DFMA E DFD – INGEGNERIA DEL DESIGN EFFICIENTE E SMONTABILE

I principi del Design for Manufacture and Assembly (DfMA) mirano a semplificare la produzione e il montaggio degli elementi costruttivi, un aspetto particolarmente rilevante per le tecnologie a grandi pannelli come l’XLAM. Il DfMA comprende la standardizzazione, la modularità e la riduzione del numero di componenti, il che riduce sensibilmente i tempi di costruzione, diminuisce gli scarti in cantiere e migliora la qualità. Per la “casa ecologica” in XLAM questo significa che ogni elemento, dal pannello parete al nodo di collegamento, viene progettato tenendo conto del suo intero ciclo di vita.

L’applicazione del DfMA all’XLAM permette di ottimizzare i processi produttivi in stabilimento, utilizzando macchine CNC di precisione per il taglio dei pannelli con scarti minimi. Questo garantisce un’elevata precisione geometrica e accelera notevolmente il montaggio in cantiere, poiché gli elementi arrivano già pronti per l’installazione. Inoltre, la progettazione DfMA facilita l’integrazione degli impianti tecnologici, come elettricità e idraulica, riducendo la necessità di lavorazioni complesse in loco. Di conseguenza, la costruzione diventa più prevedibile, più rapida e, aspetto più importante, più controllata dal punto di vista della qualità e dell’impatto ambientale. Per maggiori informazioni sulla progettazione generale, visita la pagina progetti.

Un aspetto chiave del DfMA è anche il Design for Disassembly (DfD) – una progettazione che prevede lo smontaggio semplice ed efficiente dell’edificio o di sue parti al termine della vita utile. Questo consente di riutilizzare i materiali, riducendo il fabbisogno di risorse primarie e minimizzando la quantità di rifiuti destinati alle discariche. Nel caso dell’XLAM, ciò può significare la possibilità di riutilizzare pannelli interi o loro parti per altri progetti, offrendo al legno una “seconda vita” e favorendo i principi dell’economia circolare. Ad esempio, i pannelli XLAM in classe GL24h, utilizzati per le pareti portanti, possono essere smontati e riutilizzati in strutture meno sollecitate oppure come materia prima per nuovi prodotti in legno.

Ciò presuppone l’uso di collegamenti reversibili, come bulloni e viti, al posto di giunzioni non smontabili, il che rende lo smontaggio più rapido e meno distruttivo. Grazie a questo approccio, non ci limitiamo a costruire, ma creiamo veri e propri patrimoni che conservano il proprio valore ben oltre il primo ciclo di vita dell’edificio, sostenendo i principi dello sviluppo sostenibile e dell’uso responsabile delle risorse naturali. L’obiettivo non è solo ridurre i rifiuti, ma anche risparmiare l’energia necessaria per produrre nuovi materiali, oltre a ridurre le emissioni di CO₂.

La progettazione per lo smontaggio (DfD) è parte integrante del DfMA e prevede la creazione di edifici che possono essere smontati in modo semplice, sicuro ed efficiente al termine della loro vita utile, oppure in caso di modifica. Nell’applicazione del DfD ai pannelli XLAM, l’attenzione si concentra sulla scelta di soluzioni costruttive che permettano di preservare l’integrità strutturale degli elementi durante lo smontaggio, ai fini del loro riutilizzo o riciclo.

Il principio fondamentale del DfD è l’utilizzo di collegamenti meccanici e reversibili al posto di giunzioni chimiche o saldate, che rendono difficile o impossibile lo smontaggio senza danneggiare i materiali. Per l’XLAM questo significa rinunciare agli adesivi, che non permettono di separare gli strati di legno, preferendo soluzioni diverse dalle piastre metalliche fissate in modo permanente. Al loro posto si utilizzano bulloni, viti, spinotti filettati e connettori metallici speciali, che possono essere facilmente svitati o estratti. Questo consente di mantenere gli elementi portanti in XLAM, come pareti e solai, in uno stato idoneo per un nuovo impiego.

Nella fase di progettazione è fondamentale documentare tutti i dettagli dei collegamenti e la disposizione degli impianti tecnologici. La creazione di un “passaporto dell’edificio”, che contenga informazioni sui materiali, sui collegamenti e sulla sequenza di smontaggio, è fondamentale per i lavori futuri. Questo permette non solo di pianificare lo smontaggio, ma anche di valutare il valore potenziale e l’efficienza del riutilizzo dei componenti. Ad esempio, i pannelli XLAM con spessore di 120 mm per le pareti e 160 mm per i solai, se correttamente progettati e con collegamenti adeguati, possono essere smontati e trasportati per un nuovo progetto, conservando le loro proprietà meccaniche e le caratteristiche termotecniche (ad esempio, conducibilità termica λ = 0.13 W/(m·K)).

