L'uso del Cross-Laminated Timber (CLT) o X-LAM ha assunto un ruolo fondamentale sia nel settore della ricerca scientifica che della pratica professionale. Il CLT può essere considerato la naturale evoluzione delle costruzioni in legno lamellare e rappresenta, ad oggi, la tecnologia più innovativa e all’avanguardia. Il legno è stato uno dei primi materiali da costruzione che ha permesso all’uomo di risolvere, per molti secoli, i più complessi problemi strutturali.
Cos'è il Legno Lamellare Incollato (CLT)?
L'accorciamento del legno lamellare BSH o CLT (inglese: cross laminated timber) è alla base dei pannelli in legno massello utilizzati in edilizia e composti di solito da strati rettangolari sovrapposti e incrociati tra loro. Il legno lamellare incrociato (CLT) è un elemento multistrato composto da più lamelle disposte in strati sovrapposti. La sua stratigrafia è generalmente simmetrica e costituita da un numero dispari di strati (≥3).
Nel caso del legno lamellare la struttura incrociata è formata da almeno tre strati e garantisce un'elevata stabilità della forma. La possibilità di rigonfiamento e deformazione è molto ridotta, come nel compensato per mobili. L’orientamento delle fibre degli strati adiacenti viene normalmente alternato di 90°, permettendo così la realizzazione di pannelli di grandi dimensioni (fino a 30 × 3 m), dotati di rigidezza e resistenza sia nella direzione principale sia in quella secondaria del pannello (Swedish Wood, 2019).
Legname lamellare a croce (CLT) è considerato un prodotto Mass Timber principalmente perché è prefabbricato. È costruito stratificando insieme le assi di legno - di solito tre, cinque, o sette fianco a fianco - alternando la direzione delle tavole 90 gradi tra ogni strato (laminazione incrociata). Questi strati, come la maggior parte degli altri prodotti in legno ingegnerizzato, vengono fissati insieme utilizzando adesivi strutturali [3]. Un singolo strato di tavole può variare da 5/8 per 2 pollici di spessore [2]. Vengono prodotte ampie aree di CLT, quindi tagliate a misura più in basso sulla linea.
I pannelli CLT sono solidi, e quindi forniscono un'elevata rigidità e trasferiscono carichi in tutte le direzioni. A causa di come è costruito, i pannelli possono variare da 2 fino a 10 piedi di larghezza e possono correre fino a lunghezze di 60 piedi. Lo spessore complessivo del pannello può arrivare fino a 20 pollici a seconda del numero di strati [2]. Il CLT è comunemente usato oggi sotto forma di muro, pavimento e pannelli del tetto, soprattutto dove sono necessarie lunghe portate.
Leggi anche: Prezzi Pavimento Grigio Legno Perlato
Il CLT è stato effettivamente derivato in Europa, principalmente in Germania e in Austria all'inizio degli anni '90 da un ricercatore di origine austriaca di nome Gerhard Schickhofer [5]. Nel 2002 le prime linee guida per l'utilizzo del CLT sono state pubblicate in Austria. Non è stato fino alla fine degli anni 2000 in cui si è parlato di CLT negli Stati Uniti. Mentre l'industria del CLT è minuscola rispetto all'intero ambito del settore delle costruzioni, sta crescendo rapidamente. L'anno scorso, nel 2020, ha incassato il mercato CLT in Nord America $106 Milioni [4].
Tipologie di Legno e Materiali Innovativi per i Pannelli CLT
Il CLT è generalmente prodotto con legno classificato per uso strutturale. Le classi di resistenza assegnate alle singole lamelle costituiscono infatti i parametri di base per la stima delle proprietà complessive del pannello. Attualmente, il CLT disponibile sul mercato è per lo più realizzato con legno di conifera, come ad esempio l’abete.
Tuttavia, i più recenti sviluppi della ricerca e dell’industria stanno prendendo in considerazione anche altri materiali per i singoli strati, tra cui prodotti di legno ingegnerizzato come il laminated veneer lumber (LVL) e l’oriented strand lumber (OSL) (Wang et al., 2017; Niederwestberg et al., 2018), il legno di latifoglia (Gong et al., 2015) e il legno di recupero (Stenstad et al., 2021; Llana et al., 2022; Vonk et al., 2024), ciascuno caratterizzato da specifiche proprietà meccaniche e da un proprio grado di variabilità.
Stratigrafie Eterogenee e Legno di Recupero
Lo studio analizza pannelli CLT a cinque strati con stratigrafia eterogenea, includendo legno di recupero. Il suo comportamento complessivo è fortemente influenzato dalla stratigrafia del CLT e dalle proprietà degli strati. Gli approcci di calcolo esistenti riflettono questo aspetto attraverso calcoli semplici che utilizzano valori medi di rigidezza. Questo studio valuta la validità di tali semplificazioni per pannelli CLT realizzati con una stratigrafia eterogenea che include legno parzialmente di recupero.
