Perché il legno si fessura, si imbarca e si svergola essiccandosi
Ogni difetto di essiccazione comincia con il ritiro. Il legno non si ritira finché perde l'acqua libera contenuta nelle cavità cellulari; comincia a ritirarsi quando le pareti cellulari si essiccano al di sotto del punto di saturazione delle fibre, attorno al 30% di umidità. A quel punto si ritira lungo gli anelli di accrescimento (in direzione tangenziale) circa il doppio che trasversalmente ad essi (in direzione radiale), e quasi per niente lungo la fibra.4 Sono queste differenze, tra le direzioni e tra l'esterno e l'interno di una tavola, a fessurarla e deformarla.
Strato esterno e anima: l'inversione delle tensioni dietro la maggior parte dei difetti
All'inizio dell'essiccazione lo strato esterno di una tavola, il guscio, scende sotto il punto di saturazione delle fibre in poche ore e tende a ritirarsi. L'anima umida non si ritira ancora e lo trattiene. Il guscio è quindi in trazione e l'anima in compressione. Nel rovere da 50 mm con un programma standard, la trazione nel guscio raggiunge il massimo dopo circa cinque giorni.2
Se il guscio viene tirato oltre il suo limite elastico, si essicca in uno stato di allungamento permanente, chiamato deformazione permanente a trazione (tension set). Se la trazione supera la resistenza del legno, il legno si lacera: si forma una fessurazione. Più tardi, quando l'anima si essicca e tende a ritirarsi, il guscio sovradimensionato glielo impedisce. Le tensioni si invertono: il guscio va in compressione e l'anima in trazione. Questa trazione tardiva dell'anima può aprire fessurazioni interne.1,2 Il FPL paragona la deformazione permanente a trazione a un elastico tenuto teso troppo a lungo, che non torna più alla sua dimensione originale.2
Le quattro fasi dell'essiccazione e i loro difetti
Il manuale del FPL sull'essiccazione delle latifoglie divide l'essiccazione in quattro fasi, ciascuna con i suoi difetti tipici. Le fasi sono uno strumento didattico, non confini netti, ma spiegano quando ogni problema si crea e quando diventa solo visibile.2
| Fase | Umidità | Principale rischio di difetti |
|---|---|---|
| I | Da fresco a due terzi del valore fresco | Fessurazioni superficiali e di testa, macchie, deformazioni |
| II | Da due terzi del valore fresco al 30% | Peggiorano le fessurazioni superficiali e di testa esistenti |
| III | Dal 30% al valore finale | Le fessurazioni diventano nido d'ape; imbarcamento; sovraessiccazione |
| IV | Finale (equalizzazione e condizionamento) | Umidità finale non uniforme; tensioni residue (case-hardening) |
Fonte: Denig, Wengert & Simpson (2000), Drying Hardwood Lumber, USDA FPL-GTR-118, tabella 2.4 (da Bois 1998).
La lezione pratica è che le ore più importanti di una carica di essiccatoio sono le prime. Le fessurazioni si creano solo nella fase I; le fasi successive possono solo peggiorarle. Per la quercia rossa questa fase critica va dallo stato fresco a circa il 50% di umidità, per la quercia bianca dallo stato fresco a circa il 45%.2 Come i programmi di essiccazione gestiscono questa fase è spiegato nel nostro articolo su essiccazione in essiccatoio ed essiccazione naturale.
Fessurazioni, spaccature e nido d'ape
Le fessurazioni sono crepe che si aprono durante l'essiccazione. Dove compaiono dice quando e perché si sono formate.
