La tecnica e i materiali delle
costruzioni in legno moderne Andrea Bernasconi Consulente Dipartimento di Ingegneria Civile,
Politecnico di Graz - Austria
Costruzioni in legno:
tecnologie, risparmio energetico,
sicurezza sismica
Bologna, 26 maggio 2011
Edifici in legno
Dr. A. Bernasconi
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• Edifici di legno per uso abitazione - classico, tetto a due falde
- architettura moderna, "tetto piano"
Austria - 2005 Austria - 2002
- Moderni e attuali
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Gli edifici di legno moderni rispondono ...
... alle esigenze dell'archiettura attuale - per usi diversi
- a più piani
- di forma poco convenzionale
- delle regioni urbane
... alle esigenze tecniche
- struttura
- qualità
- sisma
- fuoco Svizzera - 2000
- Moderni e attuali
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Gli edifici di abitazione moderni con struttura di legno
- una o più abitazioni
- senza vincoli progettuali
- concorrenziali: • progetto architettonico
• aspetto estetico
- tecnica esigente
- materiale moderno
- caratteristiche e qualità ottimali
Salisburgo - Austria - 1999
USA - anni '60
- Moderni e attuali
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• Materiali, Tecnologia , Struttura ?
Le domande …
• Sicurezza simica ?
• Moderno ?
• Sicurezza contro fuoco e incendio ?
• Quanto dura l'edifico di legno ?
• Qualità e sicurezza ?
• Come si costruisce ?
- Moderni e attuali
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Qual è la durata di vita di un edificio di legno ?
... molto lunga!!
Dimostrabile:
- spesso ancora oggi abitati
- durata di vita: diversi secoli
- Durata di vita
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Esempio: tempio Horuiy - costruito nell'ottavo secolo
- ancora in servizio
- ha superato indenne diversi
sismi, tra l'altro Kobe nel 1995
Qual è la durata di vita di un edificio di legno ?
- Durata di vita
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Ieri e oggi - la costruzione di legno riconoscibile
L'edificio multipiano di legno
- Durata di vita
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L'edificio multipiano di legno
Ieri - la costruzione di legno riconoscibile - la struttura di legno dietro la facciata
- Durata di vita
Oggi
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• elementi strutturali:
- completamente protetti
- durata di vita non limitata
• elementi di protezione:
- durata di vita "limitata"
La facciata - Elemento essenziale della costruzione
• Funzioni - protettiva
- estetica
• Possibilità - decisamente illimitate ...
- tutte tecnicamente valide
- Durata di vita
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• elementi strutturali:
- completamente protetti
- durata di vita non limitata
• elementi di protezione:
- durata di vita "limitata"
La facciata - Elemento essenziale della costruzione
La facciata in legno
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• elementi strutturali:
- completamente protetti
- durata di vita non limitata
• elementi di protezione:
- durata di vita "limitata"
La facciata - Elemento essenziale della costruzione
La facciata in fibrocemento
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• elementi strutturali:
- completamente protetti
- durata di vita non limitata
• elementi di protezione:
- durata di vita "limitata"
La facciata - Elemento essenziale della costruzione
La facciata con rasatura / intonaco
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• elementi strutturali:
- completamente protetti
- durata di vita non limitata
• elementi di protezione:
- durata di vita "limitata"
La facciata - Elemento essenziale della costruzione
La facciata con rasatura / intonaco
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- Tipologie costruttive moderne
L'elemento strutturale piano della costruzione intelaiata …
elementi lineari
compressi
elementi lineari
inflessi pannellatura
strutturale
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L'elemento strutturale piano della costruzione intelaiata …
- Tipologie costruttive moderne
