COMPENSAZIONE DEL MOVIMENTO DEL LEGNO

Il legno è un materiale anisotropo, il che significa che le sue proprietà dipendono dalla direzione delle fibre. Ciò riguarda anche la sua igroscopicità, ovvero la capacità di assorbire e cedere umidità all’ambiente circostante. I principali tipi di movimento del legno sono il ritiro (riduzione delle dimensioni con la perdita di umidità) e il rigonfiamento (aumento delle dimensioni con l’assorbimento di umidità). Questi processi avvengono in modo non uniforme: in direzione tangenziale (perpendicolare agli anelli annuali) il legno si muove del 5-10% in più rispetto alla direzione radiale (lungo gli anelli annuali), mentre in direzione longitudinale (lungo le fibre) i movimenti sono minimi, generalmente inferiori allo 0,1-0,3%.

Il coefficiente di ritiro/rigonfiamento del legno è un parametro critico e può raggiungere lo 0,2-0,4% per ogni punto percentuale di variazione dell’umidità in direzione trasversale. Ad esempio, per il pino, con una variazione di umidità dal 20% all’8% (umidità di esercizio stabile), le dimensioni lineari possono cambiare del 2-4%. La norma ДБН В.2.6-161:2017 “Strutture in legno. Disposizioni generali” stabilisce i requisiti relativi all’umidità del legno in funzione della sua destinazione d’uso, ad esempio per le strutture situate sotto tettoia l’umidità non deve superare il 20%. Il mancato rispetto di queste norme e l’ignorare i movimenti naturali del legno provocano deformazioni degli elementi, fessurazioni, indebolimento dei nodi di fissaggio e, di conseguenza, la perdita della capacità portante e della tenuta delle strutture edilizie. Questo è particolarmente rilevante per l’Ucraina, dove il clima è caratterizzato da significative variazioni stagionali di temperatura e umidità, che intensificano la dinamica del movimento del legno. Una gestione efficace del regime di umidità in tutte le fasi, dalla lavorazione all’esercizio, è la garanzia della durabilità delle strutture in legno.

Tenere conto di questi fattori in fase di progettazione permette di prevedere misure di compensazione che minimizzano le conseguenze negative delle variazioni di umidità. Ad esempio, l’uso di legno con umidità controllata (essiccazione all’8-12% per gli elementi interni) è il primo passo verso la stabilità. Tuttavia, anche questo legno cambierà le proprie dimensioni, seppure entro limiti minori, per cui le soluzioni ingegneristiche di compensazione sono obbligatorie. È importante inoltre comprendere che il legno termotrattato (LTT) presenta indicatori di ritiro e rigonfiamento notevolmente inferiori (fino al 50-70% in meno), il che lo rende un’opzione interessante per alcuni elementi soggetti a variazioni critiche di umidità. Tuttavia, le sue proprietà meccaniche possono differire leggermente da quelle del legno non trattato.

I principi di compensazione del movimento del legno si basano sull’idea di consentire alla struttura di deformarsi liberamente senza generare tensioni eccessive. Ciò si ottiene integrando elementi o nodi speciali che assorbono o distribuiscono questi movimenti. Esistono due approcci principali: la compensazione passiva e quella attiva. La compensazione passiva prevede l’uso di materiali elastici, intercapedini o tolleranze nei giunti, che permettono agli elementi di spostarsi liberamente. La compensazione attiva, invece, utilizza meccanismi regolabili o a molla che mantengono una tensione o compressione costante, adattandosi ai cambiamenti dimensionali del legno.