Fessurazioni superficiali
Le fessurazioni superficiali si aprono sulle facce delle tavole, quasi sempre sulle facce tangenziali, perché la giunzione tra i raggi midollari e le fibre longitudinali è debole e lì le forze di ritiro tangenziale sono massime. Il rovere, con i suoi grandi raggi, è particolarmente soggetto.2 Molte fessurazioni superficiali si richiudono più avanti nell'essiccazione e non si vedono sul legname grezzo secco; ricompaiono solo dopo la piallatura. Se una fessurazione contiene sporco o macchie, era aperta durante l'essiccazione naturale.2
La causa è sempre un'essiccazione troppo rapida all'inizio: aria troppo secca, troppo veloce o entrambe le cose. Bastano poche ore di condizioni troppo severe.2 I limiti del FPL per la prima fase dell'essiccazione in essiccatoio sono prudenti:
- temperatura iniziale a bulbo secco non superiore a 43 °C, e 38–41 °C per specie o spessori critici;
- velocità dell'aria non superiore a 1,9 m/s nelle prime fasi;
- umidità relativa non inferiore all'87% durante la fase I, a meno che la velocità dell'aria non sia ben inferiore a 1,9 m/s;
- almeno dieci campioni di controllo correttamente preparati per carica, verificando la velocità di essiccazione giornaliera rispetto al limite della specie.2
Contano anche il piazzale e la sega. Sole diretto e vento forte con tempo caldo o secco possono fessurare il durame di rovere e faggio da 25 mm, quindi il legname soggetto a fessurazioni dovrebbe stare sotto una tettoia se resta esposto un'ora o più.2 Una lama poco affilata lacera la superficie e rende più probabili le fessurazioni: in un esperimento del FPL, la quercia rossa piallata prima dell'essiccazione presentava 18 volte meno fessurazioni delle tavole grezze di sega.2
Fessurazioni e spaccature di testa, e perché proteggere le testate conviene
L'umidità si muove lungo la fibra 10–15 volte più velocemente che trasversalmente, quindi le estremità di una tavola o di un tronco si essiccano per prime e si fessurano per prime.1 Le fessurazioni di testa gravi diventano spaccature di testa, e il nido d'ape che provocano può spingersi fino a 0,6 m all'interno della tavola.2 La difesa più efficace è un prodotto per testate resistente all'acqua, applicato sulle estremità fresche dei tronchi o delle tavole appena intestate.1,2
Mostra i dati
| Durata dello stoccaggio | Testata non protetta | Testata protetta |
|---|---|---|
| Settimana 2 | 11 mm | 3 mm |
| Settimana 3 | 16 mm | 0 mm |
| Settimana 4 | 22 mm | 4 mm |
| Settimana 5 | 35 mm | 0 mm |
| Settimana 7 | 73 mm | 0 mm |
| Settimana 9 | 101 mm | 0 mm |
| Settimana 12 | 156 mm | 0 mm |
Il costo della protezione era inferiore a 3 dollari USA per mille board feet; il risparmio raggiungeva 37 dollari USA alla dodicesima settimana (dollari degli anni Novanta). Fonte: Denig, Wengert & Simpson (2000), FPL-GTR-118, tabella 3.1 (Linares-Hernandez & Wengert 1997). Quercia rossa americana.
I dati del FPL mostrano sia quanto funziona la protezione sia quanto rapidamente se ne perde il beneficio. In un'estate del Wisconsin, la lunghezza delle spaccature sulle testate non protette dei tronchi di quercia rossa è passata da circa 11 mm dopo due settimane a circa 156 mm dopo dodici, mentre le testate protette sono rimaste praticamente prive di spaccature.2 Sulla quercia rossa da 25–32 mm (5/4) essiccata all'aria, proteggere le testate fresche ha lasciato il 62% delle testate con fessurazioni non più lunghe di 25 mm; attendere tre giorni prima della protezione ha ridotto questa quota al 22%, e attendere dieci giorni al 16%.2
Aiutano anche altre misure: pareggiare le testate della catasta, mettere una fila di listelli in corrispondenza o in prossimità delle estremità delle tavole e, in essiccatoio, accostare le cataste testa contro testa perché l'aria non scorra lungo le estremità.2
Nido d'ape: fessurazioni interne scoperte alla sega
