Le Travi in Legno: Massiccio vs. Lamellare, Caratteristiche e Applicazioni

Il legno è un materiale da costruzione tra i più nobili ed efficienti. Naturale, ecologico, versatile, resistente e rinnovabile, richiede bassi consumi energetici per essere lavorato. È un regolatore naturale di umidità e un eccellente moderatore acustico. Ha una robustezza e una elasticità di prim’ordine. Le travi in legno si suddividono in due categorie principali: in legno massiccio e in quello lamellare.

Le Travi in Legno Massiccio

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. Il legno massiccio si ricava dal centro dell’albero, cioè dalla parte più resistente e massiccia del tronco. Durante la sua lavorazione, esso non subisce alcuna alterazione strutturale, ma viene solamente segato, essiccato e piallato, preservando, quindi, le caratteristiche tipiche del legno vivo e naturale.

Le travi in legno massiccio sono un’opera d’arte naturale. Il legno massiccio è noto per la sua bellezza e la sua resistenza. Ogni pezzo è unico, con caratteristiche morfologiche che, spesso considerate difetti del legno, sono le qualità che gli conferiscono il meritato titolo di “materiale unico e privilegiato”; si tratta di piccole crepe o fessure, nodi e variazioni di colore che garantiscono l’autenticità di questa materia prima. Sinonimo di bellezza, pregio e solidità, il legno massello impreziosisce gli ambienti in cui esso si trova; legno puro al 100% in armonia con la natura. Inoltre possiede una molteplicità di pregi che lo definiscono “legno per eccellenza”: è elastico, resistente, durevole e isolante. Come tutti i materiali a base di legno, anche il massello viene particolarmente apprezzato per la sua igroscopicità, cioè la capacità di assorbire l’umidità, di immagazzinarla e di rilasciarla nuovamente nell’aria, creando così un clima abitativo equilibrato e sano.

Tipologie di Travi in Legno Massiccio

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.

In qualsiasi caso, le fessurazioni nel legno massello 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. Questo legno vivo e naturale, con il tempo, subisce delle modificazioni: colore più scuro (particolarmente per legni chiari), curvature, torsioni, assestamento della struttura e comparsa di fessurazioni.

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Ogni pezzo è unico, ma presenta alcune limitazioni dimensionali. 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. È importante comprendere un principio fondamentale: il legno non si deteriora semplicemente perché esposto all’acqua, ma quando l’acqua ristagna e non viene gestita correttamente.

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. L’abete è un legno più leggero e generalmente più economico. Il castagno è un legno duro, diffuso in molte aree dell’Italia, utilizzato storicamente per strutture portanti, solai, coperture e pali. I tannini sono sostanze presenti naturalmente nel legno che contribuiscono alla sua resistenza nei confronti di umidità e agenti biologici.

Le Travi in Legno Lamellare

Il legno lamellare si è diffuso in Italia negli anni 60-70 come risposta a un contenimento e ottimizzazione dell’uso di materie prime. Il legno lamellare può essere definito come il risultato di un processo di lavorazione industrializzato che prevede l’incollaggio in pressione di “lamelle in legno” stagionato a mezzo di colle speciali. Le travi lamellari si definiscono “GL”, ovvero “glued laminated”, in italiano “a lamelle incollate”.

Le lamelle sono delle tavole di spessore 40mm, perfettamente essiccate, piallate e refilate che vengono incollate assieme per formare la trave lamellare della sezione desiderata. 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. 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. Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in assicelle - dette per l’appunto lamelle - generalmente di larghezza non superiore ai 20 cm (per prevenire eccessive deformazioni causate dal fenomeno del ritiro) e nella loro ricomposizione tramite incollaggio. Il legno lamellare incollato è costituito da almeno tre tavole o lamelle essiccate e incollate tra loro con le fibre parallele. Possono essere fabbricate travi sia rettilinee sia curve.

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. Questo materiale, creato artificialmente da una base naturale, è noto per la sua stabilità e per la sua struttura omogenea. È privo delle caratteristiche imperfezioni del legno massiccio e questo potrebbe farlo apparire meno distintivo esteticamente. È possibile produrre elementi di forma e dimensione volute, senza i limiti derivanti dalla dimensione dell’albero; inoltre, il limite in lunghezza di una trave in legno lamellare è dato principalmente dalla possibilità di trasporto e messa in opera della stessa. Non c’è un limite di sezione o lunghezza, si possono avere anche travi curve o a boomerang. Le travi in legno lamellare sono create dall’unione di tavole selezionate e incollate orizzontalmente tra di loro. Questo processo consente la realizzazione di pezzi con diverse dimensioni e forme, senza limiti architettonici.

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I vantaggi del legno lamellare sono moltevoli, 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.

Pur essendo realizzate con un materiale combustibile, le strutture in legno lamellare possono avere una resistenza al fuoco pari o superiore a quella di strutture in acciaio o in calcestruzzo armato. Infatti, nel legno lamellare la combustione avviene lentamente grazie al buon isolamento termico realizzato dallo strato superficiale carbonizzato. Ad un aumento molto lento della temperatura corrisponde una variazione quasi trascurabile della resistenza meccanica delle fibre di legno della sezione non carbonizzata e la struttura cede o crolla solo quando la parte della sezione non ancora carbonizzata è talmente diminuita da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante. La resistenza al fuoco di un elemento strutturale in legno lamellare dipende dalla velocità di carbonizzazione che è possibile calcolare sperimentalmente o analiticamente per diverse specie legnose.

