Il legno lamellare è un materiale composito, un prodotto industriale innovativo che nasce dall’esigenza di superare i limiti del legno massiccio, sia per dimensioni in lunghezza e sezioni, sia per concezione strutturale. È costituito essenzialmente da legno naturale, di cui mantiene i pregi, come l'elevato rapporto tra resistenza meccanica e peso e la lenta combustione in caso di incendio, ma attraverso un procedimento tecnologico di incollaggio a pressione, ne riduce e supera i difetti propri del legno massiccio.
Non è quindi un legno che nasce spontaneamente in natura, ma viene realizzato dall'uomo incollando fra loro almeno tre tavole di legno, chiamate lamelle, sotto l’azione di una forza di pressione. A differenza del legno massello, il legno lamellare ha meno difetti naturali, come nodi o fessurazioni, ed è più resistente a deformazioni, flessioni e spaccature, garantendo una maggiore stabilità dimensionale.
Cenni Storici sul Legno Lamellare
L'idea di incollare il legno in diversi strati ha radici antiche. Il metodo più antico di incollaggio di legno in diversi strati è noto per la produzione di un arco per i soldati giapponesi fin dal XII secolo, dove diversi tipi di legno e bambù venivano incollati per aumentare la resistenza e l'elasticità delle armi.
L'idea dell'articolazione tramite un cuneo di legno è stata ripresa dall'artista e architetto Philibert. Antichi architetti barocchi utilizzavano ampiamente soffi curvi e prodotti collegati con cunei o spline, costruendo anche case di tronchi. Questa tecnologia era ben nota anche agli antichi mastri falegnami della vecchia Russia.
Molti secoli dopo, nel XIX secolo, le strutture in legno ad arco iniziarono a essere assemblate da singole parti e fissate con fascette metalliche. Fu Otto Hetzer, maestro d'ascia tedesco, a proporre nel 1906 l'idea di unire singoli strati di legno incollando pezzi con colla di caseina. Otto Karl Friedrich Hetzer ottenne il brevetto nazionale per la produzione di capriate incollate piegate, numerando due o più stecche, con il numero 197773. La Finlandia è considerata la patria della produzione industriale moderna del legno lamellare, dove la sua fabbricazione è iniziata circa 30 anni fa, segnando un'evoluzione significativa nel settore.
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Il Processo di Produzione del Legno Lamellare
Il processo di fabbricazione del legno lamellare si distingue dalla produzione del tronco cilindrato per la quantità e la complessità delle operazioni. Per realizzare le travi in legno lamellare si segue un procedimento molto complesso, che ha il suo punto di partenza nella materia prima e si articola in diverse fasi.
1. Selezione della Materia Prima
Le caratteristiche del prodotto finito dipendono dal materiale di base, quindi occorre partire da una materia prima che abbia caratteristiche più omogenee e uniformi possibile. Le essenze legnose più utilizzate sono le conifere: abete rosso, abete bianco, larice, pino e douglasia, ma possono essere impiegate anche le latifoglie, come il faggio, il frassino e il rovere. La scelta dipende dall’utilizzo finale che ne viene fatto, dalla semplicità di reperimento sul mercato e dal costo.
In Europa, l’abete rosso è prevalentemente utilizzato per la sua diffusione e grande lavorabilità, seguito dal larice, molto più costoso e apprezzato per la sua resistenza meccanica e durabilità, soprattutto per esterni. L'azienda "Archiline", ad esempio, utilizza pino proveniente dalla regione di Vitebsk, in Bielorussia, come materiale ecologico per la costruzione di case in legno lamellare.
2. Taglio ed Essiccazione delle Tavole
La produzione del legno lamellare inizia con il taglio degli alberi, i tronchi vengono segati in tavole. Successivamente, le tavole subiscono un processo di essiccazione in apposite camere specializzate. Gli impianti per la produzione del lamellare dispongono di forni di essiccazione dove il legname è portato al grado di umidità necessario alla lavorazione richiesta, che solitamente è compreso tra l'8% e il 18% (nel caso di "Archiline" si arriva al 10-12%, garantendo un ritiro minimo del legno lamellare).
