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Lo Strutturista

Strutture in XLAM e modellazione agli elementi finiti

Gli schemi statici, le ipotesi e la metodologia di calcolo agli elementi finiti per le strutture in XLAM

21 Ottobre 2021
strutture in XLAM
Redazione calcolostrutturale.com
La redazione di calcolostrutturale.com è composta da ingegneri edili, copy strategist ed esperti di marketing e comunicazione.

Le strutture in legno presentano analogie sia con quelle in acciaio che con quelle in muratura, ciò nonostante necessitano di un approccio al calcolo a loro dedicato. Nel legno esistono punti delicati, intesi come meccanismi di rottura poco resistenti, che derivano dal metodo di crescita e di procacciamento del nutrimento della pianta stessa. La comprensione del calcolo non può quindi esimersi da un primo studio del vegetale in situ. Questo argomento, per quanto vasto, non è di difficile reperimento, pertanto verrà solo accennato. Per quanto riguarda i principali meccanismi poco resistenti, mi preme citare lo schiacciamento perpendicolare delle fibre e il taglio da rotolamento (Gr, rolling shear). Sebbene questi aspetti siano poco conosciuti rispetto alle usuali progettazioni in cemento armato, spesso sono quelli determinanti e dimensionanti. Si illustrano di seguito le varie assunzioni, le normative e le conoscenze che stanno alla base del calcolo delle strutture in XLAM. Lo scopo è quello di descrivere gli schemi statici, le ipotesi e i numeri che entrano in gioco nella metodologia di calcolo agli elementi finiti, anche nel caso in cui si usi un software “chiuso” e si voglia controllare i risultati ai fini della validazione.

L’approccio alla progettazione

Aspetti quali le metodologie di produzione del materiale, la modellazione FEM, le connessioni, la movimentazione dei pannelli e delle travi e il loro trasporto, il montaggio, la durabilità, la protezione dalle intemperie e da condizione igrometriche potenzialmente dannose, la resistenza al fuoco richiesta (minuti di incendio) secondo UNI EN 1995-1-2, vanno contemporaneamente tenuti in conto e al termine della progettazione devono essere tra loro congruenti.

Le scelte effettuate durante la progettazione devono avere un filo conduttore principale e questo deve essere forte e ragionato. Ciò non vuol dire che non sia possibile valutare diversi schemi statici (magari futuri scenari possibili di cui tenere conto ai fini della sicurezza e della futura modificabilità della struttura) o che non si possano eseguire ulteriori calcoli paralleli al principale; anzi, ogni singola decisione dovrebbe essere presa solo dopo aver quantificato l’incidenza numerica e l’utilità effettiva delle altre singole alternative. Facendo un banale esempio: quanto ha senso fare un’analisi modale abbinata ad uno spettro di risposta su una struttura semplice? Il più delle volte non molto, tuttavia esistono situazioni nelle quali solo un’analisi di questo tipo può evidenziare una particolare criticità. Oppure, quanto è sicuro dimensionare una trave ad arco valutando solo l’ipotesi di vincoli degli appoggi fissi (cerniera-cerniera)? Il costo del calcolo, e quello stesso della produzione dell’elemento, il più delle volte non cambia molto valutando anche la configurazione di un appoggio mobile (cerniera-carrello).

È utile ricordare che i modelli numerici cercano di approssimare la realtà per renderla calcolabile e, non di meno, che le strutture saranno soggette all’uso antropico che è, in assoluto, la più imprevedibile delle azioni. Pertanto è necessario avere un certo discernimento e porsi svariate domande. Va da sé che non si può generalizzare e ogni progetto va preso singolarmente in discussione. L’aspetto importante è che bisogna allontanarsi dall’approccio che si usa per una struttura in cemento: nelle strutture in legno le connessioni sono ordinariamente schematizzabili come cerniere (con le dovute eccezioni) e il legno in sé presenta meccanismi di rottura fragili, relegando la capacità di duttilità ai soli elementi metallici di connessione.

Il materiale XLAM

Noto anche con l’acronimo CLT (Cross LaminatedTimber), l’XLAM è un elemento strutturale prevalentemente bidimensionale, realizzato mediante l’incollaggio di strati di tavole lignee poste perpendicolarmente le une alle altre. Proprio grazie all’orientamento delle tavole si ottiene un prodotto dimensionalmente stabile e non soggetto alle variazioni dimensionali, tipiche degli elementi lignei, per effetto dell’umidità.

Fino alle NTC 2018 tale materiale non era neppure presente in modo esplicito nel panorama nazionale degli elementi da costruzione; ad oggi, invece, varie normative ne riassumono i principali metodi di calcolo (CNR DT 206 R01/2018, UNI EN 1995, ecc.). Tuttavia la sua produzione è influenzata dall’assenza di una norma armonizzata dedicata e questo lo rende un materiale soggetto al Benestare Tecnico Europeo; in questi casi è il singolo produttore che deve avere una propria ETA di prodotto (realizzata su base EAD). La principale conseguenza del buco normativo è che le caratteristiche del materiale, nonché la stratigrafia dei pannelli (numero, spessore e orientamento degli strati) variano da produttore a produttore e, benché questo avvenga in range non troppo larghi, bisogna comunque tenerne conto.

Un’ultima nota prima di iniziare ad avvicinarsi alla modellazione è quella relativa ai due impieghi principali dei pannelli XLAM: pareti e solai. Seppur realizzati con le medesime tecniche, i pannelli che diventeranno solai sono (generalmente) leggermente diversi da quelli che saranno utilizzati come pareti.

Il calcolo dell’XLAM – cenni

 Il calcolo degli elementi in XLAM ricade nell’ambito delle travi composte; per questi elementi la rigidezza efficace è determinata per mezzo della rigidezza degli elementi di collegamento semirigido; che nel caso di pannello in XLAM[…]

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