CONFRONTO DEL PESO DELLE STRUTTURE

Per comprendere a fondo il confronto del peso delle strutture, occorre partire dall’analisi del peso specifico dei materiali principali. Il legno, come materia prima per i pannelli XLAM, il legno lamellare e le strutture a telaio, ha una densità molto inferiore rispetto al calcestruzzo o al laterizio. In particolare, il pino secco (tipico per l’edilizia ucraina) ha una densità compresa tra 400 e 500 kg/m³. Ciò contrasta con il cemento armato gettato in opera, la cui densità è di circa 2400-2500 kg/m³, o con il laterizio pieno – 1600-1900 kg/m³.

Esaminiamo più nel dettaglio: i pannelli XLAM sono realizzati con lamelle incollate in senso incrociato, il che garantisce la loro elevata resistenza e stabilità. La loro densità media varia da 450 a 550 kg/m³, a seconda della specie legnosa e del numero di strati. Ad esempio, un pannello XLAM a 5 strati con uno spessore di 140 mm peserà circa 70-77 kg/m².

Il legno lamellare (GL24h, che indica una resistenza a flessione di 24 MPa) è un materiale composto da lamelle incollate parallelamente. Anche la sua densità è vicina a quella del legno, di solito 480-520 kg/m³. Una tipica trave a sezione 200×200 mm per pareti avrà un peso di circa 200*0,2*0,2*500 = 20 kg/metro lineare, ovvero 100 kg/m² per la parete. Sebbene la trave stessa sia massiccia, il peso complessivo nella parete o nel solaio può essere ottimizzato.

Le pareti a telaio, riempite con un isolante efficace (lana minerale, pannelli PIR), sono le più leggere. La densità della lana minerale può variare da 30 a 150 kg/m³, e la maggior parte del volume è occupata dall’aria. Una tipica parete a telaio in legno (interasse dei montanti 600 mm), con rivestimento (OSB, cartongesso) e isolante di spessore 200 mm, pesa solo 30-50 kg/m². Questo rende la costruzione a telaio estremamente interessante per le strutture leggere.

È importante tenere presente che le cifre riportate rappresentano solo la massa del materiale strutturale. Nel peso complessivo della parete o del solaio rientrano anche gli elementi di rivestimento, isolamento e finitura. Tuttavia, gli indicatori di densità di base offrono un quadro chiaro del potenziale di riduzione della massa nella scelta dell’una o dell’altra tecnologia.

Il peso della struttura edilizia è uno dei fattori principali che determinano la scelta e le dimensioni della fondazione. Secondo la ДБН В.2.1-10:2018 ‘Basi e fondazioni di edifici e strutture’, il carico dell’edificio è un parametro chiave nel calcolo del cedimento e della capacità portante del terreno. Minore è il peso della parte fuori terra, minori sono i requisiti di capacità portante del terreno, il che consente di utilizzare tipi di fondazione più leggeri ed economici.

Per confronto, gli edifici a più piani in cemento armato gettato in opera o in laterizio richiedono massicce fondazioni a nastro, fondazioni a platea o campi di pali, in grado di sopportare carichi significativi di diverse migliaia di tonnellate. Il costo di tali fondazioni può arrivare al 25-30% del preventivo complessivo di costruzione.

Al contrario, per gli edifici con strutture leggere in legno, come le case a telaio, i pannelli XLAM o il legno lamellare, è possibile applicare soluzioni molto più semplici ed economiche. Ad esempio, per una casa a telaio a uno o due piani con un peso complessivo di 50-70 tonnellate (comprese solai, tetto, finiture), spesso è sufficiente una fondazione a nastro poco profonda o una fondazione a plinti. Ciò riduce il volume degli scavi, i costi di calcestruzzo e di armatura.

Le case in XLAM, nonostante siano più massicce rispetto al telaio, sono comunque significativamente più leggere rispetto agli equivalenti in laterizio. Il peso medio di una casa a 3 piani in XLAM può essere 2-3 volte inferiore rispetto a una casa equivalente in laterizio. Ciò consente in molti casi di rinunciare a costose fondazioni a platea a favore di fondazioni a nastro o persino di fondazioni su pali a vite, soprattutto su terreni difficili. Ad esempio, su terreni con bassa capacità portante (meno di 0,15 MPa), le strutture leggere possono accontentarsi di fondazioni poco profonde, mentre per gli edifici più pesanti sarà necessaria una fondazione profonda o un miglioramento del terreno, il che rende il progetto molto più costoso. La scelta del tipo di fondazione ottimale è fondamentale per l’efficienza economica e la stabilità dell’edificio.

Per un confronto obiettivo del peso delle strutture, esaminiamo pareti e solai tipici per ciascuna tecnologia, tenendo conto degli spessori necessari per garantire le prestazioni termiche secondo la ДБН В.2.6-31:2021 per l’Ucraina.