Per assemblare pannelli C-CLT a 5 strati sono state utilizzate diverse specie legnose, vale a dire: frassino di provenienza olandese (Fraxinus excelsior), abete di recupero di 50 anni (probabilmente Picea abies, precedentemente utilizzato come rivestimento interno) e douglasia olandese (Pseudotsuga menziesii). Sono stati prodotti pannelli CLT a cinque strati con frassino e douglas di provenienza olandese negli strati longitudinali e abete di recupero negli strati trasversali.
Leggi anche: Stile Arte Povera per la Sala da Pranzo
In totale sono stati assemblati dieci pannelli C-CLT a 5 strati (L × W × H = 2980 × 1200 × 138 mm) con frassino negli strati esterni (strati 1 e 5), abete di recupero negli strati trasversali (strati 2 e 4) e douglasia nello strato centrale (strato 3). Questa stratigrafia è stata scelta per massimizzare la rigidezza flessionale del C-CLT, sulla base dei risultati ottenuti per le lamelle.
A causa della limitata disponibilità degli spessori dell’abete di recupero, è stato necessario adottare una configurazione asimmetrica, con gli strati 2 e 4 aventi spessori differenti. I singoli pezzi sono stati giuntati a pettine fino a una lunghezza di 6 metri utilizzando un adesivo strutturale a base di melammina-urea-formaldeide (MUF). Successivamente, le lamelle sono state piallate fino a ottenere una specifica sezione trasversale (larghezza (w) e spessore (t)). Le lamelle sono state collocate casualmente all’interno di ciascuno strato e la posizione di ogni lamella è stata registrata. Per l’incollaggio sui bordi e sulle facce è stato utilizzato un adesivo strutturale MUF.
Caratteristiche Meccaniche delle Specie Legnose
Prima della fabbricazione dei pannelli, la rigidezza longitudinale (Ex) di tutte le lamelle è stata valutata mediante un Mobile Timber Grader (MTG 960, Brookhuis, Paesi Bassi). L’MTG 960 eccita meccanicamente la trave e misura la risposta vibratoria per individuare l’eigenfrequency. In accordo con la norma EN 14081-2 (CEN, 2019), l’eigenfrequency, combinata con la densità e il contenuto di umidità (MC), viene utilizzata per determinare Ex. La densità è stata determinata gravimetricamente ricavando massa e dimensioni, mentre il contenuto di umidità è stato ottenuto mediante un misuratore capacitivo portatile di umidità (FMW, Brookhuis, Paesi Bassi).
Il frassino presenta la rigidezza media più elevata, e l’abete di recupero risulta sorprendentemente superiore alla douglasia vergine. I dati sulle proprietà meccaniche delle singole specie legnose sono fondamentali per la progettazione e la realizzazione di pannelli CLT performanti.
Di seguito, una tabella illustrativa delle proprietà meccaniche medie delle specie legnose utilizzate negli studi citati:
Leggi anche: Pali in legno: guida alle travi
| Specie Legnosa | Densità Media (ρ) [kg/m³] | Modulo Elastico Longitudinale Medio (Ex) [GPa] | Coefficiente di Variazione (CoV) [%] | Numero di Lamelle Testate (n) |
|---|---|---|---|---|
| Frassino (Fraxinus excelsior) | ~650 | ~15.0 | ~12 | XX |
| Abete di recupero (Picea abies) | ~480 | ~11.0 | ~15 | YY |
| Douglasia (Pseudotsuga menziesii) | ~510 | ~10.5 | ~14 | ZZ |
(Nota: i valori numerici nella tabella sono illustrativi e basati sulla descrizione fornita nel testo che fa riferimento a "Tabella 1" non inclusa.)
Vantaggi e Prestazioni dei Pannelli CLT
Le strutture in CLT mostrano ottime prestazioni in condizioni sismiche grazie all'elevato rapporto resistenza-peso del materiale, alla rigidezza dei pannelli nel piano e alla capacità delle connessioni di conferire duttilità all’intero sistema. Oltre alla caratteristica intrinseca di sostenibilità del legno che compone il pannello in CLT, ci sono ulteriori vantaggi nell’utilizzo di questo materiale che offre una maggiore libertà progettuale anche per gli edifici multipiano.
Il CLT presenta una elevata capacità portante nei confronti delle azioni verticali e orizzontali, come l’azione del vento e l’azione del sisma, garantisce una elevata resistenza al fuoco ed un ottimo isolamento termico ed acustico. Il pannello in CLT presenta un'elevata rigidezza nel piano e un comportamento prevalentemente elastico-lineare quando soggetto a carichi orizzontali. Queste peculiarità vengono attribuite alle caratteristiche fisiche dei pannelli in CLT e alle proprietà meccaniche degli ancoraggi metallici.
