tempo possibile per mezzo di gru.

Figura 63: Possibili lavorazioni standard CNC per pannelli BBS 125

Omologazioni Omologazione tecnica europea" e marchiatura CE

ETA-06/0009 "

" Omologazione tedesca per I始edilizia Z-9.1-534

Certificazione PEFC Omologazione italiana Casi Studio e applicazioni 66

2.2.1. Casi Studio e applicazioni

67

68

69

2.3. Stora Enso - CLT, Finlandia La Stora Enso è un'azienda finlandese operante nel settore silvicolo integrato la cui gamma di attività abbraccia i seguenti settori: – carta stampabile per giornali quotidiani, – carta stampabile per lʼeditoria libraria, – carta stampabile per lʼeditoria periodica e carte pregiate, – materiali per imballaggio, – imballaggi industriali e – prodotti in legno La Stora Enso Wood Products è la divisione che si occupa della produzione di legnami e dei prodotti in legno, offre soluzioni personalizzate per il settore edilizio, le falegnamerie e i commercianti di legnami in tutto il mondo. Tra i suoi 26 stabilimenti e la rete di vendita e distribuzione dei prodotti, la Stora Enso Wood Products dà lavoro a 5.000 dipendenti, con una capacità produttiva di 6,9 milioni di m³ di segati, compresi 3,2 milioni di m³ di prodotti lavorati. Lo stabilimento dedicato alla produzione di CLT è situato a Bad St. Leonhard in Austria e produce 60.000 m3 di pannelli.

Figura 63: Stabilimento di Bad St. Leonhard

70

Dati tecnici di Produzione Il CrossLaminatedTimber (CLT) è legno lamellare a strati incrociati dalla qualità certificata, realizzato dalla Stora Enso Timber per lʼedilizia in legno massiccio.

Tabella 9: Le dimensioni del formato CLT Lunghezza 16 m LUNGHEZZA MINIMA 2,45 m

FORMATO MASSIMO Larghezza Spessore 2,95 m 0,40 m 8,00 m – a step di 10 cm fino alla lunghezza massima LARGHEZZE DI COMPUTO STANDARD 2,75 m 2,95 m

Orientamento delle fibre: L: Elemento con strato di copertura disposto longitudinalmente.

C: Elemento con strato di copertura disposto trasversalmente.

Caratteristiche di sezione dei diversi pannelli CLT Tabella 10: Le caratteristiche della struttura del pannello

ELEMENTI DI PARETE

Strati 3s

5s

Spessore (mm) 57 83 97 95 138 161

Costruzione del pannello (mm) 19 27,5 35 19 27,5 35

19 28 27 19 27,5 28

19 27,5 35 19 28 35

19 27,5 28

19 27,5 35

Strati L

Strati C

71

ELEMENTI DI SOLAIO

Strati

Spessore (mm)

3s

5s

7s

7ss

57 74 83 97 103 112 119 126 95 121 138 150 165 182 196 211 194 216 237 209 223 249 267 296

Costruzione del pannello (mm) 19 27,5 27,5 27,5 42 42 42 42 19 27,5 27,5 42 42 42 42 42 27,5 27,5 27,5 55 55 84 84 84

19 19 28 42 19 28 35 42 19 19 27,5 19 19 40 35 42 27,5 35 42 35,5 42,5 19 28 43

19 27,5 27,5 27,5 42 42 42 42 19 28 28 28 43 43 42 43 28 28 28 28 28 43 43 42

19 19 27,5 19 19 27,5 35 42 28 35 42 35,5 42,5 19 28 43

19 27,5 27,5 42 42 42 42 42 28 28 28 55 55 84 84 84

27,5 35 42

27,5 27,5 27,5

Strati L

Strati C Lamelle grezze Le tavole che compongono il pannello hanno uno spessore che varia da 19 a 42 mm, essiccate artificialmente e giuntate a pettine. Per la realizzazione del pannello viene principalmente impiegata lʼessenza di abete rosso. Su richiesta è possibile realizzare il pannello con altre specie arboree quali pino e larice. Si possono realizzare, inoltre, elementi formati da lamelle di spessore definito su misura. La classe di resistenza delle lamelle è C24/C16 (altre classi di resistenza su richiesta).

72

Umidità del pannello Per la produzione dei pannelli CLT viene usato legno con unʼumidità del 12% (+/-2%) secondo lʼomologazione tecnica europea, per evitare lʼinfestazione di parassiti, funghi e insetti. Prima dellʼimpiego, tutte le lamelle di legno compensato vengono sottoposte ad un controllo della qualità.

Caratteristiche di produzione Lʼincollaggio avviene per mezzo di colle poliuretaniche PUR prive di formaldeide, sia per l'incollaggio dei bordi, sia dei giunti a pettine sia delle facce. Il principio di produzione dei pannelli avviene in due fasi: prima vengono realizzati pannelli monostrato incollati e successivamente vengono sovrapposti ad incrocio.

Qualità dei pannelli I pannelli in legno massiccio CLT vengono offerti in 2 qualità superficiali standard, in entrambi i casi le superfici sono levigate. Superfici speciali sono disponibili su richiesta, a seconda della disponibilità e della fattibilità tecnica. In linea di massima possono essere utilizzate tutte le vernici specifiche per il legno.

Qualità non a vista (NVI): gli strati di copertura corrispondono alla classe C 34. Questa qualità è indicata per strutture portanti in particolare in aree non a vista.

Qualità a vista (VI): gli strati di copertura corrispondono alle classi AB. Questa qualità è indicata per strutture portanti ed elementi a vista nellʼambito dellʼarchitettura dʼinterni.

Superfici speciali: Su richiesta, vengono applicate anche superfici particolari a vista come essenze particolari, pannelli OSB, cartongesso, compensati, ecc.

Variazione della forma Nel piano del pannello: " " " " " Perpendicolarmente al piano del pannello: " "

34

"

"

"

variazione di lunghezza pari allo 0,02% per ogni 1% di modifica dellʼumidità del legno variazione di lunghezza pari allo 0,24% per ogni 1% di modifica dellʼumidità del legno

individuata dalla norma EN 13017-1 73

Caratteristiche Termiche Capacità di conduzione del calore35"

"

λ"

0.11 W/m "

in K

Capacità termica specifica"" " Resistenza alla diffusione del vapore"

" "

C" u"

1.61 kJ/kg" 20-50

in K

Resistenza al Fuoco I pannelli CLT hanno maggiore protezione antincendio grazie allʼassenza di giunti che comporta lʼassenza di propagazione dellʼincendio attraverso giunti aperti (effetto camino), una migliore protezione dalla combustione e tenuta al fumo.

La velocità di combustione è di 0,6 -0,7 mm circa al minuto.

Taglio e Trasporto Il taglio avviene in stabilimento con la tecnologia CNC più moderna. Viene eseguito sulla base dei disegni di produzione o esecutivi approvati dal cliente e dalle aziende incaricate della costruzione. Le tipologie di profilo degli spigoli eseguibili possono essere a intaglio per coprigiunto o a mezzo legno.

Oltre a realizzare le aperture per porte e finestre, si realizzano anche fresature varie, fori per il passaggio delle condutture delle installazioni e fori per il sollevamento tramite gru in cantiere.

Figura 64: Fori per trasporto e montaggio dei pannelli 35

come da perizia dellʼSP svedese del 10.07.2009

74

Dopo essere stati caricati, i pannelli in CLT vengono fissati con nastri forati per evitare che slittino lateralmente e quindi coperti con un telo per proteggerli dagli agenti atmosferici. Tra elementi e cinghie fermacarico vengon inoltre inseriti paraspigoli in cartone. Se si tratta di pannelli in qualità a vista, tra un pannello e lʼaltro viene posto un film a bolle dʼaria. Infine gli elementi vengono ricoperti con una pellicola filtrante contro i raggi UV in modo da garantire che il carico giunga integro in cantiere.

Figura 65: Carico del camion per trasporto dei pannelli

Omologazioni

Omologazione tecnica europea " ETA - 08 / 271 e marchiatura CE Omologazione edilizia per la Germania " Z-9.1-599 Certificazione PEFC Omologazione italiana

75

2.3.1. Casi Studio e applicazioni

76

77

2.4. Finnforest Merk - LENO, Finlandia Finnforest è una delle principali aziende del gruppo finnico Metsäliitto nel settore della lavorazione del legno. La materia prima per le soluzioni è rappresentata da legni nordici pregiati ed ecologici, che permettono di rispettare l'ambiente e aumentare la qualità di vita.

