Legno lamellare e massiccio: come determinare i parametri di resistenza (tabelle da scaricare)

Il legno per uso strutturale presenta delle particolarità nella determinazione dei parametri di resistenza. I parametri di resistenza del legno non sono soltanto delle caratteristiche intrinseche del materiale, ma dipendono anche dai seguenti fattori esterni:

• condizioni ambientali: umidità del materiale e umidità relativa dell’aria circostante;
• durata del carico;
• direzione di applicazione del carico rispetto alla direzione di fibratura del legno;
• dimensione della sezione trasversale rispetto alle dimensioni standard dei provini utilizzati per la caratterizzazione meccanica del materiale.

Nel seguito dell’articolo ti mostro come ciascuna delle caratteristiche elencate sopra influenza i valori di resistenza del legno lamellare e massiccio per uso strutturale, riducendola in alcuni casi e incrementandola in altri.

Alla fine dell’articolo potrai consultare le tabelle che riportano i parametri di resistenza e deformabilità delle diverse tipologie di legno lamellare e legno massiccio. Potrai inoltre scaricare gratuitamente tutte le tabelle raccolte in un unico documento PDF. Buona lettura.

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Scarica l’app Woody (xls di Microsoft Excel) per le verifiche di resistenza sul legno massiccio o lamellare

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Legno lamellare e massiccio: resistenza in funzione delle condizioni ambientali

I parametri di resistenza del legno lamellare e massiccio dipendono dalle condizioni ambientali, ovvero dall’umidità relativa dell’aria circostante e dall’umidità del materiale.

La dipendenza dei parametri di resistenza del materiale dalle condizioni ambientali avviene mediante tre classi di servizio definite dalla Normativa Tecnica NTC2018. Le classi di servizio sono indicante mediante un numero che va da 1 a 3 e caratterizzate da valori crescenti dell’umidità del materiale e dell’umidità relativa dell’aria circostante.

Ti riporto di seguito le 3 classi di servizio definite dalle NTC2018:

Classe di servizio 1: è caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20 °C e un’umidità relativa dell’aria circostante che non superi il 65%, se non per poche settimane all’anno;

Classe di servizio 2: è caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20 °C e un’umidità relativa dell’aria circostante che superi l’85% solo per poche settimane all’anno;

Classe di servizio 3: è caratterizzata da umidità più elevata di quella della classe di servizio 2.

Tab. 4.4.II – NTC2018

Legno lamellare e massiccio: resistenza in funzione della durata del carico

Le proprietà di resistenza del legno massiccio e del legno lamellare dipendono dalla durata del carico. Al crescere della durata del carico, diminuiscono le proprietà di resistenza del materiale. La Normativa Tecnica definisce 5 classi di durata del carico che puoi vedere nella tabella sottostante:

Le azioni di progetto devono essere assegnate ad una delle classi elencate sopra. A tale scopo bisogna tenere presenti le seguenti considerazioni:

• il peso proprio e i carichi non rimovibili durante il normale esercizio della struttura appartengono alla classe di durata permanente;
• i carichi permanenti suscettibili di cambiamenti durante il normale esercizio della struttura e i carichi variabili relativi a magazzini e depositi, appartengono alla classe di lunga durata;
• i carichi variabili degli edifici, ad eccezione di quelli relativi a magazzini e depositi, appartengono alla classe di media durata;
• il sovraccarico da neve è da considerarsi almeno di media durata per altitudini del sito superiori o uguali a 1000 m, mentre è da attribuire ad una classe di durata del carico da valutare in funzione delle caratteristiche del sito per altitudini inferiori a 1000 m;
• l’azione del vento medio appartiene alla classe di breve durata;
• l’azione di picco del vento e le azioni eccezionali in genere appartengono alla classe di durata istantanea.

Legno lamellare e massiccio: correzione della resistenza mediante il coefficiente k_mod

Le condizioni ambientali e la durata del carico influiscono sui valori di resistenza del legno massiccio e lamellare, riducendoli o amplificandoli attraverso il coefficiente k_mod definito dalla Normativa Tecnica. Il calcolo della resistenza di progetto va eseguito secondo la seguente formula:

X_d = k_mod ∙ X_k / γ_M

• X_d = valore di progetto della generica proprietà di resistenza del materiale;
• X_k = valore caratteristico della generica proprietà di resistenza del materiale;
• γ_M = coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale;
• k_mod = coefficiente correttivo che tiene conto della durata del carico e della condizioni ambientali.

