Un articolo dedicato al legno lamellare per uso strutturale. L’utilizzo del legno lamellare per uso strutturale è senza dubbio una valida alternativa alle tecnologie costruttive in calcestruzzo armato e acciaio. Se in qualità di progettista strutturale ti incuriosiscono i vantaggi di questo materiale per la realizzazione di nuovi elementi strutturali continua a leggere quest’articolo.
Cos'è il Legno Lamellare? Un Materiale Composito per il Futuro
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. É 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 è un modo innovativo di adoperare un materiale antico. L’aspetto innovativo di questo materiale è di essere ricavato dall’incollaggio di assi (lamelle) di legno di larghezza e lunghezza limitata, con il risultato finale di ottenere e/o ricavare elementi strutturali ad elevata flessibilità compositiva (grandi dimensioni con forme variabili). 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. Da un solo fusto è infatti impossibile ottenere elementi di sezione e lunghezza necessarie a consentire la copertura di luci libere di 20-30 metri.
Il Processo di Produzione del Legno Lamellare: Dalla Materia Prima al Prodotto Finito
Le fasi principali per realizzare un legno lamellare di ottima qualità, ha origine dalla scelta del legno massiccio da utilizzare per la creazione delle lamelle. Le caratteristiche tecniche del prodotto finito dipendono in gran parte dal materiale di base. Per ottenere risultati attendibili, occorre partire da una materia prima con caratteristiche di omogeneità uniformi.
Gli impianti per la produzione del lamellare dispongono di forni di essicazione: il legname è messo nelle celle di essiccazione e portato al grado di umidità necessario alla lavorazione richiesta. L'essiccazione è l’operazione per ottenere quel grado di umidità del legno, compatibile con il tipo di colla e, soprattutto, alla destinazione d’uso delle strutture.
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Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in assicelle - ovvero lamelle - generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm (per prevenire eccessive deformazioni causate dal fenomeno del ritiro). 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.
Per superare i limiti derivanti dalla lunghezza delle lamelle, le tavole vengono giuntate tra loro mediante giunti a pettine. La giuntatura di testa per realizzare elementi strutturali di lunghezza maggiore della singola tavola o asse sono necessari giunzioni di testa. L’ideazione della giunzione a dente di sega si fa risalire a Leonardo Da Vinci. Nel XIX secolo Migneron e Wiebeking misero a punto un sistema che prevedeva un arco con lamelle formate da travi curvate a freddo e tenute a pressione mediante staffe metalliche. Una svolta radicale si ebbe dalla coniugazione tra la tecnica della laminazione del legno e quella dell’incollaggio.
Le operazioni di incollaggio rappresentano la fase più importante e delicata dal punto di vista operativo e tecnologico. L’applicazione della colla sulle lamelle avviene automaticamente e il sistema attualmente più utilizzato è quello della cosiddetta “incollatrice a fili”. Per realizzare l’incollaggio fra le lamelle bisogna sottoporre l’elemento strutturale a una pressione il più possibile uniforme. Tale operazione viene effettuata in apposite presse. 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. L’operazione di posizionamento delle lamelle e di chiusura della pressa deve essere fatta il più rapidamente possibile per evitare che la colla cominci a indurire. Per la chiusura delle presse si procede dal centro verso le estremità. Le travi così realizzate rimangono in pressa per un periodo di 12 ore o più, secondo il tipo di colla. La temperatura ambiente non deve comunque essere mai inferiore a 18° C.
Rimosse dalla pressa le travi sono lasciate 1-2 giorni a riposo all’interno dello stabilimento. Successivamente sono fatte passare dentro una pialla fissa di forte capacità. Viene dato all’elemento, lo spessore finito e si rendono uniformi e lisce le superfici laterali.
L’ultima operazione in ordine di tempo consiste nell’applicazione di prodotti impregnanti tramite semplice spennellatura, sostanze cioè con funzione di preservare il legno da insetti, funghi, umidità e con un pigmento che conferisca alle travi il colore voluto. Tale operazione dovrebbe rientrare in seguito tra le operazioni di manutenzione ordinaria.
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Flessione su provetta di legno lamellare
Classificazione e Specie Legnose Utilizzate per il Lamellare
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. Le specie più utilizzate sono le conifere: abete rosso, abete bianco, larice, pino e douglasia.
La classe di resistenza delle singole tavole che compongono le lamelle è determinata in conformità alla norma UNI EN 14081-1 che specifica i requisiti per la classificazione a vista e a macchina del legno massiccio strutturale. L’assegnazione del profilo resistente delle singole tavole avviene quindi sulla base delle classi riportate nella norma UNI EN 338 che fornisce i valori caratteristici delle proprietà di resistenza per ciascuna classe, e le regole per l’assegnazione dei tipi di legno (cioè le combinazioni di specie, provenienza e categoria) alle classi. La norma si applica a tutti i legnami di conifere e di latifoglie per uso strutturale.