Leno® rappresenta la gamma di prodotti formata da elementi costruttivi in legno massiccio di alta qualità prodotte dalla FinnForest Merk con una tecnologia produttiva ideata e brevettata già nel 1994 che, per il pregio di rispettare le risorse ambientali, è stata insignita del “premio ambiente”.

Figura 66: Sede Finnforest

Dati tecnici di Produzione Gli elementi costruttivi in legno massiccio Leno vengono realizzati con lamelle incollate disposte a croce, sia che si tratti di pannelli standardizzati per solai, tetti o pareti oppure deI kit di montaggio per lʼintero edificio prefabbricato, costruito in modo personalizzato e preciso. Il processo di produzione a pressione sotto vuoto, brevettato ed economicamente conveniente, permette di produrre elementi di grandi dimensioni con elementi costruttivi di spessore particolarmente elevato e perfino elementi arcuati.

Tabella 11: Le dimensioni del pannello Leno

FORMATO MASSIMO Lunghezza 20 m LUNGHEZZA MINIMA LUNGHEZZA STANDARD SPESSORE MINIMO SPESSORE STANDARD

Larghezza 4,80 m

Spessore 0,50 m 5m 14,80 m 50 mm fino a 297 mm

Orientamento delle fibre: La direzione della fibra degli strati di copertura è orientabile sia per il senso della lunghezza che per quello della larghezza.

78

Caratteristiche di sezione dei diversi pannelli LENO Tabella 12: Le caratteristiche della struttura del pannello

SEZIONE DEGLI ELEMENTI Strati

3s

5s

6s

7s

8s

9s 11s *

Spessore (mm) 51 61 71 81 93 99 85 95 105 115 125 135 147 153 165 174 186 189 201 207 219 231 240 252 264 273 285 297 *KIL 85

Struttura del Pannello (mm) 17 17 27 27 33 33 17 17 27 27 27 27 33 33 33 33 33 27 27 27 33 33 27 33 33 33 33 33 27

17 17 27 17 17 27 27 27 27 33 33 33 17 17 17 27 17 17 17 27 27 17 27 27 27 27 27 33 33 33 27 27 27 33 27 27 33 27 33 27 33 27 33 33 33 27 33 27 33 33 33 27 33 27 33 33 Kerto 31

17 17 17 17 27 27 27 27 33 27 33 27 27 33 33 33 33 33 33 27 33 33 27

17 17 27 27 27 27 33 33 33 27 27 27 27 27 27 33 33 33 33 33 33 33

33 33 27 33 33 33 33 27 27 33 27 33 33

27 27 27 33 33 33 33 33 27 27 33

27 33 33 33 33 33

33 33 33

Dimensione massima dell’elemento 3,20 m x 12,00 m

Strato Perpendicolare Strato Parallelo l sistema costruttivo Leno è stato specificatamente ampliato con Kerto in Leno* per la parete esterna. La differenza con il classico pannello di legno massiccio è nello strato

79

centrale degli elementi, costituito da un pannello di compensato multistrato Kerto 36 stabile e di grande superficie, mentre su entrambi i lati vengono incollati strati di legno di conifera. Nella zona rivolta verso lʼinterno vengono realizzati già in fabbrica i fori per gli impianti, che permettono un'installazione rapida e semplice di cavi e tubi.

Rispetto alle qualità già presenti nel sistema costruttivo Leno, Kerto in Leno si contraddistingue soprattutto per una maggior resistenza strutturale, con spessori minimi, e per un concetto intelligente della tenuta allʼaria. Grazie allo strato centrale in Kerto si crea un involucro aperto alla diffusione ma allo stesso tempo più ermetico, con perdite termiche nettamente minimizzate grazie a pochi giunti, semplici e chiaramente definiti.

Figura 67: Kerto in Leno

Lamelle grezze Le tavole che compongono il pannello Leno hanno uno spessore che varia da 17 a 33 mm, essiccate artificialmente e giuntate a pettine. Per la realizzazione dei pannelli viene principalmente impiegata lʼessenza di abete rosso. La classe di resistenza delle lamelle di entrambi i pannelli è C24 o S10 con una percentuale massima del 10% di lamelle C16 .

36

Kerto è un pannello stratificato di sfogliati (Laminated Veneer Lumber, LVL) prodotto con sfogliati di abete, incollati fra loro. I piallacci vengono incollati secondo un allineamento sfalsato, con la fibratura più o meno parallela, mediante un processo continuo, con colle fenoliche. Il pannello stratificato di sfogliati è prodotto con sfogliati disposti prevalentemente in longitudinale, ma con alcuni sfogliati in direzione trasversale, in linea di principio, come per il compensato di tavole.

80

Umidità del pannello Per la produzione dei pannelli LENO viene usato legno con unʼumidità del 10 ± 2 % alla consegna, secondo lʼomologazione tecnica europea, per evitare lʼinfestazione di parassiti, funghi e insetti. Prima dellʼimpiego, tutte le lamelle di legno compensato vengono sottoposte ad un controllo della qualità.

Caratteristiche di produzione Lʼincollaggio può avvenire a scelta del committente tra resina melaminica (classe di emissione E1) o adesivo poliuretanico. La produzione dei pannelli avviene in un unica fase.

Qualità dei pannelli Qualità Industriale: Le lamelle vengono selezionate esclusivamente in base alla resistenza e non secondo criteri estetici, quindi possono essere presenti colorazioni, nodi e altre caratteristiche. Questa qualità è indicata per strutture portanti in particolare in aree non a vista o da rivestire.

Qualità Industriale a vista: La lamina di rivestimento viene prodotta con lamelle selezionate, con giunzione a pettine e levigate, da legno di abeti nordici. Le lamelle sono poste una vicina all'altra senza incollaggio laterale e quindi talvolta possono essere presenti piccole fughe. Lʼapplicazione più idonea di questa qualità è per elementi costruttivi a vista negli edifici industriali o commerciali.

Con queste caratteristiche si possono anche produrre elementi curvi.

Qualità a vista: In sostituzione delle lamelle di rivestimento, viene incollato un pannello in legno massiccio o multistrato del tipo abete (come da figura), di qualità A/B, così si vede una superficie senza fughe esteticamente pregiata. Su richiesta si possono usare essenze di altro tipo, come larice o douglasia. Visto il pregio dellʼelemento finito, lʼimpiego è maggiormente adatto per elementi costruttivi a vista nelle abitazioni.

81

Superfici speciali: Per le applicazioni speciali è possibile produrre pannelli stratificati specifici che in questo modo presenteranno delle proprietà del materiale individuali. Oltre a ciò, gli elementi possono essere realizzati di grande misura o curvati.

Superficie Spazzolata Strato di rivestimento spazzolato con spazzole in acciaio su uno o entrambi i lati.

Con la riduzione della parte di legno giovane morbido la spazzolatura mette in risalto il carattere del legno maturo e i suoi tratti distintivi. Tutte le varianti delle superfici speciali vengono proposte anche spazzolate.

Compensato Kerto Come rivestimento viene incollato un pannello in compensato Kerto. La lunghezza degli elementi in multistrato di tavole Leno con superficie speciale in compensato può raggiungere i 12,00 m senza congiungimento dei pannelli.

Kerto Fineline Premium Come rivestimento viene incollato un pannello in compensato Kerto Fine Premium, realizzabile su un lato o su entrambi i lati. Questa versione può essere realizzata senza giunzioni fino a una lunghezza di 19,80 m. Con queste caratteristiche vengono prodotti anche elementi curvi.

Superficie Fermacell Rivestimento con pannelli in gessofibra Fermacell 2x15mm. Fissato con graffe, senza incollatura ne spatolatura. Il secondo strato è disposto sfalsato.

