COMPORTAMENTO DEL LEGNO AL VARIARE DELL’UMIDITÀ

L’igroscopicità del legno è la sua proprietà di assorbire o rilasciare umidità dall’ambiente circostante fino al raggiungimento dell’equilibrio igroscopico. Questo processo è regolato dall’umidità relativa e dalla temperatura dell’aria. L’umidità nel legno esiste in due forme: acqua libera nelle cavità cellulari e acqua legata (igroscopica) nelle pareti cellulari. La soglia critica è il punto di saturazione delle fibre (FSP – Fibre Saturation Point), al quale le pareti cellulari sono completamente sature di umidità, ma l’acqua libera non è ancora presente. Per la maggior parte delle specie legnose, l’FSP è pari al 28-30% di umidità. Al di sotto dell’FSP, il legno inizia a modificare le proprie dimensioni e proprietà meccaniche, a causa della variazione del volume dell’acqua legata.

La variazione dell’umidità influisce notevolmente sulla conduttività termica del legno. Secondo la ДБН В.2.6-31:2016 ‘Isolamento termico degli edifici’, i valori calcolati del coefficiente di conduttività termica (λ) devono tenere conto dell’umidità di esercizio dei materiali. Per il legno, λ può aumentare da 0,12-0,14 W/(m·K) allo stato secco (umidità 6-8%) a 0,18-0,25 W/(m·K) con un’umidità di esercizio elevata (15-20%). Ciò comporta una notevole riduzione della resistenza termica delle strutture. Anche la densità del legno risente dell’igroscopicità e varia in base al contenuto di umidità. Durante l’essiccazione il legno diventa più leggero, mentre assorbendo umidità diventa più pesante, il che può influire sul calcolo dei carichi sulla fondazione e sugli elementi portanti. Comprendere questi processi è fondamentale per una corretta progettazione degli edifici in legno, in particolare nelle condizioni climatiche dell’Ucraina, dove le oscillazioni dell’umidità relativa dell’aria possono essere significative nel corso dell’anno.

Per garantire la stabilità e l’efficienza energetica delle strutture in legno, è necessario controllare l’umidità del legno in tutte le fasi: dall’approvvigionamento ed essiccazione fino al montaggio e all’esercizio. Ciò include l’uso di legno con un’umidità iniziale ottimale (di norma 10-14% per le strutture interne e 16-18% per gli elementi esterni), nonché l’applicazione di sistemi efficaci di protezione dagli agenti atmosferici e dalla condensa. Ad esempio, per il legno lamellare di classe di resistenza GL24h, è fondamentale mantenere un’umidità del 12% +/- 2% per garantirne le prestazioni di progetto. Ciò si ottiene grazie a un processo produttivo controllato che riduce al minimo le deformazioni igrotermiche. Lo studio delle isoterme di sorbimento (grafici della dipendenza dell’umidità di equilibrio dall’umidità relativa dell’aria a temperatura costante) per le diverse specie legnose aiuta a prevedere il loro comportamento in condizioni di esercizio specifiche. Ciò consente agli ingegneri di determinare con precisione il fabbisogno di ventilazione, materiali per il controllo del vapore e impermeabilizzazione.

Senza tener adeguatamente conto delle proprietà igroscopiche del legno, anche i materiali di qualità più elevata possono perdere i propri vantaggi, causando deformazioni, riduzione della capacità portante e notevoli dispersioni di calore. Il legno per la casa deve essere scelto tenendo conto di tutti questi fattori, per garantire una lunga durata e prestazioni elevate. Le specie di alta qualità con un’essiccazione corretta sono la base per la costruzione di strutture affidabili che riducono al minimo l’impatto dell’umidità.

Una delle manifestazioni più evidenti dell’igroscopicità del legno è la sua capacità di variare le dimensioni – ritiro durante l’essiccazione e rigonfiamento con l’umidificazione. Questi processi iniziano dopo il superamento del punto di saturazione delle fibre (FSP) e continuano fino alla completa essiccazione o saturazione. Il ritiro del legno è anisotropo, cioè avviene in modo non uniforme nelle diverse direzioni: il ritiro tangenziale (lungo gli anelli annuali) è il maggiore, quello radiale (attraverso gli anelli annuali) è inferiore, mentre quello longitudinale (lungo le fibre) è minimo e di norma non supera lo 0,1-0,3%. Ad esempio, per il pino il ritiro tangenziale può raggiungere il 6-8%, quello radiale il 3-5%, con una variazione di umidità dall’FSP allo 0%. Queste differenze nelle direzioni di ritiro/rigonfiamento causano spesso l’imbarcamento e la fessurazione degli elementi, un problema tipico del legno massiccio.

