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X-Lam : Caratteristiche fisiche

Il legno è notoriamente soggetto a ritiro e rigonfiamento in funzione della riduzione o dell’aumento del suo contenuto di acqua. L’intensità del fenomeno dipende dalla direzione del materiale che si considera ed è proporzionale alla variazione del contenuto in acqua del legno, espresso in % della massa, che è indicato con il simbolo u. In caso di ritiro, si arriva molto facilmente alla fessurazione del legno, che è sempre parallela alla fibratura.

I pannelli X-Lam sono prodotti tramite incollatura di più tavole, e devono quindi trovarsi, al momento della produzione, in condizioni di u = 12%, cui si aggiungono le tolleranze di misura. Come tutti gli elementi di legno, anche i pannelli X-Lam sono sottoposti alle variazioni di u dettate dalle variazioni delle condizioni climatiche in cui si trovano. 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 X-Lam una variazione della dimensione del legno differente nei vari strati, in dipendenza dell’orientazione 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. Tutto ciò provoca sollecitazioni interne, dovute all’interazione fra i diversi strati e al loro diverso comportamento. La differenza di modulo E fra gli strati longitudinali e trasversali definisce l’ampiezza della deformazione e delle sollecitazioni allo stato di equilibrio meccanico fra i diversi strati di tavole.

Ricordando che la differenza fra il modulo E nella direzione longitudinale e nella direzione trasversale presenta un rapporto di circa 30:1, è facilmente comprensibile che la maggiore deformazione degli strati trasversali sia praticamente completamente impedita da quelli longitudinali e che il comportamento dell’intero pannello, nelle due direzioni del proprio piano, sia molto simile a quello del legno nella direzione longitudinale.

I pannelli X-Lam 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 da escludere ogni fenomeno di degrado biologico. Si ricorda che la classe di servizio 1 corrisponde agli ambienti interni e riscaldati, mentre la classe di servizio 2 corrisponde agli ambienti esterni, ma escludendo sia il contatto diretto con l’acqua che l’esposizione diretta alle intemperie.

In conclusione si può affermare che i pannelli X-Lam presentano una stabilità dimensionale praticamente completa e totale per quanto concerne le dimensioni nel loro piano. Ciò permette l’uso di pannelli di dimensioni elevate senza conseguenze o pregiudizi per gli altri elementi costruttivi.

Sul lato dello spessore del pannello, invece, il materiale assume la direzione perpendicolare alla fibratura in tutti gli strati.

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I SISTEMI SOLARI PASSIVI : LA PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA

Questo nuovo modo di intendere l’architettura, di vedere gli edifici rapportati all’ambiente circostante e alla sua tutela, ponendo particolare attenzione alle caratteristiche climatiche dei luoghi di intervento, questo tener conto del benessere e della salute dei fruitori, viene definita progettazione bioclimatica.

La progettazione bioclimatica si avvale di soluzioni che sono essenzialmente riconducibili a:
– progettazione di edifici adatti ai climi in cui verranno costruiti, utilizzando le risorse ed i materiali locali,
– riduzione delle dispersioni termiche, e massimizzazione degli apporti di calore in regime invernale,
– controllo degli stessi in regime estivo,
– massimizzazione dei processi di trasformazione dell’energia,
– ricerca di applicazioni impiantistiche che prevedono l’uso di fluidi termovettori a bassa temperatura, compatibili con le energie rinnovabili: solare ed altre, con terminali utilizzabili sia per il riscaldamento che il raffrescamento .

A livello compositivo-urbanistico deve quindi essere posta particolare attenzione ai fattori ambientali inerenti il sito climatico, l’orientamento degli edifici, la direzione dei venti dominanti, la presenza o meno di possibili ostacoli che possano ridurre l’irraggiamento solare, la presenza di corsi e bacini d’acqua eccetera.

A livello tipologico-tecnologico va posta particolare cura nella disposizione dei locali (ad esempio ponendo servizi e vani scale a nord), alle possibilità di sfruttare la ventilazione naturale sia per il ricambio dell’aria che per il raffrescamento estivo, ma soprattutto si guarda alla possibilità di inserimento di componenti passivi/attivi riguardo all’uso dell’energia solare. Tra questi sono ormai da tempo sperimentate le soluzioni di tipo passivo quali le intercapedini ventilate (muro Trombe) e le serre solari, mentre tra quelle di tipo attivo sono da annoverare i pannelli solari e più recentemente le celle fotovoltaiche.

