Le travi sono elementi strutturali fondamentali, la cui configurazione è definita sia dalla geometria che dal materiale. Dal punto di vista geometrico, la trave è caratterizzata dalla conformazione della linea d’asse, che può essere sghemba, ma più comunemente piana, sia rettilinea (trave propriamente detta), sia curvilinea (arco).
Anche la forma della sezione trasversale è rilevante, potendo essere piena (trave piena), cava (trave a cassone, a tubo), profilata (a T, L, U ecc.) o composta. La sezione può mantenersi costante lungo l’asse, oppure variare le sue dimensioni, adeguandole alle necessità statiche della struttura.
Dal punto di vista dei materiali, oltre il tipo del materiale (legno, acciaio, calcestruzzo cementizio, laterizio ecc.) si distingue se la trave è costituita da un solo materiale, o da materiali diversi, come è nel caso delle travi di cemento armato o di laterizio armato. Le travi possono essere sottoposte a tutti i tipi di sollecitazione semplice (pressione, flessione, taglio e torsione) e composta.
Dal punto di vista statico, sono fondamentali le condizioni di vincolo, in base alle quali si possono distinguere travi staticamente determinate o isostatiche e travi iperstatiche. In generale si dice travatura una struttura costituita da più travi connesse tra loro.
Tipologie di Travi in Legno e Sistemi Strutturali
Il legno, con le sue intrinseche proprietà, è un materiale versatile che si presta alla realizzazione di diverse tipologie di travi, sia tradizionali che innovative.
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La trave armata è una trave di legno o d’acciaio alla quale è applicato un tirante generalmente in tondino d’acciaio e uno o più contraffissi i quali, facendo da contrasto tra tirante e trave, sostengono quest’ultima in uno o più punti, rendendola atta a sostenere carichi maggiori. La trave è soggetta a pressoflessione e taglio, il tirante a trazione e il contraffisso a pressione.
La trave composta è un termine generico con il quale si indica una trave costituita da varie parti. Si presenta di forma molto diversa a seconda del materiale di cui è formata. La trave composta di legno è formata da più travi sovrapposte (generalmente due) e unite tra loro con bulloni, denti o biette in modo che il complesso abbia resistenza uguale o molto prossima a quella di un’unica trave.
Le travi maestre sono così dette le travi principali dei solai composti di legno, e anche le travi principali dei ponti a travata per distinguerle dai traversi (o travi secondarie). Tra le travi di dimensioni minori si trovano il travetto, trave di piccole dimensioni, e il travicello, di modeste dimensioni, che può essere usato con funzioni costruttive varie.
In particolare, nelle strutture formate da un’ossatura di travi aventi dimensioni diverse secondo le loro funzioni, come nei solai a travi incrociate e specialmente nei tetti di legno, si chiamano travicelli le travi secondarie che si appoggiano sulle travi maestre.
Il Legno Lamellare: Innovazione per Grandi Luci
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.
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Questo materiale composito 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.
Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. 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.
Il legno lamellare 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. 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.
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.
Vantaggi del Legno Lamellare
“Il legno nelle costruzioni: materiale naturale, rinnovabile, che ingloba CO2…" – Stefano Menapace
I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale:
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- Resistenza meccanica: Offre elevata 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: Presenta una capacità isolante molto alta.
- Resistenza agli agenti esterni: Alta resistenza ad agenti atmosferici e a sbalzi termici. Le travi in legno lamellari trattate con prodotti appositi consentono di realizzare travi resistenti agli agenti atmosferici, idonee, quindi per l’utilizzo in ambienti esterni.
- 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; è facilmente riciclabile.
- Alta resistenza al fuoco: Una trave in legno lamellare è, in caso di incendio, più sicura rispetto ad una in acciaio non protetta perché, in caso di combustione, intorno al cuore portante della trave si forma uno strato carbonizzato che ostacola l’apporto di ossigeno e calore dall’esterno ritardando, quindi, lo sviluppo della combustione.
- Resistenza chimica: La trave in legno lamellare è resistente alle sostanze chimiche aggressive e ciò la rende idonea all’uso in edifici dove vengono stoccati concimi, sali o acidi.
- Clima d’ambiente piacevole e durevole: Il legno dona all’ambiente uno stile accogliente e confortevole oltre a garantire un sicuro ed immediato effetto di benessere sulle persone.