Per garantire una corretta integrazione degli impianti tecnologici, che devono anch’essi essere smontabili, è opportuno prestare attenzione ai sistemi di ventilazione. Una corretta pianificazione dei canali e dei punti di collegamento consente di scollegarli facilmente senza danneggiare le strutture circostanti. Questo, a sua volta, riduce i costi complessivi di smontaggio e aumenta l’attrattiva economica della transizione verso l’economia circolare nell’edilizia.

La scelta e l’ottimizzazione dei nodi di collegamento sono un elemento centrale del Design for Disassembly (DfD), in particolare per le strutture in XLAM. L’obiettivo è garantire la resistenza e la stabilità dell’edificio per tutta la sua vita utile, oltre alla possibilità di uno smontaggio agevole ai fini del riutilizzo dei materiali. I metodi tradizionali, come chiodi o giunzioni incollate, rendono difficile o impossibile lo smontaggio senza danneggiare gli elementi.

Per i pannelli XLAM si preferiscono i collegamenti meccanici. Tra questi rientrano i collegamenti bullonati, le viti autofilettanti di grande diametro, gli spinotti filettati e le staffe metalliche specializzate. Questi collegamenti permettono di smontare facilmente gli elementi utilizzando utensili standard. Ad esempio, per collegare tra loro i pannelli parete in XLAM e ai solai si utilizzano spesso bulloni M16 o M20 con dadi flangiati e rondelle, che garantiscono la rigidità necessaria del collegamento consentendo al contempo uno smontaggio rapido.

Nella progettazione di questi nodi è necessario tenere conto di norme come la EN 1995-1-1 (Eurocodice 5), che disciplina la progettazione delle strutture in legno. Questa norma fornisce indicazioni per il calcolo della capacità portante dei collegamenti bullonati e a vite, garantendone l’affidabilità. È importante considerare anche la possibile usura dei collegamenti filettati dopo un uso ripetuto. A tale scopo si possono prevedere collegamenti con componenti sostituibili singolarmente, oppure utilizzare elementi di fissaggio con maggiore resistenza all’usura, ad esempio in acciaio inossidabile.

Per i collegamenti verticali dei pannelli XLAM si possono utilizzare giunzioni a chiave con chiavette in legno o in acciaio, fissate mediante bulloni. Questo consente di trasferire carichi significativi garantendo al tempo stesso la reversibilità. Ad esempio, il collegamento di due pareti XLAM con spessore di 140 mm, realizzato con due file di bulloni M16 con un interasse di 200 mm e a 150 mm dal bordo del pannello, è in grado di resistere a sollecitazioni di taglio significative, pur consentendo uno smontaggio controllato. La scelta e la disposizione corrette dei collegamenti garantiscono la “salute” del legno della casa e il suo utilizzo duraturo.

Il regime di umidità è un fattore critico per la durevolezza delle strutture in legno, in particolare dell’XLAM, e per la loro idoneità al riutilizzo dopo lo smontaggio. Un’umidità incontrollata può causare deformazioni, marcescenza, formazione di muffa e una significativa riduzione della capacità portante del materiale, rendendone impossibile un ulteriore impiego.

La progettazione DfD prevede non solo uno smontaggio agevole, ma anche la conservazione della qualità dei materiali per tutto il loro ciclo di vita. Per l’XLAM questo significa implementare sistemi efficaci di protezione dall’umidità in tutte le fasi: dalla produzione e dal trasporto fino al montaggio e all’esercizio. In stabilimento, i pannelli XLAM vengono realizzati con legno a umidità controllata (di norma 8-12%). Durante il trasporto e lo stoccaggio devono essere protetti dalle precipitazioni atmosferiche, mentre in cantiere vanno protetti dal contatto diretto con l’acqua.

Durante l’esercizio dell’edificio, la gestione del regime di umidità si ottiene tramite soluzioni integrate: una corretta progettazione della copertura e dei sistemi di scarico delle acque, l’uso di membrane freno vapore e barriere al vento, oltre a un efficace sistema di ventilazione. Ad esempio, per le pareti in pannelli XLAM il valore U (coefficiente di trasmittanza termica) può essere compreso tra 0.15 e 0.20 W/(m²·K), ma questo valore può peggiorare notevolmente se l’isolamento termico si inumidisce. Per questo è importante garantire la tenuta all’aria (n50) dell’involucro dell’edificio (il valore n50 misurato con il test Blower Door deve essere inferiore a 0.6 vol/h per le case passive) per prevenire la condensa nascosta all’interno della struttura.

