Per legno strutturale si intende il legno usato per la costruzione di edifici. Il legno è il più antico materiale da costruzione utilizzato dall'uomo per la propria casa, come testimonia anche l'archeologia sperimentale.
Esempi significativi di edifici e costruzioni realizzate con questo prodotto della foresta e del bosco sono le terramare, i trabucchi, il Battistero lateranense, la cupola della Primaziale di Pisa, la Chiesa Madre Basilica di San Leone di Assoro, il Globe Theatre, la chiesa di Karlskrona, le case della Lessinia, di Bryggen e di Tomsk, il tetto a volta della Oude Kerk (Amsterdam), la Knochenhaueramtshaus di Hildesheim, il tetto del Castello di Donegal, lo stadio Lansdowne Road e il ponte di Giulianova.
Descrizione
Moderne realizzazioni italiane sono l'Auditorium Parco della Musica di Renzo Piano a Roma, il Modigliani Forum di Livorno, il Palasport della Spezia, il Nuovo Ponte Vecchio di Ponte San Giovanni (Perugia), la Nuova Fiera di Rimini, il nuovo stadio per l'atletica leggera Luigi Ridolfi di Firenze, il nuovo terminal crocieristico di Brindisi. Il legno è stato utilizzato nelle costruzioni sin dall'epoca antica.
Uno dei più antichi metodi di costruzione delle case è quello definito blockbau, nel quale si sovrappongono orizzontalmente tronchi o travi fino a formare delle pareti. L'aggancio è ottenuto agli angoli, dove vengono ricavate delle connessioni che permettono l'incasso e, allo stesso momento, un irrigidimento della struttura. La quantità di legno per realizzare questo tipo di abitazione è elevata. L'uso del legno come materiale strutturale era prassi consolidata fino alla fine dell'Ottocento. La stazione ferroviaria Milano Cadorna, inaugurata nel 1879, aveva una struttura iniziale in legno, dall'aspetto di chalet. L'introduzione dell'acciaio e del cemento armato ne hanno segnato il progressivo regresso alla fine del XIX secolo, limitandone l'impiego a pochi campi come l'ingegneria naturalistica o ad applicazioni leggere come la serra o come cassaforma.
Tale declino è stato molto più marcato in Italia che nelle altre nazioni europee, addirittura in Scandinavia non è mai cessato, mentre nell'America settentrionale si è continuato ad utilizzarlo in maniera estensiva, specialmente nell'edilizia civile, come ad esempio a Venice.
Solo il recente sviluppo della progettazione architettonica e di nuove tecniche costruttive, nonché l'approfondimento dell'analisi strutturale e della resistenza alla combustione del legno, unitamente all'introduzione di nuovi prodotti preservanti dal degrado e dagli insetti sociali, ha consentito di riappropriarsi delle innumerevoli possibilità architettoniche, della straordinaria natura estetica e della totale compatibilità con i criteri dello sviluppo sostenibile che una struttura in legno può offrire.
Ogni famoso architetto si è sempre cimentato nell'uso del legno strutturale, da Renzo Piano a Frank Lloyd Wright, da Glenn Murcutt a Arne Jacobsen, da Peter Harrison a Arthur Erickson. Da sempre, l'ingegnere ne apprezza le particolari proprietà meccaniche, come nell'Universeum di Gert Wingårdh in Svezia. Walter Gropius nel 1921 progetta e costruisce a Dahlem (Berlino), nell'abito delle attività didattiche del Bauhaus, Casa Sommerfeld con il fasciame di una vecchia nave donata dall'omonimo commerciante di legname. La casa in legno massiccio lo interessava particolarmente in quanto considerava il sistema blockbau essenza costruttiva di un materiale specifico, dove l'utilità costruttiva, la forma strutturale e l'architettura coincidono in un unico edificio. Secondo un recentissimo studio, tutte le aziende italiane del settore intervistate forniscono una stima positiva del mercato, con una crescita del 15%, sebbene in generale le costruzioni in Italia siano in rallentamento.