Gli approcci moderni vanno oltre le semplici intercapedini. Includono l’uso di compensatori dinamici, che permettono di reagire in modo controllato ai movimenti. Ad esempio, gli errori tipici nell’edilizia sono spesso legati all’ignorare questi meccanismi. Una delle prove più significative è l’applicazione di sistemi a molla con pretensionamento, che garantiscono una compressione costante tra gli elementi in legno, indipendentemente dal loro ritiro o rigonfiamento. Questi sistemi sono generalmente costituiti da potenti tiranti a vite con molle ad alta rigidità, che operano in un intervallo di deformazione da 5 a 20 mm. Il coefficiente di rigidità della molla (k) viene scelto in modo che la forza di compressione (F = k * ΔL) rimanga entro i limiti prestabiliti, prevenendo sia una compressione eccessiva sia l’indebolimento del giunto. Ad esempio, per le pareti verticali in legno lamellare possono essere utilizzati compensatori a molla che mantengono una pressione fino a 0,1-0,2 MPa per ogni metro di altezza della parete.

Inoltre, si utilizzano giunti telescopici e appoggi scorrevoli, che permettono agli elementi orizzontali di solai o travi di scorrere liberamente rispetto ai supporti verticali. Ciò previene la trasmissione di tensioni laterali che potrebbero derivare da ritiro o rigonfiamento. Tali soluzioni sono di importanza critica per le strutture in legno a più piani, dove l’accumulo di movimenti su ogni piano può causare deformazioni differenziali significative nella struttura complessiva dell’edificio. La progettazione di tali sistemi richiede una comprensione approfondita della meccanica dei materiali e della dinamica delle strutture.

Le strutture ibride che uniscono le tecnologie Fachwerk e i pannelli SLT pongono requisiti particolari per la compensazione del movimento del legno. Il Fachwerk, con la sua struttura a telaio ben definita in legno lamellare massiccio, presenta deformazioni lineari prevedibili ma significative. I pannelli SLT (Solid Laminated Timber), essendo elementi massicci multistrato, sono anch’essi soggetti a variazioni dimensionali, sebbene in modo leggermente diverso rispetto al legno massiccio monolitico. La difficoltà principale consiste nell’integrare questi due sistemi in modo che i loro movimenti individuali non entrino in conflitto, ma si compensino reciprocamente.

Nei sistemi ibridi è necessario tenere conto del ritiro (o rigonfiamento) differenziale tra i diversi componenti. Ad esempio, i montanti verticali del Fachwerk possono presentare un certo ritiro, mentre i pannelli SLT orizzontali del solaio, che poggiano su questi montanti, possono avere indicatori di movimento diversi, prevalentemente nel piano. Ciò può causare cedimenti o sollevamenti differenziali, che generano tensioni nei punti di giunzione. Una prova rilevante che richiede attenzione è l’influenza del ritiro differenziale sui sistemi ibridi a più piani e i relativi metodi di calcolo secondo l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1). Questa norma prevede l’applicazione del fattore di modifica k_def, che correla le deformazioni del legno con la sua umidità e la durata del carico. Per il legno lamellare delle classi GL24h o GL28h, questo coefficiente può variare da 0,6 a 0,8 a seconda della classe di servizio e dell’umidità, il che influisce sulle deformazioni di calcolo. Pertanto, in fase di progettazione occorre considerare non solo le deformazioni iniziali, ma anche quelle a lungo termine.

Per i sistemi Fachwerk è tipico l’uso di nodi scorrevoli nei punti di raccordo del tamponamento (ad esempio vetrocamera o pannelli XLAM/SLT) con il telaio principale. Ciò permette al telaio di muoversi indipendentemente dal tamponamento. Nel contesto dei pannelli SLT, utilizzati come elementi di pareti esterne o solai, è necessario prestare particolare attenzione ai loro fissaggi al telaio Fachwerk. L’applicazione di giunti flessibili o regolabili, che consentono micro-movimenti controllati, è di importanza critica per preservare l’integrità strutturale e l’efficienza energetica. Trascurare queste particolarità porta ad alterazioni della geometria, perdita di tenuta e comparsa di crepe nei materiali di finitura, riducendo le prestazioni dell’edificio.

