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Durabilità delle costruzioni in legno: la regola delle 4D

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La regola delle 4D è un insieme di criteri progettuali che guida la progettazione garantendo la durabilità delle costruzioni in legno.

Durabilità delle costruzioni in legno: la regola delle 4D

 

 

Indice degli argomenti:

La durabilità nelle costruzioni in legno è un tema assolutamente centrale. Come dice il Professor Franco Laner, tra i massimi esperti del settore, “legno e acqua: toccata e fuga!” Sappiamo infatti che il legno, è materiale vivente, organico e igroscopico: ha cioè la capacità di assorbire e rilasciare umidità – espandendosi e contraendosi – per adattarsi all’ambiente intorno a lui. E che, oltre un certo contenuto di umidità, il legname va incontro a degrado biologico e marcescenza, in seguito all’attacco di muffe e funghi che proliferano in ambiente umido e si nutrono del materiale.

Obiettivo del progettista è quello di preservare la costruzione, proteggerla, in modo da evitare che si possano creare quelle condizioni favorevoli alla sua rovina. Come fare? Tutti, dal mondo accademico, a progettisti e costruttori sono concordi nel valore della “regola delle 4D”. Deflection (Deviazione), Drainage (Drenaggio), Drying (Asciugatura), Decay Resistance (Durabilità), sono quattro principi che guidano ideazione, progetto ed esecuzione di un’opera in legno secondo la regola dell’arte.

Progettare la durabilità delle costruzioni in legno

Esistono edifici in legno che hanno superato brillantemente la prova dei secoli e, altri, che invece hanno fallito miseramente dopo appena pochi anni dalla loro realizzazione.

Tra i più longevi manufatti in legno esistenti al mondo, c’è la Pagoda di Horyuji a Nara in Giappone che può vantare la bellezza di oltre 1.300 anni di vita. I Giapponesi, maestri indiscussi nell’arte della carpenteria del legno, hanno prodotto architetture in legno mirabili nella forma e nella tecnica, senza uso di chiodi o colle. La struttura era il magistrale risultato di un equilibro tensionale tra le parti, scolpite e incastrate e tenute assieme da un sofisticato meccanismo di giunzioni e incastri eseguiti a regola d’arte. La Norvegia, dal canto suo, ospita antiche chiese interamente costruite in legno (come la “Stave Church” del XII secolo) e perfettamente conservate nei secoli.

Pagoda di Horyuji a Nara in Giappone realizzata in legno

D’altro canto, ci sono esempi ben poco lusinghieri. Frutto di una cattiva progettazione, una mancanza di attenzione ai dettagli costruttivi, o di una errata messa in opera dei materiali. Un famigerato esempio molto noto alle cronache recenti appartiene alla triste vicenda della ricostruzione aquilana. Un balcone è crollato rovinosamente, appena poco tempo dopo la sua ultimazione. È stato in seguito accertato che il legno utilizzato in numerose abitazioni del progetto C.A.S.E., oltre ad essere di scarsa qualità, era anche stato realizzato senza quegli accorgimenti tecnici necessari per garantirne la durata nel tempo.

Dalla foto sottostante si può notare come la piastra del solaio in legno a strati incrociati (o xlam), intrisa d’acqua e attaccata dai funghi sia presto deteriorata.

 

Crollo balcone realizzato in xlam dopo il terremoto a l'Aquila
Balcone crollato a L’Aquila (Piano Case) dopo pochi anni dalla costruzione

 

È evidente quanto sia importante la fase di ideazione e progetto nelle costruzioni in legno, oltre a quegli accorgimenti tecnici e costruttivi atti a garantirne la resistenza e durabilità. Se infatti, una corretta progettazione è accompagnata da un’esecuzione impeccabile, la costruzione in legno, salvo la sostituzione nel tempo di pochi semplici pezzi detti di sacrificio, potrebbe durare in eterno. Viceversa, andrà presto incontro ad un infausto destino.

Ma come progettare correttamente un edificio in legno, garantendone la durata nel tempo? Ci viene in soccorso la celebre “regola delle 4D”, una serie di principi enunciati con chiarezza, e in modo organico, per la prima volta da Hazleden e Morris.

