La Progettazione con Legno Lamellare: Innovazione, Sostenibilità e Resistenza

Il legno lamellare - grazie alle sue caratteristiche di sicurezza, sostenibilità e durabilità - si sta sempre più imponendo come uno dei "nuovi" materiali utilizzabili per la realizzazione delle strutture di un edificio. Il legno lamellare rappresenta uno dei materiali più interessanti tra quelli di tipo strutturale perché potenzia le capacità costitutive del legno in quanto si ottiene incollando lamelle parallelamente alla loro venatura, ottenendo un alto grado di resistenza.

Questo materiale è un prodotto industriale, ottenuto incollando a caldo e sotto pressione tavole di legno utilizzabili per uso strutturale, stabilizzate per le caratteristiche igrometriche. 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 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 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.

Il Processo Produttivo del Legno Lamellare

Per la produzione delle lamelle si utilizzano legni provenienti da conifere (abete rosso, abete bianco, pino e larice) o latifoglie (faggio, frassino, rovere). Le lamelle, selezionate a vista e con speciali scanner che ne individuano eventuali difetti, hanno spessore omogeneo e sono ricavate da tondame fresco selezionato per classe di resistenza meccanica ed essiccate artificialmente.

Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Le maggiori lunghezze sono raggiunte attraverso giunti a pettine (finger jointing), i vari strati vengono piallati e incollati con una lavorazione continuamente controllata in modo da garantire la capacità portante dell’elemento finito. 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. Si ottiene così, grazie all’incrocio delle lamelle con venature contrapposte, un materiale composito con un’alta resistenza meccanica che consente una maggiore uniformità della resistenza della trave.

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Il legno lamellare viene realizzato in maniera prefabbricata e, rispetto a strutture di tipo tradizionale, garantisce: rapidità di messa in opera, minore impatto ambientale, risparmio economico.

Vantaggi e Caratteristiche del Legno Lamellare in Progettazione

I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale:

Versatilità e Dimensioni

Il legno lamellare incollato migliora le caratteristiche del prodotto naturale, degli eventuali difetti fisici, riuscendo così a coprire anche grandi luci, superando il limite della lunghezza dei tronchi degli alberi, conserva inoltre i pregi del materiale di base ma si presta ad utilizzi più vasti, consentendo quindi di raggiungere lunghezze fino a 50 m, di poter essere curvato, rastremato, giuntato e combinato in maniera molto ampia. Inoltre, mentre le travi normali tendono ad avere una sezione quadrata, circolare o rettangolare con scarso rapporto tra i lati, le travi lamellari sono, invece, capaci di sviluppare una sezione con forma rettangolare più alta che larga che consente di avere una maggiore resistenza e di superare luci maggiori. Il legno lamellare, particolarmente apprezzato per le travi che possono assumere forme e lunghezze notevoli, può essere utilizzato anche per edifici multipiano.

Resistenza Meccanica e Durabilità

Il legno lamellare incollato migliora le caratteristiche del prodotto naturale, degli eventuali difetti fisici, conservando i pregi del materiale di base ma prestandosi ad utilizzi più vasti. Anche la resistenza al tempo è migliorata dal processo di ingegnerizzazione del materiale che assume forme compatte e meno aggredibile da parte di agenti patogeni. La realizzazione di edifici plurisecolari multipiano in legno come le pagode giapponesi, fatte esclusivamente in legno, sfata ogni dubbio in merito alla durabilità del materiale, a patto che si tratti di materiale d’origine di qualità e di adeguata messa in opera.

Leggerezza e Proprietà Antisismiche

Il peso specifico del legno lamellare è 1/5 rispetto a quello del cemento armato, a ciò si sommano le prestazioni elastiche, che consentono una maggiore flessibilità delle strutture, e ne fanno un’ottima soluzione in zone a rischio sismico. Le costruzioni realizzate dopo il terremoto del 1783 in Calabria, e realizzate con struttura in muratura con intelaiature in legno, erano state già pensate come la migliore soluzione per resistere ai terremoti, in quanto l’elasticità del legno è capace di assorbire le azioni sismiche, la presenza della murature dà resistenza e rigidezza, mentre il telaio in legno assicura duttilità al pannello. Il terremoto del 1783 aveva fatto emanare ai Borbone un regolamento che, fondato sugli studi di Giovanni Vivenzio, proponeva il sistema della casa baraccata, realizzata con un doppio telaio in legno inserito nella muratura portante. Prove di laboratorio, che hanno riprodotto i pannelli in muratura con la medesima intelaiatura in legno, hanno dimostrato l’efficacia di questo metodo costruttivo.

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Resistenza al Fuoco

Il legno lamellare ottiene anche un’ottima resistenza al fuoco perché si forma sulla superficie esterna uno strato carbonizzato che durante la combustione rallenta ed impedisce il procedere della stessa combustione in profondità; le travi non collassano, quindi, all’improvviso. Attraverso calcoli si può verificare la velocità di combustione e, in relazione a ciò, la durata di resistenza statica. Una volta si pensava al legno con diffidenza mentre è l’unico materiale che resiste davvero al fuoco con prestazioni altissime.