Un aspetto chiave della compensazione del movimento del legno è la corretta progettazione dei nodi di fissaggio. I giunti rigidi tradizionali, pur garantendo un’elevata capacità portante, non sono in grado di adattarsi ai cambiamenti dinamici del legno, il che porta all’accumulo di tensioni. La moderna pratica ingegneristica richiede l’uso di nodi adattivi, che includono elementi regolabili e dinamici.

Una delle soluzioni efficaci è l’applicazione di viti e appoggi regolabili (Adjustable screw connections). Questi elementi permettono di compensare meccanicamente il ritiro o il rigonfiamento del legno dopo il montaggio o durante l’esercizio. Ad esempio, gli appoggi regolabili per i montanti verticali del Fachwerk permettono di tendere periodicamente la struttura, compensando il ritiro. Questo è particolarmente importante per pareti o colonne alte, dove l’accumulo di ritiro può essere significativo. Queste viti dispongono di speciali meccanismi filettati che permettono di modificarne la lunghezza mediante una chiave, garantendo un posizionamento preciso degli elementi e l’eliminazione delle intercapedini formatesi a causa del ritiro. Una prova concreta dell’efficacia di questi sistemi si trova nell’uso di ancoraggi regolabili che permettono micro-regolazioni verticali fino a 20-30 mm, garantendo stabilità anche in presenza di deformazioni significative.

Un altro esempio è l’uso di giunti scorrevoli (Sliding connections) per travi o pannelli che si raccordano a elementi verticali. Questi giunti permettono agli elementi orizzontali di muoversi liberamente in un piano, prevenendo la trasmissione di sforzi di trazione o compressione. Piastre metalliche con fori asolati, nonché speciali fissaggi scorrevoli (ad esempio del tipo “coda di rondine” o mensole metalliche con elemento mobile), garantiscono la necessaria libertà di movimento. È importante che questi elementi siano realizzati in materiali resistenti alla corrosione (ad esempio acciaio zincato a caldo), poiché si trovano spesso in condizioni di umidità elevata. I pannelli XLAM e i pannelli SLT vengono posati su questi nodi, il che permette loro di mantenere la propria stabilità geometrica senza generare tensioni negli elementi Fachwerk adiacenti. Nodi di fissaggio correttamente progettati e installati, con elementi regolabili e dinamici, sono la garanzia della durabilità e dell’affidabilità delle strutture ibride in legno.

Ignorare o comprendere in modo errato i meccanismi di compensazione del movimento del legno porta a una serie di errori tipici, che possono avere conseguenze catastrofiche per gli edifici. Uno degli errori più comuni è l’uso di fissaggi rigidi nei punti in cui è necessaria flessibilità. Ad esempio, un fissaggio rigido del rivestimento senza intercapedini di compensazione ne provoca la deformazione, la fessurazione o lo strappo degli elementi di fissaggio durante il ritiro delle pareti. Questo si osserva spesso nelle case in legno lamellare, dove un montaggio scorretto dei serramenti di finestre e porte, senza tenere conto dei controtelai mobili, causa l’inceppamento o la deformazione dei telai.

Un altro errore critico è la sottovalutazione del ritiro differenziale tra elementi con direzione delle fibre diversa o realizzati con materiali diversi. Nei sistemi ibridi, dove il telaio Fachwerk (prevalentemente elementi verticali) si unisce ai pannelli SLT (elementi orizzontali o planari), la differenza nei movimenti può essere considerevole. Se non se ne tiene conto, nei punti di giunzione si generano tensioni elevate, che possono portare al cedimento della sigillatura, al danneggiamento dei rivestimenti di finitura e persino a danni strutturali localizzati. Una prova rilevante è che, per il ritiro del legno che influisce sui sistemi ibridi a più piani, il calcolo del ritiro differenziale è fondamentale. In questo caso, secondo l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1), il ritiro differenziale delle pareti in legno lamellare può raggiungere 6-10 mm ogni 3 metri di altezza per una variazione di umidità del 10%, se non vengono applicati compensatori speciali. Trascurare questi calcoli fa sì che i piani superiori “pendano” sugli elementi meno soggetti a ritiro, creando sovraccarichi.