L’imbarcamento si manifesta con la variazione della forma originale dell’elemento (ad esempio la curvatura di un’asse) e può causare una perdita di precisione geometrica delle strutture, la formazione di fessure e una riduzione dell’aderenza tra gli elementi. La fessurazione, in particolare nelle parti terminali, è dovuta a un’essiccazione non uniforme e a tensioni interne. Questi difetti non solo peggiorano l’aspetto estetico, ma possono anche ridurre la capacità portante e la durabilità della struttura. Secondo la ДСТУ Б В.2.6-14-97 ‘Strutture di edifici e costruzioni. Strutture in legno. Disposizioni generali’, le deformazioni e le fessure devono essere controllate e non superare i valori ammissibili.

Oltre alla variazione delle dimensioni, l’umidità influisce direttamente sulla resistenza meccanica del legno. Con l’aumento dell’umidità oltre il 15%, la maggior parte degli indicatori di resistenza (a compressione, trazione, flessione, taglio) diminuisce notevolmente. Ad esempio, per il pino, con un aumento dell’umidità dal 12% al 30%, il limite di resistenza a compressione lungo le fibre può ridursi del 30-50%. Anche il modulo di elasticità (rigidità) diminuisce. Ciò è di importanza critica per il calcolo delle strutture portanti, poiché il legno eccessivamente umido non sarà in grado di sopportare i carichi di progetto. L’umidità di progetto del legno per gli elementi portanti in Ucraina, secondo i documenti normativi, di norma non deve superare il 18-20%, mentre in esercizio è preferibile mantenerla all’8-15%.

Per ridurre al minimo l’impatto negativo della variazione dell’umidità sulle proprietà meccaniche e sulla stabilità del legno, nell’edilizia moderna sono ampiamente utilizzati materiali legnosi ingegnerizzati, come il legno lamellare (GL24h) e i pannelli XLAM. Sono realizzati con legno essiccato a umidità controllata, e l’incollaggio delle lamelle consente di compensare le tensioni interne e ridurre notevolmente l’anisotropia di ritiro/rigonfiamento, garantendo un’elevata stabilità e prevedibilità dimensionale. Ciò consente di costruire edifici più affidabili e durevoli, in cui i parametri di resistenza rimangono stabili in un’ampia gamma di condizioni di esercizio. Le case in legno lamellare sono un ottimo esempio dell’applicazione di queste tecnologie.

Un’efficace protezione dall’umidità delle strutture in legno è impossibile senza comprendere e applicare correttamente l’indicatore di permeabilità al vapore, o valore Sd. Sd (dall’inglese ‘steam diffusion equivalent air layer thickness’) si misura in metri e indica a quale spessore di uno strato d’aria immobile corrisponderebbe la stessa permeabilità al vapore del materiale in questione. Più alto è il valore Sd, meno permeabile al vapore è il materiale. Questo indicatore è fondamentale per la progettazione degli strati degli involucri edilizi, in particolare nelle case in legno, dove è necessario garantire un movimento controllato del vapore acqueo attraverso pareti e coperture.

I principi della protezione dall’umidità si basano sui concetti di ‘diffusione del vapore acqueo’ e di ‘punto di rugiada’. Il vapore acqueo tende sempre a muoversi da una zona con pressione parziale più alta verso una con pressione più bassa. In inverno ciò significa un movimento dall’interno caldo verso l’esterno, mentre in estate avviene il contrario. Se il vapore attraversa liberamente la struttura e raggiunge un punto in cui la temperatura scende sotto il punto di rugiada, condensa, formando umidità liquida. Questa umidità, accumulandosi nell’isolante o negli elementi in legno, riduce drasticamente le proprietà di isolamento termico (come indicato nella sezione 1, λ aumenta) e crea le condizioni per il biodegrado.

