Il legno è un materiale che fa da sempre parte della tradizione edilizia mondiale, basti pensare che il primo concetto di casa (diverso dalle grotte) è nato nell’età neolitica e includeva l’utilizzo di questo spettacolare materiale. Negli ultimi anni il legno, specialmente nelle sue declinazioni come X-lam, LVL e lamellare, si è affermato come materiale protagonista nelle costruzioni, anche per progetti di grandi dimensioni e multipiano.
Legno Massiccio e Legno Lamellare: Differenze e Evoluzione
Il legno massiccio è “l’antico” materiale da costruzione e si ricava dalla semplice scortecciatura e sezionatura di tronchi di legno. È sostanzialmente un tronco scortecciato che mantiene la sezione tondeggiante ed è di forma conica. 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.
Tuttavia, il legno massiccio pone dei limiti alla dimensione della sezione trasversale e alla lunghezza dell’elemento strutturale da realizzare. Una trave in legno massiccio ha solitamente una sezione quadrata, circolare o rettangolare.
L'Ascesa delle Travi Composite e del Legno Lamellare
Ma passiamo alle travi composite. Questo gruppo risulta essere molto più popolato rispetto a quello del 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 legno lamellare nasce dall’incollaggio strutturale di più lamelle selezionate, essiccate e orientate nello stesso verso. Questo processo riduce difetti naturali (nodi critici, torsioni) e aumenta resistenza e stabilità rispetto al massello a parità di sezione. Risultato? In pratica, le travi lamellari uniscono la bellezza del legno alla prevedibilità dei materiali ingegnerizzati.
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Il legno lamellare è quello ad oggi commercialmente più utilizzato. Si tratta di tavole essiccate (chiamate lamelle) giuntate di testa con un incastro a pettine e colla, mentre sono incollate e pressate in altezza. Essendo un materiale artificiale ha svariate dimensioni, sia quadrangolari che rettangolari ma può anche avere forme speciali come curvo e boomerang.
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. 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 e ricomposte tramite incollaggio a caldo e sotto pressione. Vengono adoperate tavole già classificate per uso strutturale e possono essere uniti tra loro elementi di diverse essenze legnose.
Il Processo Produttivo del Legno Lamellare
Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Per superare i limiti derivanti dalla lunghezza delle lamelle, le tavole vengono giuntate tra loro mediante giunti a pettine. Nelle 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.
Le operazioni di incollaggio rappresentano la fase più importante e delicata dal punto di vista operativo e tecnologico. 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. 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.
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.
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Vantaggi e Applicazioni 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;
- 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 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;
- basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo;
- facilmente riciclabile;
- alta resistenza al fuoco.
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.
Quando si parla di strutture in legno eleganti ma robuste, le travi in legno lamellare sono ormai uno standard. Offrono stabilità dimensionale, libertà progettuale e un colpo d’occhio caldo e naturale che fa la differenza in casa come all’esterno. Le travi lamellari sono versatili: ambienti interni, esterni riparati e coperture. Tetti e coperture: dalle abitazioni private ai capannoni, il lamellare consente capriate eleganti e ampie campate. Porticati e pergolati: perfetti per creare zone d’ombra vivibili tutto l’anno, integrando vetro, policarbonato o tavolati.
Per quanto riguarda le specie legnose, l'abete lamellare è lo standard per rapporto prestazioni/prezzo. Le classi di resistenza più comuni sono GL24h e GL28h.
Altre Tipologie di Legno Ingegnerizzato
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.
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- 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.
- 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.
- KHV: è legno spigolato essiccato e giuntato di testa con incastro a pettine.
- Microlamellare: è composto da sottilissimi fogli di legno pressati e incollati fra loro (ha un aspetto simile al plywood).
La Tecnica del Raddoppio Trave e le Sfide delle Grandi Luci
Nel contesto delle grandi luci, come ad esempio i 18 m richiesti per un edificio, la scelta della trave assume un’importanza critica. Un lettore ha posto la seguente domanda:
anonimo: "Vorrei realizzare la struttura del mio edificio in legno lamellare e, avendo una luce pari a 18 m, dal predimensionamento avrei bisogno di un profilo alto almeno 1m. Ho controllato sulle tabelle le dimensioni standard e mi chiedevo se era possibile coprire la stessa luce accoppiando due travi con profilo standard 260x500 (mm), in modo da utilizzare merce da magazzino e non pezzi speciali."
La risposta del team esperti Ing. è stata chiara: "L'impiego di travi doppie è da considerare come un caso piuttosto eccezionale, anche se comunque possibile. Spesso infatti il raddoppio della trave porta ad una riduzione della rigidezza strutturale oltre i limiti accettabili e ammissibili. Con 18 m di luce, una trave di altezza di 500 mm è senza dubbio troppo debole in relazione alla sua rigidezza."
Questa considerazione sottolinea come il semplice accoppiamento di travi più piccole non sia sempre una soluzione efficace per raggiungere le prestazioni richieste da luci importanti, a causa della potenziale perdita di rigidezza strutturale.
Problemi di Stabilità e Deformazione
La portanza degli elementi strutturali in legno lamellare incollato con h/b > 3 è condizionata da problemi di instabilità flesso-torsionale, ovvero il pericolo di sbandamento laterale a partire dalle sezioni centrali della trave, insieme ad una rotazione intorno all’asse longitudinale, anche se il carico è verticale. L’instabilità flesso-torsionale può essere limitata munendo le travi di ritegni torsionali.