Prodotti in legno strutturale e loro utilizzo
I prodotti e gli elementi costruttivi derivati dal legno utilizzati nelle opere da costruzione possono essere di vario tipo ma derivano tutti dalla segagione, dalla sfogliatura e tranciatura, dalla sminuzzatura o dalla sfibratura del fusto di alberi di abete rosso, di pino, di larice o di castagno, che rappresentano le specie arboree più utilizzate ai fini strutturali dell'arboricoltura italiana.
Dalla squadratura meccanica del fusto possono essere ricavati sia elementi monolitici con sezioni rettangolari aventi diversi rapporti di larghezza/altezza (con cuore o fuori cuore), sia elementi sottili come tavole, listelli o morali. Gli elementi sottili possono poi essere uniti fra loro con una specifica colla, con una vite o con collegamenti realizzati in acciaio da carpenteria, per dar luogo ad un elemento monolitico ricomposto.
Il più utilizzato è il "Guerci", legno molto pregiato e difficile da lavorare, difatti si può notare per le sue modeste forme rotonde e a toccarlo si nota che è molto levigato.
Caratteristiche meccaniche
Il legno è leggero, perché il suo peso specifico è inferiore ai 500 kg/m³, contro, ad esempio, i 2.000-2.500 del cemento armato e i 7.800 dell'acciaio.
È resistente, perché l'efficienza prestazionale del legno ai fini strutturali ha qualità simili a quelle dell'acciaio. L'efficienza prestazionale può essere definita come il rapporto tra il modulo di elasticità E e un parametro di resistenza f (es. resistenza a compressione (meccanica)).
Materiale E/f Calcestruzzo (Rck300, fck 25 MPa) 1250 Acciaio S275 (ft = 430 MPa) 480 Legno lamellare (BS 11 ÷ BS 18) 470 Alluminio (lega 7020, ft 355 MPa) 200
È economico, perché il suo ciclo di produzione ottimizza l'uso di una risorsa naturale di per sé povera ma rinnovabile, offrendo elementi altrimenti non utilizzabili in natura e limitati solo dalle dimensioni di trasporto. Il legno strutturale è anche affidabile, innovativo e di aspetto gradevole. È affidabile, perché l'intero processo produttivo segue una prassi normata e continuamente monitorata. Il risultato finale è un prodotto dalle prestazioni definite e certificate. È innovativo, perché le tecniche di progettazione, lavorazione, assemblaggio e giunzione sono in continua evoluzione e offrono sempre nuove possibilità sia in termini di fattibilità che di contenimento dei costi. È di aspetto gradevole, perché il materiale viene selezionato anche sotto l'aspetto estetico per essere presentato, in tutta la sua naturalezza, compatto e privo di difetti. Tra i suoi tanti vantaggi possiamo annoverare anche il fatto che sia un buon isolante termico, elettrico ed acustico; un materiale igroscopico, in grado quindi di assorbire le variazioni di umidità dell'ambiente; un materiale organico, composto da circa il 50% di carbonio, dal 42% di ossigeno, dal 6% di idrogeno, 1% di azoto e 1% di elementi diversi.
Un'altra grande opportunità di impiego del legno nelle costruzioni è oggi offerta dai centri di lavoro a controllo numerico. Tali tecnologie, veramente sofisticate e raffinate, proiettano il progetto col legno verso scenari finora nemmeno immaginabili. Con tali macchine la lavorazione del legno supera il condizionamento del tempo – la lavorazione di taluni particolari costruttivi difficili e complicati viene eseguita in pochi secondi – e si potrà sempre più eliminare la presenza dell'acciaio, spesso fonte di patologie in molti componenti lignei.
Comportamento sismico
Le prestazioni delle strutture in legno in caso di sisma sono particolarmente interessanti, legati alle caratteristiche meccaniche del materiale. Diversamente dalla strutture in laterizio o murature, il legno ha buone capacità di resistenza non solo alla compressione ma anche alla trazione, unito alla elasticità, che permette una buona capacità di oscillazione, e alla leggerezza. Quest'ultima caratteristica rende gli edifici di minore massa complessiva, proprietà che limita gli effetti delle onde sismiche.