Isolamento Termico e Acustico

Il legno permette una buona traspirabilità della struttura che migliora il confort ambientale degli ambienti e consente anche di ottenere un ottimo livello di isolamento termico e acustico, grazie alle proprietà fonoassorbenti del materiale. I solai in legno hanno un’ottima prestazione dal punto di vista acustico e riescono a controllare le vibrazioni con ottime prestazioni statiche, con risultati straordinari anche nel campo del recupero di solai perché il rinforzo di solai in legno con travi nuove consente di aumentare la resistenza della struttura assicurando i livelli di sicurezza necessari in forma supplementare rispetto alla struttura esistente, senza sostituirla.

Sostenibilità Ambientale

Altro aspetto non trascurabile è quello della sostenibilità, rappresentando un materiale che rispetta criteri ambientali essendo un materiale proveniente da risorse rinnovabili. Si distingue per il basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo; è facilmente riciclabile.

Estetica e Flessibilità di Design

Non si può trascurare l’indubbia resa estetica delle strutture in legno e l’ampia scelta di finiture e flessibilità nelle forme e nelle curvature realizzabili, mantenendo solidità e resistenza.

Applicazioni e Tipologie di Legno Lamellare

Ambiti di Utilizzo

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. 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:

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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.

Un esempio significativo delle sue potenzialità si riscontra a Napoli, dove è stata realizzata una copertura di 5mila metri quadrati in legno lamellare e X-LAM curvo, la più grande di tutta l’Europa e la prima struttura ad avere una copertura in X-LAM curvo.

Tipologie e Classificazione

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:

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

Inoltre, il legno lamellare può essere classificato in: incollato omogeneo in cui le lamelle di cui è composto appartengono alla stessa classe di resistenza; incollato combinato quando appartengono a differenti classi di resistenza. La classe di resistenza a flessione viene indicata con la sigla GL e varia in relazione alla tipologia di specie legnosa e della modalità con la quale vengono inserire le lamelle con gli anelli annuali di accrescimento rivolti nello stesso senso o in maniera contrapposta. La norma UNI EN 1194:2000 specifica il sistema di classi di resistenza del legno lamellare incollato di conifere per usi strutturali, con i valori caratteristici.

Un sistema ancora più avanzato è rappresentato dal sistema XLAM, pannelli in legno a strati incrociati (CLT, Cross Laminated Timber). Per quanto riguarda le coperture, nelle costruzioni in muratura è in linea generale opportuno operare mediante il mantenimento dei tetti in legno per non incrementare le masse nella parte più alta dell’edificio.

Normativa e Calcolo Strutturale nella Progettazione

Riferimenti Normativi

Le caratteristiche e le prestazioni del legno lamellare sono state normate con la circolare 617 del 2 febbraio 2009, che ha integrato quanto disposto nel d.m. 14 gennaio 2008, Norme tecniche per le costruzioni. Il volume, dopo aver illustrato proprio la normativa inerente, dettaglia le prescrizioni richieste per le strutture in legno e in legno lamellare, richiamando quanto definito nell'Eurocodice 5.

Le normative tecniche utilizzabili per la progettazione di strutture in legno lamellare includono le norme: UNI 90504 “Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costruttivi in legno” e UNI ENV 1995-1-2 “Eurocodice 5 - progettazione di strutture di legno. parte 1-2 progettazione strutturale contro l’incendio”. La norma EN 14080, che consente di ottenere la marcatura CE, disciplina tutte le fasi di realizzazione del prodotto: selezione delle tavole, formazione dei giunti, tipologie e caratteristiche degli adesivi, prove da effettuare sulle singole lamelle e sul prodotto finale. Le NTC 2018 hanno introdotto anche novità per garantire il prodotto prefabbricato e la formazione dei Direttori di stabilimento dei Centri di lavorazione e dei Produttori di legno strutturale. Per gli edifici storici, nel consolidamento di solai lignei sono genericamente preferibili, i diaframmi leggeri, di rigidezza non trascurabile, realizzati a secco, quali quelli ottenuti con doppio assito.

Principi di Calcolo e Verifiche Strutturali

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. Sono, quindi, date le indicazioni di calcolo per la progettazione in zona sismica e di progettazione esecutiva di: travi di fondazione, travi di elevazione, pilastri, nodi travi-pilastri, solai, connettori.

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 sono:

1. di trazione parallela alla fibratura;
2. di compressione parallela alla fibratura;
3. di pressoflessione/tensoflessione;
4. di taglio;
5. di taglio e torsione;
6. di stabilità;
7. 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; per sezioni in legno massiccio o lamellare incollato sottoposti a flessione o a trazione parallela alla fibratura che presentino rispettivamente una 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.

