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Una questione di equilibri

L’importanza della stabilità dimensionale per gli elementi a base legno da posa per pavimentazioni

Tra le tante caratteristiche tecniche che contraddistinguono qualsiasi tipo di elemento a base di legno destinato alla realizzazione di pavimentazioni lignee sia da interno sia da esterno, particolare importanza assume la stabilità dimensionale, perché, in sintesi, in essa sono racchiuse le capacità dell’elemento di mantenere inalterate le proprietà dimensionali e di formato. Queste sono le caratteristiche fondamentali per evitare anomale distorsioni della pavimentazione lignea, sia essa un parquet o una pavimentazione esterna, ossia un decking.

Stabilità dimensionale: che cos’è?
La stabilità dimensionale è la capacità di garantire per il più lungo tempo possibile l’inalterabilità delle caratteristiche dimensionali e di formato dell’elemento ligneo. È anche definibile come grado in cui un semilavorato (in questo caso l’elemento ligneo) mantiene le proprie dimensioni quando è esposto al variare delle condizioni di temperatura e di umidità. In pratica, la stabilità dimensionale indica i cambiamenti di volume al variare dell’umidità e della temperatura ambientale; situazioni che normalmente accadono sia all’interno degli ambienti e in modo più pronunciato all’esterno.

Stabilità dimensionale e deformazioni
Indipendentemente che l’elemento ligneo da posa sia una struttura monostrato o multistrato e, preso atto che la maggiore o minore stabilità dimensionale è data dal rapporto tra il variare dell’umidità e della temperatura; ciò in cui si va incontro se la stabilità dimensionale non è nei parametri adeguati, è il generarsi della perdita della forma originaria dell’elemento con facilità alla deformazione indotta dal variare delle condizioni atmosferiche. Tutto ciò comporta solitamente il manifestarsi di deformazioni come arcuature, falcature, imbarcamenti e svergolamenti che possono sfociare anche in pericolose delaminazioni. Deformazioni che sia sull’elemento ligneo massiccio sia stratificato si possono verificare in qualsiasi momento sia durante la trasformazione, l’essiccazione, l’immagazzinamento dell’elemento e sia prima, durante e dopo la posa in opera; perché le variazioni termo idrometriche possono cambiare in qualsiasi momento e il legno si equilibra a loro. Come si evince dal prospetto n°1, il tipo di deformazioni che l’elemento può subire sono: arcuatura, falcatura, imbarcamento e svergolamento come da analisi che segue.

tabella 1

Arcuatura
Deformazione che si manifesta nella lunghezza e perpendicolarmente alla faccia dell’elemento. Nel caso di un elemento di legno massiccio potrebbe essere dovuto alla presenza di legno di reazione su una sua faccia; nel caso di un elemento stratificato potrebbe essere causato dalla non adeguata composizione della stratificazione dell’elemento multistrato non bilanciata come per esempio: strati simmetrici diversi riguardo a spessore, specie legnosa e/o a tensioni interne insite nella struttura lignea che si evidenziano dal variare delle condizioni idrotermiche o per la non adeguata tenuta dell’adesivo.

Falcatura
Deformazione nel senso della lunghezza dell’elemento che si sviluppa in un piano perpendicolare al bordo. Nel caso di un elemento monostrato massiccio generalmente è causata dalla presenza di legno di reazione lungo uno dei suoi bordi longitudinali oppure par anomale tensioni interne da accrescimento; nel caso di elemento stratificato la causa potrebbe essere dovuta al non adeguato rapporto tra la larghezza e la lunghezza dell’elemento, oppure per diversa coesione tra lo strato esterno di legno nobile e il supporto, oppure per la non adeguata tenuta dell’adesivo.

Imbarcamento
È una deformazione molto comune che si genera nel senso della larghezza dell’elemento. Nel caso di un elemento massiccio è dovuta all’anisotropia dei ritiri dimensionali in direzione longitudinale, radiale e tangenziale (il ritiro tangenziale è circa il doppio di quello radiale, mentre poco significativo è quello longitudinale). Anche nel caso di elementi stratificati, l’imbarcamento si lega al differente ritiro dimensionale tra le fibre lignee dello strato nobile e quelle del supporto e della controfaccia per quelli a tre strati o per la non adeguata tenuta dell’adesivo. L’imbarcamento è verosimilmente il tipo di deformazione che più facilmente avviene per gli elementi lignei sia prima sia dopo la posa in opera e può quasi essere considerato un difetto inevitabile la cui importanza è in funzione dell’entità ossia della freccia d’inflessione che l’elemento ligneo sia esso monostrato che multistrato subisce.

