Il Legno come Materiale da Costruzione: la Guida Definitiva!

Legno

Sapevi che, sotto diversi aspetti, il legno come materiale strutturale è simile all’acciaio? Entrambi i materiali, infatti, sono disponibili in formati simili.

Gli elementi lignei sono in grado di funzionare come elementi compressi, tesi e inflessi. Grazie alla facilità di lavorazione, gli elementi lignei possono essere prodotti in molte dimensioni e forme. Tuttavia, il dimensionamento di strutture lignee spesso richiede più sforzo di quello richiesto da strutture simili di acciaio o cemento armato: ciò è dovuto alle proprietà ortotropiche del legno e ai requisiti dei mezzi di unione meccanici utilizzati per collegare gli elementi lignei.

Dato che il materiale è gradevole, caldo, esso non è utilizzato soltanto come materiale strutturale.

Può essere impiegato anche come materiale per le finiture interne ed è molto apprezzato dagli architetti. La tessitura e l’aspetto del legno lo rendono adatto a essere utilizzato in strutture a vista comportando, in questa maniera, risparmi economici considerevoli. La combinazione di legno e acciaio spesso produce strutture leggere e competitive con il legno usato negli elementi compressi e l’acciaio in quelli tesi; in strutture miste con il calcestruzzo, come i ponti in cui il cemento può fornire una superficie di usura molto resistente e in grado di proteggere la struttura lignea sottostante, il legno assicura un rinforzo nei confronti delle forze di trazione e può fungere da cassaforma permanente.

In sintesi:

  • Dato che il legno è un materiale naturale, le proprietà fondamentali variano considerevolmente. Allo scopo di utilizzare il legno in modo efficiente come materiale strutturale affidabile, è necessario classificarlo secondo resistenza.
  • È un materiale leggero con elevato rapporto resistenza/peso proprio.
  • Le proprietà di resistenza e rigidezza del legno sono fortemente dipendenti dall’angolo fra carico e fibratura. Il legno è resistente rigido parallelamente alla fibratura. Si spacca facilmente lungo la fibratura se messo in trazione perpendicolarmente a essa.
  • Le proprietà di resistenza e rigidezza del legno variano al variare dell’umidità: in particolare, aumentano le deformazioni da creep in seguito alle variazioni di umidità. Nella progettazione dei dettagli costruttivi occorre tenere conto del ritiro e del rigonfiamento.
  • Le prestazioni del legno in caso di incendio possono essere calcolate e pertanto è assai idoneo per essere usato in grandi sezioni senza protezione.

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Classificazione del legno secondo resistenza

Il legno mostra grande variabilità nella qualità in funzione della specie, della genetica e delle condizioni di accrescimento e di quelle ambientali. Le proprietà del legno variano da albero ad albero, ma anche all’interno dello stesso albero, sia in direzione trasversale che assiale. Tradizionalmente, la classificazione secondo la resistenza era eseguita tramite valutazione a vista del legname, prendendo in considerazione i fattori di riduzione della resistenza che potevano essere di fatto individuati, principalmente nodi e ampiezza degli anelli annuali.

Regole di classificazione dettagliate furono introdotte per la prima volta nel 1923 negli USA e, a partire dagli anni Trenta, in tempi successivi in vari Paesi europei. Per migliorare l’efficienza della classificazione secondo la resistenza, furono sviluppati negli anni Sessanta sistemi di classificazione a macchina.

Fino a oggi, però, non esistono direttive europee riguardo alla procedura di classificazione del legno, ma è presente un sistema di classi di resistenza solo a livello locale.

Il problema insorge nel momento in cui due realtà diverse entrano in contatto creando confusione e difficoltà di fornitura per le specifiche insufficienti. In Italia il legno viene acquistato non solo in funzione della sua qualità, ma anche in considerazione dei seguenti parametri di valutazione:

  • tecniche di produzione;
  • tecniche di realizzazione delle opere in cui esso viene impiegato;
  • prestazioni erogate da tali semilavorati;
  • opere relative;
  • campi di impiego.

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Si possono individuare quindi le seguenti categorie di legno:

  • massiccio a spigoli vivi: taglio del tronco in elementi a sezione quadrata o rettangolare;
  • massiccio con spigoli smussati (tondami): taglio del tronco con conseguente limitazione degli sfridi tipici degli spigoli vivi;
  • lamellare: scomposizione in tavole, lamelle o “matite” del tronco e dal loro riassemblaggio con diverse tecniche a formare sezioni piene e regolari;
  • ricostruito in pannelli: riduzione del tronco in fogli, listelli, trucioli, polvere di segatura, ecc. con conseguente ricomposizione in elementi piani.
  • ricostruito in blocchi e tavelloni: non si hanno forme piane, ma piccoli elementi tridimensionali e modulari.

