CLT Sugi: Lo Spessore delle Lamelle Fa Davvero la Differenza? Scopriamolo Insieme!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi affascina parecchio nel mondo delle costruzioni in legno: il CLT, o Cross-Laminated Timber. In italiano lo chiamiamo legno lamellare a strati incrociati, ed è un materiale da costruzione pazzesco, forte, versatile e sostenibile. Ma c’è una domanda che spesso salta fuori, soprattutto quando si progetta: lo spessore delle singole lamelle che compongono il pannello CLT… conta davvero tanto per le sue prestazioni?

Recentemente mi sono imbattuto in uno studio molto interessante (pubblicato su Springer, trovate il link alla fine!) che ha cercato di rispondere proprio a questa domanda, concentrandosi su un legno specifico, il Sugi, conosciuto anche come cedro giapponese (Cryptomeria japonica). E allora, mi sono detto, perché non condividere quello che ho scoperto? Mettetevi comodi, perché ci sono delle sorprese!

Cos’è il CLT e Perché Studiarlo?

Prima di tuffarci nei dettagli, un piccolo ripasso. Il CLT è fatto incollando sotto pressione diversi strati di tavole di legno (le lamelle, appunto), disposti perpendicolarmente tra uno strato e l’altro. Immaginate una specie di compensato super-resistente e di grandi dimensioni. Questo incrocio di fibre conferisce al pannello una stabilità e una resistenza notevoli in entrambe le direzioni.

In Giappone, dove è stato condotto lo studio, si usa molto il CLT con lamelle da 30 mm, un po’ per tradizione (era lo spessore standard per il legno lamellare incollato) e un po’ per le normative vigenti. Ma cosa succederebbe se usassimo lamelle più sottili o più spesse? Potremmo ottimizzare l’uso del legno? Migliorare le prestazioni? Avere più libertà nel design? Ecco, queste sono le domande che hanno guidato i ricercatori. In Europa, ad esempio, è già comune vedere CLT con spessori diversi, magari con lamelle esterne più spesse per aumentare la rigidezza.

L’Esperimento: Lamelle Sottili, Medie e Spesse a Confronto

I ricercatori hanno preparato campioni di lamelle di Sugi con tre spessori diversi: 20 mm, 30 mm (lo standard giapponese) e 40 mm. Tutte le lamelle avevano la stessa larghezza (115 mm). Poi, hanno costruito dei pannelli CLT:

• Pannelli a 5 strati, tutti con lamelle dello stesso spessore (quindi un tipo con lamelle da 20mm, uno da 30mm e uno da 40mm).
• Un pannello speciale a 3 strati, con le lamelle esterne da 40 mm e quella interna da 20 mm (chiamato “424t” nello studio).

Su questi campioni (sia le singole lamelle che i pannelli CLT finiti) hanno misurato un po’ di cose: il modulo di Young (che ci dice quanto un materiale è rigido) e il modulo di taglio (legato alla deformazione per scorrimento) con metodi dinamici (basati sulle vibrazioni), e poi hanno fatto i classici test di flessione per misurare il modulo di Young apparente a flessione e la resistenza a flessione, osservando anche come si rompevano i campioni.

Risultati Sorprendenti: Modulo Elastico vs. Resistenza a Flessione

E qui arriva il bello. Ci si potrebbe aspettare che lamelle più spesse diano sempre risultati migliori, o che ci sia una relazione chiara. Invece… non proprio!

Guardando i pannelli a 5 strati con spessore uniforme:

• Il modulo di Young (la rigidità) era più alto per i pannelli con lamelle da 30 mm, seguiti da quelli da 20 mm e infine da quelli da 40 mm. Un po’ strano, no?
• La resistenza a flessione (quanto carico reggono prima di rompersi) ha seguito un ordine diverso: i più resistenti erano quelli con lamelle da 20 mm, poi quelli da 40 mm, e i meno resistenti quelli da 30 mm!

Questi risultati sui pannelli da 30 mm (alta rigidità ma bassa resistenza) erano simili a quelli osservati sulle singole lamelle da 30 mm. I ricercatori hanno ipotizzato che potesse dipendere da variazioni nel processo di produzione o nelle proprietà del legno usato per quel lotto specifico, ma non c’era una causa chiarissima.

Insomma, lo studio suggerisce che, almeno nell’intervallo 20-40 mm, l’influenza dello spessore della lamella sulla resistenza a flessione del CLT Sugi non è così evidente. Sembra che altri fattori, come la qualità del legno e la distribuzione delle tensioni all’interno del pannello composito, giochino un ruolo più importante di quanto si pensasse.

Il pannello “speciale” 424t (40mm fuori, 20mm dentro) ha mostrato, come prevedibile, modulo e resistenza elevati, perché la maggior parte del volume era costituita da legno orientato nella direzione della sollecitazione principale (grazie agli strati esterni più spessi).

Il Fattore Nascosto: Il Rapporto Larghezza/Spessore

C’è però un aspetto dove lo spessore ha mostrato un effetto più chiaro: il modulo di taglio. I pannelli fatti con lamelle da 40 mm avevano un modulo di taglio significativamente più basso degli altri. Perché? Qui entra in gioco il rapporto tra larghezza e spessore delle lamelle negli strati trasversali (quelli perpendicolari alla direzione principale).

