La trave è un elemento strutturale che serve a trasferire una sollecitazione trasversale al proprio asse geometrico lungo l’asse stesso. Nel vasto panorama dell'edilizia moderna, il legno ha riacquistato un ruolo di primaria importanza. La trave in legno è la tipologia di trave più antica e diffusa, per cui possono essere utilizzate diverse essenze di legno, dalla classica trave in legno massiccio alla trave in legno lamellare. L’edilizia in legno è un settore che sta crescendo in Italia e nel mondo, richiedendo soluzioni costruttive innovative e di alta qualità. Le travi lignee hanno una sezione tipicamente circolare, a meno che non siano prefabbricate.
Le Due Anime del Legno Strutturale: Massiccio e Lamellare
Le travi in legno si suddividono in due categorie principali: in legno massiccio e in quello lamellare. Entrambe le tipologie offrono vantaggi distinti, adattandosi a diverse esigenze costruttive e architettoniche.
La Trave in Legno Massiccio
Le travi in legno massiccio sono un’opera d’arte naturale. Sono costituite da un tronco pieno, scortecciato e squadrato. Il legno massello si ricava dal centro dell’albero, cioè dalla parte più resistente e massiccia del tronco. Il legno massiccio è noto per la sua bellezza e la sua resistenza. Ogni pezzo è unico, ma presenta alcune limitazioni dimensionali.
Le caratteristiche morfologiche del legno massello, spesso considerate difetti del legno, sono le qualità che gli conferiscono il meritato titolo di “materiale unico e privilegiato”; si tratta di piccole crepe o fessure, nodi e variazioni di colore che garantiscono l’autenticità di questa materia prima. Sinomino di bellezza, pregio e solidità, il legno massello impreziosisce gli ambienti in cui esso si trova; legno puro al 100% in armonia con la natura. Inoltre possiede una molteplicità di pregi che lo definiscono “legno per eccellenza”: è elastico, resistente, durevole e isolante.
Durante la sua lavorazione, esso non subisce alcuna alterazione strutturale, ma viene solamente segato, essiccato e piallato, preservando, quindi, le caratteristiche tipiche del legno vivo e naturale. Come tutti i materiali a base di legno, anche il massello viene particolarmente apprezzato per la sua igroscopicità cioè la capacità di assorbire l’umidità, di immagazzinarla e di rilasciarla nuovamente nell’aria, creando così un clima abitativo equilibrato e sano. Di contro, il legno massiccio può presentare imperfezioni dovute a nodi, tende a creparsi e a subire cali di sezione e torsioni. Questo legno vivo e naturale, con il tempo, subisce delle modificazioni: colore più scuro (particolarmente per legni chiari), curvature, torsioni, assestamento della struttura e comparsa di fessurazioni.
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La Trave in Legno Lamellare
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. Oggi parliamo di travi lamellari e vediamo assieme cosa sono, quali sono le loro caratteristiche e perchè preferirle alle classiche travi massicce. Partiamo con il dire che le travi lamellari si definiscono “GL”, ovvero “glued laminated”, in italiano “a lamelle incollate”.
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. Le lamelle sono delle tavole di spessore 40mm, perfettamente essiccate, piallate e refilate che vengono incollate assieme per formare, appunto, la trave lamellare della sezione desiderata. Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Solitamente si utilizzano travi in abete ma, su richiesta, sono disponibili anche in larice o a micro-lamelle in faggio per lavori particolari. Vengono adoperate tavole già classificate per uso strutturale e possono essere uniti tra loro elementi di diverse essenze legnose.
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. È 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.
Questo processo consente la realizzazione di pezzi con diverse dimensioni e forme, senza limiti architettonici. Questo materiale, creato artificialmente da una base naturale, è noto per la sua stabilità e per la sua struttura omogenea. È privo delle caratteristiche imperfezioni del legno massiccio e questo potrebbe farlo apparire meno distintivo esteticamente. Dal punto di vista estetico, il legno lamellare risulta laminato sia in lunghezza che in altezza. Dal punto di vista prestazionale, una trave bilama ha una capacità portante simile a quella di una trave lamellare. La selezione del legno alla base delle travi giuntate a pettine e l’essicazione uniforme riducono al minimo le fessurazioni ed evitano i difetti tipici del legno massello.
