RESISTENZA A FLESSIONE, COMPRESSIONE E TRAZIONE NELLE STRUTTURE XLAM/SLT

Le proprietà meccaniche del legno sono fondamentali per il suo utilizzo in edilizia. Si distinguono tre tipi principali di sollecitazioni: flessione, compressione e trazione. Ciascuna di esse influisce sul materiale in modo diverso e richiede approcci specifici al calcolo e alla progettazione. Il legno, essendo un materiale anisotropo, presenta caratteristiche di resistenza diverse lungo e trasversalmente alle fibre, aspetto fondamentale per comprendere il comportamento dell’XLAM/SLT. Ad esempio, la resistenza a trazione lungo le fibre può essere notevolmente superiore rispetto a quella trasversale, mentre anche la resistenza a compressione mostra una differenza sostanziale. Queste particolarità devono essere considerate nello sviluppo delle soluzioni costruttive.

La resistenza a flessione (Flexural Strength) è la capacità del materiale di opporsi alla deformazione e alla rottura sotto l’azione dei momenti flettenti. Nelle travi e nei pannelli in legno è una caratteristica chiave, in particolare per solai e coperture. Durante la flessione, un lato dell’elemento lavora a trazione, l’altro a compressione, mentre lungo l’asse centrale passa l’asse neutro, dove le tensioni sono pari a zero. Le tensioni massime si verificano nelle fibre estreme. Per il legno, la resistenza a flessione è un indicatore combinato che dipende dal modulo di elasticità (E) e dal limite di resistenza a trazione/compressione. Secondo l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1), il valore di calcolo della resistenza a flessione f_m,d viene determinato tenendo conto della classe di resistenza del legno e dei coefficienti delle condizioni di esercizio.

La resistenza a compressione (Compressive Strength) è la capacità del materiale di sopportare carichi assiali che tendono a comprimerlo. Questa caratteristica è critica per gli elementi portanti verticali, come pareti e colonne. Si distingue la resistenza a compressione lungo le fibre (f_c,0,k) e trasversalmente alle fibre (f_c,90,k). La resistenza lungo le fibre è notevolmente superiore. Ad esempio, per il pino (classe C24) f_c,0,k è di circa 21 MPa, mentre f_c,90,k è di soli circa 2,5 MPa. Ciò si spiega con la struttura del legno: le fibre trasmettono efficacemente il carico longitudinalmente, ma si deformano facilmente in senso trasversale. Nella progettazione degli elementi compressi è inoltre necessario tenere conto del rischio di instabilità (svergolamento) secondo la formula di Eulero, che dipende dalla snellezza dell’elemento.

La resistenza a trazione (Tensile Strength) è la capacità del materiale di sopportare carichi assiali che tendono ad allungarlo. Come nel caso della compressione, si distingue la resistenza a trazione lungo le fibre (f_t,0,k) e trasversalmente alle fibre (f_t,90,k). La resistenza lungo le fibre è la più elevata per il legno (per il C24 f_t,0,k circa 14 MPa), ma trasversalmente alle fibre è estremamente bassa (f_t,90,k circa 0,5 MPa). Questo rende il legno vulnerabile alla delaminazione sotto carichi diretti perpendicolarmente alle fibre. Nei pannelli XLAM, grazie alla disposizione incrociata degli strati, questo problema viene parzialmente attenuato, poiché gli strati adiacenti si ‘sostengono’ a vicenda, distribuendo le tensioni. Tuttavia, nella progettazione dei nodi di fissaggio e delle giunzioni, dove possono verificarsi significative tensioni di trazione perpendicolari alle fibre, è necessario utilizzare elementi di rinforzo speciali o soluzioni costruttive dedicate.

La comprensione di queste caratteristiche meccaniche fondamentali è alla base di una progettazione efficace e sicura degli edifici, in particolare con l’utilizzo di materiali legnosi innovativi come il legno lamellare e l’XLAM/SLT.

Cross-Laminated Timber (XLAM) e Solid-Laminated Timber (SLT) sono materiali legnosi ingegnerizzati all’avanguardia, che stanno rivoluzionando l’edilizia moderna. La loro struttura migliora notevolmente le proprietà meccaniche del legno, tradizionalmente limitate dall’anisotropia e dai difetti. I pannelli XLAM sono composti da almeno tre strati di legname segato, incollati tra loro in modo che le fibre degli strati adiacenti siano disposte perpendicolarmente. I pannelli SLT hanno una disposizione parallela delle fibre in tutti gli strati, il che li rende simili a un legno lamellare di grandi dimensioni, ma con una larghezza maggiore.

