OBIETTIVI E FINALITÀ DELLA RICERCA
In questi ultimi anni il legno è sempre più utilizzato come materiale da costruzione, e questo in considerazione di particolari proprietà del materiale quali l’elevato rendimento strutturale, la leggerezza, la resistenza e deformabilità, la sostenibilità ambientale.
Un forte sviluppo nel settore delle costruzioni in legno è dovuto all’introduzione di nuovi sistemi costruttivi, spesso prodotti in ambito industriale, che permettono di velocizzare i tempi di costruzione dell’opera rispetto ai sistemi più tradizionali. Appartengono a questa categoria i pannelli lignei portanti, utilizzati come elementi costruttivi di edifici sia come pareti, nelle quali agiscono principalmente carichi nel piano, sia come solai, nei quali agiscono soprattutto carichi fuori dal piano. Gli edifici con struttura a pannelli lignei portanti, pertanto, si configurano come una struttura scatolare costituita da pannelli verticali ed orizzontali.
I pannelli di legno attualmente presenti in commercio sono in genere del tipo X-Lam, ottenuti dalla sovrapposizione di strati incrociati di tavole di legno, connessi tramite incollaggio o chiodatura, in modo da formare un elemento bidimensionale.
I pannelli X-Lam hanno una struttura interamente in legno e vengono di solito realizzati in dimensioni e pesi per i quali la movimentazione in cantiere deve avvenire tramite macchine e gru. Inoltre, questi pannelli hanno valori di trasmittanza termica tali da rendere comunque necessario l’utilizzo di ulteriori specifici elementi di coibentazione per rispettare i requisiti di dispersione termica previsti per le pareti esterne.
Inoltre, studi condotti sul comportamento strutturale di tali pannelli, anche dallo stesso gruppo di ricerca del Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura (Di.St) dell’Università di Napoli “Federico II”, hanno portato ad una serie di risultati che evidenziano tassi di lavoro bassi nel materiale ligneo, anche in presenza di azioni sismiche e, pertanto, dimostrano, per questa tipologia costruttiva, un utilizzo di materia prima superiore alle reali necessità strutturali.
Questa tipologia di pannelli presenta, quindi, una serie di limiti intriseci (sovrabbondanza di materiale, difficile movimentazione, alta trasmittanza termica) che spingono allo sviluppo di nuove tipologie di pannelli capaci di superare tali limiti, garantendo al contempo prestazioni strutturali adeguate.
Partendo da ciò, l’idea progettuale è stata quella di realizzare pannelli di legno alleggeriti realizzati tramite la sovrapposizione di 3 strati incollati tra di loro: due strati esterni (strutturalmente portanti) di tavole di legno ed uno strato intermedio di collegamento (non portante), costituito da un materiale che garantisca nello stesso tempo una maggiore leggerezza ed una rilevante capacità di isolamento termico. Al fine di garantire una più comoda movimentazione in cantiere essi hanno larghezza ridotta, mentre la lunghezza è variabile, potendo raggiungere quella massima delle tavole di legno presenti in commercio, non volendo considerare la possibilità di giuntare le tavole di testa con giunti a mini-dita. I singoli pannelli così fatti devono, ovviamente, essere giuntati gli uni agli altri in modo da ottenere le
Obiettivi e finalità della ricerca dimensioni richieste per le pareti o per i solai. La giunzione è prevista con connessioni meccaniche in corrispondenza di elementi di legno intermedi di collegamento delle due tavole esterne del pannello. Come descritto in precedenza, una delle tipologie strutturali per edifici lignei attualmente più diffusa è quella a pareti portanti con pannelli di tavole a strati incrociati (X-lam). Si tratta di edifici costituiti da un assemblaggio di pannelli lignei collegati, sia a livello di interpiano che di fondazione, mediante connessioni meccaniche chiodate o bullonate (Fig. 0.1).
Fig. 0.1 Edificio X-lam
Non mancano, però, delle criticità che rendono tale sistema non sempre performante dal punto di vista sia tecnologico che strutturale. Ad esempio i pannelli, prodotti di qualsivoglia dimensione (sempre entro i limiti di trasporto su strada), rendono difficili le operazioni di movimentazione e montaggio in cantiere. Inoltre, la tecnologia del pannello porta ad un eccessivo spreco di materiale e di conseguenza ad un aumento del peso strutturale e dei costi di costruzione.
