Il legno lamellare, le travi in legno lamellare, o glulam, sono prodotti derivati dal legno massiccio. Sono sempre più utilizzate in edilizia e sono favorite non solo per la loro bellezza e la possibilità di creare edifici davvero spettacolari, ma soprattutto per la loro particolare resistenza. Ho detto travi lamellari perché è così che sono conosciute. Ma il nome corretto è "legno lamellare incollato", come specificato nelle norme di prodotto. Glulam deriva dal nome inglese del prodotto, "glued laminated timber". Si tratta fondamentalmente di una trave realizzata con diversi strati di legno. 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.
Cos'è il Legno Lamellare? Origini e Definizione
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.
É 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. 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 fu brevettato nel 1906 da Karl Friederich Otto Hetzer, un carpentiere tedesco che superò i limiti delle strutture di legno massiccio con un nuovo materiale. Infatti, nonostante le sue ottime caratteristiche strutturali, l'uso del legno massiccio ai grandi edifici come padiglioni espositivi o stazioni ferroviarie risultava fortemente ostacolato dalla scarsità dei tronchi lunghi, dritti e con un diametro sufficiente a ricoprire grandi luci; dalla presenza di difetti (nodi, fessurazioni, fibre deviate o cipollature) che ne compromettevano la resistenza meccanica, e infine dalle difficoltà e costi di trasporto. Era inoltre molto difficile creare strutture non standardizzate come le travi reticolari o gli elementi curvi e arcuati tipici dello stile liberty. Il legno lamellare fu la risposta a questi problemi: si tratta infatti di un materiale composito ottenuto incollando sottili assicelle lignee (dette appunto lamelle, da cui il nome) con adesivi ad alta resistenza.
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Le travi legno lamellare moderne si compongono quindi di una fitta serie di lamelle, ciascuna delle quali costituita da una singola tavola di legno con dimensioni variabili in base alla destinazione d'uso: più piccole nei pannelli lamellari per arredamento, maggiori nelle membrature strutturali. In queste ultime, ciascuna tavola di legno ha una larghezza normalmente compresa fra 8 e 24 cm, per uno spessore legno di 3-4 cm. Attualmente prevalgono le travi in abete lamellare ma sono diffusi anche il legno lamellare di faggio, rovere, castagno e diverse essenze esotiche. Naturalmente, nel corso degli anni il processo di lavorazione venne costantemente migliorato ed oggi i metodi di produzione, le materie prime e i requisiti prestazionali delle travi lamellari sono disciplinati dalla norma UNI EN 14080:2005.
Il Processo Produttivo del Legno Lamellare
Per la produzione delle lamelle si utilizzano soprattutto le conifere: abete rosso, abete bianco, pino e larice, però possono essere impiegate anche le latifoglie, come il faggio, il frassino, il rovere. Le fasi della produzione consistono nella riduzione del tronco in lamelle, generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm. Il legno grezzo, idoneo per usi strutturali e adeguatamente stagionato, per prima cosa viene scortecciato, selezionato e ridotto in tavole con dimensioni prefissate e munite di appositi intagli a forma di pettine su entrambi i lati corti, necessari a garantire una giunzione ottimale tra le lamelle contigue.
Ciò vuol dire che le lamelle subiscono un primo controllo visivo (oppure con scanner speciali per i componenti di legno) che ne identifica i difetti. Un operatore (oppure lo stesso scanner) li evidenzia e invia la lamella ad una macchina troncatrice che elimina la parte difettosa. Le zone con piccoli difetti come i nodi, sono invece eliminate con tagli selettivi. Nel legno lamellare, l'incollaggio delle doghe di legno avviene lungo la fibra. L'articolazione dei denti poi posate l'una sull'altra e incollate tra loro. In questo modo si possono ottenere travi spesse diversi metri e lunghe oltre 50 metri.
Successivamente, si cospargono gli intagli di ciascuna asse legno con il collante, normalmente un adesivo poliuretanico oppure a base di resine melaminiche (MUF) e resorciniche (RF). 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 melaminici (melamina-urea formaldeide MUF) e poliuretanici danno linee di adesione bianche, mentre gli adesivi resorcinici danno linee di adesione più scure e marroni. In questo modo, unendo le lamelle fino alla lunghezza desiderata, si ottiene il primo strato della trave lamellare, che viene completata sovrapponendo tutti gli strati necessari a ottenere le sezioni travi lamellare di altezza predeterminata.