I principali vantaggi strutturali dell’XLAM:

1. Riduzione dell’anisotropia: Grazie alla disposizione incrociata delle fibre, i pannelli XLAM mostrano un’anisotropia notevolmente inferiore rispetto al legno massiccio. Ciò significa che le loro proprietà di resistenza e rigidità sono più uniformi nelle due direzioni del piano del pannello. Questo è particolarmente importante per la resistenza a trazione trasversale alle fibre, che nel legno massiccio è molto bassa.
2. Maggiore stabilità dimensionale: L’incollaggio incrociato compensa efficacemente le deformazioni del legno causate dalle variazioni di umidità (ritiro e rigonfiamento). Ciò garantisce un’elevata stabilità geometrica dei pannelli, riducendo al minimo fessurazioni e deformazioni.
3. Elevata resistenza e rigidità: I pannelli XLAM presentano eccellenti valori di resistenza a flessione, compressione e taglio. Possono sopportare notevoli carichi verticali e orizzontali, il che li rende ideali per pareti portanti, solai e coperture in edifici multipiano. I valori tipici del modulo di elasticità per i pannelli XLAM (a seconda dell’essenza e della classe del legno) possono raggiungere 11000-12000 MPa lungo la direzione principale.
4. Omogeneità del materiale: La produzione dell’XLAM include una selezione e una classificazione accurate delle lamelle, nonché la rimozione dei difetti significativi. Ciò garantisce un materiale più omogeneo e prevedibile rispetto al legno massiccio.
5. Possibilità di realizzare elementi di grandi dimensioni: I pannelli XLAM possono essere prodotti in grandi dimensioni (fino a 30 m di lunghezza e 4 m di larghezza), il che consente di realizzare strutture con grandi luci e accelera notevolmente il montaggio in cantiere.

I pannelli SLT, pur avendo una disposizione parallela delle fibre, offrono anch’essi vantaggi significativi grazie all’incollaggio multistrato. Ciò consente di creare elementi di notevole spessore e larghezza, con maggiore capacità portante e stabilità rispetto a travi singole. Sono ideali per travi, colonne e altri elementi in cui è richiesta un’elevata resistenza a flessione e compressione in una direzione principale. Ad esempio, nelle strutture in legno lamellare gli elementi di grandi dimensioni garantiscono un notevole margine di resistenza e un’estetica gradevole.

Le tecnologie XLAM e SLT rappresentano un notevole passo avanti nell’utilizzo del legno come materiale strutturale, fornendo ai costruttori strumenti potenti per realizzare strutture solide, stabili ed esteticamente valide. I calcoli ingegneristici per questi materiali si basano sui principi delle strutture composite, che tengono conto del contributo di ciascuno strato alla rigidità e alla resistenza complessive del pannello. Ciò permette di ottimizzare il consumo di materiale e garantire la massima efficienza della struttura.

La resistenza a flessione è una caratteristica critica per gli elementi portanti orizzontali, come solai e pannelli di copertura in XLAM/SLT. Questi elementi sono costantemente sottoposti a carichi distribuiti (peso proprio, carico utile, carico da neve) e a carichi concentrati. L’efficacia dell’XLAM/SLT nel resistere alla flessione supera notevolmente quella del legno massiccio tradizionale grazie alla struttura composita.

Principio di funzionamento dell’XLAM a flessione:

Nel pannello XLAM, gli strati con fibre parallele alla direzione principale della luce assorbono le principali tensioni di trazione e compressione generate dalla flessione. Gli strati con fibre perpendicolari alla luce svolgono la funzione di aumentare la rigidità a taglio e stabilizzare il pannello, impedendo la delaminazione e la deformazione locale. Ciò permette al pannello di lavorare come un unico insieme, garantendo una notevole capacità portante e frecce minime. Il calcolo della rigidità flessionale efficace (EI_eff) è alla base della determinazione di frecce e tensioni. Questo parametro viene calcolato secondo il metodo del fattore gamma (gamma-method) o il metodo dell’analogia a taglio (shear analogy method), che tengono conto del contributo di ciascuno strato e della loro disposizione reciproca.