Ognuna delle soluzioni suddette presenta vantaggi e svantaggi, talora in termini prestazionali (serre solari), talora in termini di costo (celle fotovoltaiche), o di condizionamenti alla libertà di progetto (muro Trombe e pannelli solari). Appare comunque irreversibile la scelta di ricercare soluzioni compositive, progettuali e tecnologiche volte alla salvaguardia dell’ambiente ed al benessere delle persone: l’attenzione posta a tale problematica deve costituire un serio motivo di riflessione per tutti gli operatori del settore edilizio.

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I DERIVATI DEL LEGNO

PANNELLI

Attraverso le tecniche di sfogliatura e tranciatura si ottengono fogli di legno sottili che, opportunamente assemblati, danno vita a diverse tipologie di pannelli: compensati, paniforti, pannelli sandwich e tamburati sono il risultato delle diverse modalità di unione dei fogli di legno, inoltre la necessità di risparmiare e di utilizzare ogni parte del tronco dà vita ai pannelli di particelle, di fibre e di lana di legno costituiti da frammenti di diverse dimensioni assemblati con l’uso di colle.

Questi prodotti offrono alcuni evidenti vantaggi rispetto alle Tavole di legno massello. Innanzitutto la possibilità di ottenere pannelli di notevoli dimensioni e di spessore molto diversificato (compensati, più sottili, e pannelli sandwich, più spessi), oltre che più leggeri e più resistenti (in particolare i tamburati). Inoltre i derivati presentano caratteristiche di resistenza uniformi, non più condizionate dalla direzione delle venature. A questo va aggiunta una maggiore stabilità dimensionale determinata dall’assemblaggio dei fogli che segue una logica di incrocio delle venature, dunque essi presentano una minore sensibilità alle variazioni dell’umidità atmosferica. Infine, alcuni pannelli offrono un’alta capacità coibente (in particolare quelli a base di lana di legno e quelli a base di fibra di legno).

Le principali controindicazioni relative ai derivati del legno riguardano la presenza, pressoché inevitabile al loro interno, di collanti di diversa natura e, con rare eccezioni, di tossicità accertata.

– Pannelli stratificati

1. Compensati:

il termine deriva dalla possibilità di compensare le deformazioni naturali del legno attraverso l’incollaggio a pressione di fogli di tranciato o sfogliato, paniforti, tramezzini e tamburati: particolari tipi di compensati, i paniforti sono composti da un’anima in listelli o lamelle di legno massello (pioppo, abete, o pino) rivestita sulle due facce da fogli di tranciato o sfogliato di spessore compreso tra i 10 e i 30 mm, generalmente di pioppo o betulla, disposti con venatura ortogonale rispetto ai listelli; gli spessori complessivi variano da 10 fino a 50 mm; i tramezzi o pannelli sandwich sono prodotti simili ma hanno un anima in pasta di legno pressata, schiuma di gomma, acetato di cellulosa espanso o fogli di carta ondulata; in tutti casi la parte interna funziona come isolante o pannello di irrigidimento.

Il legno compensato di piallacci presenta un potenziale elevato nella maggior parte dei criteri ecologici considerati (potenziale di riscaldamento globale, acidificazione, PEC e fotosmog). Ciò è dovuto alla quantità di risorse necessarie alla produzione dei piallacci e degli adesivi, all’uso importante di energia elettrica – che a livello europeo (UCPTE-Mix), a causa delle quantità importanti di energia elettrica di origine nucleare o termica, provoca importanti problemi ecologici e si manifesta quindi in modo negativo sul bilancio ecologico -, e ai quantitativi di adesivi utilizzati. La quantità di adesivo nel prodotto è piuttosto importante e quindi anche il suo effetto sulla valutazione globale.

2. Truciolati:

il termine indica l’utilizzo di scarti di legno finemente sminuzzati essiccati, mescolati e incollati a pressione per ottenere pannelli con elevate caratteristiche meccaniche, di basso costo, indeformabili, con minori limiti dimensionali rispetto ai compensati ma di peso unitario maggiore; gli spessori variano da 3 a 24 mm e la lunghezza è determinata in funzione delle necessità, il truciolato infatti è prodotto in nastro continuo tagliato in misure standard. Le facce dei pannelli possono essere lisce e compatte o rivestite con fogli di truciolati e di tranciato o di laminato plastico.

Il limite maggiore dei truciolati è di non poter essere assemblati con tecniche di incastro tradizionali, viti o chiodi; si sono pertanto messe a punto tecniche di assemblaggio che utilizzano elementi complementari come spigoli di massello, spine, biette, profili di plastica o alluminio e metodi di unione con caviglia e bullone; il truciolato inoltre in presenza di umidità eccessiva può gonfiarsi perdendo le sue caratteristiche meccaniche.