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Edificio abitativo - 6 piani con appartamenti in duplex
- superficie stabile ca. 130 m2
- struttura completamente in legno
Lugano CH - 2006
Un esempio di edificio multipiano
- Sicurezza contro il fuoco
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Un esempio di edificio multipiano
• Costruzione intelaiata in legno - tutti gli elementi strutturali in legno
• Telaio e montanti - lamellare / massiccio
• Pannellatura - OSB
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Un esempio di edificio multipiano
• Costruzione intelaiata in legno - tutti gli elementi strutturali in legno
• Dimensioni speciali - trasporto
- montaggio
• Telaio e montanti - lamellare
• Pannellatura - OSB
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Un esempio di edificio multipiano
RE
I 60
Parete "a freddo": h = ca. 3.0 m
Parete REI 60: h = ca. 9 m
- rivestimento gesso-fibra
- carichi accidentali
La soluzione della sicurezza contro il fuoco - esigenze REI 60 a metà edificio
- incendio negli appartamenti inferiori:
stabilità strutturale garantita per 60 minuti
- Sicurezza contro il fuoco
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Un esempio di edificio multipiano
La soluzione della sicurezza contro il fuoco - esigenze REI 60 a metà edificio
- incendio negli appartamenti inferiori:
stabilità strutturale garantita per 60 minuti
RE
I 60
Elemento di facciata:
altezza libera: ca. 9 m
- Sicurezza contro il fuoco
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Aspetti tecnici particolari e "critici": il fuoco e l'incendio - fino a tre piani normalmente senza problemi
Svizzera - 2003
- Sicurezza contro il fuoco
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• Specie legnosa:
- abete rosso
- altre conifere possibili
• Dimensioni standard o "preferenziali":
- larghezza: 60 80 100 … 180 mm
- altezza: 120 140 160 … 240 mm
- lunghezza: a piacimento, fino a 18 m
• Caratteristiche
- essiccazione definita e controllata
- produzione industriale
- caratteristiche meccaniche e fisiche
• definite
• assicurate
• certificate
Prodotti lineari di dimensioni standard
- Tecnologia moderna
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Prodotti "ingegnerizzati"
La prima fase della lavorazione
La materia prima
La prima lavorazione:
- taglio
- essiccazione tecnica
legno massiccio
I semilavorati
lamelle
- Tecnologia moderna
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• Legno massiccio: - sezioni prestabilite - taglio favorevole
- lunghezza fissa e costante - lavorazione ottimale
- essiccazione in condizioni industriali ottimali
• Cernita e classificazione: - eliminazione zone con difetti
• Giunti longitudinali: - giunti a pettine incollati
• Produzione in lunghezza "continua": - lunghezza a "piacimento" fino a 18 m
o su ordinazione
- fornitura in tempi brevi
L'incollatura - elemento tecnologico essenziale
Giunti longitudinali a pettine - produzione di KVH
- Tecnologia moderna
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• Specie legnose: - abete rosso - abete bianco - larice - pino - douglas
• Lamelle grezze:
- tavole con caratteristiche definite
• Giunti a pettine:
- lavorazione e caratteristiche definite
• Lamelle continue:
- giuntate
• Incollaggio della
superficie:
- colla
- lavorazione
1
2
3
4
Esigenze e qualità regolate dalla normativa vigente - europea e naz.
L'incollatura - elemento tecnologico essenziale
La produzione del legno lamellare
- Tecnologia moderna
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I "limiti" del sistema 'Legno lamellare incollato' … … … …
- Tecnologia moderna
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Il legno oggi - Il materiale legno massiccio "ingegnerizzato"
MH KVH DUO/TRIO GLT Lamellare
- aspetto estetico / - uso a vista / - esigenze speciali
60 / 100 mm …
... 140 / 280 mm … 2500 / 240 mm
Qualità
estetica
Materiale e
prodotti
Dimensioni
Qualità
tecniche
Profili prestazionali - Classi di resistenza
Omologazioni nazionali ed europee - Marcatura CE
Normative specifiche sui prodotti e i materiali
… 600 / 240 mm
Esigenze e qualità regolate dalla normativa vigente - europea e naz.