Aspetti chiave del calcolo e della progettazione:

1. Modulo di elasticità a flessione (E_m,mean): Per l’XLAM si utilizza un valore medio del modulo di elasticità, che tiene conto di tutti gli strati. Può essere notevolmente superiore rispetto al legno massiccio.
2. Momento d’inerzia (I): Il momento d’inerzia efficace (I_eff) è un parametro chiave che riflette la distribuzione del materiale rispetto all’asse neutro. Per i pannelli multistrato, I_eff è notevolmente superiore rispetto a quello di un singolo strato dello stesso spessore.
3. Resistenza a taglio (Shear Strength): Durante la flessione si generano anche tensioni di taglio, in particolare in prossimità degli appoggi. Nei pannelli XLAM, gli strati perpendicolari resistono efficacemente al taglio, ma per pannelli spessi con grandi luci questo aspetto richiede un controllo accurato. I valori di calcolo della resistenza a taglio (f_v,d) devono essere verificati, in particolare per il taglio tra gli strati (rolling shear).
4. Frecce ammissibili: Le frecce degli elementi portanti sono regolamentate dalle norme edilizie. In Ucraina, secondo la ДБН В.1.2-14:2018 ‘Principi generali per garantire l’affidabilità e la sicurezza strutturale degli edifici e delle opere’, e le disposizioni adattate dell’Eurocodice 5, per i solai di edifici residenziali la freccia ammissibile è generalmente L/300 o L/250, dove L è la luce. Per le coperture questo valore può essere leggermente superiore (ad esempio, L/200).

Applicazione nei solai: I pannelli XLAM sono ideali per i solai interpiano, poiché garantiscono un’elevata capacità portante, un montaggio rapido ed eccellenti proprietà acustiche. A seconda della resistenza al fuoco richiesta e della luce, lo spessore dei pannelli può variare da 100 mm a 300 mm e oltre. Ad esempio, per una luce di 6 m e un carico residenziale tipico, può essere sufficiente un pannello a 5 strati con spessore di 160-200 mm.

Applicazione nelle coperture: Le tecnologie di montaggio delle coperture con pannelli XLAM permettono di realizzare strutture leggere ma resistenti. L’XLAM può essere utilizzato come base portante per coperture piane o a falde, garantendo rigidità nel piano ed efficace isolamento termico. Inoltre, i pannelli XLAM possono essere utilizzati per creare forme di copertura complesse, aprendo nuove possibilità architettoniche.

Il calcolo dettagliato della resistenza a flessione per gli elementi XLAM/SLT richiede l’utilizzo di software specializzato e il rispetto delle norme dell’Eurocodice 5, che costituisce la base per lo sviluppo degli standard nazionali in Ucraina.

La resistenza a compressione è una caratteristica vitale per gli elementi portanti verticali degli edifici, in particolare per le pareti. Nella costruzione con pannelli XLAM/SLT, le pareti sono gli elementi principali che assorbono i carichi verticali derivanti dal peso proprio della struttura, dai solai, dalla copertura, nonché dai carichi utili. L’efficacia dei pannelli XLAM nel trasferire le sollecitazioni di compressione supera notevolmente quella delle tradizionali intelaiature in legno, grazie alla loro struttura monolitica e all’elevata rigidità.

Principio di funzionamento dell’XLAM a compressione:

Grazie alla disposizione incrociata delle lamelle, i pannelli XLAM presentano una maggiore stabilità e rigidità nel piano della parete, il che riduce al minimo il rischio di instabilità locale. Le principali tensioni di compressione vengono assorbite dagli strati le cui fibre sono orientate verticalmente (parallele alla direzione del carico). Gli strati orientati orizzontalmente forniscono un supporto laterale, prevenendo l’inflessione e il cedimento locale degli strati verticali. Ciò consente alle pareti in XLAM di distribuire efficacemente il carico sulle basi di progettazione delle fondazioni e sui piani superiori.

Aspetti chiave del calcolo e della progettazione:

1. Resistenza a compressione lungo le fibre (f_c,0,d): È il valore di calcolo della resistenza, determinato tenendo conto della classe del legno e dei coefficienti delle condizioni di esercizio e della durata del carico. Per il tipico legno di conifera di classe C24, f_c,0,d può essere di circa 15-18 MPa.
2. Instabilità (Buckling): Sebbene i pannelli XLAM abbiano un’elevata rigidità, per altezze di parete elevate e spessori relativamente ridotti è necessario verificarli a svergolamento (instabilità). Il calcolo viene eseguito secondo l’Eurocodice 5, dove il coefficiente di stabilità (k_c) dipende dalla snellezza dell’elemento (λ) e dalla snellezza relativa (λ_rel). Si determina il carico critico euleriano tenendo conto della rigidità flessionale efficace (EI_eff) del pannello. Per pareti in XLAM di spessore 100-140 mm e altezza fino a 3 m, il coefficiente di stabilità è generalmente vicino all’unità, il che indica un’elevata stabilità.
3. Resistenza a compressione trasversale alle fibre (f_c,90,d): Questo parametro è importante nei punti di trasferimento del carico, ad esempio sotto gli appoggi delle travi o nelle traverse superiori/inferiori delle pareti. Poiché la resistenza trasversale alle fibre è notevolmente inferiore, è necessario prevedere piastre di ripartizione o un aumento della superficie di appoggio, per evitare lo schiacciamento locale del legno.
4. Resistenza alla flessione: I pannelli verticali possono anche essere soggetti a momenti flettenti dovuti all’eccentricità del carico o a carichi laterali (ad esempio il vento). In questi casi, il calcolo deve tenere conto dell’azione combinata di compressione e flessione, che può ridurre la capacità portante della parete.

