Analisi e Caratteristiche delle Travi in Legno: Dal Massiccio al Lamellare

Le travi in legno rappresentano elementi costruttivi fondamentali, presenti sia in edifici storici che in moderne realizzazioni. Comprendere le loro caratteristiche, le modalità di verifica e le diverse tipologie disponibili è cruciale per la progettazione e la manutenzione delle strutture.

La Verifica Statica degli Elementi Strutturali in Legno Esistente

La verifica statica di elementi realizzati in legno strutturale esistente, massiccio o lamellare, richiede l’esecuzione di adeguate indagini e prove sul materiale per la caratterizzazione meccanica e tipologica del legno. Gli elementi costruttivi in legno sono spesso presenti in edifici esistenti: solai, coperture e architravi in legno in costruzioni esistenti in muratura, cemento armato o acciaio. Pertanto, se ti occupi di analisi di vulnerabilità di costruzioni esistenti, molto probabilmente dovrai eseguire indagini e prove anche su elementi strutturali esistenti in legno.

L’esecuzione di indagini e prove è necessaria per definire il Livello di Conoscenza della struttura e il relativo Fattore di Confidenza FC per la riduzione delle proprietà meccaniche del materiale. La Normativa Tecnica definisce tre Livelli di Conoscenza denominati come LC1, LC2, LC3. I livelli di conoscenza sono ordinati per informazioni crescenti sulla costruzione esistente.

Livelli di Conoscenza (LC) e Fattore di Confidenza (FC)

Al livello LC1 corrisponde una conoscenza minima della struttura esistente, al livello LC3 una conoscenza più approfondita. La Normativa Tecnica consente al progettista di adottare Livelli di Conoscenza della struttura differenziati per la verifica sismica globale della costruzione e per la verifica in condizioni statiche di singoli elementi costruttivi. Un esempio è l'analisi di vulnerabilità sismica di un edificio esistente in muratura con solai in legno.

Al crescere delle informazioni disponibili sulla struttura esistente (da LC1 a LC3), diminuirà il fattore di confidenza FC (da 1.35 a 1.00), pertanto si ridurrà la penalizzazione della resistenza del materiale.

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Livelli di Conoscenza e Fattori di Confidenza per Strutture in Legno Esistenti

Livello di Conoscenza (LC)	Descrizione	Fattore di Confidenza (FC)
LC1	Conoscenza minima della struttura esistente	1.35
LC3	Conoscenza più approfondita della struttura esistente	1.00

Puoi scaricare gratuitamente il Focus Normativo PDF che raccoglie tutte le prescrizioni delle NTC2018 e Circolare 2019 sull’argomento.

Prove e Indagini per il Legno Strutturale Esistente

La Circolare 2019 definisce tre livelli di approfondimento per le prove da eseguire sul legno esistente, al fine di determinare le caratteristiche meccaniche, la specie legnosa e il livello di degrado:

• Prove limitate: Si tratta di indagini basate principalmente su esami visivi delle superfici, che comprendano almeno tre facce e una testata di ogni elemento dell’orditura primaria e secondaria e che prevedano limitati controlli degli elementi costruttivi e delle connessioni. Sono previste rimozioni locali dello strato di protezione per procedere a una valutazione dello stato di conservazione.
• Prove estese: Si tratta di indagini visive diffuse sulle superfici degli elementi e sui collegamenti, accompagnate da alcuni controlli strumentali. Sono previste rimozioni locali dello strato di protezione per procedere a una valutazione dello stato di conservazione. Come controlli strumentali, sono almeno da prevedere alcuni controlli dell’umidità del materiale in zone specificatamente individuate come particolarmente sensibili.
• Prove esaustive: Si tratta di indagini visive diffuse e sistematiche, accompagnate da approfondimenti strumentali, eventualmente di tipo resistografico. Si prevedono analisi per l’identificazione della specie, la misura dell’umidità nel materiale e nelle zone di interfaccia con materiali diversi e l’analisi dei collegamenti, con valutazione dei fenomeni di degrado degli elementi di connessione. Tali analisi possono anche richiedere attività di laboratorio.