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

Supporti alla Progettazione

Per questa ragione, è consigliabile affidarsi a strumenti specifici costantemente aggiornati, come il software calcolo strutturale legno, con cui è possibile modellare coperture, porticati ed altri componenti in legno presenti in una struttura mista in cemento armato o in muratura. È possibile 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.

L'Innovazione Digitale nella Produzione e Progettazione: Il Caso Holzbau Sud

Ampiamente diffuso in diversi paesi europei e non, solo recentemente il legno lamellare sta cominciando a ricevere in Italia le attenzioni e le considerazioni che merita. Holzbau Sud è nata nel 1990 ed è cresciuta puntando sul linguaggio contemporaneo e un mercato internazionale con soluzioni per le grandi strutture pubbliche e per l’architettura residenziale che nascono dall’incontro fra le moderne tecnologie e l’antica cultura italiana del legno. Oggi nel suo settore rappresenta la più importante azienda del centro-sud Italia. Nello specifico, Holzbau Sud si occupa della progettazione, produzione e installazione di grandi strutture in legno lamellare e case in legno. Il focus aziendale è sempre incentrato al soddisfacimento del cliente, al suo benessere e soprattutto al suo comfort. L’obiettivo è quello di puntare sempre di più sull’innovazione digitale e tecnologica ampliando e ottimizzando le lavorazioni. All’interno della realtà di Holzbau Sud si realizza la progettazione, la produzione e l’installazione sia del prodotto grezzo, il cosiddetto “rustico avanzato”, sia del “chiavi in mano”.

Il Processo Produttivo 4.0

Holzbau Sud utilizza come materia prima tavole di legno grezzo di varie dimensioni e spessori provenienti dall’Austria. Attraverso il processo di produzione e di ingegnerizzazione del legno le tavole vengono trasformate in travi dritte e curve in linea con il progetto redatto dall’ufficio tecnico. Il legno lamellare nasce dall’incollaggio di lamelle, poi diventa una trave lunga che può arrivare fino a quarantadue metri, anche se normalmente - fuori da Holzbau Sud - non ha mai superato i quaranta per ragioni di trasporto, è con questo elemento che si riescono a creare le curvature.

Siamo passati da lavorazioni totalmente artigianali alla tecnologia attuale: un operaio che prima faceva le operazioni a mano è passato sul macchinario, all’inizio con un po’ di scetticismo ma poi AREA ha cambiato radicalmente le operazioni. La scelta del centro AREA di SCM si è dimostrata cruciale perché ha permesso di ridurre del 50% i tempi di lavorazione, eliminando numerose operazioni manuali, e di garantire precisione e velocità, favorendo il montaggio e la posa in opera delle nostre strutture.

L'Ufficio Tecnico Digitale

Nonostante le fasi di lavorazione siano compiute ormai direttamente dalla macchina, altre fasi richiedono l’intervento dell’operatore e poi il grande protagonista è l’ufficio tecnico che progetta le strutture e realizza i disegni che codificati nel linguaggio macchina di AREA permettono operazioni veloci e senza errori. Con l’installazione del centro di lavoro AREA di SCM, Holzbau Sud ha compiuto la sua trasformazione digitale 4.0. Oggi il nostro ufficio tecnico è completamente interconnesso con la produzione e i disegni digitali delle strutture viaggiano in LAN tra l’ufficio tecnico e lo stabilimento. I files vengono letti e trasferiti alla macchina attraverso un’interfaccia operatore semplice e intuitiva. Nei file CAD sono contenute tutte le scelte progettuali, che con precisione e affidabilità saranno riprodotte sugli elementi lignei. È sicuramente molto più semplice il passaggio dall’ufficio alla macchina e la sua gestione, perché l’ufficio tecnico assieme al team di disegnatori crea la distinta che viene poi automaticamente inviata alla macchina, e per tutti è possibile visionare prima come sarà il prodotto: si tratta di una reale integrazione tra la macchina e l’operatore.

Risultati e Prospettive Future

Da quando la macchina lavora non abbiamo avuto un solo reclamo, perché quando la trave va in cantiere la precisione è impeccabile. Inoltre, abbiamo la possibilità di recuperare per ogni commessa il 40% di tempo e quindi di portare avanti commesse in parallelo. Il futuro va a braccetto con la specializzazione e la competenza. Holzbau Sud, a seguito di una consolidata esperienza, più che trentennale, maturata nel settore legno e in virtù di una propria struttura tecnica potrà consolidarsi sul mercato come un player in grado di offrire non soltanto il prodotto ma soprattutto soluzioni progettuali complesse e competitive per strutture e case in legno.

Oggi che il mercato ha consapevolezza delle prestazioni del legno è quindi il momento di progettare le strutture pubbliche con questo materiale per implementare un settore edilizio davvero eco sostenibile. Usiamo il legno per la sostenibilità, le sue prestazioni e anche per la sua bellezza. La nostra azienda ha tutte le certificazioni possibili e immaginabili.

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