Il Legno Lamellare: Caratteristiche, Produzione e Ampie Applicazioni Costruttive

Il legno lamellare è un materiale composito utilizzato per le costruzioni, formato dall’incollaggio di almeno tre tavole di legno (lamelle) sotto l’azione di una forte pressione. Non è quindi un legno che nasce spontaneamente in natura, in quanto viene realizzato dall’uomo a partire da essenze di legno aventi uno spessore compreso fra 3 e 4 cm ed una larghezza limitata a circa 25 cm. É 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. Il legno lamellare (o glulam) è un materiale strutturale composto da lamelle di legno massiccio incollate tra loro in senso longitudinale.

Processo di Produzione del Legno Lamellare

La produzione del legno lamellare inizia con un’accurata selezione delle lamelle. Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Le lamelle vengono selezionate, essiccate, piallate e incollate sotto pressione con colle resistenti all’umidità, dando vita a travi ed elementi portanti dalla grande stabilità. 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, effettuata con apposite presse, deve essere svolta per una durata di circa 12 ore, variabile però in funzione del tipo di colle utilizzate, della temperatura e della forma delle travi. Per ottenere una trave lamellare completa, è necessario sovrapporre ed incollare vari strati a caldo (sotto pressione). Le travi completate dispongono di fori e incavi per il fissaggio.

Vantaggi e Caratteristiche del Legno Lamellare

Il legno lamellare offre numerosi vantaggi che lo rendono una scelta eccellente in molteplici contesti costruttivi.

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Resistenza e Stabilità

• Si ottengono sezioni lignee che presentano una resistenza molto superiore a quella di profili in legno ricavati direttamente dagli alberi.
• A differenza del legno massello, il legno lamellare ha meno difetti naturali (come nodi o fessurazioni) ed è più resistente a deformazioni, flessioni e spaccature.
• Uno dei principali vantaggi del legno lamellare è la sua stabilità dimensionale. Questo significa che, anche con variazioni di temperatura e umidità tipiche degli spazi esterni, il materiale mantiene forma e integrità molto meglio rispetto al legno massello.
• Possiede un'elevata resistenza a flessione e trazione.

Leggerezza ed Efficienza Economica

La leggerezza è una delle sue qualità distintive. Il legno lamellare 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 in cemento, un notevole risparmio dei tempi di cantiere e una generale diminuzione dei costi, inclusi quelli di trasporto. Questo contribuisce a una maggiore economicità e leggerezza nelle costruzioni, rispetto al cemento armato.

Prestazioni Antisismiche e al Fuoco

• Il legno lamellare possiede ottime prestazioni antisismiche grazie all'eccellente rapporto fra peso specifico e resistenza statica. La straordinaria leggerezza del materiale (5 volte più leggero del calcestruzzo armato e 15 volte più leggero dell'acciaio) e la sua elevata resistenza meccanica consentono di contenere le sollecitazioni sismiche. Inoltre, la struttura in legno lamellare prevede un importante accorgimento per dissipare l'energia sismica: le connessioni semirigide.
• Presenta una eccezionale resistenza al fuoco. La sua superficie brucia e si carbonizza in modo uniforme formando uno strato protettivo che ritarda la propagazione delle fiamme agli strati interni. La combustione provoca una riduzione del materiale ma non delle sue proprietà meccaniche.

Isolamento Termico e Acustico, e Confort Abitativo

Il legno lamellare, materiale perfettamente ecosostenibile ed a basso impatto ambientale, consente di risparmiare energia grazie alle sue ottime prestazioni termiche. Il basso grado di conducibilità termica infatti permette di ridurre notevolmente i fenomeni di condensa. Al benessere abitativo contribuiscono anche le proprietà di isolamento acustico del legno e la possibilità di realizzare strutture con grandi luci senza pilastri di sostegno. Infine, va rilevato il confort termoigrometrico connesso all’azione dell’umidità dell’aria svolta dal legno lamellare. Al confort derivante da una struttura in legno lamellare si aggiunge anche un benessere di carattere psicologico, dovuto alla piacevolezza estetica, al fascino ed al calore esercitato dal legno. Il legno è materia viva ed ecologica che ha in sé l'armoniosità e la perfezione della natura.