Per prevenire la condensa nelle pareti e nei tetti delle case in legno si utilizza il principio della ‘diffusione dal chiuso all’aperto’. Ciò significa che gli strati interni della struttura devono avere un valore Sd più alto (cioè essere più impermeabili al vapore – barriere al vapore) rispetto a quelli esterni (più permeabili al vapore – membrane diffusionalmente aperte). Valori Sd tipici: per la pellicola in polietilene come barriera al vapore – >100 m, per le pellicole ‘intelligenti’ specializzate per il controllo del vapore – 2-20 m (con permeabilità variabile), per le membrane superdiffusive – 0.02-0.3 m. In questo modo, il vapore che comunque penetra attraverso lo strato interno può uscire liberamente verso l’esterno, senza accumularsi all’interno della struttura.

Nell’edilizia ucraina, secondo la ДБН В.2.6-31:2016 e la ДБН В.2.5-67:2013, viene dedicata particolare attenzione al calcolo termoigrometrico degli involucri edilizi. I progettisti sono tenuti a verificare che le strutture non presentino accumulo di umidità e formazione di condensa, utilizzando programmi specializzati che tengono conto del valore Sd di tutti gli strati. Una scelta errata dei materiali per il controllo del vapore o per l’impermeabilizzazione, oppure un loro montaggio scorretto (ad esempio danni durante i lavori di costruzione), può distruggere completamente la barriera protettiva, causando problemi seri. Il sistema di ventilazione svolge anch’esso un ruolo chiave nel mantenere un’umidità ottimale negli ambienti e nel prevenire una diffusione eccessiva del vapore acqueo.

I nodi critici nelle strutture in legno sono i punti più vulnerabili alla penetrazione e all’accumulo di umidità, che può causare il degrado dei materiali e una riduzione dell’efficienza energetica. Una corretta progettazione e un dettaglio accurato di questi nodi sono la chiave per la durabilità e l’affidabilità dell’edificio. Tra questi nodi si distinguono il collegamento parete-fondazione, il raccordo del tetto con le pareti, nonché le aperture per finestre e porte. Ciascuno di questi elementi richiede un approccio specifico e attenzione ai dettagli per garantire un involucro di protezione dall’umidità continuo.

Nodo fondazione-parete: Questa è una delle zone più critiche, dove l’umidità capillare proveniente dal terreno può risalire nelle pareti in legno, e dove le precipitazioni atmosferiche possono raggiungere il giunto. Per una protezione efficace è necessario prevedere uno strato impermeabilizzante tra la fondazione e la prima corona della parete in legno. Questo strato deve essere continuo, resistente ai carichi di compressione e durevole. Si utilizzano solitamente materiali bituminosi-polimerici in rotoli o membrane speciali. È importante anche garantire l’allontanamento dell’acqua dalla base della fondazione mediante sistemi di drenaggio e un marciapiede perimetrale correttamente progettato. Ad esempio, la progettazione delle fondazioni secondo la ДБН В.2.1-10:2018 ‘Basi e fondazioni di edifici e strutture’ prevede soluzioni integrate per la protezione dall’umidità.

Nodo parete-copertura: Questo nodo è un potenziale punto di infiltrazione dell’acqua piovana e di formazione di condensa. La copertura deve garantire un efficace deflusso dell’acqua e la protezione dal vento. È necessario sigillare accuratamente tutti i raccordi, utilizzare membrane per coperture speciali (barriere all’acqua) e pellicole per il controllo del vapore. È importante prevedere un’intercapedine ventilata tra il manto di copertura e l’isolamento termico, che garantisca l’espulsione del vapore acqueo che potrebbe penetrare nella struttura. Questa intercapedine previene l’inumidimento dell’isolante e degli elementi in legno della struttura del tetto. La ДСТУ Б В.2.6-14-97 regola anche i requisiti per le strutture in legno del tetto, sottolineando l’importanza della protezione dall’umidità. Un’analisi dettagliata di questo nodo e delle sue caratteristiche costruttive è un elemento importante nella pianificazione del montaggio del tetto.