Variazione della forma nel piano"

"

"

perpendicolare al piano"

~ 0,01 % per ogni % di variazione dell'umidità del legno ~ 0,2 % per ogni % di variazione dell'umidità del legno 82

Caratteristiche Termiche Capacità di conduzione del calore"

"

λ"

0.13 W/m "

in K

Capacità termica specifica"" " Resistenza alla diffusione del vapore"

" "

C" u"

2.10 kJ/kg" ca. 40-80

in K

Resistenza al Fuoco I pannelli XLam Leno bruciano in modo predefinito con una velocità di combustione di circa 0,7 mm al minuto. Inoltre i requisiti di protezione antincendio possono essere soddisfatti adottando ulteriori strati di legno applicati direttamente nel processo di produzione.

Taglio e Trasporto Il taglio delle aperture e dei profili longitudinali avviene in stabilimento con la tecnologia CNC più moderna. Viene eseguito sulla base dei disegni di produzione o esecutivi approvati dal cliente e dalle aziende incaricate della costruzione.

Con il preciso sistema robotizzato, le possibilità nella costruzione in legno diventano praticamente illimitate.

Figura 68: Taglio di elementi per la realizzazione di un fabbricato

Gli elementi debitamente tagliati a misura vengono consegnati puntualmente in cantiere dove vengono montati dallʼimpresa nel più breve tempo possibile per mezzo di gru.

Omologazioni Omologazione tecnica europea" ETA-10/0241 " e marchiatura CE " Omologazione tedesca per Iʼedilizia Z-9.1-100 Certificazione PEFC Omologazione italiana 83

2.4.1. Casi Studio e applicazioni

84

85

2.5. Mayr Melnhof Holz - M1 BSP, Austria La Mayr-Melnhof Kaufmann è una delle aziende leader in Europa, con oltre 50 anni di esperienza nel settore del legno.

Per un totale di cinque segherie e quattro poli operativi tra Austria, Germania, Svizzera, Repubblica Ceca e Russia la produzione comprende, accanto alla classica offerta di materiali per lʼedilizia, anche i più innovativi elementi in legno ingegnerizzato.

Figura 69: Stabilimento di produzione di Gaishorn, Austria.

Nel 2008 a Gaishorn, sito istituito nel 1991, venne costruito un nuovo capannone per la produzione dei pannelli di compensato strutturale di legno BSP. Lo stabilimento consta di 3 magazzini per prodotti finiti, 5 magazzini di materie prime, 19 forni di essiccazione, più impianti di selezione, incollaggio, pressatura e tutti i macchinari necessari alla produzione, che riesce a realizzare articoli per un massimo di sei case al giorno.

Figura 70: Capannone per la produzione dei pannelli M1 BSP crosspan.

86

Dati tecnici di Produzione Il pannello M1 BSP crossplan grazie alla struttura massiccia a strati incrociati offre caratteristiche di stabilità dimensionale e geometrica eccellenti ottimizzate con spessori ridotti, minor peso da trasportare e tempi di costruzione più brevi.

Tabella 13: Le caratteristiche della struttura del pannello

FORMATO MASSIMO Lunghezza 16,50 m SPESSORE MINIMO 2,40 m

Larghezza 3,00 m

Spessore 0,278 m 78 mm

LARGHEZZE DI COMPUTO STANDARD 2,65 m 2,75 m 2,90 m

3,00 m

Orientamento delle fibre: A seconda dellʼimpiego lʼorientamento degli strati esterni può essere scelto fra longitudinale (DL) e trasversale (DQ).

DL – Elementi di solaio

DQ – Elementi di parete

Caratteristiche di sezione dei diversi pannelli M1 BSP crossplan Tabella 14: Le caratteristiche della struttura del pannello COMPOSIZIONE DEL PANNELLO

Strati

Spessore (mm)

Struttura del pannello (mm)

78 25 28 25 94 33 28 33 98 32 34 32 3s 106 39 28 39 118 39 40 39 95 19 19 19 19 19 134 26 27 28 27 26 140 32 25 26 25 32 146 32 27 28 27 32 5s 160 39 27 28 27 39 173 40 27 39 27 40 184 39 33 40 33 39 198 39 40 40 40 39 214 39 27 27 28 27 7s 240 39 27 40 28 40 214 39 27 27 28 27 240 39 40 27 28 27 7ss 258 39 40 33 34 33 278 39 40 40 40 40 Altre dimensioni per lʼottimizzazione del prodotto sono disponibili su richiesta.

27 27 27 40 40 40

39 39 39 39 39 39

87

Lamelle grezze Le tavole che compongono il pannello M1 BSP hanno uno spessore che varia da 19 a 40 mm, essiccate artificialmente e giuntate a pettine.

Per la realizzazione del pannello viene principalmente impiegata lʼessenza di abete rosso caratteristiche dei boschi austriaci.

Su richiesta è possibile realizzare il pannello con altre specie arboree.

La classe di resistenza delle lamelle di entrambi i pannelli è C24 con una percentuale massima del 10% di lamelle C16 .

Umidità del pannello Per la produzione dei pannelli viene usato legno con unʼumidità del 12%, ± 2 % alla consegna, secondo lʼomologazione tecnica europea, per evitare lʼinfestazione di parassiti, funghi e insetti. Prima dellʼimpiego, tutte le lamelle di legno compensato vengono sottoposte al controllo della qualità.

Caratteristiche di produzione Lʼincollaggio avviene per mezzo di colle a base di resina melamminica37 , omologate per l'incollaggio di componenti in legno portanti in ambienti interni ed esterni, resistente agli agenti atmosferici e con giunzione incollata trasparente.

Le lamelle giuntate a pettine e piallate vengono posate sciolte lʼuna accanto allʼaltra e gli strati così ottenuti vengono incollati a tutta superficie con strati alternati in modo perpendicolare tra loro. Per evitare la formazione incontrollata di fessurazioni da tensioni interne non avviene alcun incollaggio sul lato stretto. Prima dell'applicazione della forza di compressione (> 8 N/mm2), gli strati vengono premuti lateralmente a misura per ottenere una superficie senza fughe.

Figura 70: Impianto di produzione dei pannelli M1 BSP .

37

tipo di colla I secondo EN 301 88

Qualità dei pannelli I pannelli M1 BSP crossplan sono disponibili in due esecuzioni delle superfici: Qualità Industriale: Adatta per il settore costruttivo, da rivestire successivamente a cura del committente.

La classificazione delle lamelle esterne avviene esclusivamente in base ai criteri di classificazione della resistenza, sono ammesse variazioni cromatiche fra le singole lamelle (ad es. azzurramento), nonché nodi, inclusioni di corteccia e tasche di resina. Possono verificarsi isolate fughe nello strato esterno, fuori uscite di colla e singoli punti di compressione e imbrattamenti.

Qualità Standard: Adatta per lʼimpiego a vista, soddisfa anche i requisiti estetici. Oltre ai criteri di classificazione richiesti per la resistenza, alle lamelle esterne vengono applicati criteri di più elevato pregio nella finitura dellʼelemento.

La superficie è piallata e levigata.

Superfici speciali: Su richiesta, vengono applicate anche superfici particolari a vista come essenze particolari, pannelli OSB, cartongesso, compensati, ecc.

Variazione della forma II" rispetto al piano del pannello" ⊥" rispetto al piano del pannello"

0,01 % per ogni % di variazione dellʼumidità 0,20 % per ogni % di variazione dellʼumidità

Caratteristiche Termiche Capacità di conduzione del calore" Capacità termica specifica"" " Resistenza alla diffusione del vapore"

" " "

λ" C" u"

0.13 W/m " 1.60 kJ/kg" ca. 60

in K in K

Resistenza al Fuoco I pannelli M1 BSP bruciano in modo predefinito con una velocità di combustione di circa 0 0,7 – 0,8 mm al minuto. Inoltre i requisiti di protezione antincendio variano in funzione della struttura del pannello e possono essere soddisfatti adottando ulteriori strati di legno applicati direttamente nel processo di produzione.

89

Taglio e Montaggio Su richiesta del cliente i pannelli M1 BSP crossplan possono essere tagliati a misura in fabbrica nei nostri centri di lavorazione CNC .

Le tipologie di profilo degli spigoli eseguibili possono essere a intaglio per coprigiunto, a mezzo legno e maschiatura (solo per elementi con larghezza massima di 1,2 m).