Svergolamento
Deformazione elicoidale che si sviluppa nel senso della lunghezza dell’elemento. In conseguenza della deformazione, il manufatto ligneo sia monostrato che multistrato si deforma in modo tale che i quattro angoli di ciascuna faccia non si trovano più sullo stesso piano e questo comporta la perdita della planarità della superficie in tutte le direzioni piuttosto che in un’unica come di solito avviene con la deformazione dell’imbarcamento. Nel caso degli elementi multistrato sia a due sia a tre o più strati, anche l’elasticità e la forza di tenuta dell’adesivo sono un elemento che incide sul manifestarsi ed entità dello svergolamento.

Come si verifica e come si valuta
Per gli elementi lignei destinati alle pavimentazioni di legno e rivestimenti interni ed esterni di pareti con elementi discontinui di legno, la determinazione della stabilità dimensionale si esegue secondo la metodologia di prova stabilita dalla norma tecnica europea EN 1910:2013. Il principio a cui fa riferimento il documento normativo è di misurare tutte le variazioni dimensionali subite dal provino (l’elemento da posa da testare) dopo il suo condizionamento iniziale in un’atmosfera di riferimento e ripetute misurazioni dopo il condizionamento ai seguenti climi specifici:
• Condizionamento a temperatura 20±2°C e umidità relativa dell’aria 65±5%;
• Condizionamento a temperatura 23±2°C e umidità relativa dell’aria 90±5%;
• Condizionamento a temperatura 23±2°C e 3 umidità relativa dell’aria 0±5%;
Il tutto utilizzando idonee camere di condizionamento, calibri con accuratezza del ±0,01 mm, micrometri con accuratezza del ±0,05 mm, spessimetri con accuratezza del ±0,1 mm, bilancia con accuratezza 0,1% della massa e stufa tarata a 103±2°C. Il test dura nove settimane e il tempo di prova è equamente distribuito in tre settimane per ogni differente tipo di condizionamento di clima e, come si evince dalle tabelle esempio allegate (prospetto n° 2-3) , al termine di ogni ciclo di condizionamento, si determinano tutte le variazioni dimensionali, di umidità e di massa verificatesi sull’elemento ossia: imbarcamento arcuatura, svergolamento, massa e umidità.

tabella 2

tabella 5

Stabilità dimensionale tra elementi monostrato e multistrato
La stabilità dimensionale di un elemento multistrato dovrebbe essere sempre superiore a quella del legno massiccio e ciò grazie alla struttura pluridirezionale generata dall’incrociarsi delle venature del legno tra lo strato di legno nobile, il supporto ed eventualmente la controfaccia, oltre che per la presenza dell’adesivo che dovrebbe bloccare le variazioni dimensionali causate dal variare della temperatura e dell’umidità ambientale. In questo modo, le variazioni dimensionali che si generano nel piano dell’elemento durante il passaggio da un ambiente secco (con il 30% di umidità relativa) a un ambiente umido (con 85% di umidità relativa) dovrebbero essere normalmente contenute e limitate allo 0,15%-0,20%. Le verifiche di stabilità dimensionale eseguite negli anni su elementi monostrato e di multistrato con i climi stabiliti dallo standard europeo, consentono di stimare, ma non di avvallare le più comuni differenze di comportamento e le peculiarità che si osservano tra i due diversi tipi di elementi lignei da posa per pavimentazioni a base di legno e parquet.

• L’elemento stratificato è studiato a tavolino mentre quello monostrato sarà sempre più anisotropo ed eterogeneo a causa della naturale struttura disomogenea del materiale legno.

• L’incrociarsi del senso della fibratura del legno nei vari strati dell’elemento multistrato aiuta a limitare le variazioni dimensionali, mentre nell’elemento massiccio monostrato i diversi ritiri e rigonfiamenti non sono limitabili salvo che non si faccia un’accurata selezione degli elementi per disegno, figura e taglio.

