Ampiamente diffuso in diversi paesi europei e non, solo recentemente il legno lamellare sta cominciando a ricevere in Italia le attenzioni e le considerazioni che merita. 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.
Il Legno Lamellare: Materiale Innovativo per le Costruzioni
Il legno lamellare è un materiale da costruzione prefabbricato, la cui materia prima è il legno naturale tagliato in lamelle di limitata larghezza e lunghezza, sovrapposte e legate tra loro mediante collanti ad alta resistenza, dando origine a elementi di forma e dimensione prestabilita.
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. Vengono adoperate tavole già classificate per uso strutturale e possono essere uniti tra loro elementi di diverse essenze legnose.
É 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. 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.
Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Nella loro ricomposizione tramite incollaggio a caldo e sotto pressione, le lamelle sono posizionate tra loro con venatura contrapposta così da garantire una maggior uniformità nella resistenza della trave.
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Tipologie di Legno Lamellare
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.
Vantaggi e Applicazioni del Legno Lamellare
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.
Applicazioni del Legno Lamellare
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:
- 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.
La Progettazione Strutturale in Legno Lamellare
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. Viene illustrata inoltre la progettazione dei dettagli costruttivi con i relativi metodi di calcolo. Ogni tipologia esposta è corredata da esempi pratici.
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TR_IS_EX 1_ Travature Reticolari - Metodo Equilibrio ai Nodi - Esercizio 00
Il Calcolo Strutturale e le Verifiche per Elementi in Legno
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.
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.
Verifiche allo Stato Limite Ultimo (SLU)
Le verifiche allo stato limite ultimo (SLU) sono effettuate sempre controllando il soddisfacimento della relazione:
Rd = (kmod·Rk)/γM ≥ Sd
Dove:
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- 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.
Nei 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
Strutture Reticolari Complesse in Legno Lamellare
Il legno lamellare, grazie alla sua leggerezza e resistenza, si presta particolarmente alla realizzazione di strutture complesse e di grandi dimensioni, spesso con schemi reticolari. Tali configurazioni sono spesso adottate per evitare instabilità e mantenere la "leggerezza" della struttura. Da qui l'analogia formale con un "ombrello" o altre forme complesse.
Un esempio di tale complessità costruttiva può essere identificato in realizzazioni dove colonne composte sorreggono travi reticolari e travi piene. Le ultime parti di tali opere possono essere interamente realizzate in legno lamellare. In queste strutture, gli elementi verticali che costituiscono un tamburo possono essere collegati in due diversi modi, per esempio, costituendo un reticolo su un lato "lungo" di una forma poligonale come un ottagono. Il collegamento può essere costituito da una serie di calastrelli, anche calastrellato (sez. 2x18x84 cm).
Strutture come quelle reticolari possono avere una pendenza di falda del 5% e possono raggiungere un'altezza complessiva di 27.87 mt. Un anello circolare, ad esempio, può avere un angolo di 9° con i raggi adiacenti, contribuendo al sistema portante dell'intera realizzazione.
Software per il Calcolo e la Progettazione di Strutture in Legno
Per affrontare la complessità della progettazione costruttiva in legno lamellare, è utile affidarsi a strumenti specifici costantemente aggiornati, come i software di calcolo strutturale legno. Questi permettono di modellare coperture, porticati ed altri componenti in legno presenti in una struttura mista in cemento armato o in muratura.
È possibile scaricare gratuitamente la relazione di calcolo e il tabulato della struttura in legno lamellare elaborata con software dedicati. Nella relazione tecnica, relativamente alla parte in legno, vengono riportate le caratteristiche fisiche e meccaniche del materiale, la classe di servizio, la sensibilità del legno alla variazione di umidità e l’influenza di questa sulle caratteristiche di resistenza e di deformabilità, e infine, le modalità di verifica secondo quanto prescritto dalla normativa tecnica. Alcuni software per le strutture in legno sono disponibili gratuitamente (previo registrazione online) e presentano funzionalità utili a facilitare il lavoro del progettista e dell’ingegnere.
Calcolo delle Connessioni in Legno
Per il calcolo delle connessioni di strutture in legno, esistono moduli software che eseguono la verifica di collegamenti soggetti a sollecitazioni di taglio ed estrazione, realizzati con viti speciali (come Würth ASSY®) per connessioni legno-legno, legno-acciaio e legno-pannello di legno. L’utente tramite questi software può inserire sia le sollecitazioni di taglio che di trazione agenti sugli elementi. Il software permette di ruotare tra di loro gli elementi strutturali e sagomare la trave in modo personalizzato. Il nodo è personalizzabile in base alle esigenze specifiche del progetto, potendo variare geometrie, azioni di sollecitazione, materiali e non ultimo l’inclinazione della trave secondaria nel piano verticale ed orizzontale.
Alcuni software gratuiti dedicati al calcolo delle travi in legno offrono moduli specifici e diverse tipologie di installazione, richiedendo solo la registrazione alla piattaforma online per l'accesso.
DC Statica per la Costruzione in Legno
Il programma DC Statica per la costruzione in legno consente un dimensionamento concreto della struttura portante attraverso l'inserimento di dati a misura di carpentiere e di opere in legno. Non sarà più necessario cercare le informazioni presso altre fonti, poiché sarà il programma stesso a fornire le classi di servizio, i carichi da neve e vento. La generazione automatica della documentazione di calcolo, con passaggi ben definiti, garantisce la piena verificabilità della relazione strutturale.
La facilità di gestione delle finestre di dialogo di DC Statica supporta l'utente con illustrazioni modulabili e opzioni graficizzate di controllo e input. Inoltre, DC Statica aiuta a rendere più efficiente il ciclo di lavorazione delle costruzioni in legno. Su iniziativa dell'associazione tedesca dei produttori in legno lamellare, la Studiengemeinschaft Holzleimbau, il programma è stato integrato con il calcolo di elementi in pannelli stratificati per la realizzazione di puntoni, travi continue, montanti, arcarecci sormontati e arcarecci. Con tre moduli opzionali è possibile anche verificare la sostituzione di puntoni (tetto ad arcarecci), travi continue e montanti con sezioni doppiamente simmetriche in acciaio.