fino a 18 m fino a oltre 40 m
Elementi strutturali lineari - travi
- Tecnologia moderna
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Il sistema di qualità - Le garanzie - La normativa vigente veglia …
• Lamelle grezze: - cernita e classificazione
certificata e sorvegliata
- autocontrollo
- controllo esterno
- certificazione degli impianti
- certificazione del personale
- tutte le lamelle sono marcate
• Le colle:
- omologate per l'uso previsto
• I giunti a pettine delle lamelle:
- impianti omologati
- collanti omologati
- controllo interno permanente
della qualità:
prove di carico
- sorveglianza costante esterna:
prove di carico
• Il prodotto finito:
- protocollo della produzione e
della sorveglianza della qualità
- certificazione della produzione
- marcatura permanente
del prodotto
• L'incollatura:
- impianti omologati
- controllo interno
permanente della qualità
- sorveglianza esterna
- protocollo della produzione
- Tecnologia moderna
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Il sistema di qualità - Le garanzie - La normativa vigente veglia …
• Lamelle grezze: - cernita e classificazione
certificata e sorvegliata
- autocontrollo
- controllo esterno
- certificazione degli impianti
- certificazione del personale
- tutte le lamelle sono marcate
• Le colle:
- omologate per l'uso previsto
• I giunti a pettine delle lamelle:
- impianti omologati
- collanti omologati
- controllo interno permanente
della qualità:
prove di carico
- sorveglianza costante esterna:
prove di carico
• Il prodotto finito:
- protocollo della produzione e
della sorveglianza della qualità
- certificazione della produzione
- marcatura permanente
del prodotto
• L'incollatura:
- impianti omologati
- controllo interno
permanente della qualità
- sorveglianza esterna
- protocollo della produzione
DT 206 CNR Testo unico
Normativa italiana:
- Tecnologia moderna
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La situazione normativa attuale in Italia …
... normativa per la costruzione di legno
• Criteri generali
- basi generali di calcolo
- stati limite ultimi (EC5, DIN 1052, ...)
- qualche indicazione Stato:
Entrata in vigore: 30.6.09
DM 14.1.08 - GU 24.2.08
DM di integrazione 6.5.08 - GU 2.7.08
Circolare Min. Infrast. 5.8.09
GU 24.2.08
• Testo Unico - Norme tecniche per le costruzioni
- Capitolo 4: Norme sulle costruzioni
4.4 Costruzioni di legno - 12 pagine
- Capitolo 7: Progettazione per azioni sismiche
7.7 Costruzioni di legno - 5 pagine
- Capitolo 11: Materiale e prodotti per uso strutturale
11.7 Materiali e prodotti a base di legno
- 8 pagine
- Tecnologia moderna
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• Testo Unico - Norme tecniche per le costruzioni
- Capitolo 4: Norme sulle costruzioni
4.4 Costruzioni di legno - 12 pagine
- Capitolo 7: Progettazione per azioni sismiche
7.7 Costruzioni di legno - 5 pagine
- Capitolo 11: Materiale e prodotti per uso strutturale
11.7 Materiali e prodotti a base di legno
- 8 pagine
• Applicazione e modelli di calcolo
- Documento CNR DT 206
Istruzioni per la Progettazione, Esecuzione
e Controllo delle Strutture di Legno
• Criteri generali
- basi generali di calcolo
- stati limite ultimi (EC5, DIN 1052, ...)
- qualche indicazione
La situazione normativa attuale in Italia …
... normativa per la costruzione di legno
- Tecnologia moderna
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GU 24.2.08
• Testo Unico - Norme tecniche per le costruzioni
- Capitolo 4: Norme sulle costruzioni
4.4 Costruzioni di legno - 12 pagine
- Capitolo 7: Progettazione per azioni sismiche
7.7 Costruzioni di legno - 5 pagine
- Capitolo 11: Materiale e prodotti per uso strutturale
11.7 Materiali e prodotti a base di legno
- 8 pagine
• Materiali
- qualità, certificazione, marcatura
- dei prodotti
- dei produttori
" ... i materiali ed i prodotti
devono essere certificati ..."