Controlli Strumentali Specifici

Per gli elementi in legno è importante identificare l’eventuale degrado di tipo biotico, ovvero il degrado causato dall’aggressione di insetti e funghi xilofagi. La Circolare 2019 non specifica quali prove eseguire sul legno strutturale, ma prescrive genericamente l’esecuzione di controlli strumentali. Tra i controlli specifici troviamo:

• Estrazione di carotine: Viene eseguita mediante il succhiello di Pressler, ovvero un carotatore manuale costituito da una trivella a doppia filettatura. Il foro lasciato nell’elemento avrà un diametro di 12 mm, mentre la carotina estratta avrà un diametro di 5 mm.
• Penetrazione statica: Consiste nel far penetrare a una profondità di 5 mm dalla superficie legnosa una piccola sfera di acciaio dal diametro di 10 mm. Misurando la forza applicata è possibile risalire alle proprietà fisico-meccaniche del legno.
• Penetrazione dinamica: Misurazione della profondità raggiunta da una punta sottile in acciaio infissa nella superficie legnosa da una molla tarata e caricata a mano.
• Resistenza all’estrazione della vite: Tale prova consiste nel misurare la forza di trazione necessaria per estrarre dal legno una vite autofilettante. La prova è idonea a valutare lo stato di conservazione del legno in superficie.
• Trapani strumentati: Strumento in grado di far penetrare una punta di acciaio armonico, di lunghezza 40 cm e diametro 3 mm, all’interno del legno e di rilevare la resistenza che il legno oppone all’avanzamento. Da tale prova si ottiene il profilo resistografico, ovvero un grafico che mette in relazione la resistenza del legno con la profondità.

Nel corso dell’articolo potrai scaricare gratuitamente l’app Woody, un’utile risorsa per l’esecuzione delle verifiche di resistenza sul legno strutturale esistente. Woody è l’app per il progetto e verifica di elementi strutturali in legno massiccio e lamellare, nuovi o esistenti, implementata in Microsoft Excel. All’interno dell’app potrai selezionare il livello di conoscenza raggiunto e in automatico saranno ridotti i parametri di resistenza mediante il fattore di confidenza FC.

Il Legno Lamellare: Innovazione e Versatilità

Il legno lamellare è un materiale composito che si produce con diverse assi di legno, dette lamelle. Queste vengono posizionate con venatura contrapposta così da garantire una maggior uniformità nella resistenza della trave e ricomposte tramite incollaggio a caldo e sotto pressione. Il legno lamellare nasce dall’esigenza di superare i limiti del legno massiccio sia per dimensioni in lunghezza, sia per sezioni, ma soprattutto per concezione strutturale.

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Con il termine "travi lamellari" si intendono pezzi per costruzioni in legno, prodotti da assi di abete rosso essicate in modo tecnico, nelle quali sono stati tagliati i difetti che ne avrebbero compromesso la compattezza, quali ad esempio i nodi, le sacche di resina e le inclusioni di cortecce grandi. Le lamelle, già prima dell'incollaggio, vengono essiccate in modo tecnico fino a raggiungere un'umidità del legno del 12 % e successivamente piallate. Vengono adoperate tavole già classificate per uso strutturale e possono essere uniti tra loro elementi di diverse essenze legnose.

Vantaggi del Legno Lamellare rispetto al Legno Massiccio

Il normale legname da costruzione montato è sottoposto ad un forte processo di essicazione: esso infatti si torce, si deforma e si ritira. Tutto ciò può causare anche fessurazioni. Il ritiro del legno da costruzione troppo bagnato, quando già montato, è la causa più comune di anermeticità delle pareti esterne e della conseguente comparsa di danni dovuti all'umidità.

Le travi lamellari mostrano, attraverso la loro lavorazione, migliori caratteristiche rispetto al legno massello, per l'assenza di torsioni a lungo termine, e perché la tendenza alle fessurazioni risulta ridotta al minimo. Mostrano una maggiore resistenza ed una rigidità più elevata rispetto al normale legno da costruzione, raggiungendo lunghezze fino a 18 metri e dimensioni fino a 240 x 1.240 mm.