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Qualità e Portata delle Travi Lamellari
Esistono diverse qualità di travi lamellari, dove per qualità si intende il grado di resistenza, portata, della trave. Quelli che si usano solitamente sono i GL24H, dove: “24” indica la resistenza della trave (alla flessione) ed è definita dalla Normativa Europea di riferimento. Esistono, però, anche delle classi superiori (28, 30 e 32), che indicano travi che, a parità di sezione, hanno una portata maggiore e che quindi resistono maggiormente alle sollecitazioni.
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“H”, che sta per “homogeneous” (omogeneo), indica che le lamelle utilizzate per realizzare quella trave hanno tutte la stessa portata (nel nostro esempio 24). Esistono infatti anche travi GL24C (es.) dove “C” sta per “combined”, (combinato) ovvero per realizzare la trave sono state utilizzate lamelle di classi (portata) differenti ma la cui media da comunque 24.
La qualità delle lamelle viene valutata in base ai nodi, spaccature, fenditure, difetti. Meno difetti presenta la lamella, maggiore sarà la sua portata.
| Classe di Resistenza | Descrizione |
|---|---|
| GL24H (Homogeneous) | Le lamelle utilizzate per realizzare la trave hanno tutte la stessa portata (es. 24). Indica una resistenza di 24 N/mm² alla flessione. |
| GL24C (Combined) | Per realizzare la trave sono state utilizzate lamelle di classi (portata) differenti ma la cui media dà comunque 24. Indica una resistenza di 24 N/mm² alla flessione. |
| Classi Superiori (28, 30, 32) | Indicano travi che, a parità di sezione, hanno una portata maggiore e che quindi resistono maggiormente alle sollecitazioni. |
Qualità Estetica delle Travi Lamellari
La normativa europea che definisce la classificazione delle travi, fissa unicamente lo standard qualitativo per quanto riguarda la resistenza/portata che devono avere. Non valuta l’estetica della trave (che è intrinseca nella qualità) a meno che i difetti di quest’ultima non ne compromettano la portata. Ciò nonostante esistono due tipologie di travi lamellari: vista o industriali.
- Travi lamellari qualità “vista”: non devono presentare macchie, nodi scappati al disopra di un determinato diametro. Sono tollerate lievi fenditure, ma solo di pochi millimetri (non devono inficiarne la resistenza).
- Travi lamellari qualità “industriale”: devono semplicemente soddisfare i requisiti di legge relativamente alla portata.
Perché Preferire la Trave Lamellare alla Trave Massiccia?
La trave lamellare è qualitativamente e staticamente maggiore e migliore di una trave massiccia di pari sezione. Le travi lamellari mostrano, attraverso la loro lavorazione, migliori caratteristiche rispetto al legno massello sulle grandi superfici, per l'assenza di torsioni a lungo termine, e perché la tendenza alle fessurazioni risulta ridotta al minimo.
Una trave lamellare non avrà spaccature (al massimo qualche piccola fenditura) né nel breve, né nel lungo periodo. Non ci saranno cali, torsioni, curvature, fenditure tipiche di una trave massiccia e, se inserita in un muro, nel tempo non si avrà un antiestetico e antiperformante distacco (come avviene nelle travi massicce) dovuto al restringimento della trave.
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La trave lamellare è stabile nel tempo, facile da lavorare e posare in opera. Non c’è un limite di sezione o lunghezza, si possono avere anche travi curve o a boomerang. Questo tipo di struttura ha permesso di operare su costruzioni in legno, un tempo impossibili. Difetti congeniti della trave come fenditure, torsioni, curvature, e nodi cadenti vengono eliminati prima dell'incollaggio permettendo alla trave di avere una qualità e una resa estetica crescente col tempo.