" ... i produttori di legno
massiccio strutturale
devono essere certificati ..."
" ... profili caratteristici
UNI 11035 ..."
" ... profili caratteristici EN 1912 ..."
La situazione normativa attuale in Italia …
... normativa per la costruzione di legno
- Tecnologia moderna
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• Testo Unico - Norme tecniche per le costruzioni
- Capitolo 4: Norme sulle costruzioni
4.4 Costruzioni di legno - 12 pagine
- Capitolo 7: Progettazione per azioni sismiche
7.7 Costruzioni di legno - 5 pagine
- Capitolo 11: Materiale e prodotti per uso strutturale
11.7 Materiali e prodotti a base di legno
- 8 pagine
• Basi normative per l'applicazione
- Testo unico
- Norme UNI, UNI EN, EN
- Documento CNR
- Benestare tecnico CEN
- qualificazione della produzione
Una BUONA SINTESI della normativa attuale di tutta europa
- con riferimenti UNI, UNI-EN, EN
La situazione normativa attuale in Italia …
... normativa per la costruzione di legno
- Tecnologia moderna
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XLAM: il "muro" strutturale di legno massiccio
x y
Il materiale nuovo e moderno
- Tecnologia moderna
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• Oggi - 15 anni dopo i primi passi, 12 anni dopo la prima omologazione
…. la capacità produttiva in Europa raggiunge 0.5 Mio. m3/anno
… il nuovo materiale è una realtà indiscussa e interessante
- in tedesco: BrettSPerrholz
- in inglese: Cross Laminated Timber
Il pannello massiccio, incollato, a strati incrociati XLAM
- Tecnologia moderna
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Il principio del pannello massiccio a strati incrociati
• Strati unidirezionali - formati da più lamelle
- incollati uno sull'altro
• Direzione della fibratura degli starti - "incrociati"
- strati adiacenti ruotati di 90
• Incollatura strutturale - adesivi e tecnica dal lamellare
- procedimenti innovativi
- Tecnologia moderna
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Applicazione della tecnologia del legno lamellare
• Classificazione - secondo la resistenza
- meccanica o visiva
• Taglio - tavole più esterne
- migliori, ma meno interessanti
- essiccazione
• Giunti incollati a pettine - lunghezza a piacimento
- caratteristiche definite
• Lamelle - lunghezza a piacimento
- caratteristiche definite
16 - 34 mm
80 - 240 mm
Il principio del pannello massiccio a strati incrociati
- Tecnologia moderna
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II
II
^
90
• elemento lineare / trave
• elemento piano / superficie
Applicazione della tecnologia del legno lamellare
Il principio del pannello massiccio a strati incrociati
- Tecnologia moderna
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• dimensioni - diverse fra i produttori
fino a 330 mm (500 mm)
• stratigrafia - diversa fra i produttori
• Numero strati
- (3), 5 … 11
• Spessore lamelle
- costante
- diverso nelle
due direzioni
- ev. strati doppi
in una direzione
Applicazione della tecnologia del legno lamellare
Il principio del pannello massiccio a strati incrociati
- Tecnologia moderna
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Il legno oggi - Il materiale legno massiccio "ingegnerizzato"
MH KVH DUO/TRIO GLT Lamellare
- aspetto estetico / - uso a vista / - esigenze speciali
60 / 100 mm …
... 140 / 280 mm … 2500 / 240 mm
Qualità
estetica
Materiale e
prodotti
Dimensioni
Qualità
tecniche
Profili prestazionali - Classi di resistenza
Omologazioni nazionali ed europee - Marcatura CE
Normative specifiche sui prodotti e i materiali
… 600 / 240 mm
Esigenze e qualità regolate dalla normativa vigente - europea e naz.