Applicazione pratica:

Le pareti in XLAM vengono utilizzate per la costruzione sia di edifici a bassa altezza sia di edifici multipiano. Consentono di raggiungere altezze significative con uno spessore delle pareti relativamente ridotto (da 100 a 200 mm per gli edifici residenziali). Ad esempio, per un edificio di 5 piani, l’altezza complessiva delle pareti al piano terra può superare i 15 metri. Allo stesso tempo, i pannelli XLAM svolgono non solo una funzione portante, ma fungono anche da isolamento termico e acustico e costituiscono una superficie già pronta per la finitura. L’utilizzo dell’XLAM nelle strutture murarie semplifica e accelera notevolmente il processo costruttivo, aumentandone l’efficienza e la qualità.

La resistenza a trazione del legno, in particolare trasversalmente alle fibre, è la più bassa tra tutte le principali caratteristiche meccaniche, il che la rende un fattore critico nella progettazione di giunzioni e fissaggi nelle strutture lignee. Nei pannelli XLAM/SLT, grazie all’incollaggio incrociato, il comportamento generale del materiale a trazione migliora, ma i punti deboli possono comunque manifestarsi nei nodi dove si concentrano le tensioni di trazione.

Principio di funzionamento dell’XLAM a trazione:

Nella direzione longitudinale (parallela alle fibre degli strati esterni), i pannelli XLAM hanno un’elevata resistenza a trazione, paragonabile al legno lamellare. Questa resistenza viene sfruttata negli elementi curvi o nella parte superiore delle travi. Tuttavia, è critica la trazione trasversale alle fibre, che può manifestarsi nei punti di ritaglio, nei fori per gli impianti o nelle giunzioni complesse, dove è necessario trasferire forze perpendicolarmente al piano del pannello.

Aspetti chiave del calcolo e della progettazione delle giunzioni:

1. Trazione lungo le fibre (f_t,0,d): Questa resistenza è elevata, pertanto gli elementi soggetti a trazione assiale lungo le fibre (ad esempio i correnti inferiori delle capriate) possono essere realizzati in XLAM o SLT. Tuttavia, è importante garantire un fissaggio adeguato, affinché le tensioni di trazione vengano trasferite efficacemente agli elementi di fissaggio senza concentrazioni.
2. Trazione trasversale alle fibre (f_t,90,d): È la direzione più debole. Le tensioni di trazione trasversali alle fibre possono causare la spaccatura del legno. Nei pannelli XLAM, grazie all’incollaggio incrociato, queste tensioni possono essere parzialmente distribuite, ma richiedono comunque attenzione. I valori tipici di f_t,90,d per il legno C24 possono essere dell’ordine di 0,2-0,5 MPa, un valore molto basso.
3. Giunzioni e fissaggi: La maggior parte dei cedimenti nelle strutture lignee non è dovuta a una resistenza insufficiente del materiale stesso, bensì a giunzioni progettate o realizzate in modo errato. Per l’XLAM/SLT si utilizzano diversi tipi di fissaggi:
   • Viti autofilettanti: Viti lunghe, avvitate ad angolo (ad esempio 45-60°), possono trasferire efficacemente le forze di taglio e trazione, trasformandole in compressione nel legno. Ciò permette di evitare la trazione diretta trasversale alle fibre.
   • Giunzioni bullonate: Utilizzate per carichi elevati. Tuttavia, i fori per i bulloni creano concentrazioni di tensione, ed è necessario garantire distanze sufficienti dal bordo e tra i bulloni per evitare la spaccatura.
   • Piastre e staffe metalliche: Spesso utilizzate per rinforzare le giunzioni e distribuire i carichi su una superficie maggiore. Aiutano anche a evitare la trazione diretta trasversale alle fibre.
   • Giunzioni incollate: Le tecnologie moderne consentono di realizzare giunzioni incollate che possono essere più resistenti del legno stesso. Garantiscono un’elevata capacità portante e rigidità.
4. Concentrazione delle tensioni: Qualsiasi ritaglio, foro o angolo acuto nei pannelli XLAM crea zone di concentrazione delle tensioni, in particolare di trazione. I progettisti devono minimizzare tali zone o prevederne il rinforzo.