Rispetto alla maggior parte dei criteri ambientali, i pannelli OSB mostrano un potenziale da basso a moderato. Per PEC, risorse abiotiche e potenziale di ossidazione fotochimica, i valori sono tuttavia superiori alla media degli altri materiali a base legno. Ciò è dovuto, nel caso specifico, all’elevato fabbisogno elettrico per la fabbricazione del prodotto, che determina gravi problemi ecologici in tutta Europa (UCPTE-Mix) in virtù dei forti consumi di energia atomica e termica, che hanno un’incidenza negativa sul bilancio, e delle quantità di colla utilizzate. La percentuale di colla nel prodotto è mediamente alta e, pertanto, incide nella stessa misura sull’impatto ambientale complessivo del prodotto.

– Pannelli di fibre:

Prodotti con frammenti e cascami (abete, pioppo o faggio) ammorbiditi al vapore a 170° e opportunamente sfibrati meccanicamente con mole rotanti al fine di ottenere una massa omogenea; da ciò si ottengono diverse tipologie di pannelli utilizzando procedimenti a secco o con addizione di acqua. Si distinguono in teneri meno di 350 kg/m3, semiduri 350-800 kg/m3 o di durezza normale 800 o più kg/m3. I più comuni prendono il nome commerciale di faesite, manosite o MDF. Gli spessori variano da 2 a 11 mm e le dimensioni possono raggiungere i 5 m. Il loro utilizzo nel settore dell’ edilizia varia dalle controsoffittature e rivestimenti in genere alle casseformi.

Rispetto alla maggior parte dei criteri ambientali, il pannello di fibre mostra un potenziale molto basso. Questo è dovuto nel caso specifico al consumo ridotto di energia elettrica per la fabbricazione del prodotto. La percentuale di colla nel prodotto è eccezionalmente bassa e, pertanto, incide nella stessa misura sull’impatto ambientale complessivo del prodotto. Bisogna sottolineare in particolare il fatto che il potenziale di riscaldamento globale del pannello di fibre a bassa densità ha un valore negativo. Infatti, questo pannello mantiene intatto il “credito” per l’immagazzinamento di CO2 che tutti gli altri materiali a base legno compensano invece con l’utilizzo di colla o il consumo elevato di energia per la fabbricazione.

– Pannelli in lana di legno:

Realizzati con striscioline di legno di spessore inferiore al mm, tagliate nel senso della fibratura, impregnate con sostanze ignifughe, antiparassitarie e antiputrescenti, le strisce vengono agglomerate con materiali leganti a formare pannelli rigidi ricchi di cavità irregolari. Lo spessore varia da 1,5 a 7,5 cm e le dimensioni raggiungono i 2 m. Utilizzati solitamente per la realizzazione di controsoffittature e pareti isolanti.

 

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I DERIVATI DEL LEGNO – IL LEGNO LAMELLARE

E’ costituito da listelli di legno massello incollati tra loro a formare pannelli o travi di diverse dimensioni. Il procedimento costruttivo prevede l’unione di lamelle lignee, normalmente di 33 mm di spessore, incollate con adesivi sintetici ad alta resistenza, per dare forma a elementi di dimensione prestabilita. Generalmente quando si tratta di travi queste non superano i 200-220 mm di larghezza, per un’altezza che può superare i 2 metri. Il vantaggio offerto dal legno lamellare consiste nel massimizzare e uniformare le caratteristiche di resistenza meccanica del materiale attraverso una selezione che permette di scartare le parti di legname contenenti nodi e imperfezioni. Il tipo di collante utilizzato, inoltre, consente di realizzare un legame meccanico del tutto analogo per caratteristiche a quello naturale. Gli altri vantaggi del legno lamellare consistono nel presentare caratteristiche meccaniche elevate in rapporto al peso proprio degli elementi strutturali, nel ridurre le variazioni dimensionali determinate dall’umidità, offrendo la possibilità di conformare gli elementi secondo una grande varietà di profili oltre ad una facilità di collegamento mediante chiodatura, imbullonamento e incollaggio.