Nella presente ricerca viene analizzata una nuova tipologia di pannello portante in legno massiccio, in grado di superare le criticità connesse all’utilizzo di pannelli tipo X-lam e che possa essere impiegato per la realizzazione di edifici lignei a pareti portanti. Tale pannello viene prodotto dall’azienda G.R. Sistemi di Tito Scalo (PZ) con il nome di POREPAN.
A differenza del pannello X-lam, il POREPAN è ottenuto dall’assemblaggio di due tavole di legno con materiale isolante (polistirene espanso estruso, EPS) interposto tra le stesse. La larghezza del pannello POREPAN è pari a quella delle tavole lignee di cui è composto (circa 20 cm) e lo spessore complessivo è pari a quello degli elementi costitutivi (tav. esterna, 4cm + EPS 8cm + tav. interna 4cm = spess. tot. 16cm), per cui esso risulta di peso molto contenuto. I pannelli vengono poi assemblati direttamente in cantiere, permettendo di realizzare, quindi, pareti della lunghezza desiderata con una evidente maggiore facilità di montaggio. Essi, inoltre, non necessitano di ulteriore aggiunta di materiale isolante, essendo esso già compreso nel pacchetto.
Tale pannello permette di realizzare l’intero edificio, in quanto può svolgere la doppia funzione strutturale di elemento portante sia verticale (pareti) che orizzontale (solaio), in analogia a quanto possibile con i pannelli X-lam.
Il presente lavoro consiste essenzialmente in una ampia campagna di indagine sperimentale finalizzata alla caratterizzazione meccanica del pannello come elemento portante orizzontale e verticale, in vista di possibili impieghi nell’ambito delle costruzioni in legno e in particolare degli edifici.
Obiettivi e finalità della ricerca Descrizione del pannello Porepan
Il pannello POREPAN è un elemento composto da tavole di legno massiccio, che può svolgere la duplice funzione di lastra e di piastra. Si presta, quindi, ad essere impiegato sia come parete verticale (caricata prevalentemente nel proprio piano) che come struttura orizzontale (con carichi agenti prevalentemente ortogonalmente al proprio piano). Pertanto può essere una valida alternativa ad altri elementi bidimensionali impiegati per la realizzazione degli edifici in legno (tipo X-lam).
Il pannello POREPAN sembra fornire il giusto connubio tra requisiti prettamente strutturali e di risparmio energetico. Si tratta, infatti, di un elemento ad elevato potere di isolamento, viste le notevoli proprietà di resistenza termica degli elementi costituenti (tavole di legno esterne e strato centrale in EPS).
In dettaglio, il pannello è composto dai seguenti strati (Figg. 2, 3):
uno strato esterno, costituito da una tavola in legno massiccio di spessore variabile tra 20 e 40 mm;
uno strato coibente intermedio, costituito da polistirene espanso sinterizzato (EPS) dello spessore di 80 mm, conforme alla Norma UNI 7819;
uno strato interno, costituito da una tavola in legno massiccio di spessore variabile tra 20 e 40 mm;
collegamenti lignei mediante “tozzetti” disposti in diversi punti lungo la lunghezza del pannello.
Generalmente i pannelli si realizzano con tavole in legno di abete rosso poiché questa è la specie legnosa più comunemente impiegata in ambito strutturale, ma possono essere realizzati anche con altri tipi di legno (tipo larice o pino), se le condizioni di impiego lo richiedano.
La produzione del pannello avviene in maniera industrializzata in stabilimento, le tavole vengono prima lavorate con macchine a controllo numerico e poi classificate secondo la Normativa specifica. L’incollaggio degli strati avviene con procedimenti analoghi a quelli utilizzati per le travi in legno lamellare. Nello specifico sono utilizzate colle poliuretaniche rispondenti alla norma ISO 14001 prive di formaldeide.
Fig. 0.2 Sezione di un pannello POREPAN