Raccomandazioni progettuali:

Nella progettazione di giunzioni e fissaggi nelle strutture XLAM/SLT è necessario rispettare i requisiti dell’Eurocodice 5, nonché le raccomandazioni dei produttori dei pannelli. È importante evitare soluzioni costruttive che comportino trazione diretta trasversale alle fibre. Al contrario, si dovrebbero utilizzare fissaggi che trasformino le tensioni di trazione in tensioni di taglio o compressione. Ad esempio, per sbalzi a mensola o elementi in cui si genera trazione trasversale, possono essere applicati ancoraggi speciali o armature con barre incollate nel legno. Un calcolo accurato di ogni nodo è garanzia di affidabilità dell’intera struttura.

Considerando le specificità del comportamento del legno a trazione, la corretta progettazione dei fissaggi è più critica rispetto ad altri materiali. Ciò permette di sfruttare appieno i vantaggi dei progetti edilizi innovativi in XLAM e SLT senza compromessi in termini di sicurezza.

La resistenza al fuoco è uno degli aspetti più importanti della sicurezza degli edifici, e per le strutture in legno, in particolare in XLAM/SLT, questo tema assume un’importanza particolare. Contrariamente a miti diffusi, le strutture lignee massicce, come i pannelli XLAM, possono dimostrare un’eccellente resistenza al fuoco, spesso superiore a quella di elementi in acciaio o cemento non protetti. La classificazione della resistenza al fuoco dei prodotti e delle strutture da costruzione in Europa, e anche in Ucraina, è determinata secondo lo standard EN 13501-2.

Principio della resistenza al fuoco del legno:

Sotto l’effetto delle alte temperature, il legno brucia formando uno strato carbonizzato (char layer) in superficie. Questo strato carbonizzato agisce come isolante naturale, rallentando l’ulteriore penetrazione del calore verso gli strati interni ancora non bruciati. La velocità di carbonizzazione del legno è prevedibile ed è di circa 0,6-0,7 mm/min per le conifere. Ciò permette agli ingegneri di calcolare con precisione quale parte della sezione rimarrà portante dopo un dato tempo di esposizione al fuoco. È proprio questa parte residua, non carbonizzata, della struttura a garantire la conservazione delle sue proprietà meccaniche (resistenza a flessione, compressione, trazione) durante l’incendio.

Classificazione secondo EN 13501-2:

Lo standard EN 13501-2 definisce le classi di resistenza al fuoco secondo tre criteri principali:

1. R (Resistance – Capacità portante): Capacità dell’elemento di sopportare il carico senza collassare per un tempo determinato.
2. E (Integrity – Integrità): Capacità dell’elemento di impedire il passaggio di fiamme e gas caldi.
3. I (Insulation – Isolamento termico): Capacità dell’elemento di limitare l’aumento di temperatura sulla sua superficie non esposta.

La classificazione viene indicata con una combinazione di queste lettere e un numero che indica il tempo (in minuti) durante il quale la struttura mantiene le sue funzioni (ad esempio, REI 30, REI 60, REI 90). Per gli edifici multipiano sono spesso richieste le classi REI 60 o REI 90.

Resistenza al fuoco dell’XLAM/SLT:

• Metodo di calcolo: Per i pannelli XLAM, il calcolo della resistenza al fuoco si basa sul concetto di ‘sezione efficace’. Si determina la velocità di carbonizzazione (ad esempio, 0,65 mm/min) e lo spessore dello strato carbonizzato per un dato tempo di esposizione al fuoco. Successivamente, questo strato viene sottratto dallo spessore iniziale dell’elemento, e il calcolo della resistenza (flessione, compressione) viene eseguito sulla sezione residua.
• Strati protettivi: Per raggiungere classi di resistenza al fuoco superiori (ad esempio, REI 90 o REI 120) possono essere applicati strati protettivi aggiuntivi, come lastre di cartongesso (tipo DF secondo EN 520) o lana minerale. Essi ritardano l’inizio della carbonizzazione della struttura lignea, aumentandone così il tempo di funzionamento effettivo.
• Relazione con la resistenza meccanica: Il mantenimento della capacità portante (R) è direttamente legato al mantenimento della resistenza efficace a flessione e compressione della sezione residua. Maggiore è lo spessore del pannello XLAM, più a lungo esso può resistere al fuoco, poiché dispone di una maggiore riserva di materiale da carbonizzare, mantenendo intatta la parte portante interna.