• Indipendentemente dalla specie legnosa dello strato di legno nobile, tipologia del supporto e della eventuale controfaccia, se l’elemento multistrato è ben organizzato e realizzato, le variazioni dimensionali nel piano dell’elemento durante il passaggio da un ambiente secco (con il 30% di umidità relativa) a un ambiente umido (con l’85% di umidità relativa) sono contenute nell’intervallo 0,15-0,20% mentre, per il legno massiccio, l’indice dipende da più parametri (specie legnosa, qualità del legno, presenza di difformità costitutive, tipo di taglio e così via) che non sempre è possibile mantenere sotto controllo.

• Il coefficiente medio di espansione o di contrazione igroscopica in larghezza dell’elemento multistrato è stimabile nell’ordine del 0,02 mm per mm per ogni cambio di 10% in equilibrio dell’umidità relativa. Per l’elemento monostrato, il coefficiente medio di espansione o di contrazione igroscopica in larghezza varia notevolmente da specie a specie legnosa, ma considerando che il legno per le pavimentazioni lignee deve anche essere duro, difficilmente si ha un coefficiente inferiore a 0,03- 0,04 per mm per ogni cambio di 10% in equilibrio dell’umidità relativa.

• Il cambiamento totale dallo stato anidro (secco) dell’essiccatoio a saturazione media delle fibre è nell’ordine dello 0,2 % mentre per l’elemento monostrato è possibile stimare una saturazione maggiore nell’ordine di 0,3. – 0,4.%.

• L’espansione di un elemento multistrato è libera di muoversi e non consiste solo di una dilatazione uniforme su tutta la larghezza e la lunghezza, ma anche un rigonfiamento aggiuntivo ai bordi dell’elemento. Nel caso di un elemento monostrato l’espansione della dilatazione avviene in modo non regolare.

• In media, lo spessore e la larghezza di un elemento multistrato cambiano di 0,25% per ogni 1% di umidità,mentre negli elementi di legno massiccio cambiano di 0,5%-0,7% per ogni variazione di 1% di umidità.

• Negli elementi di multistrato, il rigonfiamento del bordo è indipendente dalla dimensione dell’elemento e varia con lo spessore delle facce aventi venatura perpendicolare alla direzione di espansione. Negli elementi monostrato, il rigonfiamento del bordo ha di sovente un comportamento irregolare e non adeguatamente misurabile. Per elementi multistrato a struttura equilibrata, la stima del rigonfiamento medio del bordo potrebbe raggiungere un massimo di circa 0,002 cm su ogni lato per ogni aumento del 10% in equilibrio di umidità relativa superiore al 40%, mentre per elementi di legno massiccio il rigonfiamento è stimabile tra 0,004- 0,007 cm in funzione della specie legnosa, tipo di taglio e maggiore o minore anisotropia del legno.

• In condizioni normali di utilizzo in ambienti con umidità relativa dell’aria compresa tra 40% e 80%, il contenuto di umidità relativa di equilibrio dello stato di legno nobile dell’elemento multistrato può variare dal 5 a 14 % mentre il supporto tra 6-12% mentre nel caso di elemento monostrato il contenuto percentuale di umidità d’equilibrio rientra nell’intervallo tra 4-16% ossia assorbe e rilascia più umidità rispetto all’elemento di legno multistrato.

• La stima del totale delle variazioni dimensionali di un elemento largo mm 100 x lungo mm 1500 esposti al cambiamento di condizioni climatiche stabilite dalla norma EN 1910 possono essere tenuti in media circa 1,20 mm per la larghezza e 1,3 mm per la lunghezza, mentre nel legno massiccio i rapporti sono circa 1,8 mm per la larghezza e 2 mm per la lunghezza.

