Il legno è il primo materiale da costruzione utilizzato dall’uomo e il suo impiego si perde nella notte dei tempi. Il legno è un materiale organico ricavato dagli alberi. Pertanto può presentare numerosi difetti che spesso ne pregiudicano l’utilizzo tecnologico. Nonostante i difetti intrinseci, il legno rimane un materiale straordinario che ha sostenuto l'umanità attraverso i secoli. Per comprendere a fondo le potenzialità e i limiti di questo materiale millenario, è fondamentale analizzare i suoi difetti costitutivi e le soluzioni tecnologiche che ne migliorano le prestazioni.
Il Legno Massiccio e i suoi Difetti Costitutivi
Nel momento di taglio il legno presenta un contenuto d’acqua variabile dal 50 al 120 % del peso della massa secca. Questo significa che oltre ad essere piene d’acqua le cellule, sono pieni d’acqua anche gli spazi intercellulari e i vasi linfatici. Da questo momento in poi il legno inizia a perdere umidità gradualmente e la prima fase avviene senza nessuna variazione di volume. I segati vengono commercializzati e parzialmente stagionati; successivamente vengono lavorati fino ad arrivare a umidità pari al 12-18% a seconda dell´uso dell´elemento e delle condizioni climatiche. La trave originalmente tagliata si è ristretta e fessurata tanto da avere forma, peso e misure molto diverse rispetto a quando appena tagliata. Questa naturale evoluzione può portare a diverse anomalie strutturali ed estetiche intrinseche nel materiale.
Anomalie nella Struttura del Legno
Esiste una sostanziale differenza tra i difetti e le anomalie che un elemento in legno può presentare. Le anomalie sono delle variazioni rispetto alla forma ideale del legno, considerata come un solido cilindrico con anelli di accrescimento circolari e fibratura diritta e parallela all’asse longitudinale della trave, senza nodi ne altre irregolarità.
- Nodi: I nodi sono le cicatrici lasciate dai rami che crescono dal tronco principale dell'albero. Se un ramo è stato tagliato mentre era ancora vivo, il nodo è considerato "vivo"; se il ramo è morto, il nodo è "morto".
- Cipollatura: La cipollatura è un difetto del legno che si presenta come piccole cavità o anelli, spesso concentrici, che si formano intorno al midollo dell'albero.
- Inclinazione della Fibratura: L'inclinazione delle fibre del legno è una caratteristica che può variare notevolmente a seconda della posizione sull'albero. L’inclinazione della fibratura viene definita come il rapporto tra x e y misurato su una lunghezza minima pari a 100 cm.
- Tasche di Resina: In quest’ottica, sono considerate anomalie i nodi e le tasche di resina.
Deformazioni legate all'Essiccazione: Il Ritiro e l'Imbarcamento
Durante il processo di essiccazione e stagionatura del legno, possono verificarsi diverse deformazioni. La più comune è il ritiro, che si verifica quando l'acqua presente nelle fibre del legno si evapora.
Fessurazioni da Ritiro
Queste fessure vengono denominate "fessure da ritiro". Il termine "fessura" nel mondo delle costruzioni è sintomo di patologia e annuncia possibili eventi negativi (si pensi al cemento o al ferro fessurato), nel caso del legno è tutt’altra cosa, sarebbe quindi opportuno definire il fenomeno naturale del ritiro con il termine "fessura da ritiro". Le fessurazioni da ritiro su travi, tavole, pali, non compromettono minimamente la resistenza statica dell’elemento. Il distacco longitudinale delle fibre del legno, le quali aprendosi producono la fessura, non comporta variazioni di rilievo né sulla flessione, né sullo sforzo di taglio dell’elemento. La fessurazione da ritiro non è altro che il segnale naturale indicante che il legno è ben essiccato. Anche in questo caso va sottolineato che le fessure da ritiro non vengono considerate dei difetti in ambito strutturale.
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La classificazione strutturale del legno, indicata nelle norme tecniche europee CE, contempla l’analisi delle fessurazioni da ritiro le quali sono SEMPRE AMMESSE parametrandole alle dimensioni dell’elemento fessurato. Si possono riscontrare fessurazioni da ritiro con ampiezza fino a 4 mm ad andamento lineare e variabile nel tempo. Le sezioni di legno contenenti il midollo si fessurano maggiormente rispetto a sezioni senza midollo che tecnicamente vengono chiamate "FUORI CUORE". Quasi tutti gli elementi in legno che compongono gli articoli di Legnolandia sono realizzati in legno fuori cuore. Molti di essi sono realizzati addirittura in LEGNO LAMELLARE FUORI CUORE, a sezione quadra e cilindrica, la massima qualità possibile sul mercato. Per ragioni tecniche, economiche e funzionali, una minima parte di articoli Legnolandia viene ricavata da legno con midollo.