Esempi pratici:

Un tipico pannello XLAM a 5 strati con spessore di 160 mm, senza protezione aggiuntiva, può garantire una resistenza al fuoco di classe REI 60. Aggiungendo uno strato di cartongesso da 12,5 mm di spessore su ciascun lato, il pannello può raggiungere la classe REI 90 o persino REI 120, a seconda della soluzione costruttiva. Anche le giunzioni e i nodi devono essere progettati tenendo conto della resistenza al fuoco, per prevenire un collasso prematuro. Una progettazione corretta e la scelta di uno spessore adeguato dei pannelli XLAM permettono di realizzare edifici in legno sicuri e resistenti al fuoco, conformi agli standard di sicurezza europei più rigorosi.

L’integrazione delle moderne tecnologie edilizie, come l’XLAM/SLT, nel quadro normativo ucraino è un processo complesso ma progressivo. In Ucraina sono in vigore le Norme edilizie statali (ДБН), che regolamentano la progettazione e la costruzione delle opere. Sebbene al momento non esistano ДБН dedicate esclusivamente all’XLAM/SLT, il loro utilizzo è possibile adattando gli standard europei, in particolare l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1 ‘Progettazione delle strutture di legno’), che è il principale documento internazionale per il calcolo delle strutture lignee.

Le principali ДБН e standard che regolano la progettazione delle strutture lignee in Ucraina:

1. ДБН В.2.6-161:2017 ‘Strutture di edifici e opere. Strutture lignee. Disposizioni fondamentali’: Questa ДБН è il documento di base per la progettazione delle strutture lignee in Ucraina. Stabilisce i requisiti per i materiali, i calcoli e la costruzione degli elementi in legno. Sebbene non contenga un riferimento diretto all’XLAM/SLT, i suoi principi e metodi di calcolo della resistenza (a flessione, compressione, trazione, taglio) sono applicabili con gli opportuni adattamenti.
2. ДСТУ-Н Б В.2.6-156:2010 ‘Guida per la progettazione delle strutture lignee secondo l’Eurocodice 5’: Questo standard nazionale è una guida per l’attuazione delle disposizioni dell’Eurocodice 5 in Ucraina. Fornisce chiarimenti e raccomandazioni sull’applicazione dell’Eurocodice 5 per diversi tipi di strutture lignee, elemento di importanza critica per l’integrazione dell’XLAM/SLT.
3. ДБН В.1.2-7:2021 ‘Sicurezza antincendio degli edifici. Requisiti generali’: Questa ДБН stabilisce i requisiti per la sicurezza antincendio degli edifici, comprese le classi di resistenza al fuoco delle strutture portanti. Come indicato nel capitolo precedente, la resistenza al fuoco dell’XLAM/SLT è determinata secondo la EN 13501-2, e i suoi risultati devono essere conformi ai requisiti di questa ДБН.
4. ДБН В.2.6-98:2009 ‘Strutture di edifici e opere. Strutture in calcestruzzo e cemento armato. Disposizioni fondamentali’: Sebbene questa ДБН riguardi il calcestruzzo, contiene disposizioni generali sul calcolo delle strutture, che possono essere utilizzate come riferimento per l’adattamento dei modelli di calcolo.

Il processo di progettazione delle strutture XLAM/SLT in Ucraina:

1. Utilizzo dell’Eurocodice 5: La progettazione delle strutture XLAM/SLT in Ucraina si basa generalmente sull’Eurocodice 5, che include metodologie dettagliate per il calcolo della resistenza a flessione, compressione, trazione, taglio e stabilità per il legno ingegnerizzato. Il software specializzato utilizzato per la progettazione dell’XLAM integra già queste metodologie.
2. Valutazione tecnica: Per nuovi materiali o soluzioni costruttive che non sono direttamente regolamentati dalle ДБН vigenti, può essere necessaria una valutazione tecnica o l’elaborazione di condizioni tecniche speciali (СТУ). Si tratta di un processo che include la perizia del progetto e la conferma della conformità di materiali e strutture ai requisiti di sicurezza e affidabilità.
3. Certificazione dei materiali: I produttori di pannelli XLAM/SLT devono possedere i relativi certificati di conformità agli standard europei (ad esempio, ETA – European Technical Assessment), che attestano le loro proprietà meccaniche e fisiche. Questi documenti costituiscono la base per l’utilizzo del materiale in Ucraina.
4. Verifica della conformità normativa: Nella progettazione è necessario condurre un accurato audit di conformità normativa, in particolare riguardo alla capacità portante, alla stabilità, alla sicurezza antincendio e alla durabilità. Tutti i calcoli devono essere motivati e documentati secondo i requisiti delle ДБН e dell’Eurocodice 5.