Un altro errore frequente riguarda la scelta dei materiali per la sigillatura e l’isolamento. L’uso di sigillanti o schiume non elastiche nei giunti dinamici ne provoca il rapido deterioramento. È sempre necessario scegliere materiali elastici con alta capacità di deformazione (oltre il 25%), in grado di resistere ai movimenti ciclici. Ad esempio, sigillanti poliuretanici o siliconici specializzati per l’edilizia in legno, che mantengono le proprie proprietà in un ampio intervallo di temperatura e in presenza di deformazioni significative. Evitare questi errori tipici inizia con una progettazione accurata e l’uso esclusivo di soluzioni collaudate, adattate alla specificità del legno.

Garantire un’adeguata sigillatura e tenuta all’aria è di vitale importanza per l’efficienza energetica e il comfort nelle case in legno, specialmente in quelle con strutture dinamiche soggette a compensazione del movimento del legno. La norma ДБН В.2.6-31:2016 “Isolamento termico degli edifici” stabilisce i requisiti per la tenuta all’aria dell’involucro edilizio, misurata dal coefficiente n50 (volume di ricambio d’aria orario con una differenza di pressione di 50 Pa). Per gli edifici moderni ad alta efficienza energetica, questo valore non deve superare 1,5 h⁻¹ (e per le case passive – fino a 0,6 h⁻¹).

Il raggiungimento di tali valori richiede l’integrazione di tecnologie di sigillatura speciali, adattabili al movimento del legno. Una prova rilevante è l’applicazione di nastri sigillanti elastici (ad esempio nastri EPDM, nastri in gomma butilica), che presentano un’elevata capacità di deformazione (allungamento fino al 300-500%) e possono allungarsi o comprimersi insieme agli elementi in legno. Questi nastri vengono utilizzati per sigillare i giunti tra i pannelli SLT, nei punti di raccordo dei serramenti di finestre e porte con il telaio in legno, nonché nei giunti angolari. È importante che l’installazione di tali nastri venga eseguita con un pretensionamento o una riserva, che permetta loro di funzionare efficacemente durante i movimenti. Inoltre, sigillanti specializzati a base acrilica o poliuretanica ad alta elasticità (allungamento a rottura superiore al 250%) vengono utilizzati per riempire i giunti dinamici e le fessure, garantendo una tenuta duratura.

Un altro aspetto importante è la protezione dall’umidità. La penetrazione incontrollata di umidità negli elementi strutturali provoca non solo il marciume, ma anche un’intensificazione del movimento del legno. Pertanto gli impianti tecnici, in particolare un efficace sistema di ventilazione e la barriera al vapore, svolgono un ruolo chiave. Le membrane per barriera al vapore devono essere collegate ermeticamente tra loro e con gli elementi strutturali, per prevenire la condensa di umidità all’interno delle pareti. L’uso di nastri adesivi speciali per la barriera al vapore e un attento controllo della qualità del montaggio sono obbligatori. È inoltre importante garantire una facciata ventilata, affinché l’umidità che può penetrare nella struttura possa evaporare liberamente, mantenendo così un regime di umidità stabile del legno e riducendo l’ampiezza dei suoi movimenti.

In Ucraina, come in altri paesi con clima temperato, la costruzione in legno, in particolare quella delle strutture ibride, si confronta con sfide legate alla compensazione del movimento del legno. Il quadro legislativo e normativo in Ucraina che regola l’edilizia in legno si basa sulla norma ДБН В.2.6-161:2017 “Strutture in legno. Disposizioni generali”, nonché sulla norma ДБН В.1.1-7:2016 “Sicurezza antincendio degli oggetti edilizi”. Tuttavia, queste norme forniscono spesso principi generali, mentre i dettagli di realizzazione dei nodi di compensazione restano a discrezione del progettista, richiedendo conoscenze ed esperienza approfondite.

