Umidità del legno e umidità di equilibrio: due numeri diversi
Sono due numeri a decidere se un piano di tavolo resta planare o se un gradino apre una fessura. Il primo è l'umidità del legno stesso. Il secondo è l'umidità di equilibrio (in inglese EMC, equilibrium moisture content): l'umidità a cui il legno si stabilizzerà in un dato clima, il punto in cui non acquista né perde acqua.1 I problemi iniziano quando i due valori sono molto distanti, perché il legno colmerà quella distanza, che lo si voglia o no.
Come si calcola l'umidità del legno
L'umidità è la massa d'acqua contenuta in un pezzo di legno divisa per la massa dello stesso pezzo completamente secco, la massa «anidra», moltiplicata per 100.1 Poiché il riferimento è il legno secco e non il pezzo umido, il valore può superare il 100%. Il legname fresco spesso lo supera: il FPL indica per le specie americane umidità medie allo stato fresco del 55% nel durame e del 72% nell'alburno per il faggio americano, del 64% e 78% per la quercia bianca e del 46% e 44% per il frassino bianco, mentre le specie molto umide superano il 200%.1 La formula conta quando si confrontano i valori: la legna da ardere viene spesso indicata su base umida, come quota della massa iniziale, il che dà un numero più basso per lo stesso tronco.2
Acqua libera, acqua legata e punto di saturazione delle fibre
Nel legno l'acqua si trova in due posti. L'acqua libera riempie le cavità cellulari; l'acqua legata è trattenuta nelle pareti cellulari. L'umidità alla quale le pareti sono sature ma le cavità vuote è il punto di saturazione delle fibre. In media è attorno al 30%, anche se varia di alcuni punti percentuali tra specie, tra pezzi e con il metodo di misura.1 Al di sopra di questo punto, perdere acqua non cambia quasi nulla tranne il peso. Al di sotto, il legno si ritira essiccandosi e si rigonfia assorbendo umidità, e le sue proprietà di resistenza cambiano. Tutto ciò che descrive questo articolo avviene al di sotto del punto di saturazione delle fibre; come ci arriva il legname è spiegato nel nostro articolo su essiccazione in essiccatoio ed essiccazione naturale.
Umidità di equilibrio: che cosa fa l'aria al legno
Il legno tenuto al riparo dalla pioggia e lontano da fonti di calore prende la sua umidità dall'umidità relativa (UR) e dalla temperatura dell'aria circostante. Le oscillazioni giornaliere riguardano soprattutto la superficie; quelle stagionali raggiungono tutta la sezione. Rivestimenti come vernici o pitture rallentano lo scambio, ma non lo fermano.1
La tabella dell'umidità di equilibrio: temperatura × umidità relativa
Il Forest Products Laboratory statunitense (FPL) pubblica la relazione tra umidità di equilibrio, umidità relativa e temperatura da prima del 1920. La versione attuale è la tabella 4-2 del Wood Handbook, calcolata con un'equazione che interpola i dati storici.1 Le righe seguenti coprono le temperature alle quali il legno viene normalmente stoccato, lavorato e usato.
| Temperatura dell'aria | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% | 65% | 70% | 80% | 90% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4,4 °C (40 °F) | 4,6 | 6,3 | 7,9 | 9,5 | 11,3 | 12,3 | 13,5 | 16,5 | 21,0 |
| 10,0 °C (50 °F) | 4,6 | 6,3 | 7,9 | 9,5 | 11,2 | 12,3 | 13,4 | 16,4 | 20,9 |
| 15,6 °C (60 °F) | 4,6 | 6,2 | 7,8 | 9,4 | 11,1 | 12,1 | 13,3 | 16,2 | 20,7 |
| 21,1 °C (70 °F) | 4,5 | 6,2 | 7,7 | 9,2 | 11,0 | 12,0 | 13,1 | 16,0 | 20,5 |
| 26,7 °C (80 °F) | 4,4 | 6,1 | 7,6 | 9,1 | 10,8 | 11,7 | 12,9 | 15,7 | 20,2 |
| 32,2 °C (90 °F) | 4,3 | 5,9 | 7,4 | 8,9 | 10,5 | 11,5 | 12,6 | 15,4 | 19,8 |
La precisione allo 0,1% indica solo le tendenze: i valori reali variano di uno o due punti tra le specie e con la storia di assorbimento. Fonte: Glass & Zelinka (2021), Wood Handbook FPL-GTR-282, capitolo 4, tabella 4-2. Valori ricavati principalmente per l'abete di Sitka; righe in °F come pubblicate.