Classificazione e Tipi di Legno Lamellare

Esistono diverse qualità di travi lamellari, dove per qualità si intende il grado di resistenza e portata della trave. I tipi più comuni sono i GL24H, dove “24” indica la resistenza della trave (alla flessione) ed è definita dalla Normativa Europea di riferimento. Esistono, però, anche delle classi superiori (28, 30 e 32), che indicano travi che, a parità di sezione, hanno una portata maggiore e che quindi resistono maggiormente alle sollecitazioni. “H”, che sta per “homogeneous” (omogeneo), indica che le lamelle utilizzate per realizzare quella trave hanno tutte la stessa portata (nel nostro esempio 24). Esistono infatti anche travi GL24C dove “C” sta per “combined” (combinato), ovvero per realizzare la trave sono state utilizzate lamelle di classi (portata) differenti ma la cui media dà comunque 24. La qualità delle lamelle viene valutata in base ai nodi, spaccature, fenditure, difetti: meno difetti presenta la lamella, maggiore sarà la sua portata.

La normativa europea che definisce la classificazione delle travi, fissa unicamente lo standard qualitativo per quanto riguarda la resistenza/portata che devono avere. Non valuta l’estetica della trave (che è intrinseca nella qualità) a meno che i difetti di quest’ultima non ne compromettano la portata. Ciò nonostante esistono due tipologie di travi lamellari: vista o industriali. Le travi lamellari qualità “vista” non devono presentare macchie, nodi scappati al disopra di un determinato diametro. Sono tollerate lievi fenditure, ma solo di pochi millimetri (non devono inficiarne la resistenza). Le travi lamellari qualità “industriale”, invece, devono semplicemente soddisfare i requisiti di legge relativamente alla portata.

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:

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

Solitamente si utilizzano travi in abete ma, su richiesta, sono disponibili anche in larice o a micro-lamelle in faggio per lavori particolari.

Applicazioni del Legno Lamellare

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 incollato è particolarmente adatto per componenti da costruzione soggetti a carichi elevati e con una luce molto ampia, oltre che per esigenze elevate di stabilità della forma e di estetica. In particolare, il legno lamellare è utilizzato nella realizzazione di strutture portanti di grandi dimensioni in quanto le travature, dimensionate a richiesta del progettista, garantiscono anche su grandi lunghezze, elasticità, flessibilità e capacità di carico costanti.

Si tratta di un elemento strutturale che trova sempre maggior collocazione sia nella costruzione o ristrutturazione di abitazioni private sia nella realizzazione di complessi industriali, sportivi o commerciali sia pubblici sia privati. La più grande diffusione e applicazione della trave in legno lamellare riguarda le coperture e i solai sia nelle nuove costruzioni ma, soprattutto, anche negli interventi di ristrutturazione e restauro di edifici esistenti anche di carattere storico. La copertura in legno lamellare, così come un solaio piano, è facile e veloce da montare, può essere subito rivestita con il materiale di finitura superiore mentre da sotto può essere lasciata gradevolmente a vista, grazie anche alle più svariate finiture superficiali disponibili sul mercato.

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.

Confronto: Legno Massiccio vs. Legno Lamellare

Chi deve scegliere delle travi spesso si trova davanti a diverse alternative. Di seguito una tabella comparativa delle principali caratteristiche:

Caratteristica	Legno Massiccio	Legno Lamellare
Origine	Dal tronco intero	Incollaggio di lamelle
Dimensioni	Limitate dalle dimensioni dell'albero	Praticamente illimitate, anche curve
Stabilità dimensionale	Soggetto a torsioni, fessurazioni, cali	Molto stabile, poche o nessuna fessurazione
Resistenza strutturale	Ottima, ma limitata dalla sezione naturale	Elevata e costante, ottimizzata
Estetica	Unica, naturale, con "imperfezioni"	Omogenea, può essere "a vista" o "industriale"
Produzione	Semplice segagione, essiccazione, piallatura	Processo industrializzato di incollaggio
Costi	Generalmente più economico per piccole sezioni	Più costoso inizialmente, ma vantaggioso per grandi luci
Impatto ambientale	Naturale, ma con limiti di reperibilità	Ottimizzazione materie prime, riciclabile

La trave lamellare è qualitativamente e staticamente maggiore e migliore di una trave massiccia di pari sezione. Una trave lamellare non avrà spaccature (al massimo qualche piccola fenditura) né nel breve, né nel lungo periodo. Non ci saranno cali, torsioni, curvature, fenditure tipiche di una trave massiccia e, se inserita in un muro, nel tempo non si avrà un antiestetico e antiperformante distacco (come avviene nelle travi massicce) dovuto al restringimento della trave. La trave lamellare è stabile nel tempo, facile da lavorare e posare in opera. Il legno lamellare è assolutamente all’altezza di altri materiali da costruzione quali l’acciaio e il cemento armato ancora troppo largamente utilizzati in edilizia.

Calcolo Strutturale e Normative

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.

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 un’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. Nei tabulati di calcolo che ti fornisco di seguito, 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.

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