• valutazione strutturale
• studio collegamenti
• analisi funzionale

Il costo sempre maggiore delle materie prime e dell’energia ha spinto il mercato a studiare soluzioni differenti capaci di associare l’economicità dei materiali e alla loro disponibilità in loco all’eco-sostenibilità, alle possibilità di riciclaggio e smaltimento degli stessi a fine vita.
Accanto ai metodi costruttivi tradizionali, consolidati nel tempo che garantiscono maggiore sicurezza per il committente, acquistano sempre più spazio tecniche innovative che garantiscono prestazioni equivalenti, se non migliori, in termini di sicurezza. Il legno scomparso per tanto tempo come materiale per uso strutturale, con l’emissione delle nuove norme tecniche del 2008, ha trovato nuove possibilità di impiego derivate dalla necessità di realizzare rapidamente strutture sicure, facili da controllare sismicamente; spesso costituiscono elementi strutturali semplici da assemblare, affiancati alle ossature portanti prefabbricate; soluzioni industrializzate a tecnologie a secco, metodologia capace di spostare le lavorazioni dal cantiere agli stabilimenti di produzione.
In questo contesto l’Xlam, insieme di pannelli multistrato in legno con funzione portante, costituisce un metodo costruttivo, nonché un materiale dotato di tutte le caratteristiche richieste: materiale biodegradabile, facilmente reperibile in loco, per il quale si ha la possibilità di industrializzarne il processo di produzione, garantendo un maggior controllo sulle prestazioni finali, in termini di qualità e di isolamento acustico e termico. Inoltre, grazie alle sue caratteristiche meccaniche e prestazionali l’Xlam, nonostante la prefabbricazione, offre la possibilità all’utente di non rinunciare ai propri gusti architettonici ed estetici. La rivoluzione dell’Xlam permette il passaggio culturale dall’elemento lineare e unidirezionale, (travi e pilastri, o montanti e traversi), ad un elemento bidirezionale adeguato sia come piastra (solaio), che come piastra (pareti), oltre che come mensola.
Questa tesi di laurea ha come scopo quello di esaltare le prestazioni e le capacità di utilizzo della tecnologia costruttiva a pannelli portanti in legno applicata agli edifici residenziali, attraverso lo studio e la progettazione di un complesso abitativo costituito da sei villette a schiera, realizzate con questa specifica tecnica.
Nella prima parte della tesi, preliminarmente alla progettazione, si è svolto uno studio approfondito prendendo in esame la letteratura tecnica relativa all’Xlam, individuando le caratteristiche fisiche e meccaniche del materiale, le combinazioni strutturali e le possibilità di collegamento. Si sono prese in considerazione le equazioni costitutive che definiscono i materiali e ,in assenza di una specifica normativa di riferimento nei confronti dell’Xlam, si è fatto uso di pubblicazioni specialistiche dei produttori, dell’Eurocodice 5 e della Normativa Tecnica delle Costruzioni del 2008, in particolare dei capitoli relativi al legno.
L’approccio strutturale è stato avviato in via generale con l’analisi delle caratteristiche strutturali del materiale legno costituente i pannelli Xlam, studiando gli schemi statici e le capacità resistenti delle sezioni. In fase successiva, passando allo studio specifico della progettazione, è stata definita la disposizione dei vari ambienti degli edifici in modo tale da sfruttare al meglio la superficie interna sia dal punto di vista compositivo che estetico per poi dimensionare gli elementi portanti verticali ed orizzontali.
Il complesso edilizio prevede la realizzazione di sei villette a schiera aperte su due lati opposti con ingresso indipendente, costruite su tre livelli, uno seminterrato con funzione di autorimessa e cantina raggiungibile solamente dall’esterno tramite rampa a uso privato e due piani fuori terra realizzati tramite tecnica costruttiva Xlam (oggetto della tesi), in cui sono presenti tutti gli ambienti progettati e inseriti all’interno dell’edificio secondo il Regolamento Edilizio Unificato del Comune di Pisa.
Sono state progettate due diverse tipologie di villette differenziando la planimetria e la metratura tra quelle di testa (Modulo A) e quelle interne (Modulo B).
La distribuzione interna dell’alloggio è stata studiata in maniera tale da:
• minimizzare lo spazio del connettivo (ingresso corridoi) servendo le stanze con il minor percorso possibile per sfruttare al meglio gli spazi;
• evitando corridoi virtuali all’interno dei vani data l’assenza di stanze di passaggio.
Particolare attenzione è stata posta anche nella ricerca di un buon collegamento e posizionamento degli elementi verticali (scale) permettendo di trovare l’accesso dell’alloggio in posizione centrale.
