Il legno lamellare è un materiale da costruzione innovativo e versatile, che offre numerosi vantaggi rispetto al legno massiccio e ad altri materiali tradizionali. La sua crescente popolarità nelle costruzioni moderne è dovuta alla combinazione di proprietà meccaniche superiori, sostenibilità e flessibilità progettuale.
Cos’è il Legno Lamellare?
Il legno lamellare è un materiale composito che si produce con diverse assi di legno, dette lamelle. Non è quindi un legno che nasce spontaneamente in natura in quanto viene realizzato dall'uomo a partire da essenze di legno aventi uno spessore compreso fra 3 e 4 cm ed una larghezza limitata a circa 25 cm. Il lamellare si ottiene incollando fra loro delle tavole di legno (almeno tre) dette lamelle, sotto l’azione di una forza di pressione.
Questo materiale da costruzione prefabbricato, la cui materia prima è il legno naturale tagliato in lamelle di limitata larghezza e lunghezza, viene sovrapposto e legato mediante collanti ad alta resistenza, dando origine a elementi di forma e dimensione prestabilita.
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. È 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 Processo di Produzione del Legno Lamellare
Le fasi della produzione del legno lamellare consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Dopo un’accurata selezione, le future lamelle vengono segate a misura e sagomate. Vale a dire che le lamelle subiscono un primo controllo visivo (oppure con scanner speciali per i componenti di legno) che ne identifica i difetti. Un operatore (oppure lo stesso scanner) li evidenzia e invia la lamella ad una macchina troncatrice che elimina la parte difettosa.
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Per ottenere una trave lamellare completa, è necessario sovrapporre ed incollare vari strati a caldo (sotto pressione). 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. I lamellari duo e trio, ad esempio, hanno le lamelle esterne incollate con gli anelli annuali di accrescimento contrapposti fra loro.
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. La Norma Uni EN 1194 prevede di utilizzare lamelle aventi la classe di resistenza C24 in esterno, combinate con lamelle C16 per la parte interna della trave.
Dal tronco al lamellare
Le Essenze Utilizzate nel Legno Lamellare
Le caratteristiche del lamellare dipendono ovviamente dall’essenza impiegata per la sua realizzazione. Il tipo di legno utilizzato per la produzione di legno lamellare dipende dalle esigenze specifiche dell'applicazione e dalle caratteristiche del materiale richieste per soddisfarle.
Per la produzione delle lamelle si utilizzano soprattutto le conifere. In linea generale, quelle maggiormente utilizzate sono:
- Abete rosso e bianco
- Pino
- Larice
- Frassino
- Faggio
- Rovere (tra le latifoglie)
In Europa viene utilizzato prevalentemente l’abete rosso, seguito dal larice, quest'ultimo molto più costoso. L'abete è uno dei legni più comuni utilizzati per la produzione di legno lamellare, grazie alle sue proprietà meccaniche elevate e alla facile lavorabilità. Il pino è un altro legno comune utilizzato per la produzione di legno lamellare, apprezzato per la sua disponibilità e buone proprietà strutturali. Il larice è un legno resistente e duraturo, noto per la sua capacità di resistere all'umidità e alle sollecitazioni meccaniche. In sintesi, la scelta dell'essenza è cruciale per garantire le performance desiderate.
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Vantaggi e Caratteristiche del Legno Lamellare
I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale. Il legno lamellare unisce leggerezza, resistenza e versatilità. Ecco le principali caratteristiche:
- Resistenza: Elevato rapporto tra resistenza meccanica e peso, resistenza a flessione e trazione.
- Versatilità: Può essere usato su un gran numero di strutture, grandi e piccole, complesse o meno, con la possibilità di ottenere elementi di forma e dimensione prestabilita.
- Leggerezza: Il legno lamellare ha un peso specifico inferiore a 500 kg al m³ (circa l’80% in meno rispetto al cemento armato). Questa leggerezza si traduce in maggiore sostenibilità dei carichi, riduzione delle opere di fondazione in cemento, notevole risparmio dei tempi di cantiere e generale diminuzione dei costi, inclusi quelli di trasporto.
- Capacità isolante: Possiede una capacità isolante molto alta.