Aperture per finestre e porte: Sono anch’esse zone a rischio elevato. Il montaggio di finestre e porte deve essere eseguito utilizzando nastri speciali per il controllo del vapore e l’impermeabilizzazione, che garantiscono la tenuta del giunto tra il telaio della finestra e la parete. I nastri esterni devono essere permeabili al vapore per allontanare l’umidità verso l’esterno, mentre quelli interni devono essere impermeabili al vapore, per impedire la penetrazione del vapore acqueo dall’ambiente interno nel giunto di montaggio. Occorre considerare le possibili deformazioni termiche dei materiali e prevedere giunti di compensazione. Anche il davanzale e la soglia correttamente installati svolgono un ruolo chiave nell’allontanamento dell’acqua piovana. L’applicazione di questi principi progettuali riduce al minimo i rischi di accumulo di umidità, un aspetto fondamentale per preservare sia la resistenza strutturale sia le elevate prestazioni di trasmittanza termica (U-value) delle pareti.

La durabilità delle strutture in legno dipende direttamente dall’efficacia della protezione del legno dal biodegrado, che a sua volta è strettamente legata al suo livello di umidità. Nelle condizioni dell’Ucraina, con il suo clima temperato-continentale, dove si osservano notevoli oscillazioni di temperatura e umidità relativa dell’aria, il legno è particolarmente vulnerabile all’azione di agenti biologici: funghi (della muffa, cromogeni, xilofagi), insetti nocivi e batteri. Questi organismi si attivano a determinati livelli di umidità del legno e di temperatura.

Per la maggior parte dei funghi xilofagi, le condizioni ottimali di sviluppo si verificano con un’umidità del legno superiore al 20% e una temperatura da +5°C a +35°C. Con un’umidità superiore al 25%, la velocità di degrado del legno aumenta notevolmente. Le muffe possono comparire già con un’umidità del 18-20%, peggiorando l’aspetto estetico e provocando reazioni allergiche negli abitanti, sebbene non danneggino strutturalmente il legno. Anche gli insetti nocivi, come i tarli e i coleotteri xilofagi, preferiscono il legno con umidità elevata, dove è più facile riprodursi e nutrirsi.

Per classificare le condizioni di esercizio del legno e determinare il livello di protezione necessario si utilizza la ДСТУ EN 335:2018 ‘Durabilità del legno e dei materiali a base di legno. Definizione delle classi di utilizzo’, conforme allo standard europeo. Questo standard individua cinque classi di utilizzo: dalla 1 (legno completamente protetto dall’umidità) alla 5 (legno costantemente immerso in acqua salata). Per la maggior parte degli elementi delle case residenziali in Ucraina sono rilevanti le classi 1-3. La classe 2, ad esempio, prevede il rischio di inumidimento periodico, ma senza una permanenza prolungata in stato umido.

La protezione del legno dal biodegrado prevede misure integrate:
1. Protezione costruttiva: È il metodo più efficace, che prevede di progettare gli edifici in modo che il legno rimanga asciutto (ad esempio ampi sporti del tetto, facciate ventilate, impermeabilizzazione delle fondazioni, allontanamento dell’acqua piovana).
2. Trattamento antisettico: L’uso di prodotti chimici speciali (antisettici) che proteggono il legno da funghi e insetti. È importante scegliere antisettici sicuri per la salute umana e per l’ambiente, in particolare per le strutture interne.
3. Rivestimenti idrofobici: L’applicazione di vernici o impregnanti speciali che riducono l’assorbimento d’acqua del legno dall’esterno, ma gli consentono di ‘respirare’, rilasciando il vapore. Garantire una corretta protezione dall’umidità consente di raggiungere una durata di vita delle strutture in legno di 100 anni e oltre, confermandone l’elevata durabilità.

I moderni materiali legnosi ingegnerizzati, come il legno lamellare (GLT – Glued Laminated Timber) e i pannelli XLAM (Cross-Laminated Timber), rappresentano il vertice dello sviluppo tecnologico nell’edilizia in legno, riducendo notevolmente i problemi legati all’igroscopicità del legno massiccio. La loro particolarità consiste nella produzione controllata, che garantisce stabilità dimensionale, prevedibilità delle caratteristiche di resistenza e maggiore resistenza all’umidità.