Essicazione della legna in essicatoio
3. Controllo Qualità e Rimozione Difetti
Il materiale essiccato si sottomette a un rigoroso controllo di qualità. Le lamelle subiscono un primo controllo visivo, oppure con scanner speciali, che ne identifica i difetti come chip, crepe, nodi, smussature, declini o bordi danneggiati. Un operatore o lo scanner stesso li evidenzia e invia la lamella a una macchina troncatrice che elimina la parte difettosa. Questo processo automatico è preferibile, in quanto garantisce un'analisi più approfondita e completa, escludendo l'inevitabile "fattore umano".
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4. Giunzione e Piallatura delle Lamelle
Dopo il controllo qualità, le lamelle vengono piallate e trasformate, diventando la base del legno lamellare. Non esiste una lunghezza minima delle assi, ma lo spessore e la sezione trasversale sono rigidamente regolamentati. Nella pratica costruttiva le lamelle hanno uno spessore finito di 40 mm per elementi costruttivi diritti e non esposti a variazioni climatiche rilevanti, e una larghezza tra 10 e 24 cm. Ai bordi delle lamelle vengono realizzate delle giunzioni a pettine mediante macchine utensili. Questa fase è considerata la più responsabile dell'intero processo di fabbricazione del legno lamellare.
5. Incollaggio e Pressatura
Le operazioni di incollaggio rappresentano la fase più importante e delicata dal punto di vista operativo. Le lamelle sono posizionate tra loro con venatura contrapposta per garantire una maggiore uniformità nella resistenza della trave, e ricomposte tramite incollaggio a caldo e sotto pressione. La direzione delle fibre o degli anelli annuali di accrescimento è impostata in direzione opposta l'una dall'altra. Per i lamellari duo e trio, le lamelle esterne sono incollate con gli anelli annuali di accrescimento contrapposti fra loro. Secondo la norma UNI EN 386:2003, le lamelle devono generalmente avere il midollo rivolto verso lo stesso lato, ma per il glulam da utilizzare nella classe di servizio 3, le lamelle estreme su ogni bordo devono avere il lato del midollo rivolto verso l’esterno.
Le lamelle incollate devono instaurare legami forti fra la colla stessa e le fibre del legno. Per realizzare l’incollaggio in modo uniforme, l’elemento strutturale viene sottoposto a pressione in apposite presse, dove rimane in posa per un periodo di 12 o più ore.
Tipologie di Adesivi Utilizzati
La scelta della colla è fondamentale per garantire la durabilità e la resistenza del legno lamellare. Di seguito alcune tipologie di adesivi comuni:
| Tipo di Adesivo | Colore | Caratteristiche e Utilizzo |
|---|---|---|
| Resorcinolo | Scuro | Utilizzato per esterni, in ambienti con alta umidità o contatto diretto con l'acqua (bagni, ponti, cantieristica navale). Predominante in USA e Giappone. |
| Melamina | Trasparente (cucitura chiara) | Ampiamente usato in Russia e Europa per estendere le lunghezze delle travi. |
| Sistema EPI | Trasparente | Impiegato nella fabbricazione di piccoli pezzi o motivi per progetti di case in legno a un piano. Utilizzato in Giappone e Russia. |
| Poliuretano | Incolore | Solidifica rapidamente, aumentando la produzione e riducendo il tempo di essiccazione. Permette l'uso con legno fino al 18% di umidità. |
Aziende come Casco Systems, Dynea e BASF producono gli adesivi più comuni, a base di resine melaminiche e formaldeide. Alcune aziende, come la «Archiline», utilizzano adesivi poliuretanici monocomponenti igroindurenti, come KLEIBERIT PUR adesivo 507.0, che offre elevata resistenza alla temperatura e all'acqua.