Per garantire la durevolezza e la possibilità di riutilizzo, è necessario evitare l’uso di materiali igroscopici, che assorbono e trattengono l’umidità, nei punti di potenziale contatto con l’acqua. Sono obbligatorie soluzioni costruttive che prevedano l’allontanamento dell’umidità dagli elementi in legno (ad esempio facciate ventilate, protezione della base delle pareti dalla risalita capillare dell’umidità). È importante inoltre considerare l’influenza dei fattori climatici, come le precipitazioni e l’umidità relativa dell’aria, sui materiali scelti e sui rivestimenti protettivi. Grazie a questo, elementi come le strutture in XLAM rimarranno idonei a un utilizzo secondario.

I paesi scandinavi sono leader nell’implementazione dei principi del DfMA e del DfD, in particolare nell’edilizia in legno. Le rigide condizioni climatiche, gli elevati requisiti di efficienza energetica e di sostenibilità hanno stimolato lo sviluppo di soluzioni innovative che permettono di realizzare “case ecologiche” durature, con la possibilità di smontaggio e riutilizzo dei componenti. I progetti scandinavi dimostrano spesso come l’integrazione dell’XLAM con il DfMA permetta di raggiungere un’elevata qualità e sostenibilità ambientale.

Ad esempio, in Svezia e Norvegia la progettazione degli edifici in XLAM prevede la modularità e l’uso di collegamenti reversibili già nella fase del concept architettonico. Questo non solo consente di accelerare la costruzione, ma garantisce anche un facile accesso per la manutenzione, la riparazione e, in futuro, per lo smontaggio. Gli specialisti scandinavi analizzano attentamente i carichi da neve e da vento secondo la EN 1991-1-3 (carichi da neve) e la EN 1991-1-4 (carichi da vento), per progettare collegamenti in grado di resistere a condizioni estreme pur restando smontabili. Nella Svezia centrale i carichi da neve possono raggiungere 2.5 kN/m², mentre quelli da vento fino a 0.8 kN/m², il che richiede l’uso di robusti collegamenti bullonati che allo stesso tempo si svitano facilmente.

Uno dei casi di successo è un edificio residenziale multipiano a Umeå, in Svezia, interamente costruito con pannelli XLAM. La sua progettazione ha incluso il DfD, il che ha permesso di utilizzare collegamenti meccanici a secco per tutti gli elementi principali. Questo significa che, teoricamente, al termine della vita utile, la maggior parte dei pannelli XLAM può essere smontata e riutilizzata in altri progetti, riducendo i rifiuti e il consumo di risorse. L’esperienza scandinava dimostra che questo approccio non è solo ecologico, ma anche economicamente vantaggioso nel lungo periodo, poiché riduce i costi di smaltimento e crea valore dai materiali secondari.

Queste lezioni sono estremamente preziose per altre regioni che aspirano a un’edilizia sostenibile. L’adattamento delle pratiche scandinave alle condizioni e alle normative locali può accelerare notevolmente la transizione verso la “casa ecologica” e l’economia circolare nel settore edile.

Gli scenari di smontaggio nell’ambito del DfD non prevedono la semplice demolizione dell’edificio, ma il suo smontaggio controllato al fine di preservare il massimo valore dei componenti. Esistono diversi scenari principali, ciascuno con i propri vantaggi economici ed ecologici:

1. Riutilizzo dei componenti (Reuse): Il livello più elevato del DfD. Elementi come pannelli XLAM interi, travi, finestre e porte vengono smontati e installati in nuovi edifici senza lavorazioni significative. Risparmio: fino al 70-80% rispetto al costo dei materiali nuovi.
2. Riciclo dei materiali (Recycling): Se gli elementi non possono essere riutilizzati nel loro insieme, i loro materiali vengono riciclati. Ad esempio, i pannelli XLAM possono essere triturati per produrre nuovi pannelli di legno, bricchette combustibili o compost. Risparmio: fino al 30-50% rispetto al costo dei materiali primari.
3. Recupero energetico (Energy Recovery): I materiali che non possono essere riutilizzati né riciclati vengono bruciati per produrre energia. Questo riduce al minimo la quantità di rifiuti in discarica, ma è meno efficiente dal punto di vista della conservazione delle risorse.

