Il Calcolo e la Spiegazione delle Travi Reticolari in Legno Lamellare

Le travi reticolari rappresentano uno degli elementi strutturali più efficaci e versatili nell’ambito dell’ingegneria civile e dell’architettura. Costituite da un insieme di aste disposte in una configurazione a rete, queste travi sono progettate per essere sottoposte esclusivamente a sollecitazioni di sforzo assiale, garantendo così una leggerezza e una resistenza senza eguali. Queste caratteristiche le rendono ideali per una vasta gamma di applicazioni, dai ponti agli edifici industriali, fino alle grandi coperture. In questo articolo esploreremo cosa sono le travi reticolari, quando è opportuno utilizzarle e come progettarle correttamente, con un focus sull'impiego del legno lamellare.

Le travi reticolari sono elementi strutturali formati da un insieme di aste connesse tra loro per creare una configurazione a rete. Questa configurazione consente di distribuire le forze in modo ottimale lungo tutta la struttura, rendendola particolarmente efficiente per sostenere carichi pesanti e coprire grandi luci senza necessità di supporti intermedi. Le aste che compongono una trave reticolare possono essere realizzate in diversi materiali, tra cui l’acciaio e il legno, e sono disposte in modo tale da formare triangoli, una configurazione geometrica che offre la massima stabilità e resistenza.

Le travi reticolari hanno un grande vantaggio: consentono di coprire grandi luci con un peso proprio molto ridotto.

Vantaggi delle Travi Reticolari

Le travi reticolari rappresentano una soluzione strutturale altamente versatile e vantaggiosa in numerosi ambiti dell’ingegneria. Rispetto alle tradizionali travi a sezione piena, esse offrono una serie di benefici significativi:

• leggerezza strutturale: la configurazione a reticolo consente di ottenere una struttura significativamente più leggera a parità di capacità portante. Questa caratteristica diventa fondamentale nelle applicazioni in cui il peso della struttura è un fattore determinante, come nel caso delle strutture soggette a carichi sismici;
• efficienza nell’impiego dei materiali: la disposizione triangolare delle aste che compongono la trave reticolare consente una migliore distribuzione degli sforzi, permettendo di sfruttare in modo più efficiente il materiale utilizzato. Ciò si traduce in sezioni trasversali più snelle e un minore consumo di materiali;
• versatilità di utilizzo: le travi reticolari possono essere progettate e realizzate per soddisfare le esigenze di una vasta gamma di applicazioni, dalle coperture di grandi luci ai ponti, dagli edifici residenziali a quelli industriali e commerciali. La loro geometria può essere facilmente adattata alle specifiche richieste del progetto;
• prefabbricazione e montaggio semplificati: le travi reticolari possono essere prefabbricate in stabilimento, garantendo un controllo di qualità superiore e riducendo i tempi di costruzione in cantiere. Il loro montaggio risulta rapido e semplice;
• manutenibilità: le travi reticolari risultano facilmente ispezionabili e permettono di individuare e risolvere rapidamente eventuali problemi strutturali.

Componenti e Funzionamento di una Trave Reticolare

Una trave reticolare è composta da aste ad asse rettilineo collegate fra loro in corrispondenza dei nodi. Dal punto di vista statico, si assume che i nodi di connessione tra le aste di una trave reticolare siano del tipo “a cerniera” e che i carichi siano costituiti da forze concentrate applicate sui nodi stessi. Questa configurazione implica che le aste siano sollecitate esclusivamente a sforzo normale, eliminando così le sollecitazioni di taglio e momento all’interno dei vari componenti.

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Nella realtà i nodi di collegamento fra le aste non sono delle cerniere, ma sono più vicini ad incastri per i collegamenti saldati e a incastri cedevoli nel caso di collegamenti bullonati.

Le travi reticolari si compongono di una serie di elementi che lavorano insieme per formare una struttura resistente e leggera. Questi componenti possono essere così classificati:

• correnti: sono gli elementi che formano la spina dorsale della trave e distribuiscono i carichi lungo la lunghezza dell’elemento. Si dividono in:
  • corrente superiore: insieme di aste orizzontali situate nella parte superiore della trave. Questi elementi sono soggetti principalmente a compressione;
  • corrente inferiore: insieme di aste orizzontali situate nella parte inferiore della trave. Questi elementi sono soggetti principalmente a trazione;
• aste di parete: contribuiscono a mantenere la distanza tra il corrente superiore e quello inferiore, garantendo che la struttura rimanga stabile e rigida. Lavorano per contrastare le sollecitazioni verticali e tangenziali, mantenendo inalterata la configurazione della trave. Le aste di parete si dividono, a loro volta, nei seguenti elementi:
  • montanti: aste verticali che collegano il corrente superiore con quello inferiore. I montanti devono assorbire le sollecitazioni tangenziali che sorgono con l’inflessione dei correnti;
  • diagonali: aste inclinate che collegano i correnti. Le diagonali lavorano principalmente per assorbire le forze di trazione e compressione e contribuiscono a mantenere la stabilità e la rigidità della struttura;
• nodi: sono i punti di connessione tra le aste. I nodi sono cruciali per il trasferimento delle forze tra le aste e devono essere progettati per resistere a elevate sollecitazioni senza provocare debolezze strutturali.