Figura 71: Le aperture in M1 BSP Oltre a realizzare le aperture per porte e finestre, si realizzano anche fresature varie, fori per il passaggio delle condutture delle installazioni e fori per il sollevamento.

Gli elementi in legno massello M1 BSP debitamente tagliati a misura vengono consegnati puntualmente in cantiere dove vengono montati dallʼimpresa nel più breve tempo possibile per mezzo di gru.

Figura 72: Ganci per sollevamento

Figura 73: Trasporto dei pannelli in orizzontale (sx) e in verticale (dx) .

Omologazioni Omologazione tecnica europea"

ETA -09 / 0036 "

e marchiatura CE " Omologazione tedesca per Iʼedilizia Z-9.1-638 Certificazione PEFC Omologazione italiana Marchio di qualità bioedilizia IBR Rosenheim

90

2.5.1. Casi Studio e applicazioni

91

92

2.6. HMS Bausysteme - HMS BSP, Germania La HMS-Bausysteme è unʼazienda innovativa nel settore delle lavorazioni in legno massiccio che si occupa di sviluppo, produzione e commercializzazione di sistemi di costruzione attuali, in collaborazione con il gruppoHaas.

Figura 74: Nuovo stabilimento di produzione HMS attualmente in costruzione.

Il gruppo Haas, un gruppo di aziende a conduzione familiare, è annoverato tra i più importanti fornitori di prodotti per lʼedilizia a livello internazionale. Lʼazienda fondata nel 1971, trova le sue radici nellʼartigianato ed è oggi in fase di espansione in quasi tutti i settori. L'obiettivo del gruppo Haas è sempre stato quello di sviluppare nuove possibilità nell'edilizia moderna, per essere in grado di offrire un prodotto finito di alta qualità con un equivalente rapporto di prezzo/qualità.

Figura 75: Stabilimento di produzione per pannelli HMS. 93

Dati tecnici di Produzione Gli elementi in legno compensato di tavole HMS bsp-holz consistono in una struttura omogenea e solida, con incollaggio a croce di pannelli massicci monostrato di grande formato.

Tabella 15: I formati dei pannelli HMS

FORMATO MASSIMO Lunghezza 18 m SPESSORE MINIMO

Larghezza 4m

Spessore 0,217 m 75 mm

Orientamento delle fibre: I pannelli HMS, da catalogo, non presentano una diversificazione in base allʼimpiego strutturale come elementi di parete o di solaio. Nel momento in cui si effettua lʼordine , bisogna specificare lʼorientazione degli strati superficiali che, a seconda dellʻutilizzo potrà essere consegnato longitudinale (DL) o trasversale (DQ).

Caratteristiche di sezione dei diversi pannelli HMS Tabella 16: Le caratteristiche della struttura del pannello STRUTTURA E SPESSORI DEL PANNELLO

Strati

Spessore (mm)

3s

5s

7s

75 81 93 125 131 143 155 175 181 193 205 217

Struttura del pannello (mm) 25 25 25 25 31 25 31 31 31 25 25 25 25 25 31 25 31 31 31 31 31 25 25 25 25 25 25 25 25 31 25 31 31 31 31 31 Strati Trasversali Strati Longitudinali

25 25 31 31 25 25 31 31 31

25 25 25 31 25 25 31 31 31

25 25 25 31 31

25 25 25 25 31

Lamelle grezze Le tavole che compongono il pannello HMS hanno uno spessore che varia da 19 a 40 mm, essiccate artificialmente e giuntate a pettine.

La classe di resistenza delle lamelle di entrambi i pannelli è C24 con una percentuale massima del 10% di lamelle C16 .

94

Umidità del pannello Per la produzione dei pannelli viene usato legno con unʼumidità del 12%, ± 2 % alla consegna, secondo lʼomologazione tecnica europea, per evitare lʼinfestazione di parassiti, funghi e insetti. Prima dellʼimpiego, tutte le lamelle di legno compensato vengono sottoposte al controllo della qualità.

Caratteristiche di produzione Lʼincollaggio dei pannelli avviene in due fasi: 1) Colle MUF, E1, resistente agli agenti atmosferici con giunto incollato trasparente, per quanto riguarda la composizione del pannello monostrato 2) Colle poliuretaniche PMDI, prive di formaldeide, per la realizzazione del pannello multistrato HMS bsp-holz.

Qualità dei pannelli I pannelli in legno vengono offerti in una sola qualità superficiale standard.

Questa superficie impiega lamelle di qualità BC, è piallata su entrambi i lati e presenta minime imperfezioni.

In alternativa viene proposto il prodotto HMS bi holz , ottenuto grazie allʼapplicazione di pannelli di legno di spessore 12 mm su tutte le superfici di pareti visibili internamente. Grazie alle dimensioni dei singoli pannelli non ci sono giunzioni negli ambienti interni, ad eccezione dei raccordi meccanici. In questo modo tutte le superfici delle pareti sono già preparate per i successivi lavori di tinteggiatura e non è necessaria lʼapplicazione supplementare di lastre in gesso o similari.

Variazione della forma In direzione longitudinale " "

"

0,010 % ogni % variazione umidità legno

In direzione trasversale " "

"

0,025 % ogni % variazione umidità legno

Caratteristiche Termiche Capacità di conduzione del calore" Capacità termica specifica"" "

" "

λ" C"

0.13 W/m " 2.10 kJ/kg"

Resistenza alla diffusione del vapore"

"

u"

ca. 70

in K in K 95

Resistenza al Fuoco La velocità di combustione dei pannelli HMS è pari a 0,67 mm al minuto.

Taglio e Trasporto Il taglio delle aperture e dei profili longitudinali avviene in stabilimento con la tecnologia CNC più moderna. Viene eseguito sulla base dei disegni di produzione o esecutivi approvati dal cliente e dalle aziende incaricate della costruzione. Le tipologie di profilo dei bordi eseguibili possono essere a intaglio o a mezzo legno.

Oltre a realizzare le aperture per porte e finestre, si realizzano anche fresature varie, fori per il passaggio delle condutture delle installazioni e fori per il sollevamento.

Gli elementi in legno massello M1 BSP debitamente tagliati a misura vengono consegnati puntualmente in cantiere dove vengono montati dallʼimpresa nel più breve tempo possibile per mezzo di gru.

Figura 76: Trasporto dei pannelli HMS.

Omologazioni Omologazione tecnica europea"

ETA - 08/0242 "

e marchiatura CE " Omologazione tedesca per Iʼedilizia Z-9.1-680 Certificazione PEFC

Marchio di qualità bioedilizia IBR Rosenheim

96

2.6.1. Casi Studio e applicazioni

97

2.7. Panoramica e Considerazioni Risulta interessante effettuare un confronto tra produttori e materiali, poichè tale confronto evidenzia le differenti metodologie di produzione e le caratteristiche specifiche dei singoli prodotti disponibili sul mercato.

Nelle tabelle che seguono si evidenziano le principali differenze tra i produttori di pannelli XLam analizzati.

Tabella 15: Analisi del formato dei prodotti.

Lunghezza (m)

FORMATI Larghezza (m)

16,50 24 22 16 20 16,50

2,95 1,25 3,50 2,95 4,80 3

57 – 500

Stora Enso Finnforest Mayr Melhnof

KLH BBS 125 BBS XL CLT LENO M1 BSP

Hms Bausysteme

HMS BSP

18

4

75 – 217

PRODUTTORE

PRODOTTO

Massivholz Binderholz

Spessore (mm) 66 – 341 57 – 400 50 – 500 78 – 278

Tabella 16: Analisi degli spessori dei prodotti secondo la stratigrafia del pannello.