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6. Finitura e Profilatura
Dopo l'incollaggio, il prodotto viene profilato sui quattro lati con macchine speciali, che lo portano alla dimensione desiderata. Alla fase della preparazione conclusiva, la trave di legno incollato viene profilata e segata in parti in conformità al progetto della casa di legno. La fase finale della produzione consiste nella realizzazione delle scanalature e incastri.
7. Prefabbricazione e Logistica
Per la produzione limitata o hobbistica, si consigliano utensili di serie in metallo duro HW (HM Widia). Per l'industria, le travi di legno lamellare incollato sono elementi strutturali prodotti in stabilimenti industriali aventi spazi interni dedicati alla produzione mediamente grandi, dato che le dimensioni del prodotto finito possono raggiungere anche i 50 metri di lunghezza.
Dopo la classificazione e marcatura degli elementi edilizi, si effettua l'assemblaggio della casa di legno lamellare direttamente in produzione per un controllo accurato. Effettuato il controllo, la casa viene smontata, gli elementi di legno lamellare vengono imballati, caricati e spediti al luogo di costruzione. Aziende come binderholz, fornitore completo di legno lamellare BSH, sono all'avanguardia nella tecnologia e nella gestione dei costi, con tempi di risposta agli ordini rapidissimi e sistemi di magazzino automatici per garantire consegne puntuali e impeccabili.
Vantaggi e Caratteristiche del Legno Lamellare
Il legno lamellare offre molteplici vantaggi, sia dal punto di vista tecnico ed ecologico, sia strutturale, superando le limitazioni del legno massello. Di seguito i principali benefici:
- Resistenza Elevata: Possiede un'elevata resistenza a flessione e trazione, superiore a quella del legno massiccio omogeneo. Grazie alla classificazione delle resistenze e alla disposizione omogenea delle lamelle, si ottiene una maggiore capacità di portata.
- Versatilità: Può essere utilizzato in un gran numero di strutture, grandi e piccole, complesse o meno. La libertà progettuale permette di realizzare forme curve, tetti inclinati e strutture personalizzate.
- Leggerezza: Ha un peso specifico inferiore a 500 kg al m³ (circa l’80% in meno rispetto al cemento armato). Questo si traduce in una maggiore sostenibilità dei carichi, una riduzione delle opere di fondazione in cemento, un notevole risparmio dei tempi di cantiere e una generale diminuzione dei costi, inclusi quelli di trasporto.
- Capacità Isolante: Vanta una capacità isolante molto alta, con una bassa conduttività termica. Ad esempio, una parete in legno lamellare di 20 cm perde cinque volte meno calore rispetto a una parete in mattoni di uguale spessore e 13 volte meno rispetto a una in cemento armato.
- Resistenza ad Agenti Atmosferici e Sbalzi Termici: Presenta un'alta resistenza agli agenti atmosferici e agli sbalzi termici, specialmente se adeguatamente trattato.
- Proprietà Antisismiche: Grazie alla leggerezza, elasticità e resistenza meccanica, il legno assorbe le sollecitazioni e sopporta le deformazioni. Inoltre, in caso di danni, si ripara più facilmente.
- Resistenza al Fuoco: Pur essendo un materiale combustibile, le strutture in legno lamellare hanno una resistenza al fuoco superiore a quella delle strutture in acciaio o in calcestruzzo armato. Nel legno lamellare, la combustione avviene lentamente grazie al buon isolamento termico dello strato superficiale carbonizzato, che comporta un aumento molto lento della temperatura e una variazione quasi trascurabile della resistenza meccanica delle fibre di legno della sezione non carbonizzata. La struttura cede o crolla solo quando la parte non ancora carbonizzata è talmente diminuita da non riuscire più ad assolvere la sua funzione portante.
- Sostenibilità Ambientale: Ha un basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo. È ricavato da legno certificato, riduce gli sprechi rispetto al massello ed è completamente riciclabile.
- Estetica: Offre un aspetto naturale e gradevole, conferendo un senso di benessere e un'immagine di affidabilità e bellezza alle costruzioni.
