Il legno è un materiale nobile e versatile, che trova sempre più spazio nel settore delle costruzioni moderne. Tra le sue forme più innovative, il legno lamellare si distingue per le sue eccezionali proprietà tecniche e strutturali, superando i limiti del legno massiccio.
Cos'è il Legno Lamellare?
Il legno lamellare è un materiale composito, un prodotto industriale realizzato dall'uomo. Si ottiene incollando fra loro diverse tavole di legno, dette lamelle, sotto l’azione di una forza di pressione. Queste lamelle, che possono avere uno spessore compreso fra 3 e 4 cm e una larghezza limitata a circa 25 cm, vengono posizionate spesso con venatura contrapposta. Questo accorgimento garantisce una maggior uniformità nella resistenza della trave e una superiore stabilità.
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, attraverso un procedimento tecnologico di incollaggio a pressione, questo prodotto innovativo riduce e supera i difetti propri del legno massiccio. Nasce infatti dall’esigenza di superare i limiti del legno massiccio sia per dimensioni in lunghezza e sezioni, sia per la sua concezione strutturale.
Il Processo Produttivo del Legno Lamellare
La produzione del legno lamellare è un processo articolato che inizia con una rigorosa selezione del materiale grezzo. Le fasi principali includono:
- Selezione e Preparazione delle Lamelle: Le lamelle, o tavole, vengono innanzitutto selezionate in base alla classe di resistenza e sottoposte a un controllo accurato, spesso tramite scanner e raggi X, per individuare ed eliminare eventuali difetti. La scelta del legno di partenza (essenza), oltre a garantire certe caratteristiche tecniche, deve rispettare la natura e contribuire a ridurre il costo del prodotto. Successivamente, le lamelle vengono segate a misura, sagomate e giuntate di testa per raggiungere le lunghezze desiderate, garantendo continuità e uniformità strutturale.
- Formazione degli Strati: Le lamelle vengono quindi incollate affiancandole una all’altra, dando forma ai singoli strati di tavole che comporranno il pannello finito.
- Incollaggio e Pressatura: Per ottenere una trave lamellare completa, è necessario sovrapporre ed incollare vari strati a caldo, sotto pressione. A seconda del tipo di prodotto finale, la disposizione delle fibre può variare. Le travi completate dispongono spesso di fori e incavi predisposti per il fissaggio, facilitando l'assemblaggio in cantiere.
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Vantaggi e Caratteristiche del Legno Lamellare
Le caratteristiche del lamellare dipendono ovviamente dall’essenza impiegata per la sua realizzazione. In Europa, ad esempio, viene utilizzato prevalentemente l’abete rosso, seguito dal larice, quest’ultimo molto più costoso. Il legno lamellare offre molteplici vantaggi, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale:
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- Resistenza Elevata: Possiede un'alta resistenza a flessione e trazione, rendendolo adatto per strutture portanti.
- Versatilità: Può essere impiegato su un gran numero di strutture, sia grandi che piccole, complesse o meno, grazie alla sua lavorabilità.
- Leggerezza: Ha un peso specifico inferiore a 500 kg al m³ (circa l’80% in meno rispetto al cemento armato), il che si traduce in una maggiore sostenibilità dei carichi, una riduzione delle opere di fondazione e un notevole risparmio dei tempi di cantiere e dei costi complessivi (inclusi quelli di trasporto).
- Isolamento Termico e Acustico: Vanta una capacità isolante molto alta, contribuendo all'efficienza energetica degli edifici.
- Resistenza agli Agenti Atmosferici: Offre 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 sismiche; inoltre, in caso di danni si ripara più facilmente.
- Sostenibilità Ambientale: Ha un basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo, ed è facilmente riciclabile.
- Resistenza al Fuoco: Nonostante sia legno, la sua lenta combustione in caso di incendio è un pregio importante, poiché mantiene più a lungo le sue capacità portanti rispetto ad altri materiali.