PRODOTTO KLH BBS 125 BBS XL

STRATIGRAFIA E STRUTTURA DEL PANNELLO 3 STRATI (MM) Parete/solaio Parete Solaio

PRODOTTO

BBS XL

M1 BSP HMS BSP

57, 74, 83, 97, 103, 112, 119, 126

STRATIGRAFIA E STRUTTURA DEL PANNELLO 5 STRATI (MM) Parete/solaio Parete Solaio 95, 128, 158

117, 125, 140, 146, 162, 182, 200

95, 138, 161

95, 121, 138, 150, 165, 182, 196, 211

95, 100, 110, 120, 130, 140, 147, 163, 181, 203, 213

CLT LENO

57, 83, 97 51, 61, 71, 81, 93, 99 78, 94, 98, 106, 118 75, 81, 93

KLH BBS 125

60, 78, 90, 95, 108, 120

66, 78, 90, 100, 110, 120, 130

CLT LENO M1 BSP HMS BSP

57, 72, 94

85, 95, 105, 115, 125, 135, 147, 153, 165 95, 134, 140, 146, 160, 173, 184, 198 125, 131, 143, 155 98

PRODOTTO KLH BBS 125 BBS XL CLT LENO M1 BSP HMS BSP

STRATIGRAFIA E STRUTTURA DEL PANNELLO 7 STRATI (MM) Parete/solaio Parete Solaio 202, 226 233, 248, 284, 299, 341 194, 216, 237 x 214, 240 175, 181, 193, 205, 217

STRATIGRAFIA E STRUTTURA DEL PANNELLO 7 STRATI SS* (MM) Parete/solaio Parete Solaio

PRODOTTO KLH BBS 125 BBS XL

208, 230, 260, 280 x 209, 223, 249, 267, 296

CLT 189, 201, 207, 219, 231 M1 BSP 214, 240, 258, 278 HMS BSP x * Pannello con doppio strato esterno LENO

PRODOTTO

6s

STRATIGRAFIA E STRUTTURA DEL PANNELLO STRATI SPECIALI (MM) 8s 8ss* 9ss*

KLH 248 BBS 125 BBS XL CLT LENO 174, 186 M1 BSP HMS BSP * Pannello con doppio strato esterno

11s

300, 320 x x 240, 252, 264 273, 285, 297 x x

85 Kerto

99

Le dimensione del prodotto e la composizione della stratigrafia del pannello sono le variabili che contraddistinguono maggiormente la gamma di produttori.

La flessibilità costruttiva dipende dal formato e dagli spessori disponibili, a seconda delle necessità progettuali si può prediligere un pannello piuttosto che unʼaltro.

Il comportamento strutturale del materiale è però identico, pur differenziandosi in funzione della qualità del materiale e della composizione esatta.

Lʼapplicazione standard prevede pannelli che di regola non superano, nella dimensione più corta, l'altezza di un piano d'edificio, per evidenti ragioni di opportunità progettuale e costruttiva, ma anche per evidenti ragioni di trasporto del pannello finto. Le tabelle mostrano come la diversità dell'offerta sia ampia, tra valori molto simili, se non per un caso in cui le dimensioni massime di un lato del pannello siano limitate a 1,25 m.

La larghezza diversa del pannello porta evidentemente ad una gestione diversa della produzione e del montaggio degli elementi costruttivi dell'edificio, che può e deve di volta in volta essere valutata ed analizzata nel dettaglio. Le ragioni per l'uso di pannelli di dimensioni ridotte possono essere di natura diversa, come per esempio il trasporto in piccole unità, la modularità della costruzione, la necessità di lavorare con elementi di peso ridotto o altro ancora.

Nellʼottica della strategie economiche-produttive aziendali, il formato ridotto comporta la possibilità di immagazzinare il materiale prefabbricato, con una conseguente disponibilità immediata della risorsa.

La valutazione della realizzazione dell'elemento strutturale, tramite giunzione di più elementi o tramite produzione di un singolo pannello, rappresenta le fondamenta per la definizione del progetto che deve basarsi sulla soluzione più appropriata.

In linea di principio per gli elementi X-Lam si possono applicare in tutti gli spessori disponibili tanto come parete che come solaio. I prodotti vengono presentati in due modi: senza distinzione tra elementi di solaio e parete o con distinzione. Nel primo caso, lʼofferta unica di elementi comporta che a seconda dellʼimpiego lʼorientamento degli strati esterni può essere scelto fra longitudinale e trasversale, mentre nel secondo caso vengono già fornite le sezioni con distinzione tra pareti e solaio. La differenziazione delle sezioni dei componenti, se applicata dai produttori, sembrerebbe implicare una maggiore accuratezza nello sviluppo della struttura del pannello. In ogni caso lo spessore del pannello devʼessere scelto secondo il calcolo gli sforzi strutturali al quale sarà sottoposto in opera. Invece, come già detto in precedenza, la lunghezza del pannello è un parametro principalmente regolato dai limiti del trasporto e del montaggio in cantiere.

100

Oltre alle caratteristiche geometriche dei pannelli, la gamma dei prodotti XLam si differenzia secondo altri parametri che variano dalla materia prima alle omologazioni.

Tabella 17: Analisi dei parametri della produzione dei pannelli.

PRODOTTO KLH BBS 125 BBS XL CLT LENO M1 BSP HMS BSP

ESSENZA

SPESSORE

UMIDITÀ

Abete Dougl Abete Larice Pino Cembro Rosso asia Bianco ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

(mm)

%

19 - 40

12 +/- 2

17 - 43

12 +/- 2

19 - 42 17 _ 33 19 - 40 19 - 40

12 +/- 2 10 +/- 2 12 +/- 2 12 +/- 2

PRODOTTO

PRODUZIONE

COLLE

KLH BBS 125 BBS XL CLT LENO M1 BSP HMS BSP

1 Fase 2 Fasi 1 Fase 2 Fasi 1 Fase + Pannelli Curvi 1 Fase 2 Fasi

PUR MUF + PU PUR PUR MUF o PU MUF MUF + PMDI

La distinzione tra i vari produttori inizia dalla specie arborea, un parametro di importanza marginale ma altrettanto vincolante nel caso di richieste particolari.

Le tavole ricavate dalla lavorazione del tronco, di spessore soggettivo a seconda del produttore, sono successivamente essiccate artificialmente e classificate in base alla resistenza per ottenere valori adatti allʼesercizio secondo la normativa.

Un contenuto minore di umidità nel legno comporta una maggiore efficienza di stabilità dettata dalle caratteristiche fisiche di ritiro e rigonfiamento proprie del materiale.

Per quanto riguarda le procedure di produzione, non sono ancora stati sviluppati studi approfonditi in merito alla continuità, o non continuità, fra una tavola e l'altra nella direzione perpendicolare alla fibratura. A rigor di logica, si sostiene che lʼincollatura in un unica fase conferisce al pannello una stabilità dimensionale infinitesimamente minore rispetto alla produzione in due fasi. Con la realizzazione di pannelli monostrato successivamente incollati a strati incrociati, la solidità del pannello è maggiormente ottenuta in quanto il contatto tra gli strati trasversali è garantito dallʼincollatura strutturale.

La diversa tipologia di collanti applicati nella produzione del pannello non ha valenza strutturale, bensì risponde a canoni di salubrità e di comportamento in caso di 101

incendio. Le resine poliuretaniche sono proprie di ulteriori vantaggi rispetto alle colle ureiche. La pratica di usare una combinazione di colle, resine poliuretaniche negli strati trasversali e resine ureiche negli strati longitudinali, ha il vantaggio di ridurre i cicli alla pressa, impartendo al tempo stesso caratteristiche di stabilità.

Tabella 18: Analisi della qualità degli strati esterni dei pannelli finiti.

PRODOTTO KLH BBS 125 BBS XL CLT LENO M1 BSP HMS BSP

QUALITÀ DELLE SUPERFICI Grezzo ° ° ° ° ° °

Industriale ° °

A vista ° °

°

° ° °

°

Speciale ° ° ° ° °° ° °

Piallata ° °

Levigata ° °

Spazzolata °

° ° °

° ° °

°

La qualità delle superfici è principalmente vincolata dallʼaspetto proprio del legno modificato nelle varie fasi di lavorazione. Lʼesecuzione dellʼincollaggio dei giunti e lʼaccuratezza delle lavorazioni principali sono i parametri principali che influiscono sulla qualità superficiale del prodotto finito. Inoltre, la possibilità di realizzare una certa tipologia di finitura piuttosto che lʼapplicazione di uno strato supplementare dipendono essenzialmente dalla disponibilità dei materiali e dallʼutilizzo di macchine di lavorazione delle rispettive aziende. Sicuramente un aspetto importante nella scelta del prodotto è lʼaspetto estetico, soprattutto quando il materiale devʼessere utilizzato a vista. Nonostante le varie caratteristiche di produzione, solo una volta che il pannello arriva in cantiere si può constatare il pregio superficiale e la precisione di realizzazione.

