Il calcolo e la progettazione delle travi in legno flesso richiedono una comprensione approfondita dei principi strutturali, delle proprietà dei materiali e delle normative vigenti. Questa guida fornisce un'analisi dettagliata degli aspetti fondamentali, dall'acquisto del legname all'utilizzo di software specializzati, per garantire la sicurezza e l'efficienza delle strutture in legno.
Basi Fondamentali per il Calcolo delle Travi in Legno
La struttura portante deve sempre essere in grado di resistere allo "scenario peggiore". Questo include condizioni meteorologiche estreme come burrasche o neve pesante e umida, oltre a eventuali difetti nel legname come crepe, nodi o aree marce. È cruciale considerare anche i molti carichi dinamici che non si verificano nelle case normali a terra e i carichi aggiuntivi causati dalle persone.
Equilibrio Statico e Sollecitazioni
La trave è in equilibrio statico, il che significa che non trasla e non ruota, quindi la somma delle forze e la somma dei momenti è uguale a zero. La reazione vincolare degli appoggi A e B vale F/2, perché la forza F è applicata al centro. Scegliamo come punto per il calcolo dei momenti il punto di applicazione della forza F, per comodità, e calcoliamo il momento di ciascuna forza rispetto a questo punto. Il momento generato dalla reazione vincolare nel punto A ha segno orario e vale F/2*L/2. Il momento generato dalla reazione vincolare B vale -F/2*L/2.
Regole Empiriche per il Dimensionamento delle Travi
Le travi di legno portanti sono installate in posizione verticale. Utilizza questa regola empirica per calcolare l'altezza delle tue travi di legno:
- Altezza trave [cm] = distanza di appoggio [cm] / 20
Questa formula si applica a carichi normali e piatti per legname classico (abete / larice / KVH / BSH) e per travi a campata singola, cioè travi che poggiano solo su due punti. Il peso è stato calcolato utilizzando abete KVH (460 kg/m³). KVH è disponibile presso i commercianti di legname fino a un'altezza di 24 cm.
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Aumentare l'altezza della trave
L'altezza della trave di legno dovrebbe essere aumentata di 2 o 4 cm se:
- Un carico elevato non è distribuito uniformemente ma agisce selettivamente al centro delle travi.
- Sono previste grandi quantità di neve o folle di persone.
Consiglio professionale: Carico elevato, alta qualità! Grandi nodi e crepe riducono notevolmente la stabilità di una trave di legno. Utilizza solo il legno migliore per le travi portanti soggette a carichi pesanti.
Ridurre l'altezza della trave
La formula sopra calcola "sul sicuro". Anche se scegli una trave più bassa di 1-2 cm, essa supporterà comunque il carico senza problemi. La capacità di carico di una trave di legno dipende principalmente dalla sua altezza della sezione trasversale.
Calcolo dello Sbalzo delle Travi in Legno
Questa regola empirica è una guida affidabile per stimare lo sbalzo di una trave di legno:
- Sbalzo trave [cm]* = altezza trave [cm] x 5
La formula si applica al legname classico e le travi sono saldamente ancorate e non possono ribaltarsi. *Nota: Poiché il calcolo è in questo caso alquanto più complesso, questa formula dovrebbe essere utilizzata solo per stime approssimative. I valori sono molto sicuri per carichi normali.
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Da una distanza di appoggio di 4 m, le travi di legno diventano molto pesanti (> 30 kg).
Instabilità Flesso-Torsionale
La portanza degli elementi strutturali in legno lamellare incollato con h/b > 3 è condizionata da problemi di instabilità flesso-torsionale, ovvero 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.
Controllo dell'Umidità del Legno
Per evitare problemi di deformazione, bisogna controllare che il contenuto di umidità del legno sia compreso tra l’8% e il 10%.
Selezione e Tipologie di Legno per le Travi
Il legname è legno prefabbricato, spesso standardizzato per le costruzioni in legno. Esistono fondamentalmente due tipi:
- Legno massiccio - direttamente dalla segheria ed essiccato. Economico e sufficiente se non è richiesta un'assoluta precisione dimensionale. Può essere più umido e tende a creparsi, deformarsi e ad avere nodi.
- Legno lamellare e KVH - travi o strati incollati da più pezzi di legno. Più secchi, dimensionalmente più stabili e più resistenti del legno massiccio.
Acquista sempre il legno direttamente dalla segheria o dal tuo commerciante di legname locale.