È costituito, essenzialmente, da legno naturale di cui mantiene i pregi (come elevato rapporto tra resistenza meccanica e peso, lenta combustione in caso di incendio) e allo stesso tempo è un prodotto industriale innovativo che, attraverso un procedimento tecnologico di incollaggio a pressione, riduce e supera i difetti propri del legno massiccio.

Applicazioni e Tipologie

L’impiego del legno lamellare trova sempre più spazio nel campo delle costruzioni; in particolare, è largamente impiegato in costruzioni a grandi luci in quanto è l’unico materiale che unisce leggerezza, resistenza e versatilità. La sua versatilità lo rende ideale per molti tipi di costruzioni. Infatti, oltre a giocare un ruolo importante nelle ristrutturazioni (solai, soppalchi, coperture), il legno lamellare viene applicato nella bioedilizia in alternativa al cemento armato per la realizzazione di:

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• strutture leggere (casette, bungalow, gazebi, tettoie);
• coperture per capannoni, centri sportivi, scuole, centri commerciali, piscine, auditorium, riqualificazione di teatri;
• abitazioni a basso consumo energetico;
• edifici destinati a civile abitazione.

Il legno lamellare può essere distinto in diverse tipologie a seconda del legno di derivazione delle lamelle. In linea generale, quelle maggiormente utilizzate sono le conifere:

• abete rosso e bianco;
• frassino;
• larice;
• faggio;
• pino.

Inoltre, il legno lamellare può essere classificato in:

• incollato omogeneo in cui le lamelle di cui è composto appartengono alla stessa classe di resistenza;
• incollato combinato quando appartengono a differenti classi di resistenza.

La classe di resistenza standard dei prodotti Mosser è la GL 24c. Questa classe di resistenza è creabile idealmente con il materiale grezzo disponibile ed è da considerare dunque come la classificazione più economica e più gradevole alla vista. Su richiesta è disponibile con sovrapprezzo anche la classe di resistenza GL 24h. Per componenti con requisiti di resistenza più elevati offriamo su richiesta e per determinate sezioni trasversali anche le classi di resistenza GL 28c (a partire da 140/320 mm) e GL 30h (a partire da una larghezza di 120 mm). Per l'incollaggio delle nostre travi lamellari e degli elementi per solaio in legno lamellare utilizziamo una colla di resina melamminico-ureica. L'incollaggio è impermeabile e resistente agli agenti atmosferici e forma delle giunzioni di colla chiare che non diventano scure. Il nostro moderno impianto di centro taglio ci permette di lavorare i componenti con precisione e accuratezza millimetrica. Forniamo elementi da costruzione in legno di massima qualità pronti per il montaggio. Per elaborare le richieste, abbiamo bisogno innanzitutto di un file BVN o BVX. Il trasferimento dei dati da IFC, SAT, DXF o DWG a un file BVN e BVX è disponibile su richiesta.

Vantaggi Strutturali e Ambientali

I pregi tecnici citati portano anche vantaggi architettonici e di forma. Le travi lamellari si accompagnano in modo eccellente con altri materiali, quali pietra naturale, calcestruzzo, acciaio o vetro. I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale:

• resistenza a flessione e trazione;
• versatilità, può essere usato su un gran numero di strutture, grandi e piccole, complesse o meno;
• leggerezza: ha un peso specifico inferiore a 500 kg al m³ (circa l’80% in meno rispetto al cemento armato) con maggiore sostenibilità dei carichi, riduzione delle opere di fondazione in cemento, notevole risparmio dei tempi di cantiere e generale diminuzione dei costi (tra cui quelli di trasporto);
• capacità isolante molto alta;
• alta resistenza ad agenti atmosferici e a sbalzi termici;
• proprietà antisismiche, grazie a leggerezza, elasticità e resistenza meccanica il legno assorbe le sollecitazioni e sopporta le deformazioni; inoltre, in caso di danni si ripara più facilmente;
• basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo;
• facilmente riciclabile;
• alta resistenza al fuoco.