Una prova rilevante è l’esperienza delle aziende ucraine che integrano con successo le moderne tecnologie di compensazione del movimento nei loro progetti, adattando standard internazionali come l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1) alle condizioni locali. Ad esempio, nella costruzione di case private nella regione di Kyiv con tecnologie Fachwerk, gli sviluppatori applicano viti di compensazione regolabili nei supporti verticali e giunti flottanti per le travi di solaio. Ciò permette di garantire la stabilità della struttura per tutta la durata di esercizio, minimizzando i rischi di deformazioni e crepe. Vengono inoltre attivamente introdotti sistemi di fissaggio che permettono di controllare periodicamente e ritensionare gli elementi, garantendo una tensione costante.

Un’attenzione particolare viene dedicata alla protezione delle strutture in legno dagli agenti atmosferici. L’uso di impregnanti, vernici e materiali idroisolanti di qualità è di importanza critica per ridurre le oscillazioni di umidità del legno. Ad esempio, per gli elementi esterni delle case Fachwerk si applicano speciali lasure con protezione UV, che formano una pellicola permeabile al vapore ma impermeabile all’acqua, che permette al legno di “respirare” ma lo protegge dalle precipitazioni. Questo è particolarmente importante per le strutture in legno esposte all’aperto, dove l’umidità può variare in un ampio intervallo (dall’8% in estate al 25% in inverno). L’adattamento delle norme e tecnologie edilizie europee al contesto ucraino è fondamentale per lo sviluppo della moderna edilizia in legno.

Oltre alle soluzioni meccaniche e costruttive, un ruolo significativo nella compensazione del movimento del legno è svolto dai materiali innovativi. Lo sviluppo dell’industria chimica e della scienza dei materiali ha permesso di creare un’intera gamma di prodotti che aiutano a gestire le deformazioni del legno e a garantire la durabilità delle strutture. Tra questi materiali rientrano sigillanti specializzati, guarnizioni, sistemi adesivi ed elementi compositi.

Ad esempio, l’uso di sigillanti polimerici con elevato modulo di elasticità e adesione al legno è di importanza critica per la sigillatura dei giunti mobili. Questi sigillanti, generalmente a base poliuretanica o polimerica MS, possono sopportare deformazioni fino a ±50% rispetto alla larghezza iniziale del giunto, mantenendo al contempo tenuta ed elasticità in un ampio intervallo di temperatura, da -40°C a +90°C. Ciò supera notevolmente le capacità dei tradizionali sigillanti siliconici o acrilici, che possono deteriorarsi già con deformazioni di ±10-20%.

Un ruolo importante è svolto anche dai sistemi adesivi speciali, utilizzati per la produzione di legno lamellare o pannelli SLT. I moderni adesivi resistenti all’acqua, come le resine poliuretaniche o melamminico-ureico-formaldeidiche (MUF), garantiscono non solo un’elevata resistenza dei giunti, ma mantengono anche una certa elasticità, che permette di assorbire i micro-movimenti del legno all’interno del materiale stesso. Ciò minimizza le tensioni interne e previene la fessurazione. La classe di collante GL24h, ad esempio, indica un’elevata resistenza e resistenza all’umidità, fondamentale per la stabilità degli elementi in legno massiccio. Per evitare deformazioni interne del legno, si utilizza anche la lamellazione — il taglio del legno in sottili lamelle e la loro incollatura in direzioni opposte, che stabilizza efficacemente il materiale.

Inoltre, nastri sigillanti e membrane innovative con proprietà compensative integrate garantiscono flessibilità nei nodi. Ad esempio, nastri compressi in poliuretano espanso impregnato, che si espandono dopo l’installazione riempiendo gli spazi vuoti pur mantenendo l’elasticità, vengono utilizzati per le aperture di finestre e porte. Questi materiali aumentano notevolmente l’affidabilità e la durabilità dei sistemi di compensazione.