Resistenza del legno massiccio

Man mano che i sistemi in legno massiccio si sviluppano e si affermano nel settore dell'edilizia, dimostrare la loro durata, in particolare nei punti in cui gli elementi sono difficili da raggiungere o sostituire nel corso della vita utile dell'opera, è fondamentale per instaurare fiducia in questi elementi come valida alternativa sostenibile a lungo termine al cemento e all'acciaio.

La durata del legno massiccio, come per qualsiasi altro prodotto in legno lavorato, dipende da diversi fattori. Questo articolo esamina i fattori chiave da tenere in considerazione nella progettazione e nella definizione dei dettagli delle strutture in legno massiccio, nonché l'importanza di considerare i processi di produzione degli elementi, l'esposizione a breve termine e quella a lungo termine per il successo del progetto.

Resistenza naturale del legno

La durata naturale (resistenza alla decomposizione) del legno varia a seconda della specie arborea e della parte del tronco da cui proviene: alburno o durame.

Il durame è in genere più resistente dell'alburno, e i legni duri sono in genere più resistenti dei legni teneri. 

Tuttavia, affidarsi esclusivamente al grado di resistenza naturale di una specie legnosa per garantire la durata nel tempo in qualsiasi applicazione può comportare conseguenze indesiderate. Tra queste figurano un aumento delle emissioni del materiale, un maggiore spreco in caso di scarto dei pezzi con difetti estetici e, in ultima analisi, un progetto più costoso.

Wood SolutionsIl consiglio di Wood Solutions ai progettisti è: concentratevi sui dettagli delle finiture in legno piuttosto che sui livelli di resistenza delle diverse essenze.

Umidità

Il legno, sia che si tratti di sezioni segate tradizionali o di prodotti ingegnerizzati come GLT, LVL o CLT, è soggetto a degrado biologico se il contenuto di umidità non viene controllato. Ciò può causare instabilità dimensionali, formazione persistente di muffa all'interno dell'edificio, corrosione degli elementi di fissaggio e perdita dell'integrità strutturale.

In genere, il legno non presenta segni di decomposizione quando il contenuto di umidità è inferiore al 20%.

Quando il contenuto di umidità supera il 22%, un'esposizione prolungata può causare l'insorgere di marciume. 

Quando il contenuto di umidità supera il 28%, si verifica un rapido degrado biologico causato dai funghi. Questa percentuale rappresenta anche la soglia di corrosione degli elementi di fissaggio metallici, sui quali si basano in larga misura le moderne strutture in legno – vedi questo articolo di Filip Cirovic sulla scelta dei materiali per le viti.

In pratica, per il legname da costruzione segato e i prodotti in legno ingegnerizzato che utilizzano adesivi per unire le lamelle di legno in GLT, LVL o CLT sono richiesti livelli di umidità molto più bassi (vedi Tabella 1).

Esposizione durante la produzione

La maggior parte, se non tutti, i prodotti in legno ingegnerizzato vengono realizzati con legname stagionato o essiccato in forno. Alcuni fornitori sono in grado di offrire prodotti laminati realizzati con materie prime in legno modificato termicamente o acetilato. Questi processi riducono il contenuto di umidità e modificano la microstruttura del legno, migliorandone ulteriormente la durata.

Indipendentemente dal materiale di partenza, il grado di umidità influisce non solo sulla resistenza delle fibre del legno, ma anche sulla resistenza degli adesivi e sull'integrità a lungo termine dei legami adesivi.

Tabella 1. Limiti di umidità per i prodotti in legno ingegnerizzato e gli adesivi

Poiché la maggior parte della produzione di legno ingegnerizzato avviene in ambienti chiusi, l'esposizione all'umidità non dovrebbe rappresentare un problema; tuttavia, come per qualsiasi specifica tecnica, è necessario definire chiaramente i requisiti minimi di prestazione e stabilire le aspettative, al fine di garantire che tutte le parti siano allineate e che la durabilità non venga compromessa.

Esposizione durante i lavori di costruzione

Una volta che il prodotto ingegnerizzato ha lasciato lo stabilimento del produttore ed è stato accettato in cantiere, il produttore potrebbe avere un controllo limitato sull'esposizione. 

Potenziali scenari di esposizione – La principale fonte di esposizione del legno all'umidità durante la costruzione è la pioggia. A seconda del microclima del sito, un'esposizione di breve durata non dovrebbe rappresentare un problema significativo (per periodi fino a 3 mesi). Tuttavia, un'esposizione prolungata a piogge intense, periodi di pioggia prolungati o allagamenti può portare a un contenuto di umidità eccessivo, causando deformazioni, crepe e marciume.