Nella seconda parte della tesi, quella puramente progettuale, una volta definito il tipo di modellazione della struttura, si è proseguito con il pre-dimensionamento dei vari elementi portanti, che una volta dimensionati sono stati inseriti in un programma agli elementi finiti FEM per determinare in maniera più accurata le sollecitazioni sulle pareti portanti, sulle travi e sui pilastri, oltre che negli elementi di fondazione. È stato utilizzato lo stesso modello anche per la determinazione e la valutazione degli spostamenti indotti dal vento e dal sisma.
Per il calcolo della struttura è stato usato il programma agli elementi finiti Straus7. La struttura è stata modellata con elementi frame (beam) per quanto riguarda travi e pilastri e mesh formata da elementi shell per quanto riguarda le pereti portanti in Xlam e i setti in c.a. Per la definizione degli elementi Xlam sono stati utilizzati elementi di tipo “plate” e materiale “laminate” definito a sua volta indicando per ogni strato componente il pannello tramite la funzione “Ply Property”: spessore, densità, Modulo di Young, Modulo di Poisson e Modulo di Taglio. Per la definizione dei setti in c.a. sono stati utilizzati sempre elementi di tipo “plate” ma con materiale di tipo “isotropic”.
I carichi permanenti e accidentali, distribuiti sui solai, oltre che al peso dei tramezzi interni, sono stati applicati utilizzando load patch, elementi plate che vengono schematizzati senza alcuna rigidezza strutturale, con il solo compito di distribuire i carichi di superficie nelle travi e muri su cui si appoggiano. I pesi degli elementi portanti invece vengono computati in modo automatico dopo aver definito e assegnato il materiale e la sezione che li compone. Una volta definiti tutti i materiali, sono state applicate le sollecitazioni esterne come il vento e la neve.
All’interno del programma sono stati inseriti gli spettri di risposta ottenuti dal programma fornito dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, che hanno permesso di andare a valutare l’azione sismica e i modi principali di vibrare della struttura stessa. È stato dunque possibile andare a valutare le sollecitazioni nei vari elementi che sono stati verificati uno per uno secondo le prescrizioni indicate in normativa.
I valori tensionali relativi allo stato ultimo risultano decisamente inferiori rispetto ai valori di resistenza di progetto, riconducibili al duplice comportamento a lastra e a piastra che permettono di ripartire i carichi sull’intera struttura. Com’era prevedibile, essendo quella progettata una struttura snella, dotata di un ottimo rapporto tra peso spercifico e resistenza, per i pannelli Xlam sono risultate determinanti le verifiche in termini di stabilità rispetto a quelle statiche.
Una volta verificati gli elementi strutturali portanti, sono state analizzate e progettate le tipologie di collegamento tra gli stessi, nello specifico collegamenti: trave-parete, pilastro-parete, parete-parete, parete-parete d’interpiano, parete-solaio, determinando gli schemi di montaggio da poter utilizzare in cantiere.
I collegamenti che vengono maggiormente utilizzati per le consuete tecniche di realizzazione di edifici a pannelli portanti in X-lam sono le connessioni a gambo cilindrico per le quali viene utilizzata alla base dei calcoli la “teoria di Johansen”,che definisce sia per il legno che per il metallo del connettore, formule di calcolo per andare a determinare la capacità portante delle connessioni sotto comportamento rigido-plastico. Si parte andando a studiare i meccanismi di rottura della connessione in esame facendo riferimento a giunti dotati di un grado crescente di duttilità.
La tecnica costruttiva impiegata è stata oggetto di un confrontato con quella delle murature ordinarie mettendo in luce vantaggi e svantaggi in termini di resistenza, comportamento al fuoco, comportamento nei confronti del sisma, risparmi energetici ed economici.
Il vantaggio di una struttura leggera consiste tra l’altro nella possibilità di progettare delle opere di fondazione più modeste, inoltre le azioni che interessano la struttura nel caso di sisma risultano notevolmente inferiori rispetto a quelle che si riscontrano in una struttura tradizionale in muratura o calcestruzzo armato che può presentare una massa inerziale quattro volte maggiore. La struttura in Xlam progettata in maniera tale da garantire un comportamento scatolare realizzato con idonei collegamenti in acciaio puó essere considerata dotata di un ottimo comportamento in zona sismica.
L’efficienza e il risparmio economico della tecnologia in Xlam deriva dalla possibilità di disporre, come già affermato, di un materiale facilmente reperibile in loco per il quale si ha la possibilità di industrializzarne il processo di produzione, consentendo, inoltre, la riduzione dei tempi di cantiere.
Le elevate prestazioni termiche, il loro comfort ambientale, le possibilità di risparmio energetico, l’ottimo comportamento nei confronti del sisma e del fuoco e agli aspetti di sostenibilità, fanno si che i pannelli Xlam risultino un’ottima alternativa ai tradizionali materiali di costruzione in particolar modo in quelle aree dove la leggerezza strutturale costituisca un valore aggiunto.