Sostenibilità Ambientale

Inoltre, il legno lamellare è un materiale eco-sostenibile: viene ricavato da legno certificato, riduce gli sprechi rispetto al massello ed è completamente riciclabile. La lavorazione industriale consente un impiego più efficiente delle risorse naturali, riducendo l’impatto ambientale. Utilizzarlo significa attingere ad una risorsa inesauribile, continuamente rinnovata in base alle esigenze della produzione. La tecnica del legno lamellare privilegia specie arboree autoctone a rapido accrescimento, provenienti da aree dell’Europa dove i boschi stanno aumentando sia come superficie, sia a livello di massa legnosa per ettaro. Tutto questo è certificato da enti preposti alla gestione sostenibile delle foreste.

Applicazioni del Legno Lamellare

Il legno lamellare è ormai ampiamente impiegato nel campo delle costruzioni edilizie. La sua versatilità lo rende ideale per molti tipi di costruzioni. Come abbiamo già capito, il lamellare è molto utilizzato nelle costruzioni in alternativa al cemento armato e metalli vari.

Consente infatti di costruire travi anche di grandi dimensioni o curve che quindi vengono utilizzate per coprire grandi luci e realizzare coperture, anche di capannoni o strutture sportive, o addirittura ponti. Per esempio, alle foci del fiume Todino in provincia di Teramo è stato costruito un ponte pedonale e ciclabile esclusivamente con travi e tavole in legno lamellare.

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Utilizzo in Esterni e Bioedilizia

Quando si tratta di realizzare strutture solide, durature e dall’aspetto naturale per esterni, il legno lamellare è una delle scelte migliori sia dal punto di vista tecnico che estetico. È sempre più utilizzato per tettoie, pergole, carport e gazebo, questo materiale unisce bellezza e resistenza, mantenendo un’anima naturale.

Il legno lamellare è perfetto per progetti su misura. È possibile realizzare forme curve, tetti inclinati, travature ampie e strutture personalizzate in base agli spazi disponibili. Questo lo rende il materiale ideale per tettoie, pergole, porticati, pensiline, gazebo e altri elementi outdoor.

Inoltre, 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 e edifici destinati a civile abitazione.

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. Nella seconda metà degli anni ’90 (dal 1996 in poi), sono state realizzate le prime strutture, un nuovo modo di pensare il legno lamellare. Vengono utilizzate travi in legno lamellare per costruire case e ville a basso consumo energetico.

Trattamenti e Protezione per l'Esterno

Grazie al trattamento con impregnanti o smalti specifici per l’esterno, il legno lamellare può durare nel tempo senza perdere le sue caratteristiche meccaniche ed estetiche. Una struttura in legno lamellare ben progettata e trattata richiede pochissima manutenzione. Il legno lamellare può essere trattato con due finiture principali:

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• Impregnante all’acqua: penetra nel legno e lascia traspirare la fibra. Ideale per mantenere l’aspetto naturale, va rinnovato ogni 1-3 anni, soprattutto nelle parti esposte al sole.
• Smalto coprente: più spesso e protettivo, forma una pellicola resistente agli agenti atmosferici. La durata è maggiore, fino a 5 anni. Il risultato è una struttura esteticamente moderna, simile a un mobile.

In entrambi i casi, sono disponibili tantissimi colori ed è possibile ritoccare solo le parti più esposte (di solito colonne e testate dei travetti), mentre le parti interne della struttura, essendo protette dal tetto, necessitano raramente di manutenzione. In fase di ritocco, puoi usare lo stesso colore di impregnante per uniformare la struttura, ma attenzione: il risultato potrebbe essere leggermente più scuro. In alternativa, puoi optare per un impregnante o finitura trasparente per mantenere il tono originale.

Tipologie di Legno Lamellare

Il legno lamellare può essere distinto in diverse tipologie a seconda del legno di derivazione delle lamelle. Le caratteristiche del lamellare dipendono ovviamente dall’essenza impiegata per la sua realizzazione. 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.

