Umwelt und Geomatik, il legno che si modella da solo

Il legno è una risorsa rinnovabile e popolare come materiale da costruzione sostenibile. Tuttavia, i progetti architettonici più complessi con strutture curve o contorte stanno mettendo sempre più a dura prova le costruzioni in legno. Finora, infatti, per modellare il legno nella forma desiderata erano necessarie macchine di grandi dimensioni e ad alto consumo energetico.

In un articolo pubblicato su Science Advances pagina esternaStudio I ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'Empa hanno dimostrato come in futuro si potrebbero evitare processi di modellazione meccanica così complessi. Insieme ai colleghi dell'Università di Stoccarda, hanno sviluppato un approccio in cui gli elementi costruttivi in legno massiccio si piegano da soli in una forma predefinita senza l'ausilio di forze esterne.

Curvatura programmata

Il processo di automodellazione si basa sul naturale rigonfiamento e ritiro del legno a seconda del suo contenuto di umidità: Quando il legno umido si asciuga, si contrae più perpendicolarmente alla direzione della venatura che lungo la stessa. La deformazione è normalmente indesiderabile. Tuttavia, i ricercatori stanno sfruttando in modo mirato questa proprietà incollando due strati di legno in modo che le loro fibre siano orientate in modo diverso. Il pannello di legno chiamato "bilayer", con la sua struttura a due strati, è l'elemento base del nuovo metodo.

"Quando il contenuto di umidità del bilayer diminuisce, uno strato si restringe più dell'altro. Poiché i due strati sono saldamente legati tra loro, il legno si piega", spiega Markus Rüggeberg, affiliato sia all'Empa che all'ETH e responsabile dello studio. A seconda dello spessore degli strati, dell'orientamento delle fibre e del contenuto di umidità, gli scienziati possono ora utilizzare un modello computerizzato per calcolare come si deforma l'elemento costruttivo di base durante l'essiccazione. I ricercatori chiamano questo processo "programmazione del legno".

Una volta che un bilayer ha assunto la forma desiderata, può essere incollato con altri bilayer di forma simile, il che in gergo tecnico è noto come laminazione. In questo modo, il team di ricerca ottiene gli spessori di materiale necessari per l'uso pratico come legno a strati incrociati, che è sempre composto da più strati. Un elemento costruttivo in legno prodotto in questo modo rimane dimensionalmente stabile nonostante le variazioni di umidità ambientale.

"Il nostro approccio consente di ottenere diversi raggi di curvatura e forme versatili. La programmazione del legno apre così nuove possibilità architettoniche per questo materiale da costruzione disponibile a livello regionale e rinnovabile", afferma il primo autore dello studio, Philippe Gr?nquist, che lavora anche presso entrambe le istituzioni e ha dedicato la sua tesi di dottorato a questo argomento. I ricercatori hanno fatto richiesta di brevetto per il loro metodo.

Curva verso il cielo: la Torre di Urbach

La Torre Urbach è un buon esempio di come la tecnologia sia adatta alle costruzioni in legno su larga scala. ? la prima costruzione in legno al mondo realizzata con grandi elementi autoformanti. L'imponente torre, alta 14 metri, è stata costruita come punto di riferimento per lo State Garden Show di Remstal, vicino a Stoccarda, nel maggio 2019, in collaborazione con architetti e ingegneri dell'Università di Stoccarda e con l'azienda svizzera di costruzioni in legno Blumer-Lehmann.