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Legno per Interni vs. Esterni
Un buon legname ha un prezzo. Ecco perché il legno di alta qualità e durevole dovrebbe essere utilizzato solo dove è necessario - per le parti portanti o in aree non edificabili. Per i lavori interni, soprattutto in aree non visibili, è spesso sufficiente una qualità di legno più semplice.
- Uso esterno - Esposto agli elementi: Il legname esposto agli elementi deve essere adatto all'uso esterno, poiché è liberamente esposto a influenze ambientali (pioggia, umidità, sporco, ecc.). Per l'uso esterno si usa solitamente larice non trattato, abete di Douglas o cedro - il legno è leggero, sufficientemente resistente e facile da lavorare. Se il legno è avvitato direttamente all'albero o poggia a terra in un'area esposta a schizzi d'acqua (es. piedi di supporto, gradini delle scale, soglie delle porte), dovrebbe essere particolarmente resistente (rovere, robinia, ecc.).
- Uso interno - Aree asciutte: Il legno protetto e installato in aree asciutte non richiede un'elevata stabilità. Tipi di legno come abete rosso, abete bianco, pino o pioppo sono ideali.
È meglio usare legno locale da una segheria o un commerciante di legname regionale. Riceverai consigli esperti e prezzi equi - e mantenendo brevi le distanze di trasporto, non solo risparmierai tempo ma anche CO₂. È meglio evitare legni tropicali come il teak.
Suggerimento Professionale: La Scelta del Legname
Non tutto il legno è uguale! Se hai acquistato una grande pila di legname, seleziona i pezzi migliori e mettili in una pila separata, conservata in un luogo asciutto e ben ventilato:
- Anelli annuali stretti = particolarmente stabili!
- Poche crepe e nodi
- Diritto e non deformato
- Venatura attraente
Utilizza questo legno di alta qualità per travi, soglie, supporti e aree visibili che saranno sottoposte a carichi pesanti. Il legno brutto, resinoso e difettoso, invece, dovrebbe essere utilizzato dove nessuno può vederlo.
Connessioni e Fissaggi nelle Strutture in Legno
Il modulo esegue il calcolo e la verifica di collegamenti in legno soggetti a sollecitazioni di taglio ed estrazione, realizzati con viti Würth ASSY® per connessioni legno-legno, legno-acciaio e legno-pannello di legno. L’utente tramite il software strutture in legno free può inserire sia le sollecitazioni di taglio che di trazione agenti sugli elementi. 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.
Viti per Legno: Acciaio Inossidabile vs. Zincate
Naturalmente, i giunti tradizionali come tenoni e incastri a coda di rondine sono esteticamente gradevoli e dimostrano una vera maestria artigianale. Ma sono chiaramente inferiori alle moderne viti per legno sotto due aspetti: stabilità ed efficienza. Le connessioni classiche sono spesso problematiche, specialmente in aree esposte: l'acqua si raccoglie nei giunti e il legno inizia a marcire. Le giunzioni tradizionali in legno hanno fatto il loro tempo.
| Tipo di Vite | Caratteristiche principali | Applicazioni ideali |
|---|---|---|
| Viti in acciaio inossidabile | Non arrugginiscono, robuste, mantengono l'aspetto anche dopo anni. Acciaio inossidabile A2 sufficiente per la maggior parte. A4 per legni altamente acidi (rovere, acacia, cedro). Non lasciano macchie di ruggine. | Esterno, aree umide, dove sono presenti pioggia, schizzi d'acqua o umidità costante. |
| Viti zincate | Più economiche dell'acciaio inossidabile, meno fragili. Per viti lunghe (140 mm o più), è un vantaggio in quanto è meno probabile che si rompano durante l'avvitamento. Tuttavia, la loro protezione si perde una volta avvitate. | Uso interno e per travetti di solaio. |
Software per il Calcolo Strutturale delle Travi in Legno
Il software per le strutture in legno è gratuito (è sufficiente registrarsi online e accedere gratuitamente da qui) e presenta funzionalità utili a facilitare il lavoro del progettista e dell’ingegnere. Grazie a Würth, progettisti e ingegneri possono realizzare il calcolo delle travi in legno con un software gratuito che comprende ben 11 moduli e 4 diverse tipologie di installazione. Per utilizzare il software per le strutture in legno free è sufficiente registrarsi alla piattaforma online dedicata alla quale è possibile accedere in qualsiasi momento.