Nonostante il legno sia annoverato tra i materiali da costruzione infiammabili, in virtù delle sue proprietà, in caso d’incendio esso presenta un comportamento relativamente vantaggioso. Il legno, utilizzato come elemento costruttivo compatto, mostra un'elevata resistenza al fuoco, giacché solo la parte esterna viene carbonizzata, mentre la sua struttura interna si mantiene intatta. Con le costruzioni di legno è possibile soddisfare anche le classi di protezione antincendio più elevate.

Con l'elevato grado di prefabbricazione dei componenti in legno, delle costruzioni di tetti e telai, è possibile realizzare in pochi giorni un progetto di costruzione. Sul cantiere sono necessari elevatori molto più leggeri rispetto a quelli che servirebbero per il cemento armato. La movimentazione ed il collegamento di componenti nelle costruzioni in legno sono effettuabili molto rapidamente e non necessitano di tempi di essiccazione o indurimento. Con le odierne lavorazioni con centro taglio si è nell’ambito dell’High-Tech, laddove la precisione è di gran lunga superiore rispetto a quella del cemento armato. Infine, il peso inferiore delle costruzioni in legno reca enormi vantaggi in zone sismiche, vantaggi accresciuti dalla maggiore elasticità del materiale e dagli elementi di giunzione utilizzati. Il cemento armato è rigido e quando qualcosa si rompe tende a cedere rapidamente.

Le Travi in Legno Massello: Tradizione e Impiego

La trave in legno è la tipologia di trave più antica e diffusa, per cui possono essere utilizzate diverse essenze di legno, dalla classica trave in legno massiccio alla trave in legno lamellare. Le travi in legno massello sono da sempre impiegate in architettura per la costruzione di edifici, parti di essi o strutture ingegneristiche come ad esempio i ponti. Ottenute dalla lavorazione dalle varie parti della sezione del tronco dell’albero, si utilizzano soprattutto per la realizzazione di strutture portanti come solai, scale e tetti.

Una delle piante più utilizzate per realizzare travi in legno di buona qualità è l’abete. Legno ampiamente diffuso soprattutto nelle zone montane, è duttile, facilmente lavorabile e molto resistente. Nel tempo la reperibilità di tronchi di legno duro e durevole di grandi dimensioni è andata diminuendo e di conseguenza le travi in legno massello si sono ridotte di formato limitando i campi d’impiego.

Tipologie di Travi in Legno Massello

Le travi in legno massello possono essere suddivise principalmente in due tipi:

• Travi in legno massiccio fuori cuore: ovvero travature che non presentano all’interno della sezione la parte midollare del tronco. Queste travi sono meno resistenti quindi impiegate per realizzare strutture soggette a carichi contenuti come ad esempio per l’orditura secondaria di un tetto. Alla vista si presentano solitamente regolari e senza fessurazioni rilevanti.
• Le travi in legno massello con cuore o con cuore spaccato: si dicono tali in quanto conservano tutto o porzione del midollo all’interno della sezione del tronco. Hanno grande resistenza ai carichi e sono quindi utilizzate per costruire strutture portanti. Si distinguono dalle travi fuori cuore per la tendenza a formare importanti fessurazioni che nonostante le apparenze non compromettono la resistenza strutturale.

Fessurazioni nel Legno Massello

In qualsiasi caso le fessurazioni non costituiscono motivo di mancanza di qualità del legname. Tutte le travi in legno tendono a fessurarsi durante la fase di essiccazione a causa della naturale perdita della linfa interna o di eventuali trattamenti in autoclave per accelerare la stagionatura.

Calcolo Strutturale e Verifiche per Elementi in Legno

Per progettare adeguatamente una struttura in legno lamellare è indispensabile effettuare il calcolo strutturale e tutte le verifiche richieste dalla norma di riferimento in modo da non compromettere la sicurezza della struttura stessa. Per questa ragione, ti suggerisco di affidarti a strumenti specifici costantemente aggiornati, come il software calcolo strutturale legno, con cui puoi modellare coperture, porticati ed altri componenti in legno presenti in una struttura mista in cemento armato o in muratura.

