Strutture portanti balle di paglia. Quando l'edificio è di grandi dimensioni

Strutture portanti balle di paglia. Quando l’edificio è di grandi dimensioni

strutture portanti balle di paglia

Progettare è prima di tutto un’invenzione che ci spinge oltre quello che conosciamo. Dovremmo conformarci alle regole o anticiparle?

Nella mia esperienza di progettista di edifici in balle di paglia, sto iniziando a sperimentare l’utilizzo di balle di paglia di grandi dimensioni, o “jumbo bales”.

Queste balle hanno spessore minimo di 90 cm e il peso si aggira attorno ai tre quintali circa per ogni balla.

Come ho già trattato in un articolo precedente, in Italia al momento non è permesso utilizzare la paglia come struttura portante, ma solamente come tamponamento e isolamento termico. Le maggiori sperimentazioni di edifici con struttura in balle di paglia portanti si trovano nella vicina Svizzera.

Trovo utile riportare le fonti a mio parere più interessanti per il calcolo strutturale di edifici portanti in paglia. Ribadisco che parliamo di esperienze al di fuori dell’Italia, ma l’obiettivo è capire quali sono le possibilità per innovare il settore edile nel nostro Paese.

Strutture portanti balle di paglia negli Stati Uniti

Negli Stati Uniti le costruzioni con strutture portanti balle di paglia di grandi dimensioni sono normate dal 2015 Michigan Residential Code – Appendix S: Strawbale Construction.

Riporto alcuni estratti utili dalla sezione AS106 Strawbale walls – Structural [1]

I muri di paglia intonacati possono essere utilizzati come muri strutturali in edifici a un piano. Le pareti strutturali in balle di paglia richiedono una finitura a intonaco poiché, insieme al nucleo in paglia, fornisce la capacità strutturale del sistema di parete composita.

L’intonaco deve essere rinforzato se il muro è usato per resistere al taglio.

I carichi statici delle pareti di balle di paglia non devono superare i 60 psf (2872 N/m2) per superficie frontale della parete. I controventi richiesti per i carichi sismici sono direttamente correlati al peso della struttura. Il peso per superficie del muro include le finiture su entrambi i lati e il nucleo della balla di paglia.

Prima dell’applicazione dell’intonaco, le pareti possono essere precompresse da un carico uniforme non inferiore a 100 plf (1459 N/m). Lo scopo della precompressione delle pareti portanti in balle di paglia è quello di accelerare la sedimentazione delle balle di paglia impilate prima dell’applicazione dell’intonaco in modo da ridurre al minimo le potenziali fessurazioni dell’intonaco.

La precompressione è destinata a essere permanente e può essere raggiunta con una varietà di mezzi, tra cui cinghie di imballaggio in tensione o altro materiale di trazione ancorate sotto i davanzali e sopra le piastre di fondazione. In molti casi, il carico statico del tetto sulla parete (prima dell’intonaco) può soddisfare il requisito di precompressione di 100 plf (1459 N/m).

Leggi anche: Fondazioni in c.a. per case in paglia e legno. Quanto dura un edificio di questo tipo?

Strutture portanti balle di paglia in Svizzera

In Svizzera le maggiori sperimentazioni di edifici in balle di paglia di grandi dimensioni sono condotte dallo studio di architettura Werner Schmidt assieme all’ingegnere Peter Braun [2]. L’approccio strutturale di Braun si basa sull’analisi dei rischi (deformazioni ammissibili). Finora, i test non sono stati in grado di determinare un valore di resistenza per le balle di paglia.

Secondo Braun, il carico limite deve essere superiore alle 15 t/mq, il valore ottenuto presso l’HTW di Coira. Tuttavia, il comportamento strutturale è determinato dal modulo di elasticità, che è circa 0,4-0,6 N/mmq sia secondo FEB Kassel e HTW di Coira.

Quindi, secondo i modelli di Peter Braun, una parete di balle di paglia alta 3 m e larga 80 cm può sopportare un carico massimo di circa 6 t/mq. A carichi maggiori, la parete flette.

Nella sua esperienza, Braun pensa che lo strato di transizione (1-2 cm di spessore), in cui la paglia è intimamente mescolata con l’intonaco, è fondamentale nel determinare il comportamento strutturale dell’intero sistema.

Braun ha valutato che il carico ammissibile per una parete spessa 120 cm sia 40 kN/m, anche se i fatti sembrano dimostrare che questo valore teorico sia ancora cautelativo. Per il progetto di una casa a Disentis, Peter Braun ha progettato la struttura in modo che il carico operativo non superasse i 30 kN/mq, mentre l’intonaco aveva principalmente la funzione di rinforzare il muro. In realtà, sotto le forti nevicate dell’inverno 2006, i carichi totali sono stati di 23 kN/m (carico statico) + 19 kN/m (carichi attivi) = 42 kN/m. Da ciò si ottiene che il carico nell’intonaco è stato fino a circa 0,18 N/mmq – poiché apparentemente tale sovraccarico non poteva essere sostenuto dalle balle di paglia.

La paglia è elastica: con il peso della neve, teoricamente la casa dovrebbe comprimersi in inverno ed espandersi nuovamente in estate. In realtà, nessun movimento è risultato evidente. Ciò significa che il carico di neve è stato interamente assorbito dall’intonaco oppure che la combinazione dei due materiali può effettivamente portare più di quanto teoricamente previsto.