Come leggere la tabella: l'umidità relativa conta, la temperatura quasi per nulla
Emergono due regolarità. Primo, è l'umidità relativa a determinare quasi tutto. A circa 21 °C il legno si attesta attorno al 4,5% di umidità con il 20% di UR, al 9,2% con il 50% e al 20,5% con il 90%. Secondo, nell'intervallo degli ambienti interni la temperatura conta pochissimo: con il 50% di UR l'umidità di equilibrio è del 9,5% a 4 °C e del 9,1% a 27 °C.1 Ecco perché l'igrometro è lo strumento più utile in un magazzino del legno, e perché un ambiente riscaldato è secco per il legno: scaldare l'aria ne abbassa l'umidità relativa.
Mostra i dati
| Umidità relativa | Umidità di equilibrio |
|---|---|
| 20% | 4,5% |
| 25% | 5,4% |
| 30% | 6,2% |
| 35% | 6,9% |
| 40% | 7,7% |
| 45% | 8,5% |
| 50% | 9,2% |
| 55% | 10,1% |
| 60% | 11,0% |
| 65% | 12,0% |
| 70% | 13,1% |
| 75% | 14,4% |
| 80% | 16,0% |
| 85% | 17,9% |
| 90% | 20,5% |
Gli obiettivi di circa l'8% per i mobili corrispondono all'incirca al 40–45% di UR. Fonte: Glass & Zelinka (2021), Wood Handbook FPL-GTR-282, capitolo 4, tabella 4-2.
La curva spiega anche perché gli obiettivi per i mobili si concentrano attorno all'8%. È l'umidità di equilibrio dell'aria al 40–45% circa di UR, l'intervallo di una casa riscaldata d'inverno. Una tavola al 12% di umidità è in equilibrio con circa il 65% di UR, cioè un'estate umida, un edificio non riscaldato o un piazzale coperto.
Perché la tabella è una guida, non una legge
Il FPL precisa che la precisione allo 0,1% della sua tabella serve solo a illustrare le tendenze. I valori sono stati ricavati soprattutto per l'abete di Sitka, una conifera, e l'umidità di equilibrio reale varia tra specie e tra pezzi della stessa specie. Le differenze tra specie sono piccole a umidità basse e moderate e diventano considerevoli a umidità elevata, dove il legno ricco di estrattivi tende ad avere un'umidità di equilibrio più bassa.1
Conta anche la storia del pezzo. Il legno che si essicca fino a una data umidità relativa si stabilizza a un'umidità più alta di quello che assorbe umidità fino alla stessa UR. Questo effetto si chiama isteresi di assorbimento. I valori della tabella stanno a metà tra i due, il che li rende un compromesso pratico quando non si sa in quale direzione si stia muovendo il legno.1 In pratica, leggete la tabella come «più o meno uno o due punti».
Le fonti europee concordano. L'associazione tedesca dell'industria degli adesivi (IVK) pubblica una tabella dell'umidità di equilibrio a 20 °C che indica 7,5% con il 40% di UR, 9,1% con il 50% e 12,0% con il 65%, a pochi decimi dai valori FPL.5
Il clima interno nel corso dell'anno
L'umidità degli ambienti interni non è fissa. Nell'Europa centrale e orientale scende d'inverno, quando l'aria fredda esterna entra e viene riscaldata, e sale d'estate. Un esperto tedesco del legno, scrivendo per la Deutsche Handwerks Zeitung, indica come normale in estate un'umidità interna del 55–60%, mentre d'inverno il ricambio d'aria porta già gli ambienti al 40–45% di UR, e anche meno se si arieggia di più; avverte che umidificare d'inverno ben oltre il 50% espone al rischio di muffa.6
Letto alla luce della tabella dell'umidità di equilibrio, questo ciclo porta ogni anno il legno dei mobili tra l'8% e l'11% circa di umidità. Un inverno secco e ben riscaldato al 30% di UR lo porta a circa il 6%; un'estate umida al 65% di UR lo riporta a circa il 12%.1,6
Il legno non si può essiccare «oltre» questo ciclo. Il meglio che un produttore possa fare è consegnarlo al centro dell'intervallo che gli ambienti dei clienti imporranno, e progettare giunti e pannelli che tollerino l'oscillazione in entrambe le direzioni.
