Il Legno Lamellare Incollato: Caratteristiche, Produzione e L'Importanza delle Connessioni Strutturali

Il legno lamellare incollato, comunemente noto come "glulam" dal suo nome inglese (glued laminated timber), è un materiale da costruzione prefabbricato che sta guadagnando sempre più spazio nel campo delle costruzioni. È un prodotto innovativo che unisce i pregi del legno naturale, come l'elevato rapporto tra resistenza meccanica e peso e la lenta combustione in caso di incendio, superando al contempo i limiti dimensionali e strutturali del legno massiccio.

Cos'è il Legno Lamellare?

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 maggiore uniformità nella resistenza della trave e ricomposte tramite incollaggio a caldo e sotto pressione. È costituito, essenzialmente, da 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 nasce dall’esigenza di superare i limiti del legno massiccio sia per dimensioni in lunghezza, sia per sezioni, ma soprattutto per concezione strutturale. Con la segatura a strisce si riducono le tensioni nel legno e si eliminano i difetti e i nodi. Vengono adoperate tavole già classificate per uso strutturale e possono essere uniti tra loro elementi di diverse essenze legnose.

Il Processo di Produzione delle Travi in Legno Lamellare

Per realizzare delle travi in legno lamellare si segue un procedimento molto complesso, che ha il suo punto di partenza nella materia prima e si articola nelle seguenti operazioni:

• Essiccazione: Le tavole vengono essiccate per ridurre il contenuto di umidità.
• Controllo di qualità delle tavole: 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.
• Giunzione di testa: Le lamelle vengono giuntate tra loro (spesso tramite "articolazione dei denti" o finger jointing) per ottenere le lunghezze desiderate. In questo modo si possono ottenere travi spesse diversi metri e lunghe oltre 50 metri.
• Piallatura delle lamelle: Le lamelle vengono piallate per garantire superfici uniformi e adatte all'incollaggio. Generalmente le lamelle hanno uno spessore finito di 40 mm per elementi costruttivi diritti e non esposti a variazioni climatiche rilevanti, la larghezza è pari a quella della sezione trasversale dell'elemento strutturale, in pratica tra 10 e 24 cm.
• Incollaggio delle lamelle: 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. La colla è molto importante in quanto deve garantire la resistenza e la durata dei morsetti, dato che queste travi sono elementi strutturali. Gli adesivi utilizzati sono melaminici, poliuretanici o resorcinici. Gli adesivi melaminici (melamina-urea formaldeide MUF) e poliuretanici danno linee di adesione bianche, mentre gli adesivi resorcinici danno linee di adesione più scure e marroni.
• Pressatura: Le lamelle incollate vengono pressate per garantire l'adesione ottimale.
• Piallatura delle travi: Le travi pressate vengono piallate per ottenere le dimensioni finali e una superficie liscia.
• Finitura e impregnazione: Operazioni finali per migliorare l'estetica e la durabilità.

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.

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Per la produzione delle lamelle si utilizzano soprattutto le conifere: abete rosso, abete bianco, pino e larice, però possono essere impiegate anche le latifoglie, come il faggio, il frassino, il rovere. Generalmente le specie legnose più utilizzate sono l'abete rosso, che è molto diffuso e dal quale si ottengono lamelle di grande lavorabilità, e l'abete bianco, che però è meno pregiato perché l'accrescimento del suo tronco avviene in modo irregolare. Quello più usato per esterni (per strutture come i pergolati) è invece il larice, per la sua resistenza meccanica e durabilità.

Vantaggi 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: Le lamelle esterne dei lamellari duo e trio sono incollate con gli anelli annuali di accrescimento contrapposti fra loro, ottimizzando la resistenza. In una trave lamellare le sollecitazioni a flessione sono nulle in mezzaria e massime in periferia, come evidenziato dal grafico delle tensioni.
• Versatilità: Può essere usato su un gran numero di strutture, grandi e piccole, complesse o meno. Le travi lamellari sono il sogno degli architetti perché non pongono limiti alla progettazione. Possono essere diritte o curve, sottili o molto spesse, corte o lunghe. Le travi lunghe, ottenute allungando le lamelle, hanno una capacità portante molto elevata e possono essere utilizzate per costruire edifici con campate molto ampie e pochi puntoni verticali di sostegno.
• 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). A parità di resistenza, una trave in acciaio è più pesante del 20% e una in cemento armato del 600%.
• 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. La sovrapposizione delle lamelle parallelamente alla fibra determina una maggiore elasticità, conferendo alle costruzioni realizzate su travi lamellari una resistenza ai terremoti molto più elevata.
• Alta resistenza al fuoco: Nonostante siano fatti di legno - un prodotto combustibile - sono molto resistenti al fuoco. Il legno brucia all'esterno, ma è molto difficile superare gli strati adesivi, quindi avanza molto lentamente. Le bruciature di legno non cambiano le sue proprietà, per cui anche se all'esterno c'è uno strato di legno carbonizzato, all'interno il legno ha le stesse proprietà meccaniche.
• Resistenza chimica aumentata: Sono resistenti all'azione della maggior parte degli acidi, dell'ossidazione, dell'ammoniaca o dei derivati del cloro. Per questo motivo vengono utilizzati nella costruzione di allevamenti di animali (ammoniaca), piscine (cloro), nelle saline o nella costruzione di depositi di sale o carbone.
• Basso impatto ambientale: Dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo; facilmente riciclabile.

Tipologie di Legno Lamellare

Il legno lamellare può essere distinto in diverse tipologie a seconda del legno di derivazione delle lamelle e della composizione:

• Incollato omogeneo: Le lamelle di cui è composto appartengono alla stessa classe di resistenza.
• Incollato combinato: Le lamelle appartengono a differenti classi di resistenza. Ad esempio, 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.

In linea generale, le conifere maggiormente utilizzate sono: abete rosso e bianco, larice, pino. Possono essere impiegate anche latifoglie come frassino e faggio.

Applicazioni del Legno Lamellare

La sua versatilità 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. 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:

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• 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.

L'Incastro e le Connessioni nelle Travi in Legno Lamellare

Nella carpenteria lignea in genere le travi vengono disposte in semplice appoggio sugli elementi verticali portanti, con semplici sistemi di ritenuta per evitare la fuoriuscita dalla sede di appoggio per carichi orizzontali (per esempio per mezzo di viti o tirafondi). Questo approccio è spesso preferito per la sua semplicità costruttiva.

Tuttavia, è molto più complesso nelle strutture di legno realizzare condizioni di vincolo con elevati valori di rigidezza flessionale, ovvero connessioni a incastro vere e proprie. La progettazione e l'esecuzione di incastri rigidi richiedono una particolare attenzione ai dettagli costruttivi e alla scelta dei collegamenti, che devono essere in grado di trasmettere sia le forze assiali che i momenti flettenti, garantendo la continuità strutturale e l'integrità del sistema. Per approfondimenti su queste tematiche complesse, si riportano le indicazioni riportate nel testo "Piazza M., Tomasi R., Modena R., Strutture in legno, Hoepli editore" (pag. 437 e seguenti).

Calcolo Strutturale del 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. 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.

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:

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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 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, 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.

Per questa ragione, è fondamentale affidarsi 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. È possibile scaricare gratuitamente una relazione di calcolo e il tabulato della struttura in legno lamellare elaborata con software specifici. In queste relazioni tecniche, 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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