Pareti a telaio: Parete di spessore 200 mm con telaio in legno (sezione 50×200 mm), riempita con lana minerale (densità 45 kg/m³), rivestita su entrambi i lati con OSB (12 mm) e cartongesso (12,5 mm). Il peso complessivo di tale parete è di circa 40-50 kg/m². Un solaio (250 mm) con travi in legno (50×250 mm), isolante, pavimento grezzo e di finitura può pesare 60-80 kg/m².

Pareti in legno lamellare: Parete in legno lamellare a sezione 200×200 mm. Con una densità della trave di 500 kg/m³, il peso di tale parete senza finiture aggiuntive sarà di 100 kg/m². Aggiungendo finiture interne ed esterne (ad esempio perlinato o verniciatura), il peso complessivo aumenterà leggermente. Per conformarsi alle norme termiche (U ≤ 0,28 W/(m²·K)) in Ucraina, una trave di spessore 200 mm può richiedere un ulteriore isolamento esterno di 100-150 mm di lana minerale, che aggiungerà circa 5-10 kg/m².

Pannelli XLAM: Per le pareti portanti si utilizzano tipicamente pannelli di spessore 100-160 mm. Un pannello XLAM a 5 strati di 140 mm di spessore pesa circa 70-77 kg/m². Per raggiungere la resistenza termica necessaria, come nel caso della trave, è necessario un isolamento esterno di 150-200 mm, che aggiungerà al peso della parete circa 8-15 kg/m². Un solaio in pannelli XLAM (ad esempio di 180-240 mm di spessore) avrà un peso di 90-120 kg/m².

Tabella di confronto del peso (senza finiture):

Come si può notare, le strutture in legno sono molto più leggere rispetto ai materiali tradizionali, con il telaio che risulta il meno massiccio, mentre l’XLAM e il legno lamellare offrono una certa massività con un peso molto inferiore rispetto al calcestruzzo.

Il peso degli elementi costruttivi influisce direttamente sui processi logistici e sulla velocità di montaggio, un aspetto fondamentale per l’efficienza complessiva del progetto. Le strutture più leggere, come quelle utilizzate nella costruzione a telaio, semplificano notevolmente il trasporto e lo scarico dei materiali in cantiere.

Per le case a telaio, i singoli elementi (travi per il telaio, pannelli OSB, isolante) possono essere consegnati con mezzi di trasporto standard e scaricati manualmente o con un minimo di macchinari specializzati. Ciò riduce i costi di noleggio delle attrezzature di sollevamento e diminuisce i tempi di fermo in cantiere. Le case modulari, che spesso si basano sulla tecnologia a telaio, possono essere assemblate in fabbrica e trasportate a blocchi, richiedendo solo una gru per l’installazione dei moduli già pronti.

I pannelli XLAM sono elementi di grandi dimensioni, ma il loro peso specifico relativamente basso rispetto al calcestruzzo consente di utilizzare gru meno potenti o di effettuare il montaggio più rapidamente. Un tipico pannello XLAM da parete (3×6 m) può pesare da 1,3 a 1,5 tonnellate. Questa massa consente di trasportare più pannelli su un solo camion e di sollevarli con una gru di media capacità (25-30 tonnellate). A differenza delle solette in cemento armato, che possono pesare 5-10 tonnellate ciascuna, il montaggio dei pannelli XLAM avviene più rapidamente, poiché formano immediatamente una superficie portante finita senza necessità di casseforme e getti.

Il montaggio del legno lamellare richiede anch’esso mezzi di sollevamento per la posa degli elementi massicci, ma di solito è un processo meno intensivo rispetto alla costruzione monolitica. Gli elementi più grandi di legno lamellare, utilizzati per travi o colonne portanti, possono pesare alcune centinaia di chilogrammi, ma la loro installazione è relativamente rapida. In generale, l’uso di strutture in legno aumenta notevolmente la velocità di montaggio, poiché la maggior parte degli elementi arriva in cantiere già pronta per l’installazione, riducendo al minimo i processi ‘a umido’ e i tempi di maturazione dei materiali.

Nonostante il peso inferiore, le strutture in legno garantiscono un elevato livello di integrità strutturale e resistenza sismica, confermato da numerosi studi e norme, come l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1). Un fattore chiave è che i carichi sismici sono direttamente proporzionali alla massa dell’edificio. Più leggera è la struttura, minori sono le forze inerziali generate durante un terremoto, e migliore è la capacità dell’edificio di resistervi.

Case a telaio: Grazie alla loro leggerezza e alla flessibilità dei collegamenti, gli edifici a telaio resistono bene alle oscillazioni sismiche. Il sistema ‘montante-rivestimento’ (OSB, compensato) crea diaframmi di rigidità che distribuiscono efficacemente i carichi orizzontali lungo l’intero perimetro. Secondo gli studi, le case a telaio correttamente progettate possono resistere a terremoti fino a 7-8 gradi della scala Richter senza danni significativi.

Pannelli XLAM: I pannelli XLAM possiedono una resistenza e una rigidità eccezionali in due piani grazie all’orientamento incrociato delle lamelle. Ciò consente loro di funzionare come piastre o pareti monolitiche, che resistono efficacemente sia ai carichi verticali che orizzontali. Studi condotti in Giappone e negli Stati Uniti hanno dimostrato che edifici a 7 piani in XLAM possono resistere con successo a terremoti di intensità fino a 9 gradi. Il collegamento dei pannelli mediante speciali fissaggi metallici garantisce plasticità e capacità di dissipazione dell’energia.