La regola delle quattro D (4D)

“Designing for durable wood construction: the 4 Ds”, pubblicato dai canadesi Hazleden e Morris nel 1999, condensa le conoscenze della scienza delle costruzioni, con quelle sui trattamenti e la conservazione del legno. Frutto di una ricerca durata anni, arricchita da altre esperienze sugli effetti dell’umidità nel legno, riassume brillantemente i criteri fondamentali che devono guidare il processo edilizio di un’opera lignea.

Costruzioni in legno: la regola delle 4D

I ricercatori individuano quattro principi fondamentali che devono guidare una buona progettazione di una costruzione in legno. Questi, definiti “regola delle 4D”, sono:

  • Deflection (deviazione): utilizzare sporgenze, scossaline e profili di rivestimento per deviare le precipitazioni e allontanare l’acqua dall’edificio.
  • Drainage (drenaggio): fornire uno spazio d’aria adeguato per drenare all’esterno l’acqua che potrebbe penetrare nel rivestimento
  • Drying (asciugatura): sfiatare adeguatamente la cavità di drenaggio, selezionare e disporre i materiali dello strato di controllo per ridurre al minimo la bagnatura e favorire l’essiccazione per diffusione ed evaporazione.
  • Decay resistance (durabilità): utilizzare materiali durevoli in grado di tollerare la bagnatura periodica senza rischio di deterioramento e decadimento.

 

Costruzioni in legno: la regola delle 4D per una buona progettazione

Sono strategie progettuali elencate in ordine di importanza, da mettere in campo per garantire la durabilità di una costruzione in legno.

Deflection (Deviazione)

Ove possibile, la pioggia dovrebbe essere deviata in modo che non colpisca il muro, o essere deviata per scivolare via più velocemente possibile. Le sporgenze del tetto sono i principali deflettori antipioggia. I profili di raccordo e la scossalina (o gocciolatoio) sono due elementi che possono favorire la deviazione della superficie della parete. Le cavità a pressione equalizzata possono anche essere considerate come meccanismi di deflessione poiché eliminano alcune delle forze che possono favorire l’ingresso di acqua attraverso il rivestimento.

Qualità delle costruzioni in legno: Deflection

 

La deviazione è la prima linea di difesa per il sistema murario e si stima che sia in grado di contrastare oltre il 90% della pioggia incidente su un edificio, dato un sistema adeguatamente progettato.

Drainage (Drenaggio)

Se il primo sistema difensivo fallisce (deviazione) e l’acqua penetra nel rivestimento, deve essere drenata il più rapidamente possibile, attraverso una barriera al vapore o un sistema di cavità drenate.

Al fine di ottimizzare il drenaggio sulla parete, andrebbe sempre interposta, tra lo strato di rivestimento e la barriera al vapore, una cavità di almeno 19 mm (secondo la città di Vancouver). Una cosiddetta parete ventilata.

Alcune costruzioni hanno incorporato sistemi di stucco che utilizzano geostuoie da 4-8 mm (stuoie di drenaggio) destinate a fornire una maggiore capacità di drenaggio.

 

Qualità delle costruzioni in legno: Drainage.

 

Un sistema di drenaggio adeguato può teoricamente gestire il restante 10% di acqua che potrebbe superare la barriera di rivestimento esterna. Teoricamente questo riduce il carico a < 1% che è un obiettivo ragionevole. È verosimile che nessuna costruzione sia perfetta. L’umidità troverà un modo per penetrare nel muro e si verificheranno inversioni della pressione del vapore; quindi, è necessaria una terza linea di difesa.

Drying (Asciugatura)

Nel caso in cui l’umidità penetri o eviti il rivestimento e la barriera al vapore (e per far fronte all’umidità propria della costruzione) le pareti devono essere progettate per asciugare verso l’esterno. Una volta che un pezzo di legno è stato infettato dalle spore dei funghi, infatti, il decadimento avanza a una velocità che dipende dalla temperatura e dai livelli di umidità nel legno. Generalmente si pensa che se il livello di umidità resta al di sopra del 30%, i funghi possono stabilirsi in appena 3 mesi.