Tabella 19: Analisi delle lavorazioni dei bordi longitudinali

PRODOTTO

LAVORAZIONE DEI PROFILI Mezzo legno °

Intaglio °

Maschiatura

°

°

°

°

° °

M1 BSP

°

°

HMS BSP

°

°

KLH BBS 125 BBS XL CLT LENO

Solo per elementi di larghezza di 1,2 m

Le tipologie di lavorazione dei profili è strettamente collegata con la giunzione dei componenti parete-parete e solaio-solaio. In base al taglio degli spigoli del pannello 102

in fase di montaggio bisognerà utilizzare una tipologia ben definita di connessione tra le parti. I diversi produttori diversificano la tipologia di lavorazione dei profili longitudinali in funzione delle giunzioni parete-parete e solaio-solaio che verranno realizzate in fase di assemblaggio in cantiere.

Tabella 20: Analisi delle omologazioni dei prodotti

OMOLOGAZIONI Benestare CE Tecnico EU

PRODOTTO

Omologazione Prodotto

KLH BBS 125 BBS XL CLT LENO M1 BSP HMS BSP

Z-9.1-482

ETA-06/138

°

°°

Z-9.1-534

ETA-06/0009

°

°

Z-9.1-599 Z-9.1-100 Z-9.1-638 Z-9.1-680

ETA-08/271 ETA-10/0241 ETA-09/0036 ETA-08/0242

° ° ° °

° ° ° °

Altre

L'omologazione del prodotto contiene tutte le indicazioni relative alla produzione e all'impiego, comprese le indicazioni e i valori per il calcolo, in quanto non esiste una norma di prodotto unificata e completa.

La flessibilità progettuale che deriva dallʼampia gamma di prodotti di produzione europea si riflette nelle scelte architettoniche. La differenza di dimensione, essenza e qualità costituisce la base decisionale per lo sviluppo del progetto. Inoltre, i criteri di scelta del prodotto spesso esulano dalle caratteristiche intrinseche del pannello e possono essere i più svariati: prezzo, tempi di consegna, condizioni di trasporto e montaggio, supporto tecnico dellʼazienda produttrice...

Nel caso di costruzioni standar, intese come interventi che non sono propri di una particolare complessità, i prodotti e i produttori, più o meno, sono analoghi.

Quando invece subentrano delle esigenze costruttive specifiche, come la realizzazione di superfici curve, un impiego minore di connessioni metalliche o strutture di particolare complessità, la gamma di prodotti XLam idonei alla progettistica si restringe a pochi produttori. Le diverse interpretazioni dellʼarchitetto sulle potenzialità del materiale giocano un ruolo fondamentale nella definizione dellʼoggetto in fase di progettazione. Utilizzare una parete in sviluppo orizzontale o verticale, prevedere le aperture come tagli nel pannello o crearle tramite un gioco di pieni e vuoti, fare uso di pannelli curvi o comporre pareti e copertura dividendo elementi lineari in piccoli settori per ottenere la stessa percezione geometrica, sono solo alcuni dei stratagemmi compositivi usufruibili per la disposizione geometrica delle parti.

103

3. Il quadro normativo La produzione di pannelli XLAM per uso strutturale è regolata dalla certificazione e omologazione della produzione dei singoli pannelli. La basi per la produzione sono definite dalla regolamentazione sulla produzione di elementi di legno strutturale incollati a livello industriale, conosciute per esempio in relazione al legno lamellare incollato.

L'Ente Nazionale Italiano di Unificazione (UNI)38 rappresenta l'Italia nelle attività di normazione a livello mondiale (ISO) ed europeo (CEN) allo scopo di promuovere l'armonizzazione delle norme europee.

Nonostante non esista una normativa specifica del prodotto, svariate norme europee regolano la qualità, la sicurezza, la certificazione, lʼomologazione e il controllo per tutti gli elementi e le fasi di lavorazione che concorrono per la realizzazione dei pannelli di legno massiccio a strati incrociati XLam. Legislazione italiana NTC2008 - Norme tecniche per le costruzioni - D.M. 14 Gennaio 2008 In questo documento sono contenute tutte le basi e i principi per il calcolo delle strutture di legno, oltre a quelle su altri materiali da costruzione (cls, acciaio, ecc.), lʼargomento è trattato in 3 parti distinte: - nel capitolo "4. Norme sulle costruzioni" - "4.4 Costruzioni di legno" che contiene le indicazioni sui principi di calcolo da applicare e da seguire per gli elementi strutturali di legno; - nel capitolo "7. Progettazione per azioni sismiche" - "7.7 Costruzioni di legno" che contiene le indicazioni essenziali e specifiche alle strutture di legno in zona sismica; - nel capitolo "11. Materiali e prodotti per uso strutturale"- "11.7 Materiali e prodotti a base di legno", che descrive le prescrizioni legate all'omologazione e alla certificazione dei materiali di legno per uso strutturale.

In esso sono descritti in modo esplicito il legno massiccio (capitolo 11.7.2), il legno con giunti a dita (capitolo 11.7.3) e il legno lamellare incollato (capitolo 11.7.4).

Appare evidente come l'XLAM non rientri in nessuna di queste 3 categorie e non sia quindi oggetto di questi capitoli o di un altro capitolo specifico delle NTC. L'XLAM è oggetto del capitolo "11.7.6 Altri prodotti derivati dal legno per uso strutturale", che rimanda alle procedure di qualificazione (capitolo 11.7.10).

Le indicazioni dettagliate si trovano nel DT206-CNR, dal titolo "Istruzioni per la progettazione, Esecuzione e Controllo delle strutture di legno" edito nel 2008 che è, di fatto, il complemento applicativo delle NTC.

38

è unʼassociazione privata senza scopo di lucro che svolge attività normativa in tutti i settori industriali, commerciali e del terziario 104

Fino a poco tempo fa lʼItalia non era dotata di uno strumento legislativo specifico che regolamentasse il calcolo, lʼesecuzione ed il collaudo delle strutture in legno.

Era necessario fare riferimento alle normative in vigore in altri paesi europei Norme tedesche: DIN 1052:2004 Norme austriache : ÖNORM: B 4100 (Parte 1 : Costruzioni in legno - Simboli; Parte 2 : Strutture portanti in legno) e B 4101 (Costruzioni in legno, strutture portanti nellʼedilizia) Norme svizzere: S.I.A. 164 Norme francesi: Regles C.B. 71 Norme inglesi: BSI 5268/1988 UNI EN 338:2009 - Legno strutturale - Classi di resistenza.

La norma stabilisce un sistema di classi di resistenza per uso generale nei codici strutturali. Essa fornisce inoltre valori caratteristici delle proprietà di resistenza, di rigidezza e della massa volumica per ciascuna classe, e le regole per lʼassegnazione dei tipi di legno (cioè le combinazioni di specie, provenienza e categoria) alle classi.

La norma si applica a tutti i legnami di conifere e di latifoglie per uso strutturale.

UNI EN 14081-1:2006 - Strutture di legno - Legno strutturale con sezione rettangolare classificato secondo la resistenza.

La norma specifica i requisiti per la classificazione a vista e a macchina del legno strutturale con sezione rettangolare. È alla base della procedura di certificazione con il marchio CE del prodotto.

Parte 1: Requisiti generali Parte 2: Classificazione a macchina - Requisiti aggiuntivi per le prove iniziali di tipo Parte 3: Classificazione a macchina - Requisiti aggiuntivi per il controllo della produzione in fabbrica UNI EN 301:200639 - Adesivi fenolici e amminoplastici per strutture portanti di legno Classificazione e requisiti prestazionali.

La norma definisce una classificazione degli adesivi policondensati fenolici ed amminoplastici in funzione della loro utilizzabilità per strutture portanti in legno in diverse condizioni di esposizione climatica e specifica, altresì i requisiti prestazionali applicabili a detti adesivi destinati unicamente alla produzione di strutture portanti in legno.

39

I requisiti prestazionali della norma si applicano unicamente all'adesivo e non alla struttura.

105

UNI EN 302:2005 - Adesivi per strutture portanti di legno - Metodi di prova.