Tipologie di Legno Lamellare e Essenze Utilizzate
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, tra cui:
- Abete rosso e bianco
- Frassino
- Larice
- Faggio
- Pino
Inoltre, il legno lamellare può essere classificato in:
- Incollato Omogeneo: Le lamelle che lo compongono appartengono alla stessa classe di resistenza.
- Incollato Combinato: Le lamelle appartengono a differenti classi di resistenza.
Applicazioni del Legno Lamellare
Il lamellare è molto utilizzato nelle costruzioni in alternativa al cemento armato e metalli vari. 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.
Alcuni esempi concreti di utilizzo includono:
- La costruzione di un ponte pedonale e ciclabile, come quello realizzato alle foci del fiume Todino in provincia di Teramo, esclusivamente con travi e tavole in legno lamellare.
- L'utilizzo di travi in legno lamellare per costruire case e ville a basso consumo energetico.
Nella bioedilizia, il legno lamellare è applicato 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 mono e pluripiano, palazzine, ville ed edifici di grandi dimensioni - pubblici e privati - come scuole, chiese, strutture ricettive e direzionali.
Il Legno Lamellare X-Lam (CLT): Una Soluzione Avanzata
Nella seconda metà degli anni ’90, a partire dal 1996, sono state realizzate le prime strutture X-Lam (Cross Laminated Timber, o CLT), che hanno rappresentato un nuovo modo di concepire il legno lamellare. I pannelli X-LAM sono pannelli di legno massiccio a strati incrociati, composti da più strati di lamelle (o tavole), sovrapposti e incollati uno sull’altro in modo che la fibratura di ogni singolo strato sia ruotata nel piano di 90° rispetto agli strati adiacenti.
I singoli strati sono realizzati in tavole di legno di conifera, essiccate e selezionate, come per la maggior parte degli elementi strutturali in legno dove viene impiegato l’abete, in prevalenza abete rosso. Le tavole sono di spessore variabile fra i 19 e i 40 mm, larghe fra gli 80 ed i 260 mm.
Il risultato è un pannello X-Lam ad alte prestazioni, composto per il 99,4% da legno e solo per lo 0,6% da colla. Questo unisce la naturalità e leggerezza del legno massello a eccellenti caratteristiche di stabilità dimensionale, funzionalità architettonica e prestazioni tecniche.
Funzionamento Statico delle Strutture in X-Lam
L’utilizzo dei pannelli X-Lam per la realizzazione di pareti e solai dà origine a una struttura di tipo scatolare, nella quale ogni elemento contribuisce alla stabilità complessiva dell’edificio. Il pannello X-Lam può svolgere tutte le principali funzioni strutturali:
- Funzione di lastra (parete): Il pannello sostiene i carichi verticali e contrasta le azioni orizzontali dovute a vento e sisma, garantendo resistenza e rigidezza.
- Funzione di piastra (solaio): Grazie alla propria resistenza flessionale e a taglio nelle due direzioni del piano, il pannello è in grado di portare i carichi perpendicolari al suo stesso piano.
Gli elementi in X-Lam sono collegati tra loro in modo elastico e deformabile: le giunzioni trasferiscono le azioni di taglio, ma non quelle flessionali, consentendo al sistema di distribuire le sollecitazioni in modo uniforme e controllato. Le pareti in X-Lam possono essere costituite da uno o più pannelli, a seconda delle luci da coprire e delle esigenze strutturali del progetto. Nel caso di pareti composte da più pannelli, l’unione fra gli elementi viene realizzata direttamente mediante doppie viti autoforanti, inserite inclinatamente rispetto alla faccia del pannello. Questo sistema garantisce un accoppiamento solido e continuo tra i pannelli, assicurando la massima precisione, rigidezza e stabilità strutturale dell’insieme.
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Profili di Aggancio e Connessioni Nelle Strutture X-Lam
Le connessioni e i profili di aggancio sono elementi essenziali per garantire la stabilità e la sicurezza sismica di qualsiasi edificio in legno lamellare, in particolare per le strutture X-Lam. Questi collegamenti sono progettati per trasferire le sollecitazioni tra i diversi elementi strutturali in modo efficace e sicuro.