L’efficienza economica del DfD si manifesta in diversi aspetti. In primo luogo, si riducono i costi di smaltimento dei rifiuti da costruzione. Invece di pagare per il trasporto e il conferimento in discarica, le aziende possono ottenere un ricavo dalla vendita dei componenti smontati. In secondo luogo, si riducono i costi di acquisto di nuovi materiali per i progetti futuri. In terzo luogo, questo crea nuovi modelli di business nel settore dell'”urban mining” e del riutilizzo dei materiali.

Tabella comparativa “Economia del ciclo di vita di un edificio in XLAM”

I dati presentati dimostrano i notevoli vantaggi del DfMA e del DfD per la “casa ecologica” in XLAM. Non si tratta solo di tutela dell’ambiente, ma anche di un investimento intelligente nel futuro, che garantisce una stabilità economica a lungo termine.

La transizione verso l’economia circolare è una delle sfide e delle opportunità più importanti per il settore edile contemporaneo. I concetti di DfMA e di Design for Disassembly (DfD) sono fondamentali per realizzare questo paradigma, poiché trasformano gli edifici da prodotti finali in banche di materiali che possono essere utilizzati più e più volte. La “casa ecologica” di domani non è semplicemente una costruzione efficiente dal punto di vista energetico, ma una struttura progettata per un ciclo infinito di utilizzo dei propri elementi.

In futuro assisteremo a un’ulteriore integrazione delle tecnologie digitali con il DfMA/DfD. I modelli informativi dell’edificio (BIM) diventeranno ancora più dettagliati, includendo informazioni su ogni componente, il tipo di collegamento, l’origine del materiale e i possibili scenari di smontaggio. Questo permetterà di creare passaporti digitali dei materiali, semplificando e accelerando la loro tracciabilità e il loro riutilizzo. Anche lo sviluppo di collegamenti nuovi, più avanzati e più facili da smontare sarà una priorità. Connessioni universali smontabili che non richiedono utensili specializzati, oppure collegamenti “intelligenti” in grado di segnalare autonomamente la necessità di sostituzione o smontaggio, cambieranno l’approccio alla gestione degli edifici.

Anche gli atti legislativi e normativi si evolveranno per incentivare il DfMA e il DfD. Già oggi, in alcuni paesi europei, esistono programmi di incentivazione per gli edifici che rispettano i principi dell’economia circolare. Si prevede che l’introduzione di requisiti obbligatori di smontabilità e di riutilizzo dei materiali diventerà uno standard. Questo creerà un mercato per i materiali edili secondari e nuovi posti di lavoro nel settore dell'”urban mining” e del riciclo.

L’XLAM, in quanto materiale rinnovabile con elevata resistenza e possibilità di prefabbricazione, svolgerà un ruolo chiave in questo futuro. La sua capacità di essere facilmente smontato e riutilizzato lo rende un candidato ideale per un’edilizia orientata all’economia circolare. Gli investimenti nella ricerca e sviluppo in questo settore sono di importanza critica per la creazione di un comparto edile sostenibile, efficiente nell’uso delle risorse e responsabile dal punto di vista ambientale.

Il DfMA e il Design for Disassembly non sono semplici metodologie, ma principi fondamentali che ridefiniscono il processo costruttivo, trasformandolo in un processo responsabile e orientato alla sostenibilità. Grazie a questi approcci, la “casa ecologica” diventa una realtà in cui ogni elemento ha un valore non solo durante il primo ciclo di vita dell’edificio, ma anche ben oltre. L’applicazione del DfMA alle strutture in XLAM permette di realizzare edifici di alta qualità, efficienti dal punto di vista energetico e flessibili, facilmente adattabili a esigenze mutevoli oppure smontabili per il riutilizzo dei componenti.

Le conclusioni principali riguardano l’importanza di una progettazione integrata, che tenga conto dell’intero ciclo di vita dei materiali, dalla produzione al riutilizzo. L’ottimizzazione dei nodi di collegamento per consentire lo smontaggio, il controllo scrupoloso del regime di umidità e l’adattamento alle condizioni climatiche (come dimostra l’esperienza scandinava) – tutto questo contribuisce alla creazione di “case ecologiche” durature. La transizione verso l’economia circolare nell’edilizia con il DfMA non è solo una necessità ecologica, ma anche un’opportunità economica che apre nuovi mercati e nuovi modelli di business.

Per il settore edile questo significa investire in innovazione, nella formazione del personale e nell’implementazione di tecnologie avanzate. Solo attraverso l’applicazione sistematica del DfMA e del DfD potremo costruire un futuro in cui gli edifici non siano solo un riparo, ma anche una fonte di risorse preziose per le generazioni future.