Punti deboli – I punti deboli variano a seconda del substrato in legno in questione. Per i prodotti in legno ingegnerizzato come CLT, GLT, LVL o elementi compositi con giunti a pettine, è la capacità dei cordoni di colla di resistere agli effetti dell'esposizione all'umidità – con le colle a base di resina fenolica e resorcinolo che dovrebbero essere più resistenti all'esposizione prolungata all'umidità rispetto alle colle a base di melammina-urea-formaldeide o PVA reticolato.

I fori dei dispositivi di fissaggio possono anche fungere da punti di ingresso dell'umidità, in particolare sulle superfici orizzontali dove l'acqua non può defluire.

I bordi non protetti, come quelli del compensato, se non vengono trattati o se non viene lasciato uno spazio adeguato tra gli elementi adiacenti per favorire l'asciugatura, possono assorbire umidità all'interno dell'elemento per effetto capillare.

Misure di mitigazione – Nel caso dell'edilizia, una pianificazione accurata dei tempi di consegna dei materiali, la programmazione dei lavori in modo da evitare periodi di piogge intense e la disponibilità di adeguati spazi di stoccaggio protetti in cantiere sono misure di mitigazione fondamentali. Naturalmente, le condizioni meteorologiche possono essere difficili da prevedere, i cantieri nei centri urbani possono essere angusti e spesso si verificano situazioni al di fuori del controllo del produttore o del costruttore che potrebbero esporre il legname a un'umidità eccessiva. Nick Hewson di Aboralis si è concentrato sullo sviluppo di piani di gestione dell'umidità per i prodotti prefabbricati in legno e invita progettisti e clienti a considerare l'umidità nella progettazione, allo stesso modo in cui viene affrontata la sicurezza. Utilizzando un approccio di valutazione basato sul rischio per identificare la probabilità e le conseguenze e segnalare i requisiti per le misure di mitigazione – che si tratti di drenaggio, membrane e/o rivestimenti – e monitorando con sensori integrati per avvisare i proprietari degli immobili in caso di perdite che potrebbero compromettere l'integrità della struttura.

Partner di Spec Toolbox Rothoblass offre una soluzione innovativa per i produttori di CLT: una membrana autoadesiva che garantisce fino a 12 settimane di protezione ai pannelli, è trasparente e consente di procedere con la movimentazione e le operazioni in cantiere (compresa l'installazione).

Sono disponibili anche rivestimenti acrilici temporanei a base acquosa per garantire una protezione simile al legno massiccio durante il trasporto e l'installazione.

Esposizione a lungo termine

Il grado di esposizione a lungo termine dei prodotti in legno ingegnerizzato dipende dalla forma e dalla funzione richieste a un determinato elemento strutturale. Ad esempio, è improbabile che elementi interni quali solai e colonne, che costituiscono l'intelaiatura strutturale primaria di un edificio, siano esposti a lungo termine ad ambienti non controllati. 

Pareti esterne, colonne, scale, travetti, ringhiere, travi a vista: in tutte queste applicazioni i prodotti in legno possono essere soggetti a cicli di bagnatura e asciugatura, all’esposizione ai raggi UV e a variazioni di temperatura diurne potenzialmente significative.

La chiave per un buon controllo dell'umidità e per garantire la durata sta nei dettagli. Per quanto riguarda il controllo dell'umidità, è fondamentale prevedere piani di drenaggio, barriere antiumidità, intercapedini d'aria o barriere fisiche.

Per le esposizioni all'esterno, è fondamentale tenere sotto controllo i fenomeni di bagnatura e asciugatura, il riscaldamento e il raffreddamento, nonché l'esposizione ai raggi UV. Ciò può essere ottenuto ricorrendo a rivestimenti, schermature e soluzioni costruttive studiate appositamente per tenere conto del ritiro. Anche la scelta di elementi di fissaggio resistenti alla corrosione e la definizione di schemi di installazione che riducano il rischio di infiltrazioni di umidità e le sollecitazioni sugli elementi adiacenti sono fondamentali per le applicazioni esterne.

Se si pensa alle strutture in legno costruite nel VII secolo e ancora in uso oggi, è evidente che è possibile progettare e realizzare edifici in legno durevoli.

Esiste una vasta gamma di risorse a disposizione dei progettisti di tutto il mondo per quanto riguarda la progettazione di strutture in legno volte a garantirne la durabilità. Oltre alle note a piè di pagina presenti nell'articolo, nella tabella 2 sono riportati alcuni riferimenti chiave.

Tabella 2: Una selezione di riferimenti globali in materia di durata