Le fessurazioni da ritiro sono fenomeni naturali che potrebbero comparire in un secondo tempo (per esempio in occasione della prima esposizione del legno in un ambiente molto caldo e secco). Questo evento non deve essere visto come un difetto del prodotto o come un pericolo per la sicurezza dell’attrezzatura. La normativa di sicurezza UNI-EN1176:2017 in vigore (Sicurezza delle attrezzature per parchi gioco in aree pubbliche) non riconosce pericoli nelle fessurazioni del legno. Il pericolo delle fessurazioni potrebbe nascere solo per un difficile ma possibile intrappolamento delle dita dei bambini. Le norme hanno stabilito che lo spazio a rischio di intrappolamento delle dita è quello compreso tra 8 e 25 mm ma solo se misurato ad un’altezza da terra superiore a 60 cm. Se l’utente non accetta tale fessurazione è possibile tamponarla con stucco da legno, senza comunque avere la garanzia di tenuta in caso di altre variazioni. Parti di stucco secco potrebbero inoltre essere staccate dai bambini più piccoli ed utilizzate in modo pericoloso. Tutte le strutture in legno possono presentare prima o poi alcune fessurazioni, in particolare se esposti agli agenti esterni, questo però non significa che siano pericolosi per gli utenti o che abbiano una durata limitata. Giochi, mobili attrezzi in legno vanno apprezzati ignorando questi "piccoli difetti naturali".
L'Imbarcamento
Un altro grave difetto è il cosiddetto imbarcamento per cui l’asse, originariamente lineare, assume conformazione curva, deformandosi irrimediabilmente.
Il Legno Lamellare: Una Soluzione ai Limiti del Legno Massiccio
Oggi parliamo di travi lamellari e vediamo assieme cosa sono, quali sono le loro caratteristiche e perchè preferirle alle classiche travi massicce. 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.
Cos'è il Legno Lamellare?
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. Partiamo con il dire che le travi lamellari si definiscono "GL", ovvero "glued laminated", in italiano "a lamelle incollate". 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. Nello specifico il legno lamellare è composto appunto da ‘lamelle’ di legno essiccate, piallate e refilate, che poi vengono messe insieme con una procedura di incollaggio a caldo e sotto pressione. Solitamente sono grandi circa 20mm per prevenire eccessive deformazioni causate dal fenomeno del ritiro. Le lamelle vengono attentamente essiccate in forni per ottenere quel grado di umidità necessaria per il tipo di struttura da realizzare e per la colla che andrà a comporre la trave.
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Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. 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. Il legno lamellare è un materiale composito che si produce con diverse assi di legno, dette lamelle. Vengono adoperate tavole già classificate per uso strutturale e possono essere uniti tra loro elementi di diverse essenze legnose. Con la segatura a strisce si riducono le tensioni nel legno e si eliminano i difetti e i nodi. Nel legno lamellare, l'incollaggio delle doghe di legno avviene lungo la fibra. Il legno utilizzato può essere resinoso (macinare, larice, pino) e caducifoglie (querciafrassino, frassino, acero, cedro). L'articolazione dei denti, poi posate l'una sull'altra e incollate tra loro. La colla è molto importante nella produzione di travi, in quanto deve garantire la resistenza e la durata dei morsetti, dato che queste travi sono elementi strutturali. Gli adesivi utilizzati sono melaminici, poliuretanici o resorcinici. Gli adesivi melaminici (melamina-urea formaldeide MUF) e poliuretanici danno linee di adesione bianche, mentre gli adesivi resorcinici danno linee di adesione più scure e marroni. Le travi lamellari da noi utilizzate sono incollate con colle poliuretaniche prive di formaldeide e con un umidità media del 12%. In questo modo si possono ottenere travi spesse diversi metri e lunghe oltre 50 metri.
La produzione del legno lamellare
Vantaggi del Legno Lamellare Rispetto al Massiccio
Perchè preferire una trave lamellare a una trave massiccia? La trave lamellare è qualitativamente e staticamente maggiore e migliore di una trave massiccia di pari sezione. 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. I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale.
- Stabilità dimensionale e assenza di spaccature: Una trave lamellare non avrà spaccature (al massimo qualche piccola fenditura) nè nel breve, nè 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. La trave lamellare è stabile nel tempo, facile da lavorare e posare in opera.
- Leggerezza e resistenza: Un prodotto industriale, quindi, che lega le proprietà tipiche del legno (come ad esempio la il rapporto tra resistenza meccanica e peso), una maggiore resistenza e affidabilità. La sua leggerezza si traduce in 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). Presenta un peso molto inferiore a parità di resistenza meccanica. A seconda della specie utilizzata, il peso specifico può variare da 400 a 600 kg/mc (le travi in abete rosso hanno un peso specifico medio di 430 kg/mc). A parità di resistenza, una trave in acciaio è più pesante di 20% e una in cemento armato di 600%. Ad esempio, una trave con peso specifico di 600 kg/mc ha la stessa resistenza di una trave in cemento armato con peso specifico di 2500 kg/mc. Offre inoltre un'ottima resistenza a flessione e trazione.