- Accumulazione di CO2 e impatto positivo sul clima: La trave in legno lamellare è realizzata con materia prima proveniente per la maggior parte da boschi austriaci, svizzeri e tedeschi. Questi boschi sono curati e gestiti secondo il criterio della sostenibilità che consente la crescita di alberi in quantità superiore a quanti ne vengono abbattuti.
Applicazioni e Tipologie Speciali
La versatilità del legno lamellare 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.
Le travi speciali in legno rappresentano un’evoluzione tecnologica delle travi tradizionali. Grazie a lavorazioni avanzate, consentono di realizzare strutture complesse che combinano estetica, resistenza e sostenibilità. Con il termine componenti speciali in legno lamellare si intendono non solo dimensioni fuori standard, ma anche forme particolari come travi rialzate, travi ad una falda, travi curve e forme libere.
Le travi rastremate presentano una sezione variabile lungo la loro lunghezza, permettendo un’ottimizzazione strutturale e un impatto estetico elegante. Realizzate attraverso un processo di incollaggio e curvatura del legno, le travi curve permettono di creare strutture architettoniche di grande impatto estetico e funzionale. Le travi reticolari sono costituite da elementi diagonali e orizzontali collegati tra loro, formando una struttura leggera ma estremamente resistente.
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.
Travature Reticolari per Grandi Luci
Una travatura reticolare, o travata reticolare, è una struttura formata da più aste collegate tra loro in vario modo e tali da formare un complesso avente funzioni portanti analoghe a quelle di un’unica trave ideale equivalente. L’impiego delle travature reticolari è diffuso in tutti i campi delle costruzioni civili: coperture di notevole luce, strutture di edifici industriali, strutture di ponti ecc.
Tra i materiali impiegati hanno importanza preminente l’acciaio e il cemento armato. Per applicazioni di minore importanza statica è usato anche il legno.
Le forme delle travature reticolari sono varie: vanno dai tipi a capriata usati per le coperture di edifici civili, ai tipi a graticcio o variamente sagomati usati per le travate da ponte o per grosse travi di edifici industriali. Le travature a graticcio sono costituite dai correnti superiore e inferiore generalmente paralleli, collegati da un doppio ordine di aste di parete a 45°, formanti un reticolato fitto o rado, quest’ultimo più comune.
Le aste possono essere composte con profilato d’acciaio o lamiere variamente accoppiate mediante saldatura o chiodatura oppure, per ponti a carattere provvisorio, anche formate da panconi di legno collegati con bullonatura o chiodatura e tiranti di tondini d’acciaio.
Le travature reticolari da ponte più usate possono avere i correnti paralleli come quelle a graticcio, ma con aste di parete formanti triangoli. Si distinguono travature a triangoli rettangoli a diagonali ascendenti o a diagonali discendenti, la travatura tipo Warren a triangoli isosceli, e per grandi luci, travature aventi i correnti formanti una curva come le travature paraboliche o semiparaboliche. Spesso le travature paraboliche o semiparaboliche sono a via superiore; in tal caso è il corrente inferiore che è foggiato a parabola. Le travature tipo Schwedler sono a corrente superiore poligonale: nella parte centrale alcune maglie hanno i correnti paralleli mentre nelle maglie estreme il corrente superiore segue una curva pressoché parabolica. Sono state usate in passato anche travature tipo Vierendeel, a maglie rettangolari senza diagonali, e travature lenticolari, nelle quali la via di corsa è sostenuta da una travatura a correnti superiore e inferiore entrambi parabolici. Da ricordare, infine, la travatura tipo Fink, usata per ponti a via superiore.
Sistemi Costruttivi Moderni in Legno e Sostenibilità
La costruzione in legno non si riduce più a un unico sistema costruttivo. I committenti, gli architetti e i promotori dispongono oggi di diverse soluzioni strutturali collaudate: l'ossatura in legno, il CLT (legno lamellare crociato) e il sistema pilastro-trave. Ogni filiera presenta le proprie logiche di messa in opera, i propri vantaggi tecnici e le proprie condizioni d'impiego privilegiate. Scegliere la struttura giusta significa anticipare i vincoli del programma, del budget e del calendario - e ottimizzare fin dalla progettazione il bilancio carbonico dell'edificio.
La costruzione in legno si basa su tre grandi famiglie strutturali - ossatura, CLT e pilastro-trave - ognuna delle quali risponde a logiche d’uso, di fabbricazione e di assemblaggio distinte.