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Si devono però adottare due precisi accorgimenti: alternare perpendicolarmente la direzione delle fibre per minimizzare le deformazioni per gli sbalzi di temperatura e umidità; sfalsare adeguatamente i giunti verticali tra lamelle proprio come in una parete di mattoni. Le travi in lamellare finite sono quindi dotate dei fori e incavi necessari ad alloggiare i fazzoletti o le piastre metalliche bullonate per la giunzione di più elementi strutturali, trattate con prodotti protettivi, biocidi eventualmente ignifughi, trasportate in cantiere e quindi assemblate.
Vantaggi del Legno Lamellare Strutturale
I vantaggi del legno lamellare sono molteplici, sia dal punto di vista tecnico, sia da quello ecologico e strutturale.
Sostenibilità ed Eco-compatibilità
In primo luogo, utilizzare delle travi lamellari per le nuove costruzioni o ristrutturazioni consente di evitare l’impiego di materiali come l’acciaio o il cemento armato, in favore di un approccio eco-compatibile. Il legno lamellare è infatti un materiale assolutamente naturale. Ciò vuol dire che il suo utilizzo non rappresenta un rischio per l’ambiente. Ha un basso impatto ambientale, dalla produzione al riutilizzo tramite riciclo ed è facilmente riciclabile.
Resistenza Meccanica e Leggerezza
Un altro vantaggio dell’utilizzo di travi laminate è il 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). Con la segatura a strisce si riducono le tensioni nel legno e si eliminano i difetti e i nodi. Ciò offre un elevato rapporto tra resistenza meccanica e peso.
| Materiale | Peso Specifico (kg/mc) | Resistenza Relativa |
|---|---|---|
| Legno Lamellare (Abete Rosso) | ~430 | 1x |
| Legno Lamellare (Max) | ~600 | 1x |
| Acciaio | ~7850 | 1x (+20% più pesante a parità di resistenza) |
| Cemento Armato | ~2500 | 1x (+600% più pesante a parità di resistenza) |
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. Ha 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. La Norma Uni EN 1194 prevede di utilizzare lamelle aventi la classe di resistenza C24 in esterno, combinate con lamelle C16 per la parte interna della trave. In una trave lamellare le sollecitazioni a flessione sono nulle in mezzaria e massime in periferia, come evidenziato dal grafico delle tensioni.
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Resistenza al Fuoco e agli Agenti Chimici
Nonostante siano fatti di legno - un prodotto combustibile - sono molto resistenti 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 gr.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. Le travi lamellari sono sempre più utilizzate in edilizia grazie a proprietà che i materiali tradizionali non possiedono. Forse la più importante di queste è la resistenza chimica aumentata. Sono resistenti all'azione della maggior parte degli acidi, dell'ossidazione, dell'ammoniaca o dei derivati del cloro. Per questo motivo vengono utilizzati nella costruzione di allevamenti di animali (ammoniaca), piscine (cloro), nelle saline o nella costruzione di depositi di sale o carbone.
Libertà Architettonica e Versatilità Dimensionale
Un altro vantaggio legato all’utilizzo delle travi in legno lamellare è quello di non avere limiti relativi alla struttura e alle dimensioni che queste possono assumere. Le travi lamellari sono il sogno degli architetti perché non hanno 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’applicazione più comune del legno lamellare sono le grandi strutture con luci anche di 30 o 40 metri per la copertura di palestre, capannoni, teatri, impianti sportivi o padiglioni espositivi. Hanno un'elevata fruibilità degli spazi interni, anche in “open space”.
Comfort e Efficienza Energetica
I vantaggi non si limitano agli aspetti strutturali esposti ma coinvolgono anche il comfort e la vivibilità della costruzione. Le travi lamellari sono in grado, anche, di accontentare quanti sono alla ricerca di calma e tranquillità. Hanno una capacità isolante molto alta e consentono l'eliminazione di ponti termici, portando a classi energetiche elevate. Per garantire un comfort ottimale viene posato un “Pacchetto Ventilato”. Grazie a questa tecnologia d’applicazione l’isolante non riceve calore dal manto per conduzione diretta, lavorando nelle sue condizioni di rendimento ottimale. In Estate impedisce l’irradiazione del calore verso l’interno, migliorando sensibilmente il comfort abitativo. In Inverno mantiene asciutto l’isolante, eliminando condense e/o muffe, consentendogli di lavorare in maniera ottimale e di mantenersi nel tempo. Il tetto ventilato è un sistema di elementi complementari che insieme contribuiscono al raggiungimento di elevate prestazioni del pacchetto di copertura quali “Comfort Abitativo” e “Risparmio Energetico”.