Il legno lamellare è classificato con EC5 con la sigla BS. Con la sigla BSH si indica il legno lamellare di conifera che è quello maggiormente utilizzato. Attualmente sono previste quattro Classi: BS 11, BS 14, BS 16, BS 18. Il numero BS progressivo indica una classe di legname migliore. La norma UNI EN 14080 definisce le classi di resistenza del lamellare. Per la residenza privata, GL24h copre il 90% dei casi. I lamellari duo e trio hanno le lamelle esterne incollate con gli anelli annuali di accrescimento contrapposti fra loro.
Vantaggi del Legno Lamellare nelle Costruzioni
I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale:
- Resistenza e Stabilità: 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 maggior uniformità nella resistenza della trave. Rispetto al massello, il lamellare garantisce maggior stabilità, grazie alla sua struttura omogenea. Tra i pregi si annoverano l'elevato rapporto tra resistenza meccanica e peso.
- Resistenza al Fuoco: Pur essendo realizzate con un materiale combustibile, le strutture in legno lamellare hanno una resistenza al fuoco superiore a quella delle strutture in acciaio o in calcestruzzo armato. Infatti, nel legno lamellare, grazie al buon isolamento termico realizzato dallo strato superficiale carbonizzato, la combustione avviene lentamente: ad un aumento molto lento della temperatura corrisponde una variazione quasi trascurabile della resistenza meccanica delle fibre di legno della sezione non carbonizzata. La struttura cede o crolla solo quando la parte della sezione non ancora carbonizzata è talmente diminuita da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante.
- 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).
- Versatilità e Flessibilità di Design: La versatilità lo rende utilizzabile su un gran numero di strutture, grandi e piccole, complesse o meno. Pergolati con travi arcuate, tetti con travi rastremate (sezione che diminuisce verso le estremità), travi inclinate con angoli precisi - tutto questo è realizzabile solo in lamellare. Il suo impiego 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.
- Isolamento Termico e Resistenza Ambientale: Vanta una capacità isolante molto alta e un'alta resistenza ad agenti atmosferici e a sbalzi termici. Un fattore molto importante e innovativo del legno lamellare è la sua capacità di resistere agli agenti aggressivi di certi ambienti.
- 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.
- Sostenibilità e Estetica: Ha un basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo, ed è facilmente riciclabile. Il lamellare in vista ha un aspetto pulito e regolare. Le lamelle sono selezionate per avere pochi nodi, colore uniforme, assenza di fessurazioni.
Legno Lamellare o Legno Massiccio? La Scelta per il Tuo Progetto
La domanda che ci si pone spesso è semplice: lamellare o massiccio? Non c'è una risposta universale. Entrambi sono validi, con ambiti diversi. Il legno massiccio pone dei limiti alla dimensione della sezione trasversale e alla lunghezza dell’elemento strutturale da realizzare. Una normale trave in legno massello ha una sezione quadrata, circolare o rettangolare (ma con scarsa differenza tra altezza e base); una trave lamellare, invece, generalmente ha sezioni rettangolari il cui apporto tra base altezza è molto sbilanciato verso l’altezza. Il vantaggio di avere una sezione più alta che larga sta nel fatto che influisce maggiormente su questo valore di resistenza. Dove il massiccio mostra i segni del legno naturale (nodi grossi, irregolarità), il lamellare mostra una finitura controllata.
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Il motivo tecnico principale per scegliere il lamellare è la luce libera che la trave deve coprire. Una trave massiccia in abete C24 sezione 20×24 cm copre luci fino a 5-6 metri con carico standard. Con il lamellare GL24h o GL28h si coprono tranquillamente 8-12 metri con sezioni ragionevoli, e oltre con predimensionamenti specifici. Per solai con luci sopra i 5 m o sovraccarichi sopra i 200 kg/mq (destinazione ad uso commerciale, archivi, sale riunioni, ambienti aperti al pubblico) il lamellare entra di diritto nel calcolo strutturale.
Il lamellare non è sempre la risposta giusta. Una villetta con tetto a due falde e luce 4-5 m non richiede lamellare. Travi principali in abete C24 massiccio sezione 18×24 cm, orditura secondaria in travetti 8×12 cm - è la soluzione standard in Italia da sempre. Solai con luce fino a 4 m, carico standard per abitazione (200 kg/mq in uso civile), altezza del pacchetto non critica - massiccio in abete. La parte di orditura secondaria di un tetto (travetti che corrono sopra le travi principali) è quasi sempre massiccia. Metterci lamellare sarebbe sovradimensionato. Pergolati a giardino, pensiline leggere, recinzioni, cantine, strutture rustiche - il massiccio o addirittura il legno di seconda scelta va bene. Il trade-off: costa di più.