Caratteristiche tecniche del legno lamellare Classi di resistenza Classe delle tavole incollaggio omogeneo Classe delle tavole incollaggio combinato GL24 (BS11) S10 o MS10 S10 / S7 o MS10 / MS7 GL28 (BS14) S13 o MS13 S13 / S10 o MS13 / MS10 GL32 (BS16) MS13 MS13 / MS10 GL36 (BS18) MS17 MS17 / MS13
Caratteristiche meccaniche GL24 GL28 GL32 GL36 Flessione fm,k [MPa] 24 28 32 36 Trazione // ft,0k [MPa] 16.5 19.5 22.5 26 Compressione // fc, 0k [MPa] 24 26.5 29 31 Compressione ± fc, 90 k [MPa] 2.7 3 3.3 3.6 Taglio fv,k [MPa] 2.7 3.2 3.8 4.3 Modulo di elasticità E // [MPa] 11600 12600 13700 14700 Modulo di elasticità E ± [MPa] 390 420 460 490 Modulo di taglio G [MPa] 720 780 850 910
Caratteristiche ambientali
Tra le peculiarità del legno vanno evidenziati alcuni aspetti legati all'ambiente e alla sua tutela. Il legno, infatti, è un materiale naturale e una delle energie rinnovabili, richiede un basso contenuto di energia durante la fase di produzione ed è biodegradabile oltre che facilmente inseribile nel processo di rigenerazione. La coltivazione della materia prima aiuta il pianeta Terra. Infatti, per uso industriale, il legname viene sottoposto a segagione solo in fase di invecchiamento, mentre sono le piante giovani quelle che trasformano più anidride carbonica in ossigeno, attraverso la fotosintesi clorofilliana.
A confronto con materiali metallici, plastici o cementizi, gli elementi strutturali in legno richiedono poca energia primaria per essere prodotti. Assumendo come unità di misura le MJ/ton: il valore per le strutture in legno è 1, per il cemento armato 4, per il laterizio 6, per il vetro 24, per l'acciaio 60, per l'alluminio 250, per il titanio 800 e per le fibre composite 4.000.Nel ciclo completo di vita di una costruzione, lo smaltimento e il relativo riciclaggio dei rifiuti di una struttura in legno costituisce un onere minore rispetto ad altre tecnologie costruttive, se non addirittura una risorsa, laddove è possibile riutilizzarlo in altre forme.
Contenuto di umidità del legno
Mentre, per motivi commerciali, le travi di legno massiccio non vengono più trattate in essiccatoio, le tavole e gli sfogliati impiegati per realizzare il legno lamellare e i compensati devono obbligatoriamente essere soggette al controllo dell'umidità del legno.
Il fenomeno più difficile da gestire, da un punto di vista estetico, è il punto di saturazione delle fibre legnose.
Catena di custodia
Essendo da sempre elemento di commercio, il legname va accuratamente selezionato in funzione della provenienza, per evitare la distruzione delle foreste dell'Amazzonia o dell'Asia. Pertanto è sempre bene controllare che sia soggetto a certificazioni di qualità PEFC o FSC (Forest Stewardship Council).
Edilizia sostenibile
Per edilizia sostenibile si intende un'edilizia che soddisfi possibilmente ogni bisogno dell'attuale generazione senza limitare la capacità delle generazioni future di soddisfare le proprie. Si tratta di un processo che promuove lo sviluppo economico salvaguardando la salute dei singoli, della società e dell'ecosistema, senza sprecare risorse. Identifica il progressivo adeguamento al principio di sostenibilità del modo di costruire e di trasformare il territorio. Utilizzare il legno come materiale strutturale diviene una scelta naturale per un'edilizia sostenibile. Infatti i principi generali su cui essa si basa sono:
l'utilizzo di materiali rinnovabili, traspiranti e gradevoli al tatto e viceversa la riduzione del consumo di risorse non rinnovabili; la riduzione del consumo di energia in tutte le fasi del ciclo di vita dell'edificio: produzione, trasporto, costruzione, esercizio, demolizione e smaltimento; la minimizzazione dell'impatto su suolo, acqua ed aria in tutte le fasi del ciclo di vita dell'edificio; rendere facili le rimozioni, sostituzioni o integrazioni. minimizzare l'inquinamento dell'ambiente abitato e i possibili danni alla salute degli occupanti.
Il legno strutturale in edilizia è dunque un prodotto valido sia per tecnica di produzione che per rispetto ambientale ed ecocompatibilità.
Aspetti normativi