Senza appositi accorgimenti tecnici, non è scontato che il legno abbia la possibilità di asciugare. Alcune ricerche indicano che la migrazione del vapore è insufficiente per asciugare l’umidità dai muri in brevi periodi a Vancouver (Consiglio nazionale delle ricerche, dati non pubblicati). Per agevolare l’asciugatura, occorre dare la possibilità al materiale di respirare, garantendo la giusta distanza tra le parti e un’adeguata ventilazione.

Ventilazione capriata, dettaglio asciugatura regola 4D costruzioni in legno
Collegamento tra la testa della trave lignea e la parete in muratura. A sinistra dettaglio corretto con tasca di ventilazione. A destra si vede invece come l’ammorsatura trasferisce umidità all’elemento, causandone la spaccatura (fonte: Linee guida per l’edilizia in legno in Toscana).

 

Ad esempio nel caso di una trave incastrata nella muratura perimetrale – deve essere predisposta una “tasca”, o fascia di separazione tra i due materiali che, da una parte permette la dilatazione termica senza stress per gli elementi strutturali, dall’altra costituisce un canale di ventilazione che permette l’asciugatura di eventuale umidità ivi presente, impedendone il trasferimento per contatto.

Decay Resistance (Resistenza al decadimento o durabilità)

Infine, ultima ma non per questo meno importante è la resistenza al decadimento o durabilità del materiale. Per durabilità naturale si intende la capacità intrinseca di una specie legnosa di resistere al degradamento provocato dagli organismi xylofagi (dal greco “xýlon” = legno e “phagèin” = mangiare): insetti (coleotteri e isotteri), funghi, e organismi marini.

Ogni specie legnosa, conifera o latifoglia, europea o esotica, è il risultato di una combinazione di fattori genetici e ambientali specifici ed ha quindi caratteristiche biologiche uniche. Ci sono legnami che hanno una forte resistenza all’umidità e inattaccabili a insetti e funghi, altri più vulnerabili.

Alcuni, come l’abete, hanno durame indifferenziato e sono perciò soggetti nella loro interezza a biodegradamento. Altri, come il larice, presentano un durame ben distinto e resistente. Si può generalizzare dicendo che l’alburno – legno giovane e fisiologicamente attivo – è quella parte del tronco appetibile indistintamente a funghi e insetti. Il durame – legno vecchio, fisiologicamente inattivo – è di colore più scuro. L’alburno deperibile dei legni teneri ha la capacità di tollerare un contenuto di umidità fino al 20% su base continua senza subire la biodegradazione. Il durame di specie moderatamente durevoli, come l’abete Douglas, può essere in grado di tollerare un contenuto di umidità fino al 23%. Le specie legnose durevoli, come il cedro rosso occidentale, possono tollerare un contenuto di umidità fino al 35%.

Durabilità specie legnose usate in edilizia

 

La scelta della specie legnosa, ben ponderata in base alla posizione dell’elemento ed alla sua esposizione all’umidità, è perciò fondamentale per incrementarne la durabilità generale. Una trave di fondazione (il cosiddetto dormiente), o le scandole di una copertura, ad esempio, non dovrebbero essere in abete rosso (poco durevole), ma piuttosto in larice.

La buona progettazione racchiude di una serie di soluzioni tecniche messe in opera per preservare la longevità della costruzione. Ogni dettaglio deve essere preso in considerazione, dalle fondamenta fino alla copertura. L’attacco a terra di un edificio in legno dovrebbe prevedere un distacco dal terreno per prevenire i ristagni d’acqua. Va considerata poi l’umidità di risalita e quella delle piogge meteoriche, il vento, la neve. E, anche se tutto è stato correttamente, andrebbe incentivata la ventilazione e traspirabilità del materiale, con opportuni distacchi e per facilitare il passaggio del flusso d’aria e favorire l’asciugatura del legname. Questo perché una quantità seppur irrisoria di umidità può sempre penetrare.

Riassumendo, laddove le prime tre D (deviazione, drenaggio, asciugatura) non riescano a mantenere le parti in legno al di sotto del 20% di umidità, è necessario aumentare la resistenza al decadimento del legno.

Selezionando una specie legnosa a durabilità più elevata o, in alternativa (o in combinazione), procedere ad un trattamento preservante (vernici, impregnanti, trattamento termico, acetilazione…).

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