Il nido d'ape è una fessurazione all'interno della tavola, trasversale agli anelli di accrescimento. Si forma tardi nell'essiccazione, quando l'anima è in trazione, tipicamente se l'anima è ancora piuttosto umida mentre le temperature vengono alzate troppo e troppo a lungo.1 Le fessurazioni interne spontanee sono rare: la maggior parte del nido d'ape è una fessurazione superficiale o di testa che si è approfondita.2 Il nido d'ape raramente si vede in superficie. Di solito lo si scopre solo quando il legno viene troncato, rifilato, piallato a fondo o fresato, il che lo rende uno dei difetti più costosi per chi produce componenti.1,2
Le regole del FPL per evitarlo sono prevenire innanzitutto le fessurazioni superficiali e di testa, essiccare con delicatezza il legno già fessurato a umidità elevata e temperatura moderata, e procedere con cautela nell'alzare la temperatura sul legname spesso finché l'anima è sopra circa il 28% di umidità.2
Collasso, cipollatura e distacco degli anelli
Il collasso è lo schiacciamento delle cellule del legno. Il collasso grave si presenta come una superficie ondulata, a tavola da bucato; quello lieve sembra solo un ritiro eccessivo in spessore. Si verifica quando legno molto umido viene essiccato rapidamente, ed è favorito dalle temperature elevate.1,2 È raro nella maggior parte delle latifoglie, ma il legno infettato da batteri, detto wetwood, vi è soggetto: per diverse querce americane il FPL indica collasso, distacco degli anelli e nido d'ape come difetti tipici del wetwood.2
La cipollatura, o distacco degli anelli, è una separazione lungo gli anelli di accrescimento. È quasi sempre legata a un indebolimento batterico nell'albero in piedi, o talvolta al vento forte, e le tensioni di essiccazione raramente sono abbastanza grandi da provocarla. In essiccatoio si può fare poco, a parte scartare i tronchi colpiti.2
Tensioni residue (case-hardening) e prova a forchetta
Il case-hardening è la deformazione permanente a trazione descritta sopra, ancora bloccata nel legno a fine essiccazione. La tavola sembra perfetta, ma guscio e anima si contrastano. Non appena l'equilibrio viene alterato da una risegatura o da una rifilatura, i pezzi si incurvano, oppure il taglio si richiude e pizzica la lama. Il FPL collega le tensioni residue anche alle spaccature in piallatura e a incollaggi scadenti.2
Si eliminano con il condizionamento a fine ciclo: si porta per breve tempo l'umidità di equilibrio dell'aria dell'essiccatoio a circa l'umidità obiettivo più 4 punti, a circa 82 °C, così che il guscio riprenda umidità e si rilassi.2 Il nostro articolo sull'essiccazione in essiccatoio descrive passo per passo equalizzazione e condizionamento.
La verifica è la prova a forchetta. Da una tavola si ricava una sottile sezione trasversale che si taglia a rebbi: tre rebbi, togliendo quello centrale, per tavole di spessore inferiore a circa 4 cm; sei rebbi, togliendo il secondo e il quinto, per il legname più spesso. Se i rebbi esterni si piegano verso l'interno, le tensioni sono ancora presenti; con tensioni da moderate a forti si toccano.2 Il momento della prova conta. Un gradiente di umidità nei rebbi può simulare o nascondere le tensioni, quindi il FPL consiglia di lasciar raffreddare il legname per un giorno o due prima della prova, oppure di scaldare i rebbi tagliati in un forno a microonde per 15 secondi per uniformarne l'umidità.2
Deformazioni: arcuatura, falcatura, svergolamento e imbarcamento
Una deformazione è qualsiasi scostamento di una faccia o di un bordo dalla planarità o dalla squadra. Il Wood Handbook ne elenca sei tipi: arcuatura, falcatura, svergolamento, imbarcamento, ovalizzazione e romboidalità, le ultime due essendo distorsioni di sezioni quadrate e tonde.1 Le deformazioni hanno due origini, le differenze tra ritiro radiale, tangenziale e longitudinale e le tensioni di accrescimento nell'albero, e sono aggravate da fibra irregolare, legno giovanile e legno di reazione.1
Che cosa provoca ciascun tipo di deformazione
- L'arcuatura, una curva in lunghezza come quella di uno sci, deriva spesso da una segagione non parallela alla corteccia e da un cattivo accatastamento: listelli non allineati o troppo distanti, listelli di spessore irregolare o basamenti non in piano.2
- La falcatura, una curva laterale lungo il bordo, segue anelli di accrescimento eccentrici o tronchi curvi: un bordo si ritira in lunghezza più dell'altro.2
- Lo svergolamento, con gli angoli di una faccia non più sullo stesso piano, compare nel legno con fibra spiralata, ondulata, diagonale o intrecciata.2