Nella verifica degli elementi strutturali in legno, le verifiche da effettuare per ogni elemento dipendono dalla funzione dell’elemento nella struttura. Ad esempio:

• elementi con prevalente comportamento assiale (controventi o appartenenti a travature reticolari) sono verificate a trazione e/o compressione;
• elementi con funzioni portanti nei confronti dei carichi verticali sono verificati a pressoflessione retta e taglio;
• elementi con funzioni resistenti nei confronti di azioni orizzontali sono verificati a pressoflessione/tensoflessione deviata e taglio oppure a sforzo normale se hanno la funzione di controventi.

Verifiche agli Stati Limite Ultimi (SLU)

Le verifiche allo stato limite ultimo (SLU) sono effettuate sempre controllando il soddisfacimento della relazione: Rd = (kmod·Rk)/γM ≥ Sd, dove:

• Rk è il valore caratteristico della resistenza del materiale; per sezioni in legno massiccio o lamellare incollato sottoposti a flessione o a trazione parallela alla fibratura che presentino rispettivamente una altezza o il lato maggiore della sezione trasversale inferiore a 150 mm per il legno massiccio e 600 mm per il legno lamellare incollato, i valori caratteristici della resistenza vengono incrementati tramite il coefficiente moltiplicativo kh (di cui al §11.7.1.1 D.M. 2018);
• kmod è il coefficiente correttivo che tiene conto dell’effetto, sui parametri di resistenza, sia della durata del carico sia dell’umidità della struttura (i valori di kmod sono forniti nella Tab. 4.4.IV D.M. 2018);
• γM è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale, i cui valori sono riportati nella Tab. 4.4.III D.M. 2018.

Le verifiche di resistenza degli elementi strutturali in legno sono riferite alla direzione della fibratura coincidente sostanzialmente con il proprio asse longitudinale e sezione trasversale costante. Le verifiche da effettuare previste al § 4.4.8 del D.M. 2018 sono:

• di trazione parallela alla fibratura;
• di compressione parallela alla fibratura;
• di pressoflessione/tensoflessione;
• di taglio;
• di taglio e torsione;
• di stabilità;
• di deformabilità.

In questi tabulati di calcolo, per ogni tipo di verifica e per ogni elemento interessato dalla verifica, sono riportati i valori delle resistenze e delle sollecitazioni che hanno dato il minimo coefficiente di sicurezza, calcolato generalmente con la relazione: CS = Rd/Sd. Puoi scaricare gratuitamente la relazione di calcolo e il tabulato della struttura in legno lamellare elaborata con il software calcolo strutturale legno. Nella seguente relazione tecnica, relativamente alla parte in legno, vengono riportate le caratteristiche fisiche e meccaniche del materiale, la classe di servizio, per poi tener conto della sensibilità del legno alla variazione di umidità e dell’influenza di questa sulle caratteristiche di resistenza e di deformabilità, e infine, le modalità di verifica secondo quanto prescritto dalla normativa tecnica.

Durabilità e Protezione del Legno

Se si protegge per bene il legno dall’azione degli agenti atmosferici attraverso misure costruttive (tettoie, copertina in lamiera di finestre, ecc.), questo può conservarsi in maniera praticamente illimitata. È importante soprattutto che in nessun’area della costruzione possa formarsi umidità o condensa. La protezione costruttiva del legno è la misura più efficace con cui è possibile prolungare notevolmente la durata di vita di una costruzione in legno.

I funghi che distruggono il legno necessitano di umidità per crescere, un'umidità che può essere esclusa con un montaggio delle travi lamellari a regola d'arte sotto i tetti o negli ambienti interni. Se ciò non è possibile sono necessarie misure chimiche appropriate, al fine di influenzare la durata di vita. Con protezione chimica del legno s’intende sostanzialmente un trattamento della superficie per mezzo di vernice o vernice trasparente, che protegge il legno dalle radiazioni UV e da eventuale umidità.

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