Sistemi ibridi in legno: il nuovo cemento armato del 21° secolo

Il cemento armato è durevole e robusto, ma ha un’elevata impronta di CO 2 . Il legno, d’altra parte, è sostenibile e assorbe carbonio, sebbene abbia proprietà negative intrinseche. I sistemi ibridi in legno, invece, uniscono sostenibilità e resistenza. Il Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI, sviluppa adesivi adatti e testa la stabilità a lungo termine dei materiali in legno ibridi. Oggi, edifici e altre strutture sono costituiti principalmente da muratura, acciaio e cemento. Il cemento armato, in particolare, garantisce un’elevata stabilità complessiva, in quanto unisce l’elevata resistenza alla compressione del calcestruzzo con l’elevata resistenza alla trazione dell’acciaio. Inoltre, il cemento armato è molto resistente, anche in condizioni climatiche variabili. Ma c’è un aspetto negativo: la produzione, la lavorazione e il riciclaggio del cemento armato richiedono grandi quantità di energia.

Le lunghe distanze percorse nel trasporto delle materie prime aggravano l’impronta di CO2. Il legno, invece, ricresce velocemente ed è quindi molto più sostenibile. Inoltre, è disponibile localmente. Inoltre, il “fattore benessere” è solitamente più alto nelle case di legno che dietro i muri di cemento. Ma anche qui c’è un problema: il legno non è così robusto come il cemento armato.

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In particolare, la resistenza alla trazione e alla compressione perpendicolare alla direzione della fibra è relativamente bassa. Inoltre il legno è caratterizzato da una grande variabilità delle proprietà e dalla sua igroscopicità. Tuttavia, quando il legno viene combinato con altri materiali, le proprietà meccaniche della struttura complessiva migliorano notevolmente. Se utilizzato in combinazione con compositi polimerici fibrorinforzati o calcestruzzo, è anche possibile utilizzare specie e qualità di legno che in precedenza non erano adatte alla costruzione.

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Comportamento a lungo termine dei materiali legnosi ibridi.
Il Fraunhofer WKI di Braunschweig sta studiando il comportamento a lungo termine e la durata di questi sistemi di costruzione ibridi in legno. L’obiettivo è aumentare significativamente la quota di legno utilizzato nelle costruzioni edili: le costruzioni in legno hanno una piccola quota del mercato edile tedesco, intorno al 10-15%.

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Se i materiali da costruzione ibridi potessero essere garantiti per resistere a vento e condizioni meteorologiche per un lungo periodo di tempo, aumenterebbe sicuramente la popolarità di questo materiale da costruzione. In tutto il mondo stanno studiando combinazioni di legno e cemento, così come il legno che acquisisce ulteriore rigidità grazie alle fibre di carbonio o al lino in una matrice polimerica.

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Per quanto riguarda la combinazione di legno e cemento, il team ha sviluppato un nuovo modo di combinare i materiali. Di solito è fatto meccanicamente, cioè utilizzando chiodi d’acciaio, piastre d’acciaio e reti d’acciaio. Unendo i materiali con poliuretano o resina epossidica, possono ridurre il peso degli ibridi di legno e accelerare il processo di produzione fino al 15%.

Anche se può sembrare contraddittorio, in fin dei conti si parla di test a lungo termine: i test a breve termine vengono effettuati all’inizio degli studi. Questo perché i test a lungo termine su un periodo di 20 anni sono troppo costosi e richiedono tempo; In definitiva, l’obiettivo è quello di aprire quanto prima la possibilità di utilizzare i nuovi materiali da costruzione. Per prove a breve termine, della durata di ore o giorni, i ricercatori uniscono materiali, come cemento e legno. Quindi fissano insieme le sezioni di legno esterne e applicano una forza definita al calcestruzzo.

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Quanta forza è necessaria per distruggere lo strato adesivo e strappare il materiale composito? Il team di ricerca sta sviluppando un modello teorico da queste e altre misurazioni. Per fare ciò, stanno anche esaminando al microscopio la microstruttura del giunto adesivo.

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Prove all’aperto a lungo termine.
Per convalidare il modello che hanno creato e catturare la realtà nel modo più accurato possibile, i ricercatori stanno proseguendo i loro test a breve termine con studi a lungo termine. Per fare ciò, espongono i pannelli ibridi lunghi da cinque a sei metri al vento, alla pioggia e al sole all’aperto per due anni. In che misura ne risentiranno? Il modello lo prevede in modo coerente? Possono utilizzare i risultati per perfezionare il modello.

Una volta che il modello è stato sottoposto a questo confronto pratico, i ricercatori lo utilizzeranno per prevedere il comportamento a lungo termine e calcolare le prestazioni dei materiali ibridi legno in un periodo di 50 anni. In questo modo, il team di ricerca sarà in grado di stabilire una base per l’utilizzo futuro dei materiali nel settore edile.

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Fonte: ecoinventos.com

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