- L'imbarcamento, una curva in larghezza, è la tendenza naturale delle tavole tangenziali. Il lato verso la corteccia si ritira sempre più del lato verso il cuore, e l'effetto cresce quanto più la tavola è tagliata vicino al midollo.2
La maggior parte delle deformazioni, osserva il FPL, deriva dalle caratteristiche del legname più che da errori di essiccazione. Tutto ciò che riumidifica la superficie durante l'essiccazione le peggiora: getti di vapore sul legname freddo all'avvio, cicli di inversione dei ventilatori più lunghi di due ore o programmi troppo umidi per il legno parzialmente essiccato.2
Perché rovere e faggio tangenziali si imbarcano: il rapporto tangenziale/radiale
Il rapporto tra movimento tangenziale e radiale è un buon indicatore di quanto una specie tende a imbarcarsi. Per le specie europee, l'Istituto bavarese per le foreste indica circa 2,2 per il rovere e 2,1 per il faggio, contro 1,8 per il frassino e circa 1,6 per il tiglio.3,5
Per questo le tavole radiali, con le facce larghe trasversali agli anelli, si imbarcano, si fessurano in superficie e si spaccano meno durante l'essiccazione e in uso.2 La scelta si fa alla sega, a scapito della resa, come spiega il nostro articolo su segagione tangenziale, radiale e semiradiale.
Un accatastamento che mantiene le tavole piane
Listelli distanziatori e traversi di base lavorano insieme per tenere piano il legname mentre si essicca.2 Le indicazioni del FPL:
- Spessore dei listelli. Di solito 19 mm e soprattutto uniforme: listelli irregolari provocano deformazioni. Ogni 3 mm in più di spessore dei listelli riducono la capacità dell'essiccatoio di circa il 7%.
- Interasse dei listelli. Ogni 30–46 cm per le classi superiori di latifoglie da 25–38 mm (4/4–6/4), circa 30 cm per le classi inferiori e le specie soggette a deformazioni, mentre 60 cm sono di solito accettabili per spessori superiori a 38 mm. Aggiungete listelli entro 30 cm dalle testate della catasta quando le lunghezze sono irregolari.
- Allineamento. Listelli allineati in verticale, con un traverso di base sotto ogni colonna di listelli e basamenti in piano.
- Peso. Circa 7 kPa sopra la carica, pari a circa 25 cm di calcestruzzo, limitano alcune deformazioni, anche se nell'essiccazione delle latifoglie i pesi si usano di rado.2
Alterazioni di colore: macchie che compaiono dopo la piallatura
I difetti di colore contano soprattutto sui legni chiari e sul rovere con finiture trasparenti. Alcuni sono chimici, altri fungini, e diversi restano nascosti finché la superficie non viene piallata.1,2
Macchie da tannato di ferro nel rovere
Il rovere è ricco di tannini. Tannino, acqua e ferro reagiscono formando tannato di ferro, di colore nero-bluastro. La fonte peggiore è la condensa che gocciola da accessori arrugginiti dell'essiccatoio o da linee del vapore che non scaricano; con un apporto costante di ferro e acqua la macchia può penetrare per più di 13 mm nel legname. Anche forche dei carrelli elevatori, rulli metallici, reggette d'acciaio e limatura delle seghe macchiano, ma raramente oltre 0,4 mm.2 Prevenire significa eliminare il ferro e dare pendenza alle linee del vapore perché l'acqua scarichi. L'acido ossalico rimuove la macchia dal legno fresco o secco.2
Macchie da listello e ingrigimento chimico
Le macchie da listello sono una fascia di legno più scuro o più chiaro trasversale alla tavola, nel punto in cui poggiava un listello. Di solito si vedono solo dopo la piallatura.2 Nonostante il nome, raramente sono coinvolti funghi e non sono i listelli a provocarle: il FPL le attribuisce all'ossidazione di sostanze chimiche naturali del legno, innescata da un'essiccazione lenta, probabilmente sotto il 5% di umidità al giorno, a 10–54 °C mentre il legno è più umido del 40%.2 Macchie chimiche strettamente affini sono l'ingrigimento interno, osservato soprattutto in acero, bagolaro, querce del Sud degli Stati Uniti e frassino, e la macchia bruna «color caffè», soprattutto nella quercia bianca.2 Un'alterazione profonda di colore bruno-grigiastro può verificarsi in molte latifoglie se l'essiccazione iniziale è troppo lenta o la prima temperatura dell'essiccatoio troppo alta.1
