Legno strutturale: classi di resistenza e valori di progetto

Due travi di abete della stessa sezione, 12 per 24 centimetri, possono avere resistenze molto diverse: una arriva da una tavola di fibratura regolare e senza nodi grossi, l'altra da un pezzo con nodi sul bordo teso e fibratura inclinata. Per il legno la specie non basta a descrivere il materiale. Conta come il singolo pezzo è stato selezionato e a quale classe è stato assegnato.

Perché il legno si classifica

Il legno è un materiale naturale, con difetti che variano da tavola a tavola: nodi, deviazione della fibratura, cretti, densità. Ogni elemento strutturale deve quindi essere classificato, a vista o a macchina, e marcato CE secondo la EN 14081-1. In Italia la classificazione a vista fa riferimento alla UNI 11035, la classificazione a macchina misura rigidezza o densità con strumenti. Dalla classificazione si ottiene una classe di resistenza della EN 338: la serie C, da C14 a C50, per conifere e pioppo, e la serie D, da D18 a D80, per le latifoglie. Il numero indica la resistenza caratteristica a flessione in N/mm².

Il lamellare incollato

Per il legno lamellare incollato la EN 14080 definisce classi proprie, con la sigla GL seguita dalla resistenza a flessione. La lettera h indica una sezione omogenea, con lamelle tutte della stessa qualità, la lettera c una sezione combinata, con lamelle esterne più resistenti di quelle interne. Le lamelle sono più sottili del massiccio e i difetti vengono ripartiti e dispersi nella sezione, per questo a parità di specie il lamellare è più resistente e meno variabile.

Umidità e durata del carico: il coefficiente k_mod

Il legno perde resistenza quando è umido e quando il carico dura a lungo. L'Eurocodice 5 (EN 1995-1-1) e le NTC 2018 tengono conto dei due effetti con il coefficiente k_mod, che dipende dalla classe di servizio e dalla durata del carico. La classe di servizio 1 corrisponde a un'umidità del legno che non supera circa il 12 per cento (ambienti riscaldati e chiusi), la classe 2 a un'umidità sotto circa il 20 per cento (coperti e ventilati, non riscaldati), la classe 3 a condizioni più umide, per esempio strutture esposte all'esterno.

Dal valore caratteristico a quello di progetto

La resistenza di progetto è X_d = k_mod X_k / γ_M. Le NTC 2018 fissano γ_M a 1,50 per il legno massiccio e a 1,45 per il lamellare incollato. Per una trave in classe di servizio 1 sotto un carico di media durata, un C24 ha f_m,d = 0,80 x 24 / 1,50 = 12,8 N/mm², un GL24h ha f_m,d = 0,80 x 24 / 1,45 = 13,2 N/mm². Con carico permanente, a parità di classe, la resistenza scende a 9,6 e 9,9 N/mm²: la durata del carico decide molto più dell'etichetta di classe.

Anche le deformazioni crescono nel tempo. La freccia finale si calcola moltiplicando quella istantanea per (1 + k_def), con k_def pari a 0,60 in classe di servizio 1, 0,80 in classe 2 e 2,00 in classe 3. In un ambiente umido la freccia a lungo termine può quindi essere tripla di quella iniziale e spesso è questa, non la resistenza, a dimensionare il solaio.

L'anisotropia

I valori in tabella valgono nella direzione delle fibre. Perpendicolarmente a esse il legno è molto più debole: la trazione caratteristica è 0,4 N/mm² e la compressione, per un C24, 2,5 N/mm². Il modulo elastico perpendicolare è circa un trentesimo di quello parallelo. La trazione trasversale è il punto critico dei dettagli: un intaglio sul bordo teso all'appoggio, un foro non previsto o una connessione che carica le fibre di traverso sono la causa di molte fessurazioni in opera. Il progetto di una struttura di legno è in gran parte il progetto delle sue connessioni e dei suoi appoggi.