By Super Legno: resistente come l’acciaio?
Il legno, materiale utilizzato fin dall’antichità in ambito strutturale, negli ultimi tempi sta riacquistando un ruolo che aveva perso a favore di materiali più recenti quali l’acciaio e il calcestruzzo.
Una ricerca di un team di ingegneri dell’Università del Maryland potrebbe aver aumentato il prospetto di questo materiale per le costruzioni future, e non solo in ambito strutturale.
Questa ricerca ha messo in luce come attraverso un processo chimico-fisico si possano alterare le caratteristiche meccaniche del legno fino a renderle paragonabili a quelle di alcuni tipi di acciaio da costruzione, con un peso proprio notevolmente minore.
Come ci si arriva?
Il processo consiste nella rimozione di circa il 45% della lignina presente nel legno, rispetto al suo contenuto totale. La lignina però è un componente strutturale e tra le sue funzioni fornisce rigidezza alle pareti cellulari, per questo motivo una rimozione maggiore sarebbe controproducente. Una seconda fase del processo consiste nel portare ad ebollizione il rimanente legno in una miscela di idrossido di sodio (NaOH) e solfito di sodio (Na2SO3), e in seguito comprimerlo tramite pressa ad una temperatura di 65,5°C.
Questo trattamento porta ad addensare la struttura del legno, tramite il collasso delle pareti cellulari, (che inoltre elimina i difetti locali) e alla formazione di legami idrogeno che rafforzano il materiale, rendendolo notevolmente più sottile.
Le caratteristiche tecniche del materiale
Questo nuovo materiale ha una rigidezza che si aggira intorno a valori di 50 GPa, che é più di 10 volte maggiore del legno di partenza (il legno utilizzato negli esperimenti é un legno di conifera derivato dal Pinus strobis), ha una resistenza a compressione assiale che supera di quasi sei volte un qualsiasi legno reperibile in natura, arrivando a sostenere 163,6 Mpa, e incrementa la resistenza a compressione trasversale di quasi 53 volte (203,8 MPa contro 3,9 MPa), trasformando un punto debole del legno in un suo punto di forza.
Infatti, la natura ha “progettato” l’albero affinché resistesse a sforzi assiali, quelli del sostentamento delle foglie, e a sforzi di taglio e momenti flettenti che possono derivare dall’azione del vento, spiegando così una piccola resistenza a compressione trasversale.
Inoltre resiste anche molto bene all’umidità, altro punto dolente del legno, deformandosi solamente del 10% dopo un’esposizione di 5 giorni in ambienti molto umidi. Rivestito con una vernice contro l’umidità invece, non ha riportato deformazioni percepibili.
Ma non solo ingegneria civile…
Questa grande innovazione, per ora solo sperimentata in laboratorio, si presta a numerosi ambiti e discipline, sostituendo materiali come l’acciaio o anche la fibra di carbonio, grazie anche al suo peso bassissimo.
Dalle prove effettuate in laboratorio, infatti, è risultato come 5 pannelli affiancati dello spessore di 3 millimetri possano fermare un proiettile ad una velocità di 30 m/s, che anche non essendo neanche paragonabile a quella di un’arma da fuoco, fa intuire le potenzialità del materiale al di fuori del campo delle costruzioni.
Il legno nei progetti futuri
Conseguentemente a queste ricerche stanno ricominciando anche i grandi progetti che rimettono questo materiale al centro del modello strutturale.
Il grattacielo progettato dall’architetto Voll Arkitekter, che è in costruzione in Norvegia, ne è un esempio lampante e sarà il più alto del mondo per quanto riguarda le strutture con struttura portante quasi completamente in legno. Sarà inaugurato nel marzo 2019 e raggiungerà un altezza di 85,4 m, comprendendo 18 piani, nei quali saranno collocati uffici, hotel, appartamenti e anche una piscina. Il project manager del progetto, Rune Abrahamsen, lo ha definito “l’albero più alto del mondo”.
Questo progetto però ha un’importanza ancora maggiore per quanto riguarda le emissioni di CO2, che quindi saranno notevolmente ridotte. Inoltre, al contrario di grattacieli con struttura portante in acciaio, resiste meglio agli incendi e alle alte temperature in generale. Infatti il legno ha la caratteristica di carbonizzarsi solamente superficialmente, lasciando la struttura interna delle travi e dei pilastri completamente resistente.
Ma il grattacielo non sarà costruito solamente in legno, infatti verrà aggiunto calcestruzzo nei piani superiori dell’edificio per aumentare la rigidezza, evitare le oscillazioni dell’edificio e aumentarne anche la stabilità.
Intanto a Tokio c’è un progetto di un grattacielo in legno di 340 metri la cui costruzione è prevista per il 2041, chissà se questo materiale porterà alla costruzione di grattacieli ugualmente o addirittura più alti entro quella data.
Fonti
