Il legno,un elemento altamente rinnovabile. E una ragione sufficiente per farlo diventare il materiale del 21 secolo?

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1 Prof. Julius Natterer COSTRUZIONI IN LEGNO: DA SOLUZIONI SEMPLICI A COSTRUZIONI IPERTECNOLOGICHE Introduzione Il legno,un elemento altamente rinnovabile. E una ragione sufficiente per farlo diventare il materiale del 21 secolo? Oggi c è una maggiore sensibilità nei confronti dell ecologia e del rispetto ambientale, a cui si può rispondere con un utilizzo sempre maggiore del legno, un materiale rinnovabile, ecologico e vincente anche dal punto di vista energetico. La lavorazione del legno infatti, se confrontata con quella di altri materiali, comporta una minima emissione di inquinanti All inizio del secolo la ricerca e la tecnologia hanno rivolto la loro attenzione in modo univoco verso il materiale acciaio. Un Brillante simbolo che testimonia questa tendenza è rappresentato dalla Torre Eiffel. Oggi, per tanti esperti, il tetto dell Expo di Hannover rappresenta uno spostamento di tendenza: dall acciaio al legno. La ricerca intorno al legno come materiale da costruzione deve essere intensificata, perché esiste ancora una enorme potenzialitá di sviluppo. Tra progettisti, architetti e costruttori, il legno gode di un immagine assolutamente positiva. L introduzione delle nuove normative europee ha determinato considerevoli progressi. Si prendano in considerazione per esempio le disposizioni riguardanti i carichi massimi nella definizione dei valori caratteristici di rottura: si è dimostrato che criteri validi ancora oggi in tanti paesi europei per la selezione visuale del legno, non ne permettono un ottima valutazione. In effetti possiamo trovare scostamenti dal 100 al 200% dei valori effettivi e di conseguenza vengono accettati fattori di sicurezza che sono molto al di sotto dei valori caratteristici reali e questo porta inevitabilmente ad un uso ineconomico del legno di alta qualitá. L introduzione di metodi di classificazione non distruttivi, come per esempio l utilizzo dell ultrasuono, consentono un avanzamento tecnologico in grado di assicurare una maggiore affidabilità e portare di conseguenza ad un utilizzo più corretto del legno strutturale. Costruzioni di legno massiccio L utilizzo di elementi lignei con alte prestazioni non deve essere l unico obiettivo delle costruzioni in legno. Oltre l uso selettivo per la realizzazione di costruzioni high-tech (come capannoni, ponti e coperture) deve esserene promossa anche l applicazione nella costruzione di pareti, tetti e pavimenti. Sono possibili anche combinazioni con altri materiali come calcestruzzo, vetro e acciaio. Il sistema costruttivo con tavole accoppiate realizza questo obiettivo in modo ideale. Questo metodo consiste nell affiancare e inchiodare le tavole. Nascono cosí elementi massicci in cui lo spessore corrisponde alla larghezza delle tavole. L inchiodatura determina un legame omogeneo all interno della quale se una singola tavola é difettosa, la sollecitazione viene accolta dalle tavole vicine. I vantaggi di queste strutture sono molteplici: esse rendono possibile la diminuzione dell altezza statica necessaria nel confronto con il solaio intermedio tradizionale e danno migliori prestazioni dal punto di vista del comfort acustico e termico. In questo modo si impedisce il surriscaldamento dell edificio in estate e l energia solare ottenuta viene distribuita in inverno in modo equo durante tutto l arco della giornata. Se le strutture rimangono a vista si possono decorare in modi architettonicamente affascinanti ed esteticamente gradevoli. Alternativamente possono essere ricoperte con gesso o tappezzeria. Con l utilizzo di tavole di diversa larghezza c é inoltre la possibilitá in nascondere gli impianti.