L’aria all’interno della camera di ventilazione si mette in moto grazie alla differenza di temperatura. In estate la differenza di temperatura è data dal surriscaldamento del manto di copertura e dall’aria presente nella camera di ventilazione (temperatura ambiente). D’inverno la differenza di temperatura è generata dal calore proveniente dall’ambiente sottostante e dalla temperatura dell’aria dentro la camera di ventilazione. La copertura (nella stagione estiva) e l’ambiente sottostante (nella stagione invernale) sono le sorgenti di trasferimento del calore all’aria immagazzinata all’interno della camera di ventilazione. L’aria, aumentando la sua temperatura, aumenta di conseguenza il suo volume e diminuisce la sua densità, si innesca così il moto ascendente (dalla gronda al colmo) dell’aria all’interno dell’intercapedine, richiamando aria fresca dalla sezione di ingresso presente lungo tutta la linea di gronda e consentendo la sua fuoriuscita lungo la sezione sulla linea di colmo.
Vantaggi nella Costruzione
La tecnica costruttiva a Telaio prevede la combinazione di una maglia strutturale a travi e pilastri in legno lamellare. Reinterpretando la concezione strutturale di un tradizionale edificio in cemento armato, le travi ed i pilastri armati e gettati in opera vengono sostituiti da elementi in legno lamellare prodotti e lavorati in stabilimento. I vantaggi di questo sistema applicato a strutture monopiano e bipiano, sono: elevata resistenza alle azioni di sisma, prefabbricazione degli elementi strutturali (travi e pilastri), velocità di installazione in cantiere, progettazione architettonica libera da vincoli di struttura. Le tamponature in blocchi sono invece sostituite da stratigrafie a secco. Montanti e traversi intessono la struttura delle tamponature a secco, che vengono controventate da pannelli pluristrato o OSB. Fra i montanti in legno ed internamente viene posizionato il materiale termo acustico, spessori e tipologie vengono scelti in base alla classe energetica richiesta, successivamente viene posato il gesso rivestito o fibrogesso ed infine si procede al tinteggio interno delle pareti. Esternamente verrà posato il cappotto termico costituito da apposito materiale termoacustico, spessore e tipologia in base alle esigenze ed alla classe energetica richiesta, che sarà quindi rasato e tinteggiato o magari rifinito con geo pietre o finiture metalliche in base alle scelte architettoniche.
Applicazioni del Legno Lamellare in Edilizia
L’utilizzo delle travi in legno lamellare non si limita al mondo delle costruzioni. Esse possono essere molto efficienti ed utili anche per i lavori di ristrutturazione. Oltre all’aspetto funzionale, infatti questo materiale viene scelto anche per l’impatto estetico che genera. 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.
Numerose aziende del settore, tra cui ad esempio Costantini Case In Legno - L.a. Cost Srl o Binderholz, producono infatti una vasta gamma di travetti in legno lamellare per solai e coperture, oltre a travi con profilo rettilineo, curvo oppure a S, anche con forma, dimensioni e disegno su misura, consentendo la massima personalizzazione e libertà progettuale. Anche in Romania si costruiscono sempre più edifici con queste travi e non c'è da stupirsi, perché ci sono grandi produttori nel Paese, uno vicino a Targoviste, a Harghita e a Timis.
Classificazione e Tipologie di Legno Lamellare
Il legno utilizzato può essere resinoso (abete, larice, pino) e caducifoglie (quercia, frassino, acero, cedro). In linea generale, quelle maggiormente utilizzate sono le conifere: abete rosso e bianco; frassino; larice; faggio; pino. 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. I lamellari duo e trio hanno le lamelle esterne incollate con gli anelli annuali di accrescimento contrapposti fra loro.
Calcolo e Verifiche Strutturali
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, si suggerisce di 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 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 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. Nei tabulati di calcolo che ti fornisco di seguito, 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.
È possibile scaricare gratuitamente la relazione di calcolo e il tabulato della struttura in legno lamellare elaborata con il software calcolo strutturale legno. 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.
Alessandro Stranieri, RC (Ingegnere), ha commentato una copertura per impianto sportivo costituita da una serie di archi in legno lamellare, in zona sismica 1 e zona 4 per l'azione del vento. Ha posto la domanda: "Visto il tipo di collegamento interno, abbastanza rigido, la soluzione proposta è un po' azzardata? La duttilità è garantita?". La sua risposta indica che "La schematizzazione del giunto dovrà rispecchiare il tipo di particolare costruttivo che si intende realizzare. Sono possibili sia connessioni a cerniera che connessioni a momento. A tale proposito si deve osservare che a causa della cedevolezza delle connessioni nelle strutture lignee tipicamente non è possibile realizzare connessioni "infinitamente rigide ad incastro"."
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