Formula per il calcolo della resistenza di progetto del materiale

Correzione della resistenza: valori del coefficiente k_mod

Il coefficiente correttivo k_mod può assumere i seguenti valori in funzione delle condizioni ambientali e della classe di durata del carico:

Se una combinazione di carico comprende azioni appartenenti a differenti classi di durata del carico si dovrà scegliere un valore di k_mod che corrisponde all’azione di minor durata. Dalla tabella riportata sopra si può notare che il k_mod può assumere anche valori superiori ad 1 nel caso di carico istantaneo, determinando un effetto di incremento della resistenza.

Riduzione della resistenza: coefficiente parziale di sicurezza γ_M

Di seguito puoi vedere i parametri γ_M da utilizzare per il calcolo della resistenza di progetto del legno, in funzione della tipologia di legno.

Generalmente va utilizzato il valore della colonna A. Si possono assumere i valori riportati nella colonna B nel caso di produzioni continuative di elementi o strutture, soggette a controllo continuativo del materiale, dal quale risulti un coefficiente di variazione della resistenza (rapporto tra scarto quadratico medio e valor medio)  non superiore al 15%.

Per combinazioni di carico eccezionali, il coefficiente γ_M assume valore unitario.

Legno lamellare e massiccio: comportamento elastico-lineare fino a rottura

Nell’analisi e verifica di elementi strutturali in legno, bisogna considerare un comportamento del materiale di tipo elastico-lineare fino a rottura. La verifica pertanto verrà eseguita analizzando la sezione in campo elastico, calcolando le tensioni sollecitanti e confrontandole con la tensione resistente, in analogia con quanto veniva fatto in passato per le strutture in cemento armato o acciaio adoperando il metodo delle tensioni ammissibili.

Il legno per uso strutturale presenta una particolarità per la verifica a flessione. Per tale verifica, una volta calcolata la tensione massima sollecitante analizzando la sezione in campo elastico, tale tensione andrà confrontata con un’apposita tensione resistente per flessione, determinata sperimentalmente e non con la tensione resistente a compressione in direzione parallela alla fibratura, come si potrebbe intuitivamente pensare.

Troverai tutte i parametri di resistenza del legno lamellare e massiccio nella tabelle riportate in fondo all’articolo.

Legno lamellare e massiccio: resistenza in funzione della direzione di applicazione del carico (anisotropia)

Il legno massiccio e il legno lamellare sono materiali strutturali caratterizzati da una spiccata anisotropia. La resistenza del legno per trazione e compressione dipende dalla direzione di applicazione del carico rispetto alla direzione di fibratura del materiale.

Dato un sistema di riferimento con asse L parallelo alla fibratura, asse T e R normali rispetto alla fibratura , si possono definire i seguenti stati di sollecitazione:

• compressione parallela alla fibratura;
• trazione parallela alla fibratura;
• compressione ortogonale alla fibratura;
• trazione ortogonale alla fibratura.

Le resistenze a compressione e trazione in direzione ortogonale alla fibratura sono molto più basse rispetto alle corrispondenti resistenze in direzione parallela alla fibratura. Il rapporto fra tali resistenze è compreso fra 1/10 e 1/50, ovvero una riduzione di resistenza compresa fra il 90% e il 98% passando da una direzione parallela di applicazione del carico ad una direzione ortogonale rispetto alla fibratura.

Legno lamellare e massiccio: resistenza in funzione della dimensione della sezione

La resistenza a flessione e a trazione del legno massiccio e lamellare dipende anche dalla dimensione della sezione. Le resistenze a flessione e a trazione sono ottenute sperimentalmente su provini la cui sezione ha altezza pari a:

• 150 mm per il legno massiccio;
• 600 mm per il legno lamellare.

Se la sezione dell’elemento strutturale oggetto di verifica ha un’altezza minore rispetto all’altezza standard del provino, è possibile incrementare la resistenza a flessione e a trazione del materiale fino ad un massimo del 30% per il legno massiccio e del 10% per il legno lamellare. Tale incremento di resistenza avviene mediante il coefficiente kh prescritto dalla Normativa Tecnica (par. 11.7.1.1 NTC2018).

Scarica Woody: l’app per l’analisi di elementi strutturali in legno lamellare e massiccio

Woody è l’app del blog per il progetto, calcolo e verifica di elementi strutturali  in legno. Puoi analizzare elementi in legno lamellare o in legno massiccio, scegliendo il materiale dall’archivio dei materiali o creando materiali personalizzati.