2 Per gli elementi di copertura è inoltre possiblile coprire luci statiche considerevoli utilizzando sistemi combinati, dove gli elementi lignei vengono solleciati a trazione e il calcestruzzo a compressone. Cosí facendo ogni materiale viene usato in maniera conforme alle proprie caratteristiche meccaniche. Il collegamento dei vari elementi viene poi garantito da connessini legno-legno e/o tramite bulloni calibrati. In relazione ai diversi carichi ed alle diverse esigenze estetiche, gli elementi di legno possono essere costituiti da diverse forme e sezioni. Cosí é immaginabile l uso di legno tondo segato bilaterale per ponti, mentre per solai puó essere usato legno tondo uso trieste. All interno dell edificio viene preferito il metodo di costruzione per mezzo di tavole accoppiate. Per carichi molto elevati é possibile usare questo metodo insieme al legno lamellare come soletta nervata. Paragonato ai sistemi costruttivi tradizionali il peso proprio della struttura é molto piú basso. Casa a risparmio energetico Montreux (CH), 1999 I solai intermedi e il tetto sono stati realizzati con elementi di tavole accoppiate. La serra a due piani, che é orientata a sud, sfrutta la massima energia solare. Anche il garage é stato realizzato con tavole accoppiate con strati di legno interrotti per una migliore ventilazione dei muri, per il tetto si è optato per una struttura mista legnocalcestruzzo.

3 Zona residenziale Arlesheim (CH,) 1999 La zona residenziale é costituita da 72 case a due piani con un tetto supplementare. Le pareti divisorie consistono in due elementi di tavole accoppiate. Lo spazio intermedio é stato riempito con la sabbia. Gli elementi garantiscono inoltre l irrigidimento orizzontale. Le superfici visibili delle pareti divisorie sono coperte da pannelli di cartongesso. La facciata dell edificio é fatta con profili di larice canadese (Douglas) di 30 x 30 mm. Chiesa Schneverdingen (D), 2000 La chiesa é a due piani con una galleria (matroneo) appesa unilateralmente al tetto. L involucro non portante dell edificio è composto da tavole accoppiate in legno di quercia, mentre il sistema portante interno è in legno di pino. I carichi verticali della galleria e del campanile vengono scaricati su due reticolari.

4 Scuola per disabili Buchegg (CH), 1997 Ampliamento di un edificio esistente con una base leggermente rotonda di ca. 60 x 10 m 2. Il sotteraneo, le due parti centrali e la parete interna leggermente curvata sono di cemento armato. Il solaio intermedio é realizzato come fusione di tavole accoppiate e cemento. I carichi verticali scaricano sul muro interno di cemento armato e sui puntelli di legno tondo con travi di legno lamellare. L involucro dell edificio é stato realizzato con una facciata in legno appoggiata ma non portante. La curvatura degli elementi delle tavole é stata ottenuta con strati di legno cuneiformi aggiunti. Abitazione Rieselfeld (D), 1999 Questo edificio a 4 piani é stato realizzato con un sistema portante orizzontale e verticale di una costruzione in legno-cemento. Le pareti divisorie corrispondono alla misura F90 delle norme della protezione antincendio. Il soffitto del terzo piano aggettante copre un corridoio esterno che é appoggiato con un sistema di travi verticali. Le pareti divisorie degli appartamenti sono formate da due pareti di tavole accoppiate di 8 cm di spessore il cui spazio intermedio é stato riempito con 15 cm di cemento. Ponte per carichi pesanti Lesentier (CH), 1997 L obiettivo principale era l utilizzo ottimale della materia prima (legno) trasformata e lavorata con tecniche di costruzione moderne. La sezione di legno-cemento è composta da otto sezioni di legno tondo di 13 m lunghezza, diametro da 48 a 78 cm. Per ottenere l impalcato di carreggiata parallelo, sono stati tagliati parallelamente i tronchi stessi, ed effettuate delle fresature di compensazione. La distribuzione del carico concentrato delle ruote avviene attraverso intagli trasversali armati. I carichi frenanti vengono trasferiti agli appoggi mediante parti metalliche.

5 Strutture spaziali Oltre all uso selettivo del legno, la realizzazione di strutture hign-tech come ponti o coperture di grandi luci, richiede una progettazione specifica in modo da ottenere strutture leggere ed architettonicamente prestigiose. L ottimizzazione strutturale dipende da molti fattori, ad esempio, attraverso la scelta di un ottimale sitema iperstatico è possibile canalizzare gli sforzi agli elementi di qualità superiore al fine di mediare il carattere isotropo del legno. Con i sistemi ad aste si ottiene una riduzione degli sforzi di momento, con conseguente incremento degli sforzi normali, i quali consentono una riduzione delle sezioni delle travi stesse. Non da ultimi sono da considerare i particolari costruttivi, che spesso incidono sui costi di costruzione. Questi, dovrebbero essere ridotti al minimo e attraverso l utilizzo di elementi compressi si possono ottenere unioni a basso costo. Le strutture spaziali tridimensionali a lastra nervata in legno, adempiono ai criteri sopra citati: alto grado iper-statico e vengono principalmente sollecitate da sforzi assiali. Queste strutture convincono per la moltiplicità di forme ottenibili che permettono di avvicinarsi alla voluta geometria. D altro canto per la semplicità del sistema costruttivo possono essere realizzate anche da piccole aziende. La struttura è costituita essenzialmente da più tavole collegate a vite, che vengono montate nei punti di giunzione in maniera alternata e continuativa, e grazie al loro collegamento cedevole possiedono grosse potenzialità di ripartizione del carico. Le alte esigenze di precisione e le molteplici possibilitá della scelta di forma rendono necessaria una stretta collaborazione fra il prgettista architettonico e il progettista strutturale giá nella fase di progettazione.