Comportamento del legno sottoposto a compressione assiale statica

Per poter considerare una sollecitazione pura di compressione bisogna che il solido sollecitato abbia una lunghezza assiale non troppo elevata rispetto alle dimensioni della base. Quando invece il solido è così lungo da superare il valore massimo si parla allora di compressione in carico di punta.

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Comportamento del legno sottoposto a trazione assiale 

L’analisi di quanto succede nell’applicazione di uno sforzo di trazione esercitato sul legno in qualsiasi direzione non è affatto agevole perché il collegamento tra forza agente ed elemento da sollecitare deve avvenire mediante artifici e dispositivi vari: nel caso del legno rincorrendo a incastri, bulloni, chiodature, connettori di vario tipo o a incollaggi.

In questa zona si verificheranno delle sollecitazioni diverse dalla pura trazione le quali possono riuscire più pregiudizievoli che non la trazione stessa.

Quando alla pura sollecitazione di trazione si accompagna anche un momento flettente è da osservarsi che il più razionale impiego dei rinforzi metallici si ottiene sistemando questi lungo i bordi superiore e inferiore nei quali la flessione induce le massime tensioni. Viceversa l’avere il bordo superiore della trave del tutto libero presenta il vantaggio di una più agevole apposizione dell’orditura che dovesse venire sovrapposta alle travi principali. Il rinforzo superiore non sarà costituito da un ferro piatto, bensì da un profilato a C.

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Ammesso di poter effettuare dei collegamenti di perfetta efficienza conviene esaminare la resistenza a trazione assiale da un punto di vista del tutto generale.

La costituzione dei tessuti legnosi, formati da lunghe fibre strettamente connesse, comporta un’elevata resistenza a trazione che dipende dalla resistenza a trazione degli elementi strutturali della parete cellulare: le misurazioni di precisione hanno consentito di approssimare la resistenza a 350 Mpa. Naturalmente sono da considerare sul comportamento del legno sottoposto a compressione assiale statica diversi fattori di influenza:

  • Massa volumica.L’aumento della massa volumica comporta un aumento della resistenza a trazione secondo una legge lineare.
  • Umidità. Per il campo di pratico impiego dei legnami da costruzione in strutture esposte all’aria, vale a dire per umidità comprese tra il 12 e il 25%, può consigliarsi una riduzione dal 2.5 al 3 % per 1% di umidità in più del valore normale del 12%.

Comportamento del legno sottoposto a flessione statica

La flessione statica è certamente la sollecitazione che si riscontra più frequentemente nel materiale legnoso impiegato in strutture portanti: il caso tipico della sollecitazione è quello delle travi disposte orizzontalmente sopra due appoggi di estremità oppure incastrate a uno o ad ambedue gli estremi: sotto l’azione del carico la trave passa da un assetto rettilineo a una curva il cui spostamento dell’asse mediano originario è indicato come freccia. All’appariscente deformazione si accompagnano altresì delle deformazioni in direzione dell’asse longitudinale dell’elemento.

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Sollecitazioni meccaniche in elementi ad asse longitudinale non rettilineo

Si possono distinguere tre casi fondamentali di elementi lignei impiegati in strutture a asse curvo:

– Travi di legno massiccio. Curvare una trave di una certa dimensione sezionale non è cosa fattibile e l’unica soluzione possibile è quella che per secoli è stata adottata dai costruttori di navi. Cioè di andare a ricercare nelle foreste disponibili degli alberi il cui tronco fosse curvo secondo linee corrispondenti alla curvatura prevista per le strutture di prora e le ordinate dei fianchi

– Pacchi di tavole. è il sistema moderno delle strutture lamellari. Si ottiene formando un pacco di tavole sovrapposte faccia a faccia dopo incollaggio.

– Tavole singole disposte di coltello. La curvatura voluta si ottiene mediante la segagione seguendo una traccia prestabilita. In questo caso è chiaro che gli spigoli di contorno del pezzo non sono più paralleli all’andamento della fibratura e ciò comporta una sensibile diminuzione della resistenza provocando spesso delle fessurazioni molto evidenti dovute al verificarsi di tensioni trasversali.

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