Impatto Ambientale e Sostenibilità
Sul piano ambientale, il vantaggio del CLT è significativo: immagazzina carbonio biogenico per tutta la sua vita. Si considera che un metro cubo di legno immagazzini fino a 1 tonnellata di CO₂ equivalente. Nella RE2020, questo stoccaggio migliora direttamente l'indicatore IC Construction [2]. Il CLT massiccio presenta il miglior stoccaggio carbonico per m², in ragione del volume di legno messo in opera. Uno studio realizzato dal cabinet Carbone 4 per Woodeum confronta la costruzione CLT con la costruzione in calcestruzzo su un edificio R+7 di 10 000 m²: il bilancio globale raggiunge -60 kg CO₂/m² per la struttura CLT, contro +420 kg CO₂/m² per un edificio in calcestruzzo armato convenzionale.
La resistenza al fuoco del CLT è caratterizzata da una velocità di carbonizzazione nota e utilizzata per il dimensionamento (da 0,6 a 0,8 mm/min secondo le essenze), secondo Eurocode 5 / NF EN 16351.
SHERPA CLT Connector – Il connettore standardizzato per legno lamellare a strati incrociati
Ricerca e Sviluppo nelle Applicazioni CLT
Questo studio riassume le caratteristiche dei pannelli in CLT e le sue diverse applicazioni per le strutture di nuova costruzione e per le strutture esistenti. Attualmente, il CLT sta guadagnando sempre più attenzione nel campo della ricerca e della pratica professionale come sistema costruttivo sostenibile e resistente per strutture mediamente alte, ma l’esigenza di costruire edifici sempre più alti sta spingendo la ricerca verso lo sviluppo di tecniche costruttive ibride ed innovative in cui le strutture intelaiate incorporano i pannelli in CLT.
Attualmente, le prestazioni sismiche degli edifici in legno multipiano, sono al centro di numerosi progetti di ricerca. Solo di recente, il crescente interesse alla realizzazione di edifici alti, per i quali la richiesta di prestazioni sismiche è elevata, ha spostato l’attenzione verso la nuova tecnologia costruttiva, più massiccia, del Cross-Laminated Timber (CLT).
Sistemi Ibridi e Miglioramento Sismico
Il concetto di edifici ibridi può essere potenzialmente esteso sia agli edifici di nuova costruzione, sia agli edifici esistenti con struttura intelaiata, in c.a. Bezabeh et al. hanno proposto un metodo di progettazione iterativo basato sul DBD (Displacement Based Design) per una struttura di nuova costruzione ibrida acciaio-legno che incorpora pannelli di taglio in CLT come tamponamenti. Gli stessi autori nel 2017, al fine di integrare il codice edilizio canadese per una struttura ibrida legno-acciaio, hanno condotto delle analisi per lo studio della sovraresistenza e della duttilità utilizzando un approccio di valutazione del rischio di collasso.
Barbagallo et al. hanno studiato una tecnologia, denominata sistema e-CLT, che consiste nell’applicazione di pannelli in CLT sul lato esterno delle pareti esistenti, collegandoli alla struttura in c.a. tramite innovativi ammortizzatori a frizione. Sulla base di questi risultati, il sistema e-CLT sembra essere uno strumento promettente per il miglioramento sismico di edifici con struttura in c.a.
Li Cavoli et al. hanno presentato uno studio numerico volto ad indagare la risposta laterale di telai in c.a. nel caso di tamponamenti tradizionali in muratura e nel caso di tamponamenti realizzati con innovativi pannelli in CLT, in modo da analizzare il ruolo di questi ultimi e la loro capacità di migliorare le prestazioni strutturali dei telai in c.a. Sono state proposte due soluzioni di connessione tra i tamponamenti in CLT ed il telaio in c.a., una che prevede giunzioni con angolari tradizionali utilizzate per prevenire lo scorrimento orizzontale delle pareti di taglio in CLT, ed una soluzione che prevede l'utilizzo di una piastra in acciaio a scomparsa collegata con viti autoperforanti ad alta duttilità. Le prestazioni strutturali di questi sistemi sono state confrontate con quelle dei tradizionali tamponamenti in muratura.
Il ruolo dei tamponamenti in CLT e la loro capacità di migliorare la risposta laterale di strutture intelaiate in c.a., nuove ed esistenti, sono stati studiati attraverso analisi pushover considerando diverse caratteristiche dei telai in c.a., ad una sola campata e a più campate. I risultati delle analisi numeriche condotte in questo studio hanno mostrato che l'introduzione di tamponamenti con innovativi pannelli in CLT porta a prestazioni strutturali dei telai in c.a.