Il rimedio è la rapidità all'inizio. La checklist del FPL comprende usare tronchi stoccati meno di due settimane con tempo caldo, accatastare il legname entro 12 ore dalla segagione, usare listelli secchi all'8–10% di umidità, listelli scanalati, tenere il legname accatastato al riparo dalla pioggia, alta velocità dell'aria per i legni chiari e temperature dell'essiccatoio non superiori a 71 °C, salvo durante equalizzazione e condizionamento.2
Azzurramento e muffe
L'azzurramento è un fungo che cresce nell'alburno umido quando l'essiccazione è troppo lenta, soprattutto d'estate; il suo colore è quello del fungo. Non indebolisce il legno, ma rovina le superfici a finitura trasparente. Le muffe vivono su sporco e polvere più che sul legno. Entrambi si controllano essiccando abbastanza in fretta. Anche temperature superiori a 54 °C fermano i funghi, ma tanto calore è troppo severo per molte specie finché sono ancora umide.1,2
Quanto costano i difetti di essiccazione
Il FPL definisce i difetti di essiccazione spesso la voce più costosa nell'essiccazione del legname di latifoglie.2 I dati più citati sono vecchi ma eloquenti: in uno studio in Pennsylvania su legname No. 1 Common da 25–32 mm essiccato all'aria in tipici piazzali aperti, le perdite di valore sono state del 6% per la betulla gialla, dell'8% per il tiglio americano, del 13% per la quercia rossa, del 14% per l'acero duro e del 15% per la quercia bianca, senza contare il ritiro.2 Non abbiamo trovato un dato moderno paragonabile per le specie europee.
Le perdite non finiscono all'essiccatoio. Il FPL stima che forse il 90% dei difetti di lavorazione e di incollaggio, dalla fibra sollevata ai giunti di colla aperti, si possa eliminare con una corretta essiccazione, e fissa l'obiettivo per l'umidità finale all'umidità di equilibrio del luogo d'impiego, più o meno 2 punti.2 Il nostro articolo su umidità del legno e umidità di equilibrio spiega come fissare questo obiettivo.
I difetti di essiccazione in sintesi: causa e prevenzione
| Difetto | Causa principale | Prevenzione |
|---|---|---|
| Fessurazioni superficiali | Lo strato esterno si essicca troppo in fretta all'inizio: UR troppo bassa, aria troppo veloce | Avvio delicato (≤43 °C, ≥87% UR nella fase I); lama affilata; ombreggiare il legname fresco |
| Fessurazioni e spaccature di testa | Le testate si essiccano 10–15× più in fretta lungo la fibra | Protezione immediata delle testate; listelli alle estremità delle tavole; cataste testa contro testa |
| Nido d'ape | Approfondimento di fessurazioni superficiali o di testa; anima umida mentre si alza la temperatura | Prevenire le fessurazioni superficiali; cautela con il legname spesso finché l'anima è >28% di umidità |
| Collasso | Legno molto umido essiccato in fretta o a caldo; wetwood | Temperatura iniziale bassa; scartare il wetwood |
| Cipollatura, distacco degli anelli | Indebolimento batterico o vento nell'albero in piedi | Poco controllabile in essiccazione; selezionare i tronchi |
| Tensioni residue (case-hardening) | Deformazione permanente a trazione rimasta a fine essiccazione | Equalizzare, poi condizionare a umidità obiettivo + 4; prova a forchetta |
| Arcuatura, falcatura, svergolamento | Fibra, tensioni di accrescimento, legno di reazione, cattivo accatastamento | Segare parallelamente alla corteccia; listelli uniformi da 19 mm allineati |
| Imbarcamento | Ritiro tangenziale circa doppio di quello radiale | Segagione radiale; evitare di riumidificare durante l'essiccazione |
| Macchie da tannato di ferro (rovere) | Ferro + tannino + acqua | Niente gocciolamenti di ruggine né contatto con l'acciaio; linee del vapore scaricate |
| Macchie da listello, ingrigimento | Essiccazione iniziale lenta del legno umido | Tronchi freschi; accatastare entro 12 h; listelli secchi; buona circolazione dell'aria |
| Azzurramento, muffe | Funghi nell'alburno umido quando l'essiccazione è lenta | Essiccazione iniziale rapida; attrezzature pulite |
Fonte: Elaborazione SARAL da Bergman (2021), Wood Handbook FPL-GTR-282, capitolo 13, e Denig, Wengert & Simpson (2000), FPL-GTR-118, capitoli 3, 4, 8 e 9 e tabella 9.1.