- Resistenza al fuoco: Grazie all’isolamento termico realizzato nella parte esterna carbonizzata, questo materiale resiste molto bene agli incendi ritardando la combustione. Nonostante siano fatti di legno - un prodotto combustibile - sono molto resistente al fuoco. Se analizziamo i materiali da costruzione tradizionali, scopriamo che l'acciaio perde le sue proprietà meccaniche e non è più considerato un materiale da costruzione al di sopra dei 550 grd.C (ben al di sotto della sua temperatura di fusione), e il cemento armato si fessura e si deforma a causa della ridotta durezza alle alte temperature. Il legno brucia, ma non cambia le sue proprietà, per cui anche se all'esterno c'è uno strato di legno carbonizzato, all'interno il legno ha le stesse proprietà meccaniche. Nel caso delle travi lamellari, il legno brucia all'esterno, ma è molto difficile superare gli strati adesivi, quindi avanza molto lentamente.
- 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. Le costruzioni realizzate su travi lamellari hanno una resistenza ai terremoti molto più elevata grazie all'elevata elasticità delle travi. La sovrapposizione delle lamelle parallelamente alla fibra determina una maggiore elasticità.
- Versatilità progettuale e altre caratteristiche: La sua versatilità lo rende adatto ad essere usato su un gran numero di strutture, grandi e piccole, complesse o meno. Non c’è un limite di sezione o lunghezza, si possono avere anche travi curve o a boomerang. Le travi lamellari sono il sogno degli architetti perché non pongono nessun limite alla progettazione. Possono essere diritte o curve, sottili o molto spesse, corte o lunghe. Le travi lunghe, ottenute allungando le lamelle, hanno una capacità portante molto elevata e possono essere utilizzate per costruire edifici con campate molto ampie e pochi puntoni verticali di sostegno. 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. Possiede inoltre una capacità isolante molto alta, alta resistenza ad agenti atmosferici e a sbalzi termici, basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo, ed è facilmente riciclabile.
Applicazioni del Legno Lamellare
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.
Classificazione e Tipi di Legno Lamellare
Esistono diverse qualità di travi lamellari, dove per qualità si intende il grado di resistenza e portata della trave. 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.
Qualità Strutturale
I codici di classificazione strutturale 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. Come detto solitamente si utilizza il GL24H, mentre le classi superiori vengono usate saltuariamente e solitamente per lavori particolari. “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 dà 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. 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.
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| Codice | Significato | Descrizione |
|---|---|---|
| GL24 | Resistenza alla flessione (24 N/mm²) | Indica la resistenza della trave, definita dalla Normativa Europea. Esistono anche classi superiori (28, 30, 32) con maggiore portata. |
| H (Homogeneous) | Omogeneo | Le lamelle utilizzate per realizzare la trave hanno tutte la stessa portata. |
| C (Combined) | Combinato | Per realizzare la trave sono state utilizzate lamelle di classi di portata differenti, ma la cui media garantisce la resistenza indicata (es. GL24). |
Qualità Estetica
Ciò nonostante esistono due tipologie di travi lamellari: vista o industriali. Le 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). Le travi lamellari qualità "industriale", invece, devono semplicemente soddisfare i requisiti di legge relativamente alla portata.
Tipi di Legno per Lamellare
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: abete rosso e bianco; frassino; larice; faggio; pino. Solitamente si utilizzano travi in abete ma, su richiesta, sono disponibili anche in larice o a micro-lamelle in faggio per lavori particolari.
La Normativa e la Valutazione Strutturale
Grazie allo sviluppo delle normative di settore e al progresso tecnologico, si è assistito alla rapida diffusione dei sistemi costruttivi in legno che, però, hanno anche evidenziato alcune criticità legate alla durabilità del materiale, di per sé stesso marcescibile. Si tratta di un aspetto di vitale importanza da affrontare con consapevolezza e rigore per garantire il futuro di un settore in crescita anche in questi anni di sofferenza per il settore edilizio in generale. Quest’opera ha lo scopo di diffondere le regole del buon costruire in legno e di sensibilizzare i progettisti dai possibili errori in cui si può incorrere durante la costruzione di un edificio interamente 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, 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.
L’opera dedica la parte iniziale alla illustrazione delle principali tipologie di solai esistenti (legno e latero-cemento), per poi passare all’inquadramento dei solai nella normativa attuale (NTC 2018 e circolare esplicativa n. 7/2019) e successivamente alla descrizione di interventi di recupero di solai nelle varie tipologie descritte. L’attuale contesto normativo, infatti, non può far dimenticare al progettista che il consolidamento di un solaio può (e deve) essere anche una occasione per intervenire sul comportamento sismico dell’edificio con ricerca di soluzioni e dettagli di consolidamento (locale o generale a seconda della estensione dell’intervento) che migliorino il comportamento strutturale globale, con particolare riferimento alla prevenzione del ribaltamento delle murature ed al miglioramento del comportamento scatolare dei muri portanti.
Verifiche Strutturali
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. 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. 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.
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