Braun pensa che il principale problema statico non sia il massimo carico ammissibile, ma il controllo dello scorrimento plastico, in modo che si ottenga una resistenza orizzontale soddisfacente.

Precomprimere le balle di paglia delle pareti non è sempre necessario. In linea di principio, non è necessario nemmeno legare le pareti di balle di paglia alle fondamenta. Nel progetto di casa Fliri, per esempio, lo strato isolante in balle di paglia sopra l’ultimo piano pesa 80-100 kg / mq, e il normale carico del vento in Svizzera è di 80 kg / mq. Tuttavia, le travi agli angoli dell’edificio sono state legate alle fondazione con cavi in tensione. Da un lato questo ha permesso di raddrizzare l’edificio, dall’altro lo ha rinforzato contro i venti forti.

Il concept delle strutture portanti balle di paglia di grandi dimensioni

A fronte delle due fonti esposte, si possono ricavare le seguenti considerazioni:

  1. nel calcolo strutturale della parete con balle di paglia di grandi dimensioni va considerato il contributo dell’intonaco. Si noti che nelle costruzioni in paglia l’intonaco ha uno spessore considerevole: solitamente 5-6 cm di intonaco interno in argilla e 3-5 cm di intonaco esterno in calce;
  2. la precompressione è una possibilità che va valutata di caso in caso. La tecnica costruttiva solitamente utilizzata è l’utilizzo di cinghie o tiranti plastici o metallici. In assenza di precompressione, il muro in balle di paglia, una volta posato, ha un calo naturale pari a circa una decina di centimetri per piano, sotto il peso della copertura o del solaio;
  3. per la resistenza al taglio è possibile progettare rinforzi delle pareti con armatura, da progettare in concomitanza con l’intonaco di rivestimento;
  4. le aperture entrano nel concept strutturale: gli architravi possono essere pensati come punti di appoggio della trave di bordo sommitale.
Non perderti dello stesso autore: Cosa vuol dire progettare edifici a zero energia incorporata?

Caso studio: abitazione a due piani a Disentis in Svizzera

Fig.1_Werner Schmidt, Disentis Haus, una foto dal cantiere in corso_©Atelier Werner Schmi

L’edificio in balle di paglia portanti a Disentis (Figg.1-2), progettato dall’arch. Werner Schmidt [3], è situato nelle AIpi Svizzere ad un’altitudine di 1300 m. Ha una forma puIita e sempIice, ottenuta direttamente daIIe dimensioni deIIe baIIe di pagIia utilizzate.

Le balle Jumbo Iarghe 1,25 m sono state utilizzate per avere un edificio con un consumo di energia moIto basso e per sopportare i carichi di neve estremi di fino a 650 kg/m2. Per l’anaIisi strutturaIe deII’edificio, prima  di costruirlo, si sono condotti test di carico da 3  a 6 tonneIIate. I valori ottenuti sono stati utilizzati neIIa progettazione dei muri e deIIa facciata sud-ovest in Iegno e vetro.

I muri in balle di paglia sono ancorati con cinghie di plastica alla piastra di fondazione inferiore. Un cordolo ad anello di pannelli a tre strati costituisce l’estremità superiore delle pareti. II solaio deI piano terra è in tavoIe di legno posate sulle baIIe di pagIia. II tetto è composto da travi reticoIari e da un isoIamento termico formato da due strati di baIIe piccoIe.

Dopo aver montato le capriate del tetto, gli artigiani hanno fatto una pausa di quattro settimane. Sotto una tensione costante delle cinghie di plastica, la costruzione è calata complessivamente di 30 cm nell’arco di 30 giorni. Una differenza che è stata considerata dall’architetto per determinare l’altezza di finestre e porte.

L’esterno e l’interno sono intonacati con un intonaco di calce. L’intonaco penetra fino a 8 cm nella paglia, e insieme formano un’unità statica, che assorbe anche le forze orizzontali della costruzione.

Fig.2_Werner Schmidt, Disentis Haus_©Atelier Werner Schmidt

La mia esperienza con i balloni di paglia di canapa

Recentemente ho avuto modo di incontrare un agricoltore di canapa in provincia di Verona, che voleva trovare un’applicazione per il settore edile. Non avendo a disposizione le macchine per trasformare la canapa in canapulo, con cui si realizzano solitamente cappotti isolanti, ho lanciato l’idea di produrre balle in paglia di canapa.

L’agricoltore ha prodotto una ventina di balle di dimensione 90 cm x 120 cm x 220 cm con densità misurata di 180-200 kg/m(Fig.3).

Fig.3_Balloni di canapa prodotti da un agricoltore a San Martino B.A. (VR) ©Nicola Preti

L’idea sperimentale che intendo sviluppare è il progetto di un edificio con struttura in legno in corrispondenza dei montanti e dell’architrave delle porte, con una trave di bordo sommitale in legno e muratura in balle di paglia di grandi dimensioni, cercando di unire due mondi diversi, agricoltura ed edilizia, in un punto comune: la progettazione.

Stiamo progettando il futuro senza dipendere da fonti non rinnovabili. Vogliamo riscrivere la favola dei tre porcellini con un lieto fine per la casa di paglia.

Fonti:

[1] Michigan Residential Code, https://up.codes/viewer/michigan/mi-residential-code-2015

[2] Andrea Bocco Guarnieri, Werner Schmidt, Ecology craft invention, Ed. Ambra|V, 2013

[3] Atelier Werner Schmidt, https://www.atelierwernerschmidt.ch/

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