APF WoodBeam: Un Esempio di Strumento Avanzato
APF WoodBeam assiste nell'analisi, calcolo strutturale e progetto di travi in legno per coperture, travi su appoggi multipli, travetti di solaio e pilastri in legno. Il software per il calcolo strutturale APF WoodBeam permette di progettare travi in legno massiccio o lamellare (semplicemente appoggiate, continue, ecc.) secondo l'Eurocodice 5 (EC5) e le NTC 2018.
Specificate le dimensioni, i vincoli e i carichi per la trave in legno, il software per il calcolo strutturale APF WoodBeam crea le combinazioni di carico, secondo l'Eurocodice 0, l'Eurocodice 1, le NTC 2018 ed esegue tutte le analisi e verifiche necessarie a SLU (Stati Limite Ultimi) e SLE (Stati Limite di Esercizio). Nel caso di verifica non superata, APF WoodBeam avvisa con un messaggio. I risultati sono mostrati nell'interfaccia grafica e l'utente può salvare una relazione di analisi e verifica del calcolo strutturale della trave in legno massiccio o lamellare secondo gli eurocodici e le NTC 2018 completa di dettagli ed immagini.
L'interfaccia utente di APF WoodBeam è progettata per semplificare il lavoro: potete cambiare ogni valore (dimensioni della sezione trasversale della trave, lunghezza della trave, ecc.), ricalcolare ed i risultati dell'analisi e verifica del calcolo strutturale sono immediatamente disponibili. Tutte le variabili di progetto della trave in legno massiccio o lamellare, come coefficienti per le azioni e proprietà dei materiali (proprietà strutturali del legno) possono essere modificate secondo le vostre esigenze (eurocodici, NTC 2018 o Annessi Nazionali agli Eurocodici). APF WoodBeam esegue un'analisi e verifica del calcolo strutturale ad elementi finiti della trave in legno, come struttura bidimensionale, con i vincoli aventi il grado di rigidezza specificato dall'utente. Le caratteristiche di sollecitazione, le reazioni dei vincoli e la deformata sono rappresentate nell'interfaccia grafica separatamente per ciascun caso di carico delle travi in legno.
[EN] KB 001631 | Progettazione di travi in legno secondo la norma 2014 CSA
Verifica Incendio con Software
In caso di incendio della trave in legno massiccio o lamellare, APF WoodBeam esegue l'analisi e verifica del calcolo strutturale secondo l'Eurocodice 5 e le NTC 2018, utilizzando il metodo della sezione ridotta, sia per superfici protette che non protette. Le superfici degli elementi delle travi in legno possono essere protette con rivestimenti resistenti al fuoco, le cui proprietà sono definite dall'utente.
Fogli di Calcolo Gratuiti
È disponibile al download gratuito un foglio di calcolo per la verifica di una trave in legno, ai sensi del DM del 17/01/2018.
Caratteristiche dello strumento:
- Parametri meccanici automatici per legni lamellari;
- Sezioni rettangolari o circolari;
- Calcolo della trave in appoggio, con due eventuali sbalzi generici;
- Definizione di un pacchetto strutturale generico per l’analisi dei carichi;
- Definizione della classe di durata del carico;
- Verifiche SLU a flessione deviata, taglio e instabilità flessio-torsionale;
- Verifiche SLE deformabilità;
- Predimensionamento alle tensioni ammissibili;
- Efficace riassunto dei coefficienti di verifica.
Questo strumento presenta un efficace layout, già impostato per la stampa o per la copia in relazione di calcolo.
Normative di Riferimento
Per il calcolo e la progettazione delle strutture in legno, è fondamentale fare riferimento alle normative vigenti, tra cui:
- NTC (Norme Tecniche per le Costruzioni) e CIRCOLARE CAP. 4.4 - CAP. 7.7 - CAP. 11.7-CAP.
- 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.
- UNI EN 1998-1_2005: Progettazione delle strutture per la resistenza sismica.
Considerazioni Pratiche e Dimensioni Comuni
I travetti di solaio sono generalmente posati sulla sottostruttura e avvitati saldamente in posizione. Le travi di colmo 10×20 cm e i travetti 7×10 cm sono realizzati in abete rosso. A volte, come nel caso di grandi luci di 5 m e carichi elevati del tetto, si possono avvitare insieme due travi (es. circa 30 x 10 cm) per raddoppiare la resistenza. La cosa più importante è proteggere il legno dall'umidità permanente.