Nello studio, la larghezza era fissa (115 mm). Quindi:

• Lamelle da 20 mm: rapporto 115/20 = 5.75
• Lamelle da 30 mm: rapporto 115/30 = 3.83
• Lamelle da 40 mm: rapporto 115/40 = 2.88

Le normative giapponesi (JAS) raccomandano un rapporto minimo di 3.5 per le lamelle trasversali. Vedete? Le lamelle da 40 mm erano sotto questo limite. E infatti, il loro basso modulo di taglio suggerisce che un rapporto larghezza/spessore inferiore a 3.5 influenzi negativamente le prestazioni a taglio del pannello CLT, e di conseguenza anche la sua deformazione complessiva sotto flessione. Questo basso rapporto sembra anche aver causato un tipo specifico di rottura osservato solo nei pannelli da 40mm (ne parliamo tra poco).

Questo ci dice che non basta guardare solo lo spessore, ma anche come questo si relaziona alla larghezza, specialmente per gli strati che lavorano a taglio.

Come si Rompe il CLT? Uno Sguardo al Comportamento a Rottura

Osservare come si rompe un materiale ci dice molto su come lavora. Nei test di flessione, un punto critico si è rivelato essere sempre lo stesso, indipendentemente dallo spessore: le giunzioni a pettine (finger joints) nelle lamelle dello strato inferiore (quello in trazione). La rottura finale spesso partiva da lì.

Nei campioni da 20 mm, si è notato che a volte, dopo una prima rottura nel finger joint, il carico riusciva a ridistribuirsi e la rottura finale avveniva in un’altra zona (magari vicino a un nodo). Negli altri campioni (30 mm, 40 mm, 424t), la rottura nel finger joint era più spesso definitiva.

Sono stati osservati diversi tipi di crepe (lungo le linee di colla, lungo gli anelli di crescita, radiali, spaccature longitudinali). Una cosa interessante è emersa solo nei campioni da 40 mm: una sorta di “sfaldamento” tra le lamelle dello strato trasversale, dove le singole lamelle si separavano. Questo comportamento, probabilmente, è legato proprio al basso modulo di taglio e al basso rapporto larghezza/spessore di cui parlavamo prima.

Tuttavia, lo studio conclude che non è emersa una relazione chiara tra lo spessore delle lamelle (o la resistenza a flessione) e il tipo specifico di rottura, a parte quel fenomeno particolare nei campioni da 40 mm.

Possiamo Prevedere le Prestazioni?

Un altro aspetto toccato dallo studio è la possibilità di stimare le prestazioni del pannello CLT (modulo di Young e resistenza a flessione) partendo dalle proprietà misurate sulle singole lamelle, usando la teoria dei materiali compositi.

I risultati? Abbastanza buoni! Le stime erano generalmente vicine ai valori misurati in laboratorio. Per il modulo di Young, i valori misurati erano leggermente superiori a quelli stimati (dal 4% al 16% in più). Per la resistenza a flessione, i valori misurati erano un po’ più bassi (5-15% in meno per 20t e 30t) o uguali (40t) o leggermente superiori (10% in più per 424t) rispetto alle stime.

Questo è incoraggiante! Significa che, con una buona caratterizzazione delle lamelle di partenza, possiamo avere una stima affidabile delle prestazioni del CLT finale. Tuttavia, i ricercatori sottolineano giustamente che bisogna tener conto dell’influenza della deformazione a taglio (che abbiamo visto essere influenzata dal rapporto larghezza/spessore), specialmente se si progettano CLT con configurazioni o sezioni trasversali diverse da quelle testate.

Conclusioni: Cosa Abbiamo Imparato?

Tirando le somme di questo interessante studio sul CLT Sugi:

• L’effetto dello spessore delle lamelle (tra 20 e 40 mm) sulla resistenza a flessione non sembra essere così determinante. Altri fattori come le proprietà intrinseche del legno e la distribuzione delle tensioni contano molto.
• Il rapporto larghezza/spessore delle lamelle negli strati trasversali è cruciale. Se scende sotto 3.5 (come nel caso delle lamelle da 40 mm a larghezza fissa), il modulo di taglio diminuisce sensibilmente, influenzando la deformazione totale e potenzialmente anche il modo di rottura.
• Le giunzioni a pettine nello strato inferiore in trazione sono un punto debole critico nel comportamento a flessione del CLT.
• È generalmente possibile stimare le prestazioni a flessione del CLT partendo dalle proprietà delle lamelle, ma attenzione all’effetto del taglio, soprattutto con geometrie diverse.

Quindi, la prossima volta che sentirete parlare di spessore delle lamelle nel CLT, ricordatevi che la questione è più sfumata di un semplice “più spesso è meglio”. Il rapporto con la larghezza e la qualità generale del materiale giocano un ruolo fondamentale! Spero che questo viaggio nel mondo del CLT Sugi vi sia piaciuto quanto è piaciuto a me approfondirlo.

Fonte: Springer