tabella 3

tabella 4

Stabilità dimensionale e planarità
L’espansione termica del legno è molto più bassa del valore di rigonfiamento dovuto per assorbimento d’umidità. A causa di ciò, l’espansione termica può essere trascurata nei casi in cui il legno sia soggetto a notevoli rigonfiamenti e ritiri. Essa, invece, può essere di grande importanza laddove l’umidità percentuale è mantenuta a un livello relativamente costante. Sia l’elemento multistrato e sia di legno massiccio si ritirano a seguito dei riscaldamento, come fanno praticamente tutti i materiali solidi conosciuti; però l’espansione termica del legno tuttavia è abbastanza piccola e richiede tecniche esigenti per la sua misurazione. L’effetto della temperatura e il contenuto di umidità sulle dimensioni dell’elemento multistrato è correlato alla percentuale di spessore dell’elemento e dal numero di stati e di sfogliati aventi la venatura perpendicolare alla direzione di rigonfiamento o contrazione. Secondo alcune fonti americane, il coefficiente medio di dilatazione termica lineare di un elemento stratificato con il 60% degli strati perpendicolare alla faccia è circa 3,4×10-6 pollici/inch per grado fahrenheit (F), mentre il coefficiente di espansione termica per lo spessore dell’elemento multistrato è circa 16 x 10-6 pollici/inch per grado fahrenheit (F). Tutte le preoccupazioni circa le possibili deformazioni possono essere mitigate se si mettono in pratica alcune semplici regole come la corretta conservazione delle materie prime e degli elementi durante il deposito, la giusta manipolazione, applicazione e selezione qualitativa dell’elemento e utilizzo di specie legnose nobili idonee per realizzare nell’interezza l’elemento monostrato o lo strato destinato al calpestio per gli elementi multistrato, adesivi di provata tenuta e semilavorati lignei (pannelli multistrati, segati, sfogliati o altro ancora) di provata adeguatezza e qualità per il realizzo dei supporti e della controfaccia degli elementi di multistrato a due, a tre o a più strati.

Stabilità dimensionale e indice di snellezza
La valutazione della stabilità dimensionale non è normata per gli elementi destinati alle pavimentazioni interne mentre è standardizzata per gli elementi lignei destinati alla realizzazione di decking.

• Per elementi lignei destinati a pavimentazioni per interno. Per gli elementi a base di legno destinati a utilizzo per interno, allo stato attuale non è vigente una norma prestazione che indichi il requisito accettabile per essere considerato idoneo, pertanto si può fare riferimento alle cinque classi di stabilità dimensionale cumulative (da scarsa ad elevata) proposte da EdilegnoArredo visibili nel prospetto n°3.

• Per elementi lignei destinati a pavimentazioni per esterno. La norma UNI 11538-1:2014: “Pavimentazioni di legno per esterni; Parte 1 Elementi di legno- Requisiti” stabilisce il “coefficiente di snellezza dell’elemento che è espresso come rapporto tra lo spessore e la larghezza dell’elemento stesso (l/s). Inoltre, la norma stabilisce che il coefficiente di snellezza è strettamente correlato al corrispondente livello di stabilità dimensionale come da prospetto n°4.

tabella 6

Conclusioni
Si precisa che tutti i dati, i valori e le indicazioni in precedenza riportate, seppure scaturiscano da test che nel tempo si sono eseguiti per motivi professionali, sono da ritenersi puramente indicativi e, come tali, non devono essere presi come valori univoci ed elementi di valutazione né per il livello qualitativo dell’elemento monostrato o multistrato e come comportamento standard e nei confronti della stabilità dimensionale. Tutto ciò, anche perché, come è noto, le specie legnose utilizzate per produrre gli elementi monostrato sia da esterni sia da interni sono molte e alquanto diverse tra loro e, nel caso degli elementi a più strati le combinazioni possibili della stratificazione sono in pratica infinite. Bastano e, sono già sufficienti, queste poche considerazioni per far cambiare il comportamento dell’elemento nei confronti della stabilità dimensionale. Dunque, prima di scrivere “ottima stabilità dimensionale” o“ la stabilità è il nostro forte” o frasi simili, è sempre meglio -ogni tanto- sottoporre l’elemento interessato all’articolato ma molto utile test stabilito dalla norma europea EN 1910 e solo così si avrà la corretta ed esatta stima provata della valutazione di questa fondamentale proprietà sia per gli elementi di legno massiccio sia per gli elementi multistrato destinati alla realizzazione delle più che apprezzate e insostituibili pavimentazioni di legno e parquet sia per interni che per esterni.

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