Il meccanismo resistente della trave reticolare si basa sulla capacità dei suoi componenti di lavorare sinergicamente per assorbire e distribuire le forze attraverso le aste, che sono sottoposte esclusivamente a sollecitazioni di trazione o compressione. Le aste di parete, a seconda delle sollecitazioni a cui sono sottoposte, possono essere suddivise in:

• puntoni: aste sollecitate a compressione;
• tiranti: aste sollecitate a trazione.

Il corrente superiore assorbe gli sforzi di compressione ed è assimilabile alle fibre superiori compresse di una trave inflessa. Il corrente inferiore assorbe gli sforzi di trazione ed è assimilabile alle fibre inferiori tese di una trave inflessa. Le aste di parete assorbono le sollecitazioni taglianti e sono tese e compresse in maniera alternata. L’intensità degli sforzi di compressione e trazione segue lo stesso andamento del diagramma del taglio di una trave inflessa. Questi elementi sono collegati nei nodi, che rappresentano i punti in cui le forze sono trasmesse da un’asta all’altra. Grazie alla disposizione triangolare delle aste, la trave reticolare è in grado di distribuire le forze in modo efficiente, minimizzando il rischio di deformazioni. Questo principio di funzionamento permette alla trave reticolare di coprire grandi distanze con una ridotta quantità di materiale rispetto a una trave piena.

Tipologie di Travi Reticolari

Le tipologie di travi reticolari sono davvero numerose, ciascuno schema prende il nome dal suo ideatore e presenta una propria peculiarità. Le travi reticolari si distinguono principalmente per la loro geometria e per il tipo di sollecitazioni a cui sono soggette le loro aste. Ti riportiamo di seguito i principali schemi statici utilizzati per la realizzazione delle travi reticolari, ipotizzando che siano sottoposte a carichi gravitazionali:

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Tipologia	Caratteristiche principali	Corrente Superiore	Corrente Inferiore	Diagonali	Montanti
Travatura Warren (o Neville)	Non prevede montanti, solo diagonali a formare triangoli isosceli o equilateri. Diagonali consecutive con sforzi alternati. Diagonali discendenti tese, ascendenti compresse.	Compresso	Teso	Alternati (Tese/Compresse)	Assenti
Travatura Howe	Montanti verticali e diagonali ascendenti verso la mezzeria della trave.	Compresso	Teso	Compresse	Tesi
Travatura Mohnié	Simile alla Howe, ma diagonali discendenti verso la mezzeria della trave. Sollecitazioni invertite rispetto alla Howe.	Compresso	Teso	Tese	Compressi
Travatura Pratt	Combinazione di Howe e Mohnié, con montanti verticali e diagonali alternativamente ascendenti e discendenti. Diagonali discendenti tese, ascendenti compresse. Montanti pari compressi, dispari scarichi.	Compresso	Teso	Alternati (Tese/Compresse)	Alternati (Compressi/Scarichi)
Travatura Nielsen	Corrente superiore curvilineo di forma parabolica. Montanti verticali assenti. Aste di parete solo diagonali tese.	Compressione quasi costante	Teso	Tese	Assenti
Travatura Parabolica Rovescia	Corrente superiore rettilineo, corrente inferiore di forma parabolica.	Sforzo costante di trazione	Sforzo costante di compressione	Tese	Compressi
Travatura con Doppia Diagonale	Sistema iperstatico con due diagonali (una ascendente, una discendente) tra due montanti consecutivi. Utilizzata per inversione di carichi (vento, sisma).	Compresso	Teso	Tese o Compresse	Variabile

Nota: Lo schema statico di Howe è analogo al traliccio di Morsch ipotizzato per il meccanismo resistente a taglio delle travi in calcestruzzo armato con staffe verticali. Per motivi di stabilità è preferibile che le aste più lunghe siano tese.

Applicazioni delle Travi Reticolari

Grazie alla loro efficienza strutturale e all’elevata versatilità, le travi reticolari trovano applicazione in diversi ambiti dell’ingegneria e dell’architettura. Vengono utilizzate principalmente per realizzare:

• coperture di grandi luci in edifici industriali, impianti sportivi, hangar, spazi aperti o altre strutture nelle quali sia necessario coprire ampie superfici senza supporti intermedi;
• impalcati di ponti e viadotti per i quali sia richiesta un’elevata resistenza e leggerezza per il superamento di ostacoli naturali o artificiali, quali fiumi, vallate, strade, ecc.;
• edifici residenziali e commerciali in cui sia necessario contenere il peso complessivo della struttura per migliorare la resistenza alle sollecitazioni sismiche;
• strutture temporanee e modulari che siano in grado di garantire un’elevata rapidità di montaggio e smontaggio.

Il Legno Lamellare nelle Travi Reticolari

Come accennato, le aste che compongono una trave reticolare possono essere realizzate in diversi materiali, tra cui l'acciaio e il legno. Il legno lamellare, in particolare, offre soluzioni estetiche e strutturali interessanti per le travature reticolari, soprattutto in contesti dove è richiesta una combinazione di leggerezza, resistenza e impatto visivo.