In linea generale, le essenze maggiormente utilizzate includono conifere come abete rosso e bianco, larice e pino, oltre a latifoglie come frassino e faggio. Di conseguenza in Europa viene utilizzato prevalentemente l’abete rosso, seguito dal larice (quest’ultimo molto più costoso).

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.

Considerazioni sul Calcolo Strutturale del Legno Lamellare

Il legno lamellare e il legno massiccio per uso strutturale presentano delle particolarità nella determinazione dei parametri di resistenza. 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. In fase di progettazione, viene effettuato un calcolo ‘a strisce’.

Classi di Servizio e Coefficiente kmod

La dipendenza dei parametri di resistenza del materiale dalle condizioni ambientali avviene mediante tre classi di servizio definite dalla Normativa Tecnica NTC2018:

1. Classe di servizio 1: è caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20 °C e un’umidità relativa dell’aria circostante che non superi il 65%, se non per poche settimane all’anno.
2. Classe di servizio 2: è caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20 °C e un’umidità relativa dell’aria circostante che superi l’85% solo per poche settimane all’anno.
3. Classe di servizio 3: è caratterizzata da umidità più elevata di quella della classe di servizio 2.

Le proprietà di resistenza del legno massiccio e del legno lamellare dipendono dalla durata del carico. Al crescere della durata del carico, diminuiscono le proprietà di resistenza del materiale. Le azioni di progetto devono essere assegnate ad una delle classi elencate sopra. Le condizioni ambientali e la durata del carico influiscono sui valori di resistenza del legno massiccio e lamellare, riducendoli o amplificandoli attraverso il coefficiente kmod definito dalla Normativa Tecnica. Se una combinazione di carico comprende azioni appartenenti a differenti classi di durata del carico si dovrà scegliere un valore di kmod che corrisponde all’azione di minor durata. Generalmente va utilizzato il valore della colonna A.

Anisotropia e Verifiche Strutturali

Il legno massiccio e il legno lamellare sono materiali strutturali caratterizzati da una spiccata anisotropia. Le resistenze a compressione e trazione in direzione ortogonale alla fibratura sono molto più basse rispetto alle corrispondenti resistenze in direzione parallela alla fibratura. Nell’analisi e verifica di elementi strutturali in legno, bisogna considerare un comportamento del materiale di tipo elastico-lineare fino a rottura.

Il legno per uso strutturale presenta una particolarità per la verifica a flessione. Per tale verifica, una volta calcolata la tensione massima sollecitante analizzando la sezione in campo elastico, tale tensione andrà confrontata con un’apposita tensione resistente per flessione, determinata sperimentalmente e non con la tensione resistente a compressione in direzione parallela alla fibratura, come si potrebbe intuitivamente pensare. La resistenza a flessione e a trazione del legno massiccio e lamellare dipende anche dalla dimensione della sezione. Se la sezione dell’elemento strutturale oggetto di verifica ha un’altezza minore rispetto all’altezza standard del provino, è possibile incrementare la resistenza a flessione e a trazione del materiale fino ad un massimo del 30% per il legno massiccio e del 10% per il legno lamellare. Tale incremento di resistenza avviene mediante il coefficiente kh prescritto dalla Normativa Tecnica.

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:

• di trazione parallela alla fibratura;
• di compressione parallela alla fibratura;
• di pressoflessione/tensoflessione;
• di taglio;
• di taglio e torsione;
• di stabilità;
• 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. In aggiunta, il valore della resistenza deve essere corretto per tener conto delle condizioni ambientali, della durata del carico e della dimensione della sezione.

Software di Calcolo Strutturale

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 l’app per il progetto, calcolo e verifica di elementi strutturali in legno massiccio e lamellare implementata in Microsoft Excel. Al suo interno troverai un ampio database con numerose tipologie di legno massiccio e lamellare e i relativi parametri di resistenza da utilizzare nel calcolo. I parametri di resistenza saranno calcolati in automatico, applicando tutti i coefficienti correttivi per durata del carico, umidità del materiale e dimensione della sezione. 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.

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