Connessioni alla Platea di Fondazione
Il collegamento tra le pareti in X-Lam e il cordolo in cemento armato della fondazione è fondamentale. Ha il compito di trasferire le sollecitazioni orizzontali (vento e sisma) alla fondazione, impedendo ogni possibilità di ribaltamento o scorrimento delle pareti. L’ancoraggio viene realizzato mediante piastre in acciaio fissate ai pannelli in X-Lam con viti o chiodi strutturali e al cordolo in cemento armato con barre filettate o tasselli meccanici sigillati con resine bicomponenti. Ogni collegamento è dimensionato in base al calcolo strutturale e alle verifiche sismiche previste dal progetto, assicurando la massima affidabilità dell’intero sistema costruttivo.
Connessioni dei Solai Interpiano in X-Lam
Nei piani intermedi, i solai in X-Lam vengono realizzati con pannelli più spessi rispetto a quelli delle pareti, così da garantire maggiore solidità e comfort strutturale. Il collegamento tra pareti e solai avviene tramite piastre metalliche “hold down”, che evitano il ribaltamento delle pareti, e con viti o angolari che impediscono eventuali spostamenti orizzontali. Questi giunti meccanici rendono l’edificio un sistema unico e perfettamente integrato, capace di resistere in modo efficace a vento e sisma, mantenendo nel tempo la massima stabilità e sicurezza.
Connessioni fra le Pareti in X-Lam e il Solaio di Copertura
La copertura può essere realizzata con pannelli in X-Lam oppure, quando richiesto dalle luci strutturali, con l’inserimento di travi rompitratta o travi in legno lamellare e tavolato. Il collegamento tra le travi in legno e le pareti verticali può avvenire tramite tasche di alloggiamento predisposte nei pannelli in X-Lam, oppure mediante scarpette metalliche fissate con viterie strutturali. Quando la copertura è realizzata direttamente con pannelli in X-Lam, il collegamento con le pareti avviene invece mediante viti e squadrette metalliche, garantendo la continuità strutturale e la stabilità complessiva dell’edificio.
Sigillatura e Tenuta all'Aria
Per garantire la perfetta sigillatura ermetica tra i pannelli in X-Lam vengono impiegate guarnizioni in EPDM specifiche per le giunzioni. La tenuta all’aria viene completata con la nastratura interna ed esterna di tutte le connessioni, utilizzando nastri mono-adesivi sigillanti ad alte prestazioni. Questo sistema assicura un isolamento continuo e controllato, rendendo l’edificio a prova di Blower Door Test, a beneficio del comfort abitativo e dell’efficienza energetica complessiva.
Calcolo Strutturale e Normative di Riferimento
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 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 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 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 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.
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. 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.
La relazione tecnica di calcolo, relativamente alla parte in legno, riporta le caratteristiche fisiche e meccaniche del materiale, la classe di servizio, la sensibilità del legno alla variazione di umidità e l’influenza di questa sulle caratteristiche di resistenza e di deformabilità, e infine, le modalità di verifica secondo quanto prescritto dalla normativa tecnica.
Di seguito una sintesi delle normative e degli Eurocodici di riferimento per la progettazione e la verifica delle strutture in legno:
| Norma | Data | Descrizione |
|---|---|---|
| UNI EN 1991-2:2005 | 01/03/2005 | Eurocodice 1 - Azioni sulle strutture - Parte 2: Carichi da traffico sui ponti. |
| UNI EN 1995-2:2005 | 01/01/2005 | Eurocodice 5 - Progettazione delle strutture di legno - Parte 2: Ponti. |
| UNI EN 1997-1:2005 | 01/02/2005 | Eurocodice 7 - Progettazione geotecnica - Parte 1: Regole generali. |
| D.M. 2018 | Norme Tecniche per le Costruzioni (riferimenti vari) |