Nonostante il quadro normativo ucraino sia ancora in evoluzione verso una piena integrazione delle tecnologie lignee innovative, i meccanismi esistenti di adattamento degli standard europei consentono di realizzare con successo progetti in XLAM/SLT, garantendo un elevato livello di sicurezza e qualità costruttiva.

L’analisi dettagliata dei nodi è una fase chiave nella progettazione di qualsiasi struttura portante, e per i pannelli XLAM/SLT assume un’importanza particolare a causa delle loro proprietà meccaniche uniche e dell’integrazione in sistemi complessi. È proprio nei nodi, dove si collegano elementi diversi e vengono trasferiti carichi significativi, che possono verificarsi concentrazioni di tensione, le quali richiedono un’analisi accurata e soluzioni costruttive specifiche per garantire la resistenza a flessione, compressione e trazione.

Nodi tipici e loro progettazione:

1. Giunzione parete-parete: È un nodo di base che garantisce la rigidità dell’edificio nel piano orizzontale.
   • Fissaggio diretto: I pannelli possono essere collegati tra loro con viti lunghe, avvitate ad angolo o perpendicolarmente al piano di giunzione. È importante garantire distanze minime dal bordo e tra i fissaggi.
   • Giunzione a maschio e femmina: Questo metodo garantisce un migliore isolamento termico e acustico, nonché una migliore tenuta al vento. Il fissaggio avviene attraverso la linguetta o nel suo piano.
   • Giunzioni angolari: Possono essere realizzate con un accostamento diretto a 90 gradi, seguito dal fissaggio con viti, oppure utilizzando staffe metalliche angolari per aumentare la rigidità e la resistenza a taglio.
2. Giunzione parete-solaio: Questo nodo trasferisce i carichi verticali dal solaio alla parete e garantisce il collegamento tra i piani.
   • Appoggio diretto: Il pannello del solaio si appoggia semplicemente sul pannello della parete. È importante verificare la resistenza della parete a compressione trasversale alle fibre nella zona di appoggio.
   • Piastre metalliche piegate: Utilizzate per garantire la continuità del solaio e trasferire le forze orizzontali (ad esempio, da vento o carichi sismici). Queste piastre vengono fissate a entrambi i pannelli con viti lunghe.
   • Ancoraggi: Per assorbire le forze di sollevamento (di strappo) che possono generarsi con i carichi da vento, si utilizzano ancoraggi speciali che fissano il solaio alla parete.
3. Giunzione parete-fondazione: È un nodo critico che trasferisce tutti i carichi dall’edificio alla fondazione.
   • Trave di appoggio: Sulla fondazione viene posata una trave di appoggio (sottofondo), che livella la superficie e garantisce una trasmissione uniforme del carico.
   • Tirafondi: I pannelli di parete vengono fissati alla fondazione mediante tirafondi, che assorbono i carichi di strappo e di taglio. È importante garantire un’adeguata impermeabilizzazione tra la trave di appoggio e la fondazione.
4. Giunzione trave-XLAM (per strutture ibride): Nei sistemi ibridi, dove i pannelli XLAM sono utilizzati in combinazione con travi (ad esempio in legno lamellare o acciaio), i nodi devono garantire un trasferimento efficace dei carichi.
   • Giunzioni a cerniera: Trasferimento del carico verticale con trasmissione minima del momento.
   • Giunzioni rigide: Possono richiedere l’uso di staffe speciali e giunzioni bullonate che garantiscono la trasmissione dei momenti flettenti.

Principi chiave della progettazione dei nodi:

• Evitare la concentrazione delle tensioni: Garantire una transizione graduale delle tensioni e utilizzare distanze sufficienti tra i fissaggi.
• Protezione dall’umidità: Tutti i nodi esterni devono essere adeguatamente protetti dalla penetrazione dell’umidità, che può causare il degrado del legno e dei fissaggi.
• Resistenza al fuoco dei nodi: I fissaggi e le giunzioni devono mantenere la loro funzionalità per il tempo di incendio previsto. Gli elementi metallici possono richiedere protezione dal fuoco diretto.
• Resistenza degli elementi di fissaggio: La scelta dei fissaggi (viti, bulloni, ancoraggi) deve corrispondere ai carichi di calcolo e al tipo di legno.