Quanto sopra giustifica pienamente l’interesse crescente nei nostri giorni alla definizione di modelli matematici in grado di prevedere il comportamento sia di edifici alti in CLT che di telai con tamponamenti in CLT, anche al fine di individuare specifiche prescrizioni da introdurre nelle normative tecniche di riferimento.
Metodologie di Testing e Valutazione
Questo lavoro intende mostrare alcuni dei risultati delle indagini sperimentali condotte su connessioni singole e su sistemi di pareti in scala reale presso il Centro di Ricerca L.E.D.A.-Laboratory of Earthquake Engineering and Dynamic Analysis dell’Università degli Studi di Enna Kore. Nel proseguo verrà riferito sulle campagne sperimentali presso il centro di ricerca L.E.D.A su connessioni e pareti.
L’elevata variabilità dei materiali impiegati rende complessa la stima delle proprietà meccaniche del CLT. In questo contesto, i metodi non distruttivi, come l’analisi delle frequenze proprie, possono rappresentare uno strumento utile per valutare le proprietà di rigidezza del pannello, in particolare la rigidezza flessionale nelle direzioni principale e secondaria (Gulzow, 2008; Giaccu et al., 2019; Llana et al., 2022).
Nella progettazione allo Stato Limite di Esercizio (SLS), le proprietà di rigidezza assumono un ruolo centrale. Lo SLS riguarda infatti la funzionalità dell’edificio e il contenimento dei danni non strutturali durante l’uso ordinario, nonché in presenza di eventi eccezionali, come i terremoti. Il presente studio propone un’indagine sperimentale e numerica finalizzata alla determinazione delle proprietà meccaniche fuori piano di pannelli C-CLT. Mediante analisi modale, condotta con l’impiego di una griglia di accelerometri, sono stati determinati il modulo di rigidezza longitudinale, quello trasversale e quello torsionale di pannelli C-CLT a cinque strati. Prima della fabbricazione dei pannelli, le singole lamelle sono state sottoposte ad analisi modale. Otto dei pannelli C-CLT sono stati testati con metodi non distruttivi, mentre due pannelli sono stati testati distruttivamente mediante flessione a quattro punti e taglio nel piano (pubblicati in una futura pubblicazione separata).
CLT nel Contesto della Costruzione in Legno
La costruzione in legno non si riduce più a un unico sistema costruttivo. I committenti, gli architetti e i promotori dispongono oggi di diverse soluzioni strutturali collaudate: l'ossatura in legno, il CLT (legno lamellare crociato) e il sistema pilastro-trave. Ogni filiera presenta le proprie logiche di messa in opera, i propri vantaggi tecnici e le proprie condizioni d'impiego privilegiate. Scegliere la struttura giusta significa anticipare i vincoli del programma, del budget e del calendario - e ottimizzare fin dalla progettazione il bilancio carbonico dell'edificio.
Nel 2024, il settore della costruzione in legno rappresenta 4,6 miliardi di euro di fatturato e impiega circa 29 000 persone in Francia. La costruzione in legno si basa su tre grandi famiglie strutturali - ossatura, CLT e pilastro-trave - ognuna delle quali risponde a logiche d'uso, di fabbricazione e di assemblaggio distinte.
- L'ossatura in legno è presente nell'85% delle case individuali, nel 63% degli edifici residenziali collettivi e nel 67% degli edifici terziari costruiti in legno. [1]
- Il CLT immagazzina fino a 1 tonnellata di CO₂ per metro cubo e migliora direttamente l'indicatore IC Construction della RE2020. [2]
- Il sistema pilastro-trave offre la maggiore libertà architettonica: grandi luci, spazi liberi, estetica valorizzante.
La ripresa del mercato della costruzione in legno a partire dal 2025 dovrebbe riguardare in via prioritaria l'edilizia residenziale collettiva e il terziario - là dove CLT e pilastro-trave sono meglio posizionati. Per i professionisti, questa decisione deve essere presa fin dalla fase di schizzo, in stretta collaborazione con la filiera locale del legno e uno studio specializzato. È a questa condizione che i punti di forza del legno - rapidità, leggerezza, carbonio - possono essere pienamente valorizzati.
Nel quadro della RE2020, l'impatto carbonico dei materiali è integrato nella valutazione degli edifici nuovi tramite l'analisi del ciclo di vita (ACV). Da gennaio 2025, la RE2020 impone soglie di emissioni di CO₂ sempre più ambiziose per le nuove costruzioni, con livelli progressivi previsti per il 2028 e il 2031.
Mass Timber è qualcosa che esiste da un po', la maggior parte degli ingegneri ha un'idea di cosa sia, ma perché nascono nuove innovazioni materiali e costruttive, può creare confusione. Un ramo dell'albero di Mass Timber è Cross Laminated Timber (CLT).