Il legno lamellare (GLT), in particolare della classe di resistenza GL24h, viene prodotto incollando lamelle di legno essiccate al 10-12% di umidità. Questo processo consente di eliminare i difetti naturali del legno e di orientare le fibre in modo da compensare le tensioni interne. Il risultato è un materiale ad alta resistenza, con dimensioni geometriche stabili e una propensione minima al ritiro, al rigonfiamento e alla fessurazione. La marcatura ‘h’ in GL24h indica che il legno lamellare è realizzato con lamelle disposte in modo omogeneo su tutto lo spessore, il che garantisce una distribuzione uniforme delle tensioni e proprietà meccaniche stabili. Grazie a ciò, il legno lamellare quasi non si deforma sotto l’effetto delle variazioni di umidità, il che lo rende ideale per strutture portanti, pareti e solai, dove la precisione dimensionale e la stabilità sono fondamentali. L’uso del legno lamellare risponde ai requisiti di efficienza energetica, poiché la sua bassa umidità di esercizio garantisce un coefficiente di conduttività termica (λ) stabile.

I pannelli XLAM (legno lamellare incrociato) sono pannelli di grande formato, composti da diversi strati di tavole incollate perpendicolarmente tra loro. Questo orientamento incrociato degli strati elimina quasi completamente l’anisotropia di ritiro e rigonfiamento tipica del legno ordinario. I pannelli XLAM possiedono un’eccezionale rigidità spaziale, un’elevata capacità portante e stabilità. Anche la produzione dell’XLAM avviene con legno accuratamente essiccato e un elevato controllo di qualità, che riduce al minimo i rischi legati all’umidità. Nelle condizioni dell’Ucraina, dove è rilevante una costruzione rapida e affidabile, i pannelli XLAM consentono di ridurre notevolmente i tempi di montaggio e di ottenere edifici con elevate prestazioni di efficienza energetica e durabilità.

Entrambi i materiali richiedono una progettazione precisa e un montaggio professionale per realizzare pienamente i propri vantaggi. È importante anche garantire un’adeguata protezione dagli agenti atmosferici durante la fase di costruzione e una corretta impermeabilizzazione e barriera al vapore in esercizio. Queste soluzioni ingegneristiche consentono di ampliare le possibilità dell’edilizia in legno, creando strutture non solo resistenti e durevoli, ma anche conformi ai più elevati standard di efficienza energetica, un aspetto particolarmente rilevante nelle condizioni climatiche dell’Ucraina.

Una gestione efficace del microclima e un monitoraggio costante dell’umidità sono parte integrante della garanzia di durabilità ed efficienza energetica degli edifici in legno, in particolare nel contesto delle condizioni climatiche ucraine. Anche le soluzioni costruttive più avanzate possono essere compromesse senza un adeguato controllo dell’ambiente interno. Le tecnologie moderne offrono un’ampia gamma di strumenti a questo scopo.

Sensori di umidità: Sensori di umidità integrati, installati nei punti critici delle strutture (ad esempio nelle pareti, nella copertura, intorno alle aperture delle finestre), consentono di monitorare in tempo reale il livello di umidità del legno e degli altri materiali da costruzione. Ciò permette di individuare tempestivamente potenziali problemi, come perdite nascoste, condensa o ventilazione insufficiente, prima che causino danni seri o biodegrado. I sistemi di monitoraggio possono essere integrati nel sistema generale della ‘casa intelligente’, inviando notifiche al proprietario o all’organizzazione di gestione in caso di superamento dei valori ammissibili. Per il legno, è fondamentale mantenere l’umidità all’8-15%, il che garantisce la stabilità e previene lo sviluppo di microrganismi.

Sistemi di ventilazione con recupero di calore: Un sistema di ventilazione correttamente progettato e installato è un elemento chiave nel controllo dell’umidità interna. Secondo la ДБН В.2.5-67:2013 ‘Riscaldamento, ventilazione e condizionamento’, tutti gli edifici residenziali e pubblici devono essere dotati di un sistema efficace di ricambio d’aria. I sistemi con recupero di calore non solo garantiscono un afflusso costante di aria fresca e l’evacuazione di quella esausta, ma consentono anche di recuperare fino al 90% del calore rimosso dall’ambiente. Ciò non solo migliora la qualità dell’aria interna (IAQ – Indoor Air Quality) e previene la formazione di condensa, ma riduce anche notevolmente il consumo energetico per il riscaldamento e il raffrescamento. Nelle case in legno questo è particolarmente importante, poiché l’umidità eccessiva dell’aria interna può diffondersi negli involucri.