Un calcolo ingegneristico dettagliato di ogni nodo, che tenga conto di tutti i tipi di carico e della conformità alle ДБН, è garanzia della durata e della sicurezza dell’intero edificio in XLAM/SLT.

Per comprendere appieno i vantaggi e le peculiarità dell’XLAM/SLT nel contesto della resistenza a flessione, compressione e trazione, è utile condurre un benchmark comparativo con i materiali da costruzione tradizionali, come il cemento armato, l’acciaio e il legno massiccio. Tale analisi permette di individuare perché i prodotti in legno ingegnerizzato vengano scelti sempre più spesso per i progetti moderni.

Resistenza a flessione:

• XLAM/SLT: Presentano un’elevata resistenza a flessione grazie alla struttura multistrato e al grande momento d’inerzia. Il modulo di elasticità efficace (EI_eff) per un pannello XLAM a 5 strati con spessore di 180 mm può essere di circa 8000 kNm²/m. Ciò consente di realizzare solai con grandi luci senza frecce eccessive.
• Cemento armato: Elevata resistenza a compressione, ma a trazione richiede armatura. In grado di sopportare luci e carichi molto elevati, ma con un peso notevolmente maggiore e un processo di montaggio più complesso.
• Acciaio: Resistenza estremamente elevata a flessione e trazione con un peso relativamente ridotto. Tuttavia, richiede protezione dal fuoco (poiché perde rapidamente capacità portante alle alte temperature) e presenta un’elevata conducibilità termica.
• Legno massiccio: Dipende dalle dimensioni e dalla classe del legno. Ha una capacità portante a flessione notevolmente inferiore rispetto all’XLAM/SLT, è limitato nelle dimensioni ed è soggetto a fessurazione.

Resistenza a compressione:

• XLAM/SLT: Mostrano un’eccellente resistenza a compressione lungo le fibre, che ne consente l’utilizzo per pareti portanti multipiano. Grazie alla rigidità e alla stabilità, il rischio di instabilità (svergolamento) è minimo. I valori di calcolo f_c,0,d per l’XLAM possono raggiungere 20 MPa e oltre, a seconda della classe del legno.
• Cemento armato: Ha la resistenza a compressione più elevata tra tutti i materiali da costruzione (f_c,d per la classe C25/30 può essere 16,7 MPa e oltre). Ideale per edifici alti, ma anche in questo caso il peso elevato e i tempi di costruzione più lunghi sono degli svantaggi.
• Acciaio: Elevata resistenza a compressione, ma gli elementi sono soggetti a instabilità a compressione (buckling) se non hanno dimensioni trasversali adeguate o un fissaggio aggiuntivo.
• Legno massiccio: La resistenza a compressione lungo le fibre è sufficiente, ma il rischio di instabilità per elementi sottili è maggiore rispetto all’XLAM. La resistenza trasversale alle fibre è molto bassa.

Resistenza a trazione:

• XLAM/SLT: La resistenza a trazione lungo le fibre è elevata. La resistenza a trazione trasversale alle fibre è notevolmente migliorata grazie alla disposizione incrociata degli strati, sebbene rimanga comunque l’anello più debole e richieda una progettazione accurata dei nodi.
• Cemento armato: Il calcestruzzo di per sé ha una bassa resistenza a trazione, per cui per assorbire le forze di trazione si utilizza l’armatura in acciaio, che ne costituisce il vantaggio chiave.
• Acciaio: Ha una resistenza a trazione eccezionale, il che lo rende ideale per l’uso in elementi soggetti a trazione (ad esempio, capriate, controventi).
• Legno massiccio: La resistenza a trazione lungo le fibre è elevata, ma trasversalmente alle fibre è estremamente bassa, il che costituisce il suo principale svantaggio.

Altri fattori:

• Rapporto resistenza/peso: L’XLAM/SLT presenta un rapporto resistenza/peso molto elevato rispetto al cemento armato, il che riduce il carico sulla fondazione e semplifica il montaggio.
• Efficienza energetica: Il legno è un isolante naturale, il che contribuisce all’elevata efficienza energetica degli edifici.
• Velocità di montaggio: L’elevato grado di prefabbricazione in stabilimento dei pannelli XLAM accelera notevolmente la costruzione in cantiere.

In sintesi, l’XLAM/SLT è un materiale versatile che combina i vantaggi di elevata resistenza, stabilità ed ecologicità, rendendolo competitivo rispetto ai materiali tradizionali, in particolare per progetti in cui contano velocità, precisione e minimizzazione dell’impronta di carbonio.