La norma descrive un metodo per determinare: Parte 1: Determinazione della resistenza del giunto al taglio a trazione longitudinale Parte 2: Determinazione della resistenza alla delaminazione Parte 3: Determinazione dell'effetto dell'attacco acido alle fibre del legno, dovuto ai trattamenti ciclici di temperature e di umiditĂ , sulla resistenza alla trazione trasversale Parte 4: Determinazione dell'effetto del ritiro del legno sulla resistenza a taglio Parte 5: Determinazione della durata convenzionale dell'assemblaggio Parte 6: Determinazione del tempo di pressatura convenzionale Parte 7: Determinazione del tempo di lavoro convenzionale UNI EN 385:2003 - Legno strutturale con giunti a dita. Requisiti prestazionali e requisiti minimi di produzione.

La norma specifica i requisiti per giunti a dita incollati ed i requisiti minimi per la fabbricazione di giunti a dita fresati negli elementi di legno strutturale. Vengono inoltre elencati i requisiti per il legno, l'adesivo, l'umiditĂ , la fresatura, l'incollaggio.

UNI EN 1995-1:2009 - Eurocodice 540 : Progettazione delle strutture di legno.

Parte 1-1: Regole generali - Regole comuni e regole per gli edifici.

La norma fornisce le regole generali di progettazione delle strutture di legno, insieme alle regole di progettazione specifiche per gli edifici. La norma si applica alle strutture di legno (legno massiccio, segato, piallato o sotto forma di pali, legno lamellare incollato oppure prodotti strutturali a base di legno, per esempio LVL) e ai pannelli a base di legno, uniti mediante adesivi o collegamenti meccanici.

UNI EN 1194:2000 - Strutture di legno. Legno lamellare incollato - Classi di resistenza e determinazione dei valori caratteristici.

La norma specifica un sistema di classi di resistenza per il legno lamellare incollato per usi strutturali, fornendone i valori caratteristici. La norma si applica al legno lamellare incollato di conifere.

UNI EN 391:2003 - Legno lamellare incollato. Prova di delaminazione delle superfici di incollaggio.

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Gli Eurocodici (EC) sono norme europee (applicabili ai paesi della CEE) per la progettazione strutturale. Si allineano alle norme nazionali vigenti e consentono al professionista l'utilizzo di criteri di calcolo comuni per la progettazione delle strutture e dei relativi elementi strutturali, nonchĂŠ le regole per la verifica dei requisiti di conformitĂ e sicurezza essenziali, adottabili anche all'estero.

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La norma specifica tre metodi di delaminazione per il controllo di qualitĂ continuativo dell'integritĂ delle superfici di incollaggio nel legno lamellare incollato.

UNI EN 392:1997 - Legno lamellare incollato. Prova di resistenza a taglio delle superfici di incollaggio.

Descrive un metodo per la misurazione, nel legno lamellare incollato della resistenza a taglio della superficie di incollaggio parallela alla fibratura.

UNI EN 14080:2005 - Strutture di legno - Legno lamellare incollato - Requisiti.

La norma fornisce anche la metodologia per la valutazione di conformitĂ e la marcatura CE del legno lamellare incollato.

UNI EN 386:2003 - Legno lamellare incollato - Requisiti prestazionali e requisiti minimi di produzione La norma specifica i requisiti per i componenti di elementi di legno lamellare incollato e i requisiti minimi per la produzione di tali elementi per uso strutturale.

UNI EN 13017-1:2001 - Pannelli di legno massiccio - Classificazione in base all'aspetto delle facce - Conifere La norma specifica i requisiti generali e le classi di aspetto sia per i pannelli di legno massiccio a singolo strato che per i pannelli di legno massiccio multistrato, questi ultimi aventi uno spessore minimo degli strati esterni di 3,5 mm, ricavati da legno di conifere (per esempio abete, pino, larice).

UNI EN 1995-1-2:2005 - Eurocodice 5 : Progettazione delle strutture di legno.

Parte 2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio.

La norma indica i criteri per la progettazione delle strutture di legno in situazioni di esposizione al fuoco da utilizzare a completamento di quelle date nelle UNI EN 1995-1-1(regole comuni e regole per gli edifici) e UNI EN 1991-1-2 (per le costruzioni di ponti). Nella norma sono identificate le differenze e i criteri aggiuntivi rispetto al dimensionamento a temperatura normale e sono trattati soltanto i metodi passivi di protezione e non quelli attivi. La norma si applica ad edifici ove è richiesto di evitare il collasso prematuro della struttura e di evitare la propagazione dell'incendio oltre la compartimentazione.

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4. Conclusioni La trattazione della tesi ha voluto evidenziare da un lato le caratteristiche tecniche e dallʼaltro le differenze tra i prodotti disponibili sul mercato sviluppatisi a partire dalla stessa tecnologia: XLam. Alla luce di quanto esposto risulta chiaro che la tecnica di incollaggio a strati incrociati, ruotati alternativamente di 90° rispetto alla direzione della fibratura, ha consentito lo sviluppo di un materiale naturale vivo. Pur conservando i pregi strutturali e materici propri del legno massello ha minimizzato i difetti eliminando i problemi relativi alla dimensione degli elementi e alla stabilità dimensionale, caratteristiche collegate alle proprietà fisiche.

Grazie alla sovrapposizione incrociata degli strati di tavole fra loro incollati si genera la possibilità di scaricare il peso lungo due assi, cosa che finora era stata prerogativa dellʼedilizia in cemento armato. Tale caratteristica offre maggiori libertà in fase di progettazione degli ambienti, per esempio la possibilità di semplificare le costruzioni e di ridurre le altezze dei solai grezzi. Anche le strutture con aggetti ad angolo o poggianti su un punto, pur legate ad un più impegnativo lavoro di progettazione, risultano agevolmente realizzabili.

Con la produzione di elementi di solaio (funzione strutturale di piastra) e parete (funzione strutturale di lastra) ogni componente della costruzione assume un ruolo fondamentale nella definizione della struttura portante formata da elementi piani e spessori ridotti.

I pannelli a strati di legno a strati incrociati XLam sono quindi dei prodotti monolitici che possono essere facilmente abbinati ad altri materiali da costruzione e che garantiscono elevata resistenza ai carichi. Inoltre, sono leggeri, dotati di un ottimo isolamento termico e acustico, equilibrio igronometrico nonché una certa qualità estetica.

Lʼintroduzione del taglio tramite macchine a controllo numerico computerizzato (tecnologia CNC), ha portato alla nascita di una vera e propria industria del prefabbricato in legno, capace di produrre pezzi unici e perfettamente aderenti agli esecutivi progettuali, caratterizzati da incastri che minimizzano il margine di errore sia in stabilimento sia in cantiere.

Gli edifici in Xlam sono sistemi prefabbricati, dove gli elementi vengono montati in opera e collegati tra di loro in cantiere tramite giunzioni. A livello pratico è assimilabile ad una struttura scatolare in cui le pareti e i solai sono formati da diaframmi costituiti da pannelli di legno massiccio molto rigidi e resistenti, collegati fra loro mediante collegamenti meccanici. La struttura scatolare tipica della progettazione di edifici multipiano, impartisce la giusta rigidità e duttilità alle strutture portanti, conferendogli 108

unʼottima capacità anti-sismica. Tale caratteristica è determinata anche dalla scelta delle connessioni, differenziate in base alla finalità strutturale degli elementi progettuali. Il processo costruttivo si ripete piano per piano, costituendo piattaforme orizzontali indispensabili per il posizionamento e ancoraggio dei pannelli verticali successivi.

Il collegamento delle pareti del piano terra alle fondazioni deve impedire che per effetto delle azioni orizzontali (vento o sisma), agenti nel piano stesso della parete e in generale su tutto lʼedificio si possa verificare sia il ribaltamento che lo scorrimento della struttura. Le pareti vengono realizzate o con un unico elemento dotato di tutte le aperture per porte e finestre oppure mediante lʼassemblaggio di più pannelli collegati fra di loro mediante collegamenti meccanici realizzati con lʼutilizzo di strisce di pannello multistrato o con giunti a mezzo-legno fra i pannelli e viti o chiodi.