All’interno dell’applicazione troverai l’elenco delle principali specie legnose utilizzate per la realizzazione di elementi strutturali. I parametri di resistenza saranno calcolati in automatico, applicando tutti i coefficienti correttivi per durata del carico, umidità del materiale e dimensione della sezione. Scarica l’app cliccando sul tasto qui sotto.

Legno lamellare e massiccio: scarica le tabelle di resistenza

Ti riporto di seguito le tabelle contenenti i parametri di resistenza e deformabilità e il peso dell’unità di volume delle più comuni specie legnose per la realizzazione di elementi strutturali in legno massiccio e legno lamellare.

Compila i campi qui sotto per scaricare tutte le tabelle raccolte in un unico documento PDF, riceverai all’istante una mail contenente il link per eseguire il download.

Trovi di seguito l’elenco delle specie legnose riportate nelle tabelle di resistenza allegate all’articolo:

• Conifere – classe T
• Conifere e pioppo – Classe C
• Latifoglie – classe D
• Legno lamellare incollato
• Legno massiccio incollato
• Legno provenienza Italia
  • Abete
  • Pino laricio
  • Larice
  • Douglasia
  • Altre conifere
  • Castagno
  • Querce caducifoglie
  • Pioppo e Ontano
  • Altre latifoglie

In ogni tabella è riportata la Normativa Tecnica di riferimento e l’elenco dei seguenti parametri meccanici:

• f_m,k    resistenza caratteristica a flessione;
• f_t,0k    resistenza caratteristica a trazione parallela alla fibratura;
• f_t,90,k    resistenza caratteristica a trazione perpendicolare alla fibratura;
• f_c,0,k    resistenza caratteristica a compressione parallela alla fibratura;
• f_c,90,k    resistenza caratteristica a compressione perpendicolare alla fibratura;
• f_v,k    resistenza a taglio;
• E_0,mean    modulo elastico medio parallelo alla fibratura;
• E_0,05    modulo elastico caratteristico parallelo alla fibratura;
• E_90,mean    modulo elastico medio perpendicolare alla fibratura;
• G_mean    modulo elastico tangenziale medio;
• ρ_k    peso caratteristico dell’unità di volume;
• ρ_m    peso medio dell’unità di volume.

Trovi di seguito tutte le tabelle di resistenza del legno massiccio e lamellare.

Legno lamellare incollato – parametri di resistenza e deformabilità

Normativa tecnica di riferimento: EN 14080: 2013

Classe di resistenza	fm,k [N/mm2]	ft,0k [N/mm2]	ft,90,k  [N/mm2]	fc,0,k  [N/mm2]	fc,90,k  [N/mm2]	fv,k  [N/mm2]	E0,mean  [kN/mm2]	E0,05  [kN/mm2]	E90,mean  [kN/mm2]	Gmean  [kN/mm2]	ρk [kg/m3]	ρm [kg/m3]
GL20h	20.00	16.00	0.50	20.00	2.50	3.50	8.40	7.00	0.30	0.65	340.00	370.00
GL22h	22.00	17.60	0.50	22.00	2.50	3.50	10.50	8.80	0.30	0.65	370.00	410.00
GL24h	24.00	19.20	0.50	24.00	2.50	3.50	11.50	9.60	0.30	0.65	385.00	420.00
GL26h	26.00	20.80	0.50	26.00	2.50	3.50	12.10	10.10	0.30	0.65	405.00	445.00
GL28h	28.00	22.30	0.50	28.00	2.50	3.50	12.60	10.50	0.30	0.65	425.00	460.00
GL30h	30.00	24.00	0.50	30.00	2.50	3.50	13.60	11.30	0.30	0.65	430.00	480.00
GL32h	32.00	25.60	0.50	32.00	2.50	3.50	14.20	11.80	0.30	0.65	440.00	490.00

Legno massiccio incollato – parametri di resistenza e deformabilità

Normativa tecnica di riferimento: EN 14080: 2013

Classe di resistenza	fm,k [N/mm2]	ft,0k [N/mm2]	ft,90,k  [N/mm2]	fc,0,k  [N/mm2]	fc,90,k  [N/mm2]	fv,k  [N/mm2]	E0,mean  [kN/mm2]	E0,05  [kN/mm2]	E90,mean  [kN/mm2]	Gmean  [kN/mm2]	ρk [kg/m3]	ρm [kg/m3]
GL20c	20.00	15.00	0.50	18.50	2.50	3.50	10.40	8.60	0.30	0.65	355.00	390.00
GL22c	22.00	16.00	0.50	20.00	2.50	3.50	10.40	8.60	0.30	0.65	355.00	390.00
GL24c	24.00	17.00	0.50	21.50	2.50	3.50	11.00	9.10	0.30	0.65	365.00	400.00
GL26c	26.00	19.00	0.50	23.50	2.50	3.50	12.00	10.00	0.30	0.65	385.00	420.00
GL28c	28.00	19.50	0.50	24.00	2.50	3.50	12.50	10.40	0.30	0.65	390.00	420.00
GL30c	30.00	19.50	0.50	24.50	2.50	3.50	13.00	10.80	0.30	0.65	390.00	430.00
GL32c	32.00	19.50	0.50	24.50	2.50	3.50	13.50	11.20	0.30	0.65	400.00	440.00