fino a 18 m fino a oltre 40 m
XLAM
Pannello:
fino 4.80 m x 20.0 m Spessore:
fino a 300 mm
Elementi strutturali lineari - travi Elementi piani
- Tecnologia moderna
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Il prodotto - Pannelli di legno massiccio XLAM
• Le finiture e il taglio - a scelta
- adattate all'applicazione
• a mezzo legno
• intaglio per coprigiunto
• maschaitura
- Tecnologia moderna
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• La forma e le dimensioni - pannello grezzo e rettangolare
- forma e dimensioni a piacimento
Il prodotto - Pannelli di legno massiccio XLAM
- Tecnologia moderna
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Comportamento strutturale dei pannelli lamellari di legno
massiccio a strati incrociati XLAM - elemento massiccio piano
- rigidezza e resistenza nelle due direzioni del piano
- Tecnologia moderna
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• Sistema di solaio classico - travatura parallela
- elementi lineari indipendenti
- una sola direzione portante
- un solo elemento "coinvolto"
Comportamento strutturale dei pannelli lamellari di legno
massiccio a strati incrociati XLAM - elemento massiccio piano
- rigidezza e resistenza nelle due direzioni del piano
Trasmissione dei carichi: - contributo di tutto l'elemento
- ripartizione su tutta la
sottostruttura
- sollecitazione ridotta dei singoli
elementi
- Tecnologia moderna
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Sezione A-A:
- architrave "incorporata"
lb
A
A
b
h
h
l b A
A
• Parete con aperture - parete con architravi
- lastra verticale massiccia
Comportamento strutturale - Resistenza e rigidezza
• Lastra quale elemento di parete di un edificio - contributo strutturale di tutto l'elemento (effetto "superficie")
- resistenza e rigidezza elevata
• Carichi verticali
- Tecnologia moderna
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- Tipologie costruttive moderne
Il pannello XLAM quale tipologia strutturale
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piastra verticale: flessione
lastra verticale: compressione / trazione / taglio
lastra orizzontale: taglio
piastra orizzontale: flessione bidirezionale
La struttura di legno composta da elementi piani
Elementi strutturali piani, massicci, di legno
- Tipologie costruttive moderne
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La rivoluzione delle costruzioni di legno
Elementi strutturali piani, massicci, di legno
XLAM: il materiale
legno moderno
… fino a ieri
La costruzione di
legno moderna
- Tipologie costruttive moderne
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 50
La costruzione di legno con i pannelli XLAM
• I collegamenti fra i pannelli - elementi essenziali
- tecnicamente semplici e molto efficaci
- Tipologie costruttive moderne
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• I collegamenti fra i pannelli - elementi essenziali
- disponibili
- tecnicamente semplici ed efficaci
La costruzione con i pannelli XLAM
- Tipologie costruttive moderne
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• Parete quale elemento strutturale - parete quale trave - parete
- lastra verticale massiccia
Comportamento strutturale
Soletta sospesa alla parete
- Tipologie costruttive moderne
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• Parete quale elemento strutturale - parete quale trave - parete
- lastra verticale massiccia
Comportamento strutturale
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 54
Efficacia e rapidità assicurate
- preassemblaggio completo di pareti e solai
- montaggio della struttura portante e finitura in cantiere
- Produzione e montaggio
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Un esempio - montaggio di una casa monofamiliare
- Produzione e montaggio
• preparazione cantiere - fondamenta
- scantinato
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Un esempio
- Produzione e montaggio
07.00
• Inizio montaggio - elementi preassemblati
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Un esempio
- Produzione e montaggio
11.00
• Fine posa piano terreno
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Un esempio
- Produzione e montaggio
15.00
• Fine posa pareti
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07.00
18.00
Un esempio
- Produzione e montaggio
• 1 giorno di lavoro - 1 unità di abitazione
- edificio a tetto
• Fine posa edificio grezzo
Edifici in legno
Dr. A. Bernasconi
Bologna, maggio 2011
Convegno - CNA Emilia Romagna
La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 60
• Trasporto - peso "ridotto"
- trasporto su strada
- elementi grezzi,
o preassemblati
- Produzione e montaggio