- Resistenza agli agenti atmosferici: 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.
- Resistenza al fuoco: Alta resistenza al fuoco grazie alla lenta combustione in caso di incendio.
- Sostenibilità: Basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo. Il legno lamellare è un materiale sostenibile, in quanto è prodotto da legno proveniente da foreste gestite in modo responsabile e il processo di produzione richiede un basso consumo energetico.
Applicazioni del Legno Lamellare
La versatilità del legno lamellare lo rende ideale per molti tipi di costruzioni. 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 viene utilizzato in una vasta gamma di applicazioni strutturali, tra cui travi, pilastri, archi, ponti e telai.
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
Come abbiamo già capito il lamellare è molto utilizzato nelle costruzioni in alternativa al cemento armato e metalli vari. Alle foci del fiume Todino in provincia di Teramo è stato costruito un ponte pedonale e ciclabile esclusivamente con travi e tavole in legno lamellare.
Il Calcolo Strutturale e la Normativa
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, è consigliabile affidarsi a strumenti specifici costantemente aggiornati, come software di calcolo strutturale per legno, con cui è possibile modellare coperture, porticati ed altri componenti in legno presenti in una struttura mista in cemento armato o in muratura.
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Nella pratica progettuale, viene effettuato un calcolo ‘a strisce‘. 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 includono:
- di trazione parallela alla fibratura;
- di compressione parallela alla fibratura;
- di pressoflessione/tensoflessione;
- di taglio;
- di taglio e torsione;
- di stabilità;
- di deformabilità.
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, kmod è il coefficiente correttivo che tiene conto dell’effetto, sui parametri di resistenza, sia della durata del carico sia dell’umidità della struttura, e γM è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale.
Fattori che Influenzano i Parametri di Resistenza
Il legno per uso strutturale presenta delle particolarità nella determinazione dei parametri di resistenza. Le proprietà di resistenza del legno massiccio e del legno lamellare dipendono dalla durata del carico; al crescere della durata del carico, diminuiscono le proprietà di resistenza del materiale. In aggiunta, il valore della resistenza deve essere corretto per tener conto delle condizioni ambientali, della durata del carico e della dimensione della sezione.
La dipendenza dei parametri di resistenza del materiale dalle condizioni ambientali avviene mediante tre classi di servizio definite dalla Normativa Tecnica NTC2018:
| Classe di Servizio | Caratteristiche di Umidità e Temperatura |
|---|---|
| Classe 1 | È caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20 °C e un’umidità relativa dell’aria circostante che non superi il 65%, se non per poche settimane all’anno. |
| Classe 2 | È caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20 °C e un’umidità relativa dell’aria circostante che superi l’85% solo per poche settimane all’anno. |
| Classe 3 | È caratterizzata da umidità più elevata di quella della classe di servizio 2. |
Le condizioni ambientali e la durata del carico influiscono sui valori di resistenza del legno massiccio e lamellare, riducendoli o amplificandoli attraverso il coefficiente kmod definito dalla Normativa Tecnica. Se una combinazione di carico comprende azioni appartenenti a differenti classi di durata del carico si dovrà scegliere un valore di kmod che corrisponde all’azione di minor durata.
La resistenza a flessione e a trazione del legno massiccio e lamellare dipende anche dalla dimensione della sezione. Se la sezione dell’elemento strutturale oggetto di verifica ha un’altezza minore rispetto all’altezza standard del provino, è possibile incrementare la resistenza a flessione e a trazione del materiale fino ad un massimo del 10% per il legno lamellare. Tale incremento di resistenza avviene mediante il coefficiente kh prescritto dalla Normativa Tecnica.
Il legno massiccio e il legno lamellare sono materiali strutturali caratterizzati da una spiccata anisotropia. Le resistenze a compressione e trazione in direzione ortogonale alla fibratura sono molto più basse rispetto alle corrispondenti resistenze in direzione parallela alla fibratura. Per la verifica a flessione, una volta calcolata la tensione massima sollecitante analizzando la sezione in campo elastico, tale tensione andrà confrontata con un’apposita tensione resistente per flessione, determinata sperimentalmente.