Legno provenienza Italia – parametri di resistenza e deformabilità

Normativa tecnica di riferimento: UNI EN 11035-2 (2010)

Classe di resistenza	fm,k [N/mm2]	ft,0k [N/mm2]	ft,90,k  [N/mm2]	fc,0,k  [N/mm2]	fc,90,k  [N/mm2]	fv,k  [N/mm2]	E0,mean  [kN/mm2]	E0,05  [kN/mm2]	E90,mean  [kN/mm2]	Gmean  [kN/mm2]	ρk [kg/m3]	ρm [kg/m3]
Abete/Italia – S2	25.00	15.00	0.40	21.00	2.60	4.00	11.80	7.90	0.39	0.74	375.00	450.00
Abete/Italia – S3	18.00	11.00	0.40	18.00	2.60	3.40	10.50	7.00	0.35	0.66	375.00	450.00
Pino laricio/Italia – S1	40.00	24.00	0.40	26.00	3.20	4.00	15.00	10.00	0.50	0.94	455.00	550.00
Pino laricio/Italia – S2	22.00	13.00	0.40	20.00	3.00	3.80	12.00	8.00	0.40	0.75	425.00	520.00
Pino laricio/Italia – S3	15.00	9.00	0.40	17.00	3.00	3.00	11.00	7.40	0.37	0.69	430.00	520.00
Larice/Nord Italia – S2	23.00	14.00	0.40	20.00	3.60	3.80	12.50	8.40	0.42	0.78	510.00	610.00
Larice/Nord Italia – S3	18.00	11.00	0.40	18.00	3.60	3.40	11.50	7.70	0.38	0.72	520.00	620.00
Douglasia/Italia – S1	35.00	21.00	0.40	25.00	3.20	4.00	15.80	11.00	0.53	0.99	450.00	540.00
Douglasia/Italia – S2/S3	22.00	13.00	0.40	20.00	2.90	3.80	13.00	8.70	0.43	0.81	415.00	500.00
Altre conifere/Italia – S1	33.00	20.00	0.40	24.00	3.70	4.00	12.30	8.20	0.41	0.77	530.00	575.00
Altre conifere/Italia – S2	26.00	16.00	0.40	22.00	3.70	4.00	11.40	7.60	0.38	0.71	530.00	575.00
Altre conifere/Italia – S3	22.00	13.00	0.40	20.00	3.70	3.80	10.50	7.00	0.35	0.66	530.00	575.00
Castagno/Italia – S	28.00	17.00	0.60	22.00	7.30	4.00	12.50	10.50	0.83	0.78	485.00	580.00
Querce caducifoglie/Italia – S	42.00	25.00	0.60	27.00	11.00	4.00	12.00	10.10	0.80	0.75	760.00	825.00
Pioppo e Ontano/Italia – S	26.00	16.00	0.60	22.00	6.30	2.70	8.00	6.70	0.53	0.50	420.00	460.00
Altre latifoglie/Italia – S	27.00	16.00	0.60	22.00	7.70	4.00	11.50	9.70	0.77	0.72	515.00	560.00

Conclusioni

Il legno lamellare e il legno massiccio per uso strutturale presentano delle particolarità nella determinazione dei parametri di resistenza. A differenza del calcestruzzo e dell’ acciaio, materiali ipotizzati isotropi e per i quali è sufficiente la determinazione della resistenza a compressione e trazione, il legno strutturale richiede che i parametri di resistenza siano valutati in relazione alla direzione di applicazione del carico rispetto alla direzione di fibratura del legno, data la spiccata anisotropia del materiale.

In aggiunta, il valore della resistenza deve essere corretto per tener conto delle condizioni ambientali, della durata del carico e della dimensione della sezione. Mi auguro che quest’articolo abbia contribuito a fare chiarezza sulle modalità di determinazione dei parametri di resistenza di questo materiale.

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Al prossimo post.

Marco