Come preveniamo i difetti di essiccazione da SARAL
Come controllare una fornitura di latifoglie essiccate in essiccatoio
- Guardate le testate. Fessurazioni e spaccature di testa si vedono subito. Lunghe spaccature che partono dalle estremità nascondono spesso un nido d'ape più all'interno.
- Piallate qualche tavola. Fessurazioni superficiali, macchie da listello e ingrigimento chimico spesso si vedono solo dopo la piallatura. Piallare un campione dal centro dei pacchi richiede pochi minuti.
- Troncate una tavola campione. Un taglio ben lontano dalla testata rivela il nido d'ape e fornisce una sezione per la prova a forchetta.
- Eseguite una prova a forchetta se risegherete o rifilerete il legno. Lasciate stabilizzare la sezione prima di leggerla.
- Misurate l'umidità su almeno il 10% dei pezzi e confrontatela con l'obiettivo e la tolleranza concordati.
- Verificate la planarità di alcune tavole per arcuatura, falcatura, svergolamento e imbarcamento, e cercate segni scuri dove reggette d'acciaio o forche hanno toccato il rovere.
- Chiedete i registri di essiccazione: programma, umidità finale dei campioni di controllo e se la carica è stata equalizzata e condizionata.
Domande frequenti
Perché il legno si fessura quando si essicca?
Perché la superficie si essicca e si ritira prima dell'interno. L'anima umida trattiene la superficie che si ritira, la quale va in trazione; se la trazione supera la resistenza del legno trasversalmente alla fibra, il legno si fessura. Le testate si fessurano per prime perché l'umidità esce lungo la fibra 10–15 volte più velocemente che trasversalmente.1
Qual è la differenza tra fessurazione e spaccatura?
Una fessurazione è una separazione lungo la fibra che si forma durante l'essiccazione, in superficie, in testa o all'interno della tavola. Una spaccatura attraversa il pezzo da una faccia all'altra, tipicamente a partire da una testata. Le fessurazioni di testa gravi diventano spaccature di testa; le fessurazioni superficiali profonde possono diventare un nido d'ape interno.2
Come si essicca il rovere senza fessurazioni?
Proteggetelo da sole e vento fin dal momento della segagione, proteggete subito le testate, accatastatelo su listelli uniformi ed essiccatelo lentamente all'inizio: secondo le indicazioni del FPL, avvio dell'essiccatoio a non più di 43 °C con umidità relativa dell'87% o superiore e velocità dell'aria moderata, finché il legno non ha perso un terzo della sua umidità.2 Il rovere radiale si fessura meno di quello tangenziale.
Quale legno si fessura meno durante l'essiccazione?
Le specie con ritiro contenuto, un basso rapporto tra ritiro tangenziale e radiale e senza grandi raggi sono le più tolleranti. Tra le latifoglie europee, tiglio (circa 1,6) e frassino (1,8) sono più docili di rovere (2,2) e faggio (2,1).3,5 All'interno di ogni specie, le tavole radiali si fessurano e si imbarcano meno di quelle tangenziali.2