I solai di interpiano e di copertura vengono invece sempre realizzati mediante lʼassemblaggio di più pannelli con giunti meccanici realizzati con modalità simili a quelle utilizzate per il collegamento verticale fra i pannelli della parete che poggiano e sono collegati alle pareti sottostanti ed eventualmente a travi rompitratta di legno lamellare.

Per di più, la capacità stessa del legno di resistere meccanicamente al fuoco, fa del materiale XLam un ottimo combustibile resistente alla combustione, in ciò coadiuvato dallʼutilizzo di pannelli di rivestimento che ne aumentano ulteriormente la capacità ignifuga.

Per le sue caratteristiche meccaniche, il legno è naturalmente elastico e quindi sopporta facilmente una lieve deformazione: questo si manifesta in modo positivo in particolare modo durante l'azione del sisma, in quanto la minor rigidezza (cioè la maggiore deformabilità) della costruzione permette di meglio assorbire l'onda sismica.

Il mercato del legno è in continua espansione. Dʼaltra parte, di motivi che spiegano la crescente popolarità di questo materiale naturale ce ne sono più che a sufficienza: le sue infinite possibilità dʼimpiego e le sue incomparabili caratteristiche, come anche la maggiore consapevolezza in termini di salute ed ambiente ed i progressi compiuti nel campo delle tecnologie del legno, influenzano in maniera determinante le scelte ed i progetti di costruttori, architetti e carpentieri.

Il confronto tra i maggiori produttori a livello europeo permette di comprendere in maniera più completa le tipologie di prodotti XLam disponibili per lʼimpiego nella costruzione. In seguito allʼanalisi effettuata, le dimensione del prodotto e le sezioni del pannello sono le variabili che contraddistinguono maggiormente la vasta gamma di produttori. Il comportamento strutturale del materiale è però identico, pur differenziandosi in funzione della qualità del materiale e della composizione esatta.

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Lʼapplicazione standard prevede pannelli che di regola non superano, nella dimensione più corta, l'altezza di un piano d'edificio, per evidenti ragioni di opportunità progettuale e costruttiva, ma anche per evidenti ragioni di trasporto del pannello finto. La larghezza diversa del pannello porta evidentemente ad una gestione diversa della produzione e del montaggio degli elementi costruttivi dell'edificio, che può e deve di volta in volta essere valutata ed analizzata nel dettaglio. Le ragioni per l'uso di pannelli di dimensioni ridotte possono essere di natura diversa, come per esempio il trasporto in piccole unità, la modularità della costruzione, la necessità di lavorare con elementi di peso ridotto o altro ancora.

Nellʼottica della strategie economiche-produttive aziendali, il formato ridotto comporta la possibilità di immagazzinare il materiale prefabbricato, con una conseguente disponibilità immediata della risorsa.

La valutazione della realizzazione dell'elemento strutturale, tramite giunzione di più elementi o tramite produzione di un singolo pannello, rappresenta le fondamenta per la definizione del progetto che deve basarsi sulla soluzione più appropriata.

In linea di principio per gli elementi X-Lam si possono applicare in tutti gli spessori disponibili tanto come parete che come solaio. I prodotti vengono presentati in due modi: senza distinzione tra elementi di solaio e parete o con distinzione. Nel primo caso, lʼofferta unica di elementi comporta che a seconda dellʼimpiego lʼorientamento degli strati esterni può essere scelto fra longitudinale e trasversale, mentre nel secondo caso vengono già fornite le sezioni con distinzione tra pareti e solaio. La differenziazione delle sezioni dei componenti, se applicata dai produttori, sembrerebbe implicare una maggiore accuratezza nello sviluppo della struttura del pannello. In ogni caso lo spessore del pannello devʼessere scelto secondo il calcolo gli sforzi strutturale al quale sarà sottoposto in opera. Invece, come già detto in precedenza, la lunghezza del pannello è un parametro principalmente regolato dai limiti del trasporto e del montaggio in cantiere. La produzione che supera i 7 strati è fornita solo da due dei produttori analizzati.

Oltre alle caratteristiche geometriche dei pannelli, la gamma dei prodotti XLam si differenzia secondo altri parametri che variano dalla materia prima alle omologazioni.

A partire dalla scelta della specie arborea inizia la produzione del pannello: le tavole ricavate dalla lavorazione del tronco, di spessore soggettivo a seconda del produttore, sono successivamente essiccate artificialmente e classificate in base alla resistenza per poi essere giuntate a pettine (come il legno lamellare) e incollate a strati incrociati in una o due fasi.

Un contenuto minore di umidità nel legno comporta una maggiore efficienza di stabilità dettata dalle caratteristiche fisiche di ritiro e rigonfiamento proprie del materiale. A rigor di logica, si sostiene che lʼincollatura in un unica fase conferisce al pannello una stabilità dimensionale infinitesimamente minore rispetto alla produzione 110

in due fasi. Con la realizzazione di pannelli monostrato successivamente incollati a strati incrociati, la solidità del pannello è maggiormente ottenuta in quanto il contatto tra gli strati trasversali è garantito dallʼincollatura strutturale.

La diversa tipologia di collanti applicati nella produzione del pannello non ha grande valenza strutturale, bensì risponde a canoni di salubrità e di comportamento in caso di incendio. Le resine poliuretaniche sono proprie di ulteriori vantaggi rispetto alle colle ureiche.

La qualità delle superfici è principalmente vincolata dallʼaspetto proprio del legno modificato nelle varie fasi di lavorazione. Lʼesecuzione dellʼincollaggio dei giunti e lʼaccuratezza delle lavorazioni principali sono i parametri principali che influiscono sulla qualità superficiale del prodotto finito, che si differenzia da produttore a produttore. Inoltre, la possibilità di realizzare una certa tipologia di finitura piuttosto che lʼapplicazione di uno strato supplementare (essenze particolari, pannelli OSB, cartongesso, compensati, ecc) dipendono essenzialmente dalla disponibilità dei materiali e dallʼutilizzo di macchine di lavorazione delle rispettive aziende.

Sicuramente un aspetto importante nella scelta del prodotto è lʼaspetto estetico, soprattutto quando il materiale devʼessere utilizzato a vista. Sebbene siano indicati valori normati, solo una volta che il pannello arriva in cantiere si può constatare il pregio superficiale e la precisione di realizzazione.

Concludendo, la possibilità di fabbricare pannelli di grandi dimensione fatti su misura e dotati già in stabilimento delle aperture e degli spazi sui quali verranno direttamente montate porte e finestre, ascensori, scale e impianti tecnici, ha portato ad una netta contrazione dei tempi di esecuzione, semplificando inoltre, la gestione del cantiere.

La gestione del progetto assume delle modalità esecutive innovative che permetto lʼimpiego della costruzione stratificata a secco e tempistiche da record, in quanto il pannello, pretagliato nelle dimensioni finite viene direttamente consegnato in cantiere e assemblato con connessioni semplici e di facile realizzazione.

Ci troviamo nel bel mezzo di una rivoluzione edile, dove i materiali da costruzione a secco stanno piano piano sostituendo il vecchio modo di operare tipico del cemento e dellʼacciaio. La tecnologia XLam potrebbe essere il materiale dellʼevoluzione architettonica del nuovo millennio.

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www.haas-holzindustrie.de Fonti iconografiche La maggioranza delle immagini nel testo provengono dalla documentazione fornita da Promolegno e dal sito www.promolegno.com.

Promo_legno è associazione senza fini di lucro che ha come principale finalità la promozione della materia prima legno e dei prodotti da essa derivati, indipendentemente dai paesi dʼorigine e dalle aziende produttrici.

Per le fonti dei casi studio e delle applicazioni dei differenti prodotti si fa riferimento alle pagine web dei rispettivi produttori e ai siti degli studi dʼarchitettura che hanno progettato lʼedificio in questione.

Per le altre immagini le fonti sono: Figura 1: www.holzbuilding.it Figura 2: www. greenfair.de Figura 3: www.holzbuilding.it Figura 4: www.repubblica.it (abete rosso) www.pollicegreen.com (larice) Figura 7: www.shaffer.co.at Figura 9: www.illegnolamellare.com Figura 38,43,45b: www.binderholz.com Figura 45a, 46: www.clt.info Figura 55,54: www.progettosofie.it 114