- L'ossatura in legno si basa su una rete di montanti per ossatura in legno e traversi in legno di piccola sezione, che formano la struttura portante delle pareti e dei solai. È il sistema di gran lunga più diffuso. Secondo l'Indagine Nazionale della Costruzione in Legno 2025 (France Bois Forêt / CODIFAB), l'ossatura in legno è presente nell'85% delle case individuali, nel 63% degli edifici residenziali collettivi e nel 67% degli edifici terziari costruiti in legno.
- Il CLT (Cross Laminated Timber, o legno lamellare crociato) è un pannello massiccio costituito da strati di tavole di legno sovrapposte perpendicolarmente e incollate sotto pressione. Sul piano ambientale, il suo vantaggio è significativo: il CLT immagazzina carbonio biogenico per tutta la sua vita. Si considera che un metro cubo di legno immagazzini fino a 1 tonnellata di CO₂ equivalente. Nella RE2020, questo stoccaggio migliora direttamente l'indicatore IC Construction. La resistenza al fuoco è garantita da una velocità di carbonizzazione nota e utilizzata per il dimensionamento (da 0,6 a 0,8 mm/min secondo le essenze), secondo Eurocode 5 / NF EN 16351.
- Il sistema pilastro-trave si basa su una rete di pilastri verticali e travi orizzontali in legno lamellare incollato o in LVL (legno lamellare parallelo). La struttura portante è visibile o integrata, e i tramezzi non svolgono alcun ruolo strutturale. La sua quota di utilizzo raggiunge il 24% delle costruzioni in legno, in particolare grazie a una presenza più marcata nel residenziale collettivo e nel terziario. Questo sistema è particolarmente adatto agli edifici terziari, alle attrezzature pubbliche, ai capannoni e ai programmi che richiedono grandi superfici libere. Offre la maggiore libertà architettonica: grandi luci, spazi liberi, estetica valorizzante.
Non esiste un sistema universale. Nel quadro della RE2020, l'impatto carbonico dei materiali è integrato nella valutazione degli edifici nuovi tramite l'analisi del ciclo di vita (ACV). Da gennaio 2025, la RE2020 impone soglie di emissioni di CO₂ sempre più ambiziose per le nuove costruzioni, con livelli progressivi previsti per il 2028 e il 2031.
Il CLT massiccio presenta il miglior stoccaggio carbonico per m², in ragione del volume di legno messo in opera. L'ossatura in legno, più parsimoniosa in materia, offre un bilancio favorevole ma generalmente inferiore al CLT a livello equivalente. Ad esempio, una struttura CLT (R+7, 10 000 m²) ha un bilancio globale di -60 kg CO₂/m², di cui -231 kg di stoccaggio carbonico, mentre una struttura in calcestruzzo armato convenzionale (stesso programma) ha un bilancio di +420 kg CO₂/m².
La ripresa del mercato della costruzione in legno a partire dal 2025 dovrebbe riguardare in via prioritaria i segmenti dell'edilizia residenziale collettiva e degli edifici terziari - là dove CLT e pilastro-trave sono meglio posizionati. Per i professionisti, questa decisione deve essere presa fin dalla fase di schizzo, in stretta collaborazione con la filiera locale del legno e uno studio specializzato. È a questa condizione che i punti di forza del legno - rapidità, leggerezza, carbonio - possono essere pienamente valorizzati.
| Sistema Costruttivo | Descrizione Principale | Vantaggi / Applicazioni Tipiche | Impatto Ambientale (CO₂) |
|---|---|---|---|
| Ossatura in Legno | Rete di montanti e traversi in legno di piccola sezione, formano la struttura portante di pareti e solai. | Sistema più diffuso (85% case individuali, 63% residenziali collettivi, 67% terziari). | Bilancio favorevole, generalmente inferiore al CLT. |
| CLT (Legno Lamellare Crociato) | Pannello massiccio costituito da strati di tavole di legno sovrapposte perpendicolarmente e incollate sotto pressione. | Immagazzina carbonio biogenico (fino a 1 tonnellata di CO₂ per m³). Migliora indicatore IC Construction RE2020. | Miglior stoccaggio carbonico per m³. Esempio: -60 kg CO₂/m² (edificio R+7). |
| Sistema Pilastro-Trave | Rete di pilastri verticali e travi orizzontali in legno lamellare incollato o LVL. | Maggiore libertà architettonica, grandi luci, spazi liberi. Adatto per edifici terziari, attrezzature pubbliche, capannoni. Struttura visibile o integrata. |
Calcolo e Verifiche Strutturali per il Legno
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. 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 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.
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.
Nella 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.