Automazione e sistemi di gestione integrati: I moderni sistemi di gestione del microclima possono regolare automaticamente il funzionamento della ventilazione, del riscaldamento e del condizionamento in base ai dati ricevuti dai sensori di temperatura e umidità. Ciò consente di mantenere parametri ottimali di comfort e umidità, riducendo al minimo l’intervento umano e ottimizzando il consumo energetico. Tali sistemi possono anche interagire con la casa intelligente, offrendo una gestione centralizzata e l’accesso remoto. L’uso di queste soluzioni integrate è un investimento nella durabilità dell’edificio e nel comfort dei suoi abitanti, garantendo un microclima interno stabile e salubre, un aspetto fondamentale per le strutture in legno nel lungo periodo.

Nonostante tutti i vantaggi del legno come materiale da costruzione, gli errori legati alla gestione dell’umidità possono avere conseguenze serie. In Ucraina, dove le tradizioni costruttive si confrontano spesso con i requisiti moderni di efficienza energetica e durabilità, è importante comprendere le carenze tipiche e i modi per evitarle.

1. Controllo insufficiente dell’umidità del legno in fase di costruzione: L’uso di legno appena segato con umidità elevata (oltre il 20%) senza un’essiccazione adeguata. Ciò comporta un ritiro significativo, imbarcamento e fessurazione degli elementi già dopo il montaggio.
Come evitarlo: Utilizzare sempre legno essiccato all’umidità di esercizio (10-18% a seconda della destinazione) e certificato secondo la ДСТУ, che ne attesta la qualità. Richiedere ai fornitori i verbali di prova dell’umidità.

2. Violazione dei circuiti di controllo del vapore e di impermeabilizzazione: Montaggio scorretto della barriera al vapore (forature, giunti non ermetici, assenza di sovrapposizioni) o dell’impermeabilizzazione (ad esempio danni alle membrane superdiffusive). Ciò consente all’umidità di penetrare nell’isolante e nelle strutture in legno, causando condensa e riducendo le proprietà di isolamento termico.
Come evitarlo: Rispettare rigorosamente la tecnologia di montaggio. Utilizzare nastri sigillanti di qualità, giunzioni adesive e garantire sovrapposizioni adeguate (minimo 100-150 mm) di tutte le pellicole e membrane. Effettuare un controllo di qualità accurato dei lavori, eventualmente con l’uso di un blower door per verificare la tenuta all’aria dell’involucro dell’edificio (test Blower Door).

3. Assenza o insufficiente ventilazione delle strutture e degli ambienti: Un’intercapedine ventilata troppo stretta nel tetto o in facciata, o la sua assenza, impedisce l’espulsione del vapore acqueo dalla struttura. Una scarsa ventilazione degli ambienti abitativi causa l’accumulo di umidità interna e la sua diffusione nelle pareti.
Come evitarlo: Progettare intercapedini ventilate conformi ai requisiti normativi (di norma 40-50 mm per tetto e facciata). Installare obbligatoriamente un sistema efficace di ventilazione meccanica controllata con recupero, che garantisca un ricambio d’aria stabile e il controllo dell’umidità dell’aria interna.

4. Esecuzione trascurata dei nodi di raccordo: Ad esempio, assenza di impermeabilizzazione tra la fondazione e la parete in legno, davanzali installati in modo errato, che permettono all’acqua di scorrere lungo le pareti o di penetrare nei giunti.
Come evitarlo: Dedicare particolare attenzione alla progettazione dettagliata e al controllo dell’esecuzione di tutti i nodi critici. Garantire sporti del tetto adeguati, che proteggano le pareti dall’impatto diretto delle precipitazioni. Utilizzare solo materiali di qualità per prevenire gli errori nella costruzione.

Evitare questi errori comuni richiede un approccio sistemico, che va dalla progettazione di qualità e dalla scelta dei materiali fino al controllo accurato in tutte le fasi della costruzione e alla corretta gestione della casa.