Legno massiccio o legno massello? Talvolta il legno massiccio viene anche definito legno massello. C’è una sottile differenza fra questi due elementi. Il legno massello è la porzione di legno estratta dal durame, la parte più interna del tronco.
Flessione su provetta di legno lamellare
Applicazioni Versatili del Legno Lamellare nell'Architettura Moderna
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:
- 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.
Il mercato che oggi mantiene stabile la domanda di lamellare è il settore della ristrutturazione. Nel restauro, spesso si mantiene l’utilizzo dell’essenza originaria, per poter così preservare il più possibile l’aspetto iniziale e le finiture originali delle finestre. Il costo stimato per una struttura residenziale PREFABBRICATA in legno lamellare può essere inferiore fino al 30% rispetto a soluzioni tradizionali. Il comfort abitativo e il risparmio energetico sono paragonabili a quelli dei metodi costruttivi tradizionali. Attualmente, la tendenza è quella di prefabbricare tutte le pareti, con tutte le schemature già predisposte, mentre il resto della composizione avverrà in cantiere. La progettazione dei componenti in questo settore riveste un’importanza cruciale, poiché la ripetitività nell’uso di elementi prefabbricati progettati rende l’intervento economico e consente un risparmio di tempo nel completamento dell’opera. La costruzione di elementi prefabbricati in legno è principalmente caratterizzata da elementi piani, verticali e orizzontali, come pareti e soffitti.
Calcolo Strutturale e Normative per Elementi in 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. Per questa ragione, ti suggerisco di affidarti 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. Woody è l’app per il progetto e verifica di elementi strutturali in legno massiccio e lamellare implementata in Microsoft Excel. Grazie a Woody potrai eseguire verifiche di resistenza e di stabilità allo Stato Limite Ultimo per elementi sollecitati a flessione, pressoflessione, taglio e torsione e verifiche allo Stato Limite di Esercizio.
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.
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.
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 la realizzazione di qualunque tipologia di costruzione in legno, compreso quindi i tetti, deve obbligatoriamente essere utilizzato legno strutturale ovvero legno la cui qualità può essere classificata secondo i dettami delle Norme UNI. 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. Il lamellare certificato per uso esterno (colla di classe I, ex tipo I) è un requisito tecnico importante per strutture esposte.
Legno Impiallacciato e Microlamellare (LVL): Soluzioni Avanzate
La famiglia del legno lamellare include anche il legno impiallacciato, realizzato sotto forma di pannelli. Questi pannelli sono ampiamente utilizzati nelle costruzioni residenziali, in particolare per la realizzazione di case prefabbricate in legno. Costituiscono la parte strutturale portante della casa, mostrando risultati eccellenti. Sono prodotti attraverso una tecnologia che prevede l’assemblaggio di strati sottilissimi di legno massiccio, di circa 3 mm di spessore, incollati tra loro e sovrapposti nella stessa direzione delle fibre. Gli strati possono essere ruotati di 90° rispetto all’asse delle fibre, migliorando così la stabilità dell’elemento finito. La configurazione finale conferisce al pannello una notevole capacità di carico, proporzionale al numero di strati. I legni massicci utilizzati per la realizzazione dei pannelli includono abete rosso, pino, abete Douglas e, più recentemente, faggio. Per l’incollaggio, si impiegano principalmente resine melamina-urea-formaldeide (MUF) o resine fenolo-formaldeide (PF). A causa dei molteplici strati sottili, il contenuto di colla è relativamente elevato, stimato circa al 3% in volume rispetto agli strati.
Per la parte strutturale della costruzione in legno, come travi e pilastri, è consigliato l’uso di un pannello microlamellare, noto anche con l’acronimo LVL (Laminated Veneer Lumber). Le travi, colonne e pannelli in LVL si stanno affermando come componenti fondamentali nelle moderne strutture in legno grazie ai loro numerosi vantaggi e alla loro versatilità in molteplici applicazioni strutturali.
Per quanto riguarda la composizione delle pareti esterne nelle case in legno, queste sono progettate come componenti permeabili al vapore, adatte alla stratigrafia della zona Termica. È fondamentale utilizzare un isolamento valido con spessore adeguato; la lana di roccia è altamente raccomandata per le sue proprietà di resistenza all’umidità e per la sua capacità di prevenire la proliferazione di muffe, funghi e licheni. Tali pareti, dopo opportune verifiche statiche, possono anche essere strutturate come pareti portanti. Nella progettazione delle pareti, è possibile raggiungere parametri di isolamento competitivi rispetto a strutture tradizionali in muratura multistrato, con un numero significativamente inferiore di categorie di lavori da eseguire.