Il processo produttivo del legno lamellare prevede le seguenti fasi:

– scelta del legname: il materiale deve essere Il più omogeneo possibile; si utilizzano legnami facilmente reperibili ed economici, generalmente l’abete rosso o, per lavorazioni speciali, il pino silvestre, il rovere o il larice; la norma di riferimento DIN 1052 fissa due categorie di legnami in funzione delle loro caratteristiche fisico-meccaniche e delle tensioni massime ammissibili; la normativa stabilisce inoltre le dimensioni massime in 60 cm2 per l’area della sezione trasversale per legni di conifera e 50 cm2 per legni di latifoglia, la larghezza massima è fissata in 25 cm e l’altezza delle lamelle non supera i 30 mm se non per elementi costruttivi diritti per i quali può arrivare a 40 mm; per le travi curve il raggio di curvatura degli elementi strutturali deve essere almeno 200 volte lo spessore delle singole lamelle;

– essiccazione: avviene in modo artificiale in appositi essiccatoi e, dopo un periodo di riposo di due o tre giorni necessario ad equilibrarne il livello, l’umidità finale deve essere compresa tra il 7 e il 16%, mentre tra due lamelle adiacenti la differenza non deve superare il 4%;

– controllo qualità: le lamelle subiscono due tipologie di controlli: la prima, per rilevare la presenza di sacche di umidità, prevede anche un controllo delle condizioni ambientali dei reparti di lavorazione e stoccaggio del legname; la seconda prevede la ricerca visiva di difetti (nodi, imbarcamenti, inclinazione, cipollature) e l’eventuale asportazione delle parti non rispondenti ai parametri di qualità prefissati;

– giuntatura di testa: successivamente alla fresatura si procede all’unione di testa delle lamelle; il tipo di giunto trasversale più utilizzato è quello detto a pettine, a dita o a becchi che offre un’ampia superficie di incollaggio e ha pochi stridi rispetto ad altre tipologie di giunzioni;

– piallatura e calibratura: la piallatura e la calibratura delle superfici da incollare consentono di ottenere piani lisci e privi di imperfezioni, condizioni necessarie alla corretta unione delle lamelle;

– incollaggio e pressatura: le colle utilizzate (a base di resorcina-formaldeide, melammina-urea-formaldeide o ureaformolo) creano un legame intermolecolare tra la colla e le fibre di cellulosa e lignina, perciò la resistenza meccanica ottenuta tra due lamelle è analoga a quella delle molecole di legno; l’operazione di incollaggio avviene mediante pressatura uniforme.

Per la maggior parte dei criteri ambientali considerati, il legno lamellare mostra un potenziale moderato, tuttavia denota un elevato potenziale di acidificazione. Ciò è dovuto, nel caso specifico, all’elevato fabbisogno elettrico per la fabbricazione del prodotto, che determina gravi problemi ecologici in tutta Europa (UCPTE-Mix) in virtù dei forti consumi di energia atomica e termica, che hanno un’incidenza negativa sul bilancio, e delle quantità di colla utilizzate.

Un altro fattore determinante è il processo di essiccazione per la preparazione del segato. La percentuale di colla nel prodotto è relativamente bassa e, pertanto, incide nella stessa misura sull’impatto ambientale complessivo del prodotto.

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CONFRONTO TRA DIVERSI MATERIALI PER STRUTTURE

Attualmente la maggioranza dei materiali impiegati in edilizia non sono rinnovabili. La pietra, l’acciaio , il policarbonato, il cemento armato, il titanio, ecc … sono tutti materiali riciclabili, ma non rinnovabili. Uno tra i pochi materiali rinnovabili e di largo impiego e di possibile utilizzo nelle strutture è il legno. Gli edifici in legno collegano valenze quali la conservazione delle risorse e la protezione ambientale con la rinnovabilità del materiale. In genere la maggior parte dell’energia impiegata in queste fasi proviene da fonti energetiche non rinnovabili e altamente inquinanti per immissione di anidride carbonica prodotta dalla combustione dei derivati del petrolio o del carbone. Il consumo energetico nella fase di costruzione (realizzazione e demolizione) di un edificio oscilla tra i 16 e il 18 % di quello totale necessario per tutta la sua vita, in genere stimata in ottanta anni. Il consumo energetico relativo alla costruzione oltre che depauperare risorse non rinnovabili incide sull’inquinamento ambientale. Un’analisi dell’intero ciclo di vita mirata a definire consumi e inquinamento indotto da tutte le attività svolte per la produzione del bene edilizio può dare utili indicazioni sulla scelta dei materiali da usare per una reale sostenibilità dello sviluppo. Il legno costa 1Mj/t di energia primaria di produzione contro i 4 Mj/t del calcestruzzo armato, i 60 dell’acciaio, fino ai 250 dell’alluminio. I numerosi studi sulla valutazione del ciclo di vita condotti in varie parti del mondo hanno dimostrato che i prodotti in legno offrono chiari vantaggi ambientali in ogni fase rispetto ad altri materiali da costruzione. Gli edifici in legno possono offrire minori emissioni di gas serra, minore inquinamento atmosferico, produzione di minori volumi di rifiuti solidi e minore utilizzo delle risorse ecologiche.