Edifici in legno
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Convegno - CNA Emilia Romagna
La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 61
- Produzione e montaggio
La struttura di legno è decisamente leggera …
Edifici in legno
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Convegno - CNA Emilia Romagna
La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 62
Le possibilità della costruzione XLAM
Irdning Austria - 2004
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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Convegno - CNA Emilia Romagna
La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 63
Abitazioni in Italia
Le possibilità della costruzione di legno con i pannelli XLAM
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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Convegno - CNA Emilia Romagna
La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 64
- la struttura di legno dietro la facciata
Oggi
Nuova sede arcivescovile - L'Aquila - 2009
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 65
Le possibilità della costruzione XLAM
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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Convegno - CNA Emilia Romagna
La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 66
Edificio abitativo
- 3 piani
- 12 appartamenti
- 1999
Le possibilità della costruzione XLAM
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 67
Complesso di edifici abitativi - Vienna 2004 - struttura XLAM
- Tipologie costruttive moderne
Le possibilità … infinite
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 68
Complesso di edifici abitativi - Vienna 2004 - struttura XLAM
- Tipologie costruttive moderne
Le possibilità … infinite
Edifici in legno
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Convegno - CNA Emilia Romagna
La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 69
Le possibilità … infinite
Quartiere di abitazione
- Vienna
- 2006
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 70
Edifici abitativi in Abruzzo - XLAM - ca. 30 unità abitative per edificio
- costruzione 2009
- 27 appartamenti, di tipologie diverse
- 3 piani, in totale ca. 2100 m2 lordi
- realizzati in 78 giorni
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 71
Edifici abitativi in Abruzzo - XLAM - ca. 30 unità abitative per edificio
- costruzione 2009
- 27 appartamenti, di tipologie diverse
- 3 piani, in totale ca. 1800 m2 lordi
- realizzati in 55 giorni
- Tipologie costruttive moderne
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 72
Le possibilità della costruzione di legno con i pannelli XLAM
Flessibilità nel progetto …
- Tipologie costruttive moderne
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 73
- 76 x 36 m² di superficie coperta
- 13 m di altezza dei 21 "alberi" della costruzione
- 4500 barre curve a comporre la copertura
Golf Clubhous in Yeoju - Korea - 2009
Risultato dello sviluppo e dell'evoluzione del legno incollato
- Tecnologia moderna
Edifici in legno
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 74
Le possibilità della costruzione di legno con i pannelli XLAM
• Un materiale nuovo per l'edilizia delle grandi strutture
• Opere di ingegneria strutturale
- analisi strutturale
- collegamenti fra pannelli
- comportamento dinamico
• Edifici multipiano fino a 10 piani
- applicazione dello stato dell'arte
- a pieno titolo "grandi strutture"
- Tecnologia moderna
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 75
Le possibilità della costruzione di legno con i pannelli XLAM
• Un materiale nuovo per l'edilizia delle grandi strutture
• Opere di ingegneria strutturale
- analisi strutturale
- collegamenti fra pannelli
- comportamento dinamico
K3
K4
K1
K2
• Basi tecniche disponibili
- stato della scienza
- quadro normativo
- Tecnologia moderna
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La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 76
Le possibilità della costruzione di legno con i pannelli XLAM
• Un materiale nuovo per l'edilizia delle grandi strutture
• Un materiale nuovo - per progetti ambiziosi
- per soluzioni progettuali e strutturali finora non accessibili al legno
• Un materiale nuovo richiede - competenze nuove e aggiornate
- l'applicazione di tecniche e principi nuovi
- l'integrazione degli sviluppi tecnologi recenti
- Tecnologia moderna
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Il legno quale materiale e tecnologia moderni
moderno - qualità
- affidabilità
- precisione
nuove prospettive: - pannelli strutturali di grandi dimensioni
- …
l'evoluzione sta soltanto cominciando ...
- Tipologie costruttive moderne