6 Ponte Wimmis (CH), 1989 Il sitema costruttivo principale è formato da due travi reticoalri a lembi paralleli che si sviluppano su tre campate di 27mt, 54mt e 27 mt, mentre la struttura secondaria è costituita da travi trasversali ad poste ad un interasse di 6.75 mt. La stabilizzazione orizzontale viene garantita da una controventatura in acciaio. Struttura multifunzionale Lüterkofen (CH), 1993 L entrata é composta da una griglia reticolare (luce 16 x 16 m). La distribuzione del carico si sviluppa in due direzioni. Il tetto della palestra é costituito da travi reticolari. Capannone per Galeere Morges (CH), 1995 Questo progetto é stato realizzato da manodopera parzialmente non qualificata. Tramite la disposizione diagonale del legno con volta a botte é garantito l irrigidimento longitudinale. I carichi trasversali dell edificio vengono assorbiti da un intelaiatura esterna di legno tagliato.

7 Palestra Arlesheim (CH), 2000 Il tetto è composto da un guscio di nervatura in legno (35 x 54 m2). I carichi marginali del guscio vengono assorbiti dagli archi posizionati nella parte piana del guscio e scaricati sugli appoggi. Le azioni orizzontali vengono asorbite dai tiranti degli archi perpendicolari all asse del capannone che possono scaricare anche i carichi asimmetrici sul guscio. Asilo Triesen (FL), 1999 Guscio sferico con nervature in legno che copre una superficie di 1717 m 2. A causa di un terreno di fondazione di scarsa qualitá la struttura é stata appoggiata su quattro angoli. Il pavimento viene portato da profili in acciaio collegati alla trave curva di bordo del guscio.

8 Tribuna all aperto Altursried (D), 1998 tavole inchiodate diagonalmente. La tribuna consente una presenza di 4000 spettatori. La struttura copre una superficie di 30 x 100 m 2 per un altezza di 13m. Le quattro travi reticolari con maggiore carico, di legno tondo sono disposte ad un interasse di 25m; il guscio di copertura é teso tra le travi reticolari e formato da due strati di Copertura Expo 2000 Hannover (D) La copertura si compone di 10 tende collegate che coprono una superficie di m 2. La struttura delle tende é composta da 4 gusci con nervatura in legno, 4 travi a sbalzo, un nodo centrale in acciaio e dalla costruzione a torre. La scelta del modo di costruire e del materiale é stata fatta in base alle diverse portate, alle esigenze architettoniche e alle diverse qualitá dei materiali. Particolare attenzione è stata posta durante la fase progettuale e di posa in opera, nei confronti della protezione di tutte le strutture lignee.

9 Conclusione I nostri antenati piantavano e proteggevano il bosco non soltanto per principi altruistici, ma perché consapevoli che da questo non ricavavano soltanto materiale combustibile per il loro fuoco, ma anche il materiale necessario per costruire. Il bosco svolge diverse funzioni, influenza positivamente il clima, protegge il territorio, ha un valore estetico e culturale altissimo. L unico modo di salvaguardare anche per il futuro il patrimonio boschivo è quello di utilizzare il legno in edilizia. Così facendo si ringiovaniscono le foreste, mettendo a nuova coltura gli spazi utilizzati, e garantendo l apporto di ossigeno che le foreste giovani rendono all intero geosistema. Per queste ragioni è indispensabile approfondire lo studio e la ricerca in questo ambito. E necessario infine guardare al legno non solo in modo nostalgico, glorificando gli antichi utilizzi, ma considererlo quale realmente è, cioè un materiale fondamentale per il 21 secolo.