Università di Trento

In uno studio svolto nel Laboratorio di Progettazione Edilizia dell’Università di Trento, usando un software dedicato, si è eseguito un confronto dei costi energetici e dell’impatto ambientale di differenti edifici per comprendere e approfondire come il materiale possa influire sui costi energetici dalla realizzazione alla demolizione. A tal fine si è svolto un lavoro che ha dato la misura della differenza dell’impatto ambientale prodotto dall’uso di materiali diversi: ha messo a confronto tre edifici uguali di tre piani fuori terra, realizzati uno con lo scheletro portante in legno del tipo platform frame, uno con il sistema portante in acciaio dl tipo Steel Frame e l’altro in cemento armato. Per svolgere lo studio è stato usato il software Athena ‘s Environmental Impact Estimator sviluppato dall’ “Athena Sustainable Materials Institute” di Merrickville (Canada). Dopo la scelta degli elementi costruttivi da analizzare e la definizione delle caratteristiche dei materiali, sono stati fatti i computi metrici, quindi inseriti gli elementi costruttivi nel modello e, dopo l’elaborazione dei dati, è stata condotta l’analisi dei risultati. Sono state prese in considerazione i consumi energetici e l’inquinamento indotto durante la produzione dei materiali, la costruzione dell’edificio e la demolizione. La produzione comprendeva le fasi di estrazione del materiale, di trasporto e della lavorazione delle materie prime. La costruzione era riferita a tutti i processi relativi alla movimentazione dell’elemento costruttivo: dallo stabilimento di produzione all’arrivo in cantiere, fino alla posa in opera. Nella demolizione sono stati presi in considerazione anche il trasporto alla discarica o il riciclo. I risultati sui quali si è concentrata l’attenzione sono stati quelli relativi alle emissioni in acqua e in aria, all’impiego delle risorse energetiche e all’uso di materie prime utilizzate.

1 . Confronto legno e c.a.

Per quanto riguarda l’emissione di CO2 si e potuto verificare che le lavorazioni per il confezionamento del materiale necessario per realizzare la struttura in cemento armato producono una massa equivalente di CO2 pari a 175 t contro i 38,74 t del legno, mentre nella fase di costruzione, di gestione, di manutenzione ordinaria e di demolizione dell’ edificio le emissioni sono praticamente irrilevanti e scarsamente relazionate alla diversità dei materiali. I rifiuti solidi prodotti per la struttura di legno sono circa 4 volte superiori a quelli prodotti per la struttura in cemento armato a causa degli sfridi determinati dalle lavorazioni in opera. I rifiuti solidi del legno però sono facilmente riciclabili in oggetto d’uso. Per quanto riguarda le risorse primarie utilizzate il divario è notevole. L’uso di energia primaria utilizzata per metro quadro di costruzione in GJ/mq ovvero quella utilizzata in tutto in TJ, risulta maggiore nel caso del cemento armato che in quello del legno con valori rispettivamente pari a 4,754 GJ/m2 e 2,041 TJ nel cemento armato e 2,036 GJ/m2 e 1,028 TJ nel legno.

In conclusione si può dire che prendendo in considerazione tutte le fasi ne risulta che i valori del cemento armato rispetto a quelli del legno sono sempre superiori. In particolare l’indice di inquinamento dell’acqua è cinque volte superiore, l’indice di inquinamento dell’aria è tre volte superiore, i rifiuti solidi prodotti sono due volte superiori, l’energia consumata due volte e mezzo superiore.

2 . Confronto legno e acciaio.

Per quanto riguarda il consumo energia primaria esso è circa il 20 % in più per preparare gli elementi costruttivi in acciaio rispetto a quelli in legno, mentre durante le fasi di costruzione e di manutenzione, sostanzialmente i consumi sono analoghi. Per quanto riguarda l’emissione di gas in aria, anche in questo caso il legno dimostra la sua sostenibilità. Per quanto riguarda la quantità di rifiuti solidi il legno è penalizzato per il problema degli sfridi in cantiere. Undici volte superiore è l’indice che misura l’inquinamento dell’acqua prodotto dall’acciaio rispetto al legno.