Per la progettazione e il calcolo di strutture in legno lamellare, è fondamentale fare riferimento a normative specifiche. Tra queste, l'Eurocodice 5 (UNI EN 1995-1-1_2009: Progettazione delle strutture in legno, UNI EN 1995-1-2_2005: Progettazione delle strutture in legno, UNI EN 1995-2_2005: Progettazione delle strutture in legno) e le NTC (NTC e CIRCOLARE CAP. 4.4 - CAP. 7.7 - CAP. 11.7) forniscono le linee guida essenziali.

Nella progettazione di elementi in legno lamellare, è cruciale considerare il contenuto di umidità del legno, che per evitare problemi di deformazione, deve essere compreso tra l’8% e il 10%.

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Un aspetto importante per la portanza degli elementi strutturali in legno lamellare incollato con un rapporto altezza/base (h/b) maggiore di 3 è l'instabilità flesso-torsionale. Questo fenomeno comporta il pericolo di sbandamento laterale a partire dalle sezioni centrali della trave, insieme ad una rotazione intorno all’asse longitudinale, anche se il carico è verticale. L’instabilità flesso-torsionale può essere limitata munendo le travi di ritegni torsionali. Gli elementi secondari se collegati ad un adeguato sistema di controvento di falda possono contribuire a contrastare questo rischio.

Alcune normative, come per esempio l’Eurocodice 5, nel caso di elementi di legno lamellare altezza di sezione inflessa h < 600 mm, permettono di aumentare i valori di resistenza caratteristici mediante un coefficiente amplificativo k_h pari al minimo tra (600/h)^0,2 e 1,15. Utilizzando un lamellare di classe GL 24, la resistenza caratteristica a flessione risulta pari a 24 MPa.

Progettazione e Calcolo delle Travi Reticolari

Progettare una trave reticolare implica una serie di passaggi che includono l’analisi strutturale e la determinazione delle sollecitazioni nei vari componenti. Conoscere qualitativamente la distribuzione delle sollecitazioni di compressione e trazione nelle aste delle travi reticolari è di fondamentale importanza in fase di progetto per la scelta dello schema statico più adatto al nostro caso specifico. Anche in fase di verifica di una travatura reticolare esistente può tornare utile sapere in anticipo quale sollecitazione aspettarsi nelle diverse aste dello schema.

In una trave reticolare le diagonali risultano essere le aste più lunghe fra tutte le aste presenti, pertanto risulteranno anche le più snelle e di conseguenza maggiormente soggette all’instabilità per carico di punta.

Qui di seguito vengono descritti i passaggi principali per la corretta progettazione di una trave reticolare:

1. Definizione della geometria della trave: inizia determinando la configurazione della trave reticolare che intendi progettare, indicando chiaramente la disposizione dei nodi e delle aste. Questo passaggio sarà la base per l’analisi successiva;
2. Identificazione dei carichi e dei vincoli: precedi con un’analisi dei carichi per valutare accuratamente le azioni applicate sulla trave. Definisci, inoltre, le condizioni di vincolo che possono influenzare l’equilibrio della struttura;
3. Analisi delle sollecitazioni: determina l’entità degli sforzi nelle aste utilizzando il metodo dell’equilibrio ai nodi o il metodo delle sezioni.
   • Il primo consiste nell’applicare le equazioni dell’equilibrio statico (somma forze e momenti = 0) a ciascun nodo della struttura per ricavare le forze assiali negli elementi.
   • Il secondo, invece, prevede di “tagliare” la trave lungo una sezione che attraversi non più di tre aste non convergenti nello stesso nodo. Si applicano poi le equazioni di equilibrio statico alla sezione tagliata per determinare l’entità delle sollecitazioni;
4. Dimensionamento della trave: sulla base delle sollecitazioni ottenute, dimensiona i componenti della trave reticolare in modo da soddisfare le verifiche di resistenza e stabilità, considerando i principali stati limite (resistenza ultima, deformazioni ammissibili);
5. Verifiche finali: controlla che le sollecitazioni nei vari componenti non superino le tensioni ammissibili del materiale scelto. Successivamente, verifica la stabilità complessiva della struttura, prestando particolare attenzione ai possibili fenomeni di buckling (instabilità a compressione). Assicurati che la trave sia progettata per evitare tali problemi, utilizzando adeguate verifiche e fattori di sicurezza, che puoi reperire all’interno degli Eurocodici per la progettazione strutturale.

La progettazione di una trave reticolare può risultare estremamente complessa se eseguita manualmente. Per semplificare e migliorare questo processo, consigliamo l’utilizzo di un software di calcolo strutturale avanzato. Grazie all’integrazione tra tecnologia BIM e analisi FEM, questo strumento faciliterà la modellazione delle tue strutture e ti consentirà di eseguire analisi strutturali precise e affidabili che ti aiuteranno a valutare il comportamento di ciascun componente sotto diverse condizioni di carico. Approfitta di una prova gratuita di trenta giorni per scoprire tutte le funzionalità di questo software e ottimizzare il tuo lavoro di progettazione.

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