Quanto si muove il legno quando cambia la sua umidità
Al di sotto del punto di saturazione delle fibre il legno si ritira e si rigonfia in modo diverso in ciascuna direzione. Il movimento tangenziale, lungo gli anelli di accrescimento, è circa il doppio di quello radiale, attraverso gli anelli. Il movimento longitudinale, lungo la fibra, è piccolo: 0,1–0,2% dallo stato fresco allo stato anidro per la maggior parte delle specie, anche se il legno giovanile e il legno di reazione possono arrivare al 2%.1
Movimento per punto percentuale: i valori europei
Per le specie europee l'Istituto forestale statale bavarese (LWF) pubblica il ritiro differenziale, cioè la variazione di dimensione per un punto percentuale di umidità tra il 5% e il 20%. Per il faggio (Fagus sylvatica) è 0,41% in direzione tangenziale e 0,20% in direzione radiale; per il rovere (Quercus robur) 0,36% e 0,16%; per il tiglio 0,24–0,32% e 0,15–0,23%.3 Per il frassino (Fraxinus excelsior) lo stesso istituto indica 0,38% e 0,21%.7 Altre raccolte di dati riportano valori leggermente diversi, quindi considerate con cautela la seconda cifra decimale.5
Esempio di calcolo: un pannello di 500 mm dal 6% al 12%
La variazione in larghezza è larghezza × coefficiente × variazione di umidità. Un pannello di faggio tangenziale largo 500 mm che passa dal 6% al 12% di umidità si rigonfia quindi di 500 × 0,0041 × 6 ≈ 12,3 mm. Lo stesso pannello in faggio radiale si rigonfia di circa 6 mm. Anche un'oscillazione stagionale più tipica di tre punti, dall'8% all'11%, muove il pannello di faggio tangenziale di circa 6 mm.3
Mostra i dati
| Tangenziale | Radiale | |
|---|---|---|
| Faggio | 12,3 mm | 6,0 mm |
| Rovere | 10,8 mm | 4,8 mm |
| Frassino | 11,4 mm | 6,3 mm |
Le tavole reali raramente sono perfettamente tangenziali o radiali; un pannello lamellare con orientamento misto degli anelli si colloca tra i due valori. Fonte: Coefficienti da Grosser & Ehmcke (2016), LWF Wissen 78, tabella 3 (faggio 0,41/0,20, rovere 0,36/0,16 % per % di umidità) e Grosser (2001), LWF Wissen 34, tabella 3 (frassino 0,38/0,21). Calcolo di SARAL.
Il FPL usa lo stesso metodo con i propri coefficienti di variazione dimensionale per le specie americane. Il suo coefficiente tangenziale per il faggio americano, 0,00431 per punto di umidità, è quasi identico al valore europeo. Il FPL aggiunge che le tavole reali raramente sono perfettamente tangenziali o radiali, quindi un calcolo con il coefficiente tangenziale probabilmente sovrastima la variazione in larghezza.2 Un pannello lamellare con orientamento misto degli anelli si colloca tra le due barre del grafico.
Perché il taglio conta
Per gli standard europei il faggio si muove molto, ed è per questo che i pannelli e i piani in faggio richiedono o un clima interno stabile o una costruzione che li lasci muovere. Il rovere si muove meno, e il taglio radiale dimezza all'incirca il movimento in larghezza di entrambe le specie. Come si sceglie il taglio in segheria, e quanto costa in termini di resa, è l'argomento del nostro articolo sui tagli tangenziale, radiale e semiradiale.
Umidità obiettivo per mobili, pavimenti e serramenti
La regola del FPL è semplice: posate il legno all'umidità che avrà in esercizio. Così la variazione stagionale, e quindi il movimento dopo la posa, resta il più piccolo possibile.2 Gli obiettivi seguenti sono i valori di riferimento pubblicati.
| Impiego | Media | Singoli pezzi | Fonte |
|---|---|---|---|
| Falegnameria interna, pavimenti, mobili, finiture (gran parte degli USA) | 8% | 6–10% | FPL, tabella 13-2 |
| Stessi impieghi, regioni secche e riscaldate (sud-ovest degli USA) | 6% | 4–9% | FPL, tabella 13-2 |
| Stessi impieghi, regioni costiere calde e umide | 11% | 8–13% | FPL, tabella 13-2 |
| Rivestimenti esterni, finiture, tavolati, legno lamellare | 12% | 9–14% | FPL, tabella 13-2 |
| Latifoglie per mobili, pavimenti, arredi, falegnameria (obiettivo di essiccatoio) | 6–8% | – | FPL, cap. 13 |
| Gran parte delle latifoglie, regola empirica di essiccazione | 6,5–7,0% | dispersione ridotta | FPL-GTR-118 |
| Legno negli ambienti abitativi (industria tedesca degli adesivi) | ≈8% | – | IVK TKH-3 |
| Finiture e pavimenti in edifici riscaldati solo occasionalmente | 12–18% | – | FPL-GTR-118 |
| Legname di latifoglie USA esportato in Europa (tipico, alla spedizione) | 10–13% | – | FPL-GTR-118 |
La EN 942 (serramenti) riporta propri valori indicativi in un allegato informativo; non sono riprodotti qui perché la norma è a pagamento. Fonte: Bergman (2021), Wood Handbook FPL-GTR-282, capitolo 13, tabella 13-2 e testo; Denig, Wengert & Simpson (2000), FPL-GTR-118, capitoli 4 e 9 e tabella 1.4; IVK (2024), TKH-Merkblatt 3.