Per evitare problemi di deformazione, bisogna controllare che il contenuto di umidità del legno deve essere compreso tra l’8% e il 10%.
Innovazione nelle Connessioni e Prefabbricazione per Edifici in Legno
Con la crescente domanda di rapidità e precisione in cantiere, soprattutto nei contesti di edifici con cubature elevate o bandi pubblici dove i tempi di realizzazione sono stringenti, chi deve confrontarsi con questo tipo di costruzione affronta costantemente problematiche legate alla necessità di inventare o reinventare sistemi per la connessione e l’installazione che velocizzino i lavori e semplifichino la vita delle maestranze. La soluzione? Sfruttare nuove impostazioni costruttive, come il Design for Assembly, o la prefabbricazione, che permettono di accelerare le operazioni sul posto, riducendo errori e garantendo installazioni più precise e sicure.
In questo panorama, le connessioni preinstallate in stabilimento possono rispondere facilmente ai requisiti di resistenza voluti dai progettisti e al contempo a quelli di adattabilità e praticità necessitati dai costruttori, specialmente nelle strutture in legno che devono competere, o collaborare, con quelle in calcestruzzo o acciaio.
Tradizionalmente i grandi edifici multipiano, realizzati in cemento armato o in acciaio, utilizzano il sistema “a telaio”, in cui pilastri e travi sostengono grandi solai per creare spazi interni liberi da vincoli strutturali. Nel tentativo di competere con queste strutture, le costruzioni in legno stanno adottando un sistema simile, noto come “post and beam” (trave e pilastro).
Soluzioni di Connessione Avanzate
- ALUMEGA: introdotto sul mercato nel 2023, è la soluzione di connessione trave-trave e trave-colonna, ideale per strutture con luci importanti. Grazie al comportamento a cerniera, che permette alla connessione di assorbire i movimenti provocati da azioni sismiche e dal vento, ALUMEGA riduce il trasferimento di carico sulle colonne, aumentando la stabilità complessiva dell’edificio. I componenti modulari e le possibilità di fissaggio flessibili fanno di ALUMEGA un’opzione versatile, utilizzabile anche in costruzioni ibride legno-acciaio o legno-calcestruzzo.
- RADIAL: semplicità e prefabbricazione per connessioni colonna-colonna. Il connettore RADIAL si distingue per la sua facilità di installazione e per la capacità di sfruttare al massimo il potenziale della prefabbricazione. RADIAL è composto da due connettori semicircolari, preinstallabili sui pilastri in stabilimento, che vengono collegati con un semplice bullone direttamente in cantiere.
- RING: stabilità e precisione per connessioni colonna-fondazione. Garanzia di smontabilità è uno dei sinonimi del connettore RING, che nella versione RING90C, risulta particolarmente adatto per connessioni colonna-fondazione che richiedono una gestione delle tolleranze date dalla non planarità della fondazione stessa. Questo sistema prevede, se necessario, l’utilizzo di una malta antiritiro che compensi le eventuali disuniformità della base, assicurando un supporto stabile e preciso per le colonne in legno.
L’integrazione di connettori come questi rappresenta un passo avanti per l’efficienza delle costruzioni in legno. ALUMEGA, RADIAL e RING risolvono alcune fra le problematiche più critiche legate alla costruzione di edifici multipiano, consentendo di creare strutture resistenti, smontabili e di conseguenza più sostenibili. Attraverso un sistema di montaggio simile a quello delle strutture in acciaio o cemento armato, facilitano il lavoro dei professionisti, riducendo tempi e costi di costruzione, e offrendo un’alternativa valida ai materiali tradizionali. Oggi più che mai, le costruzioni in legno possono competere ma anche collaborare con cemento e acciaio, grazie a soluzioni di connessione che rispondono alle esigenze di sicurezza, tolleranza e montaggio e smontaggio richieste dal mercato.
Progettazione, Calcolo e Normative per Strutture in 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. Per questa ragione, è suggerito 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.
Woody è un’app per il progetto e verifica di elementi strutturali in legno massiccio e lamellare implementata in Microsoft Excel. Grazie a Woody è possibile 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.
Verifiche allo Stato Limite Ultimo (SLU)
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 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.
Normative di Riferimento
Le principali normative che regolamentano la progettazione delle strutture in legno includono:
- NTC e CIRCOLARE CAP. 4.4 - CAP. 7.7 - CAP. 11.7-CAP.
- UNI EN 1995-1-1_2009: Progettazione delle strutture in legno.
- UNI EN 1995-1-2_2005: Progettazione delle strutture in legno.
- UNI EN 1995-2_2005: Progettazione delle strutture in legno.
- UNI EN 1998-1_2005: Progettazione delle strutture per la resistenza sismica.
Sostenibilità e Impatto Carbonico nelle Costruzioni in Legno
Il legno, in particolare nelle sue forme ingegnerizzate come il CLT, offre notevoli vantaggi in termini di sostenibilità ambientale. 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.
Ecco un confronto sull'impatto carbonico tra strutture in CLT e in calcestruzzo armato:
| Tipo di Struttura | Dimensioni Edificio | Bilancio Globale CO₂/m² | Stoccaggio Carbonico (se applicabile) |
|---|---|---|---|
| CLT | R+7, 10 000 m² | -60 kg CO₂/m² | -231 kg di stoccaggio carbonico |
| Calcestruzzo Armato Convenzionale | R+7, 10 000 m² | +420 kg CO₂/m² | Non applicabile |