| Caratteristica | Legno Massiccio | Legno Lamellare |
|---|---|---|
| Composizione | Tronco pieno, scortecciato e squadrato, legno puro al 100%. | Lamelle selezionate (spessore 40mm), incollate orizzontalmente a caldo e sotto pressione. |
| Imperfezioni | Nodi, fessure, variazioni di colore, tende a creparsi, cali di sezione e torsioni. | Privo delle caratteristiche imperfezioni, fessurazioni ridotte al minimo. |
| Dimensioni e Forme | Limitazioni dimensionali; sezione tipicamente circolare o squadrata. | Pezzi con diverse dimensioni e forme, senza limiti architettonici; possibilità di travi curve. |
| Stabilità nel tempo | Subisce modificazioni: colore più scuro, curvature, torsioni, assestamento, comparsa di fessurazioni. | Stabile nel tempo, poco soggetto a deformazioni, fessurazioni e attacchi biologici. |
| Resistenza strutturale | Noto per la sua bellezza e la sua resistenza, ma con difetti intrinseci. | Elevata stabilità meccanica, distribuzione uniforme delle sollecitazioni, alta resistenza a flessione e trazione. |
| Estetica | Unica, autentica, "viva" con venature naturali; aspetto meno omogeneo. | Struttura omogenea, laminata in lunghezza e altezza; disponibile in qualità "vista". |
| Peso specifico | Relativamente maggiore rispetto al lamellare. | Inferiore a 500 kg al m³ (circa l’80% in meno rispetto al cemento armato), con maggiore sostenibilità dei carichi. |
Lavorazioni e Sagomatura delle Travi in Legno
Per ottenere un legno di qualità superiore e per adattarlo alle diverse esigenze progettuali, sono necessarie attrezzature che non solo siano precise, ma anche all’altezza di sopportare grandi quantità di lavoro. La diffusione delle macchine a controllo numerico (CNC) ha permesso lo sviluppo di nuovi sistemi costruttivi che vanno ad affiancarsi a quelli tradizionali, consentendo lavorazioni estremamente accurate e personalizzate. Accanto ai classici collegamenti a intaglio per le travi, si sono sviluppate unioni meccaniche con elementi metallici o collanti adesivi.
Le principali lavorazioni applicate alle travi in legno includono:
- Piallatura: È il primo passo per ottenere un legno di qualità superiore. Attraverso macchinari di precisione, la superficie delle travi viene levigata fino a raggiungere un aspetto regolare e una texture perfettamente omogenea.
- Spazzolatura: Dona carattere e profondità alla superficie, mettendo in risalto la venatura naturale del legno. Con l’uso di spazzole specifiche, vengono rimosse le parti più morbide della fibra, creando un effetto tattile e visivo di grande impatto.
- Pre-taglio: Consente di fornire travi già dimensionate e pronte per l’installazione. Ogni elemento viene tagliato secondo progetto, con estrema precisione, per garantire un montaggio rapido e senza sprechi in cantiere.
- Impregnatura: È un trattamento essenziale per la durabilità del legno. Viene applicato un prodotto specifico che penetra in profondità nelle fibre, creando una barriera efficace contro umidità, muffe, funghi e insetti xilofagi.
- Sagomatura: Con la sagomatura è possibile personalizzare la forma delle travi per adattarle perfettamente a qualsiasi progetto architettonico. Curve, incastri o profili complessi vengono realizzati con macchine a controllo numerico, assicurando precisione millimetrica e coerenza dimensionale.
- Cordonatura: Aggiunge un tocco di pregio e definizione alle travi in legno. Si tratta di una lavorazione di finitura che crea bordi o scanalature decorative, valorizzando l’aspetto visivo della struttura.
- Antichizzazione: Conferisce al legno il fascino del tempo. Attraverso una serie di lavorazioni meccaniche e manuali, le travi assumono un aspetto autenticamente invecchiato, con superfici segnate e tonalità calde e irregolari.
- Bisellatura: Consiste nell’arrotondare o smussare gli spigoli delle travi, migliorandone la sicurezza e l’estetica. Questa lavorazione di dettaglio elimina bordi vivi e dona al legno un aspetto più curato e armonioso.
Vantaggi e Applicazioni del Legno Lamellare
Le travi in legno lamellare rappresentano una soluzione costruttiva moderna e versatile, capace di coniugare estetica, funzionalità e rispetto per l’ambiente. I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale:
- Elevata resistenza strutturale: Grazie al processo di produzione, il legno lamellare garantisce una maggiore stabilità meccanica e una distribuzione uniforme delle sollecitazioni. Resistenza a flessione e trazione.
- Durabilità e sicurezza: Il legno lamellare è poco soggetto a deformazioni, fessurazioni e attacchi biologici.
- 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.
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. 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
Calcolo Strutturale per Travi 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, è fondamentale 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.
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. completano il quadro normativo per la sicurezza strutturale.