Inoltre, il mito che le case in legno lamellare "respirino male" a causa degli strati adesivi è infondato; al contrario, il legno ha un odore gradevole e proprietà lenitive, contribuendo al benessere abitativo.
Applicazioni del Legno Lamellare nelle Costruzioni
Il legno lamellare trova sempre più spazio nel campo delle costruzioni grazie alla sua versatilità, che lo rende ideale per molti tipi di opere. È largamente impiegato in costruzioni a grandi luci in quanto è l’unico materiale che unisce leggerezza, resistenza e versatilità. Oltre a giocare un ruolo importante nelle ristrutturazioni, come solai, soppalchi e 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 ed edifici destinati a civile abitazione
- Strutture portanti di tetti complessi e personalizzati, ponti di legno, piste di ghiaccio, circhi, stazioni ferroviarie e altri oggetti tradizionali in legno.
Un esempio concreto è il ponte pedonale e ciclabile costruito esclusivamente con travi e tavole in legno lamellare alle foci del fiume Todino in provincia di Teramo. Per esterni, è sempre più utilizzato per tettoie, pergole, carport e gazebo, unendo estetica, resistenza e un'anima naturale.
Essicazione della legna in essicatoio
Il Calcolo Strutturale per il 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. Si suggerisce di affidarsi a strumenti specifici e costantemente aggiornati, come software di calcolo strutturale legno, per modellare coperture, porticati e altri componenti in legno presenti in una struttura mista in cemento armato o in muratura.
Le verifiche da effettuare per ogni elemento strutturale in legno dipendono dalla sua funzione. Ad esempio:
- Elementi con prevalente comportamento assiale (controventi o appartenenti a travature reticolari) sono verificati 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 controllando il soddisfacimento della relazione: Rd = (kmod·Rk)/γM ≥ Sd, dove Rk è il valore caratteristico della resistenza del materiale, kmod è il coefficiente correttivo che tiene conto della durata del carico e dell'umidità, e γM è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale. Le verifiche di resistenza sono riferite alla direzione della fibratura coincidente sostanzialmente con l'asse longitudinale e sezione trasversale costante. Le verifiche previste includono trazione parallela alla fibratura, compressione parallela alla fibratura, pressoflessione/tensoflessione, taglio, taglio e torsione, stabilità e deformabilità. La Norma UNI EN 1194 prevede l'utilizzo di lamelle aventi la classe di resistenza C24 in esterno, combinate con lamelle C16 per la parte interna della trave. La norma UNI EN 386:2003 fissa i requisiti prestazionali e minimi di produzione per il legno lamellare.
Trattamenti e Protezione nel Tempo
Uno dei principali vantaggi del legno lamellare è la sua stabilità dimensionale, che gli consente di mantenere forma e integrità molto meglio rispetto al legno massello anche con variazioni di temperatura e umidità tipiche degli spazi esterni. Grazie al trattamento con impregnanti o smalti specifici per l’esterno, il legno lamellare può durare nel tempo senza perdere le sue caratteristiche meccaniche ed estetiche. Una struttura in legno lamellare ben progettata e trattata richiede pochissima manutenzione.
Il legno lamellare può essere trattato con due finiture principali:
- Impregnante all’acqua: Penetra nel legno e lascia traspirare la fibra, ideale per mantenere l’aspetto naturale. Va rinnovato ogni 1-3 anni, soprattutto nelle parti esposte al sole.
- Smalto coprente: Più spesso e protettivo, forma una pellicola resistente agli agenti atmosferici. La durata è maggiore, fino a 5 anni, e il risultato è una struttura esteticamente moderna.
Sono disponibili tantissimi colori per entrambe le finiture ed è possibile ritoccare solo le parti più esposte, come colonne e testate dei travetti, mentre le parti interne della struttura, protette dal tetto, necessitano raramente di manutenzione. In fase di ritocco, si può usare lo stesso colore di impregnante per uniformare la struttura, tenendo presente che il risultato potrebbe essere leggermente più scuro, oppure optare per un impregnante o finitura trasparente per mantenere il tono originale.