Legno lamellare: Le case in legno lamellare, sebbene più massicce di quelle a telaio, dimostrano anch’esse una buona resistenza sismica. L’elevata omogeneità del materiale e le solide giunzioni angolari permettono alla struttura di mantenere l’integrità durante le oscillazioni. Tuttavia, a causa della maggiore massività, la risposta ai carichi sismici sarà diversa rispetto all’XLAM o al telaio, richiedendo un calcolo più accurato e, possibilmente, elementi di rigidità aggiuntivi per gli edifici alti.

È importante sottolineare che per tutti i tipi di strutture in legno l’elemento chiave è una progettazione di qualità che tenga conto delle condizioni sismiche locali, oltre a un’esecuzione precisa dei lavori di montaggio. Questo garantisce che i vantaggi della leggerezza del materiale si traducano pienamente in una maggiore resistenza agli agenti esterni.

La valutazione dell’efficienza economica di un progetto edilizio va sempre oltre il semplice costo dei materiali. Il peso delle strutture è un fattore significativo che influisce su diverse voci di spesa chiave, dalla fondazione all’esercizio.

In primo luogo, come già accennato, le strutture leggere consentono di ridurre notevolmente il costo dei lavori di fondazione. Per una tipica casa a un piano di 100 m², il risparmio sulla fondazione scegliendo la tecnologia a telaio o l’XLAM invece del laterizio può variare dal 10% al 30% del costo totale della fondazione, una cifra considerevole.

In secondo luogo, i costi di trasporto. Le strutture in legno consentono di trasportare un volume maggiore di materiale o di elementi prefabbricati su un unico mezzo di trasporto rispetto a prodotti in calcestruzzo o laterizio di superficie equivalente. Ciò riduce il numero di viaggi, i costi del carburante e i tempi di consegna. Per i cantieri remoti, questo risparmio può essere determinante.

In terzo luogo, i costi di montaggio e di noleggio dei macchinari specializzati. Un peso inferiore degli elementi significa che si possono utilizzare gru meno potenti e quindi più economiche, o addirittura farne a meno nel caso della costruzione a telaio. La velocità di montaggio, dovuta alla leggerezza e all’elevato grado di prefabbricazione degli elementi, riduce i tempi di costruzione, il che a sua volta diminuisce i costi di manodopera, il noleggio del cantiere e altre spese generali.

In quarto luogo, i benefici indiretti. Gli edifici leggeri generano un minor carico sulle infrastrutture, come le strade utilizzate per la consegna dei materiali. Nel lungo periodo, un peso inferiore può semplificare eventuali ricostruzioni o ampliamenti futuri. Pertanto, nella pianificazione di un progetto vale la pena considerare non solo il prezzo diretto per metro cubo di materiale, ma anche tutti i costi ‘collaterali’ che dipendono dal suo peso. Questo approccio integrato consente di ottenere un quadro più preciso del TCO (Total Cost of Ownership) e di garantire un utilizzo ottimale del capitale.

Sebbene le prestazioni termiche (valori U/R) non dipendano direttamente dal peso del materiale, esiste una correlazione indiretta che è importante considerare nella progettazione. Le strutture leggere, come le pareti a telaio, raggiungono valori elevati di resistenza termica (R-value) grazie all’uso di isolanti leggeri ed efficaci, che occupano la maggior parte del volume della parete.

Per le pareti a telaio, la principale funzione di isolamento termico è affidata alla lana minerale, ai pannelli PIR o all’isolante in cellulosa, che hanno una bassa densità (da 10 a 150 kg/m³) e, di conseguenza, una bassa conduttività termica (λ = 0,032-0,040 W/(m·K)). Ciò consente di raggiungere facilmente i valori normativi U ≤ 0,28 W/(m²·K) per le pareti esterne in Ucraina con uno spessore dell’isolante di 200-250 mm, mantenendo al contempo un basso peso complessivo della struttura.

I pannelli XLAM e il legno lamellare sono di per sé materiali piuttosto densi (circa 500 kg/m³), e sebbene il legno abbia proprietà di isolamento termico migliori rispetto al calcestruzzo (λ ≈ 0,13 W/(m·K) contro 1,7 W/(m·K)), il loro spessore di 200-240 mm non è sempre sufficiente per rispettare le norme moderne senza un isolamento aggiuntivo. Pertanto, alle pareti in pannelli XLAM o legno lamellare viene solitamente aggiunto uno strato di isolante leggero (lana minerale, PIR) di spessore 100-200 mm. Questo aumenta lo spessore complessivo della parete, ma aggiunge una massa relativamente ridotta alla struttura principale, mantenendo un’elevata efficienza energetica. In questo modo, la leggerezza delle strutture consente di integrare strati significativi di isolamento termico senza un aumento sostanziale del carico complessivo sulla fondazione.