Mobili e falegnameria interna
Per falegnameria interna, pavimenti, mobili e finiture nella maggior parte degli Stati Uniti il FPL raccomanda alla posa una media dell'8%, con i singoli pezzi tra il 6% e il 10%. Nelle regioni riscaldate molto secche la media scende al 6% e nelle regioni costiere umide sale all'11%.2 Le latifoglie per mobili, arredi e falegnameria si essiccano normalmente in essiccatoio al 6–8%, leggermente sotto il livello di esercizio, perché il legno riprende un po' di umidità durante lavorazione, trasporto e posa.2 Il manuale del FPL sull'essiccazione delle latifoglie va oltre: come regola empirica, la maggior parte delle latifoglie va essiccata a una media del 6,5–7,0% con una dispersione ridotta.8 L'industria tedesca degli adesivi lavora su circa l'8% per il legno impiegato negli ambienti abitativi.5
Pavimenti e scale
Pavimenti e componenti per scale rientrano nella stessa categoria degli interni. Ciò che va storto di solito non è l'umidità alla consegna, ma quello che succede in cantiere. La checklist del FPL per i pavimenti finiti: misurate con un igrometro pezzi presi a caso all'arrivo, fate consegnare solo dopo che murature e intonaci si sono asciugati, mettete prima in funzione il riscaldamento, aprite i pacchi all'interno dell'edificio e mantenete la casa circa 8 °C più calda dell'esterno per circa tre giorni prima della posa.2 Il nostro articolo sui gradini in rovere massello tratta il lato prodotto.
Serramenti, finestre e lavori esterni
Per rivestimenti esterni, finiture e legno lamellare la media raccomandata nella maggior parte degli Stati Uniti è il 12% (9–14% per i singoli pezzi).2 Finiture e pavimenti per edifici riscaldati solo occasionalmente vanno essiccati al 12–18%.8 In Europa la EN 942 sul legno nei serramenti contiene un allegato informativo, «Guida all'umidità del legno nei serramenti», che fissa valori per condizione di esercizio, dai serramenti esterni agli ambienti a riscaldamento continuo.9 La norma è a pagamento, quindi indicate la sua classe nel contratto e chiedete al fornitore su quale valore lavora.
Incollaggio: la regola dei 2 punti
I pezzi da incollare insieme devono avere quasi la stessa umidità. La guida dell'IVK per gli adesivi in dispersione (PVAc) ammette una differenza di non più di 2 punti percentuali tra le parti, e il FPL applica lo stesso limite di 2 punti alle lamelle di un elemento incollato.2,5 Altrimenti ogni lamella si muove in modo diverso dopo la pressatura, il che sollecita la linea di colla e deforma il pezzo. Vale per ogni pannello lamellare.
Perché «essiccato in essiccatoio» non è una specifica di umidità
L'essiccazione in essiccatoio fissa un punto di partenza, non uno stato permanente. Il legno che esce dall'essiccatoio all'8% comincia a muoversi verso l'umidità di equilibrio del luogo in cui viene stoccato. Il FPL ne ha misurato la velocità: latifoglie essiccate all'8% o meno, accatastate a pacco pieno sotto una buona copertura in un piazzale con clima caldo e umido, hanno ripreso circa 2 punti percentuali al mese nei primi 45 giorni e circa 1 punto al mese in seguito. Sotto tettoie aperte la velocità era di circa 1 punto al mese, in capannoni chiusi di circa 0,3 punti. Il materiale secco nella stiva di una nave riprende di solito circa 1,5 punti durante un normale viaggio.2
Nemmeno il legname importato è sempre essiccato ai livelli da mobili. Il manuale di essiccazione del FPL indica un'umidità finale tipica del 10–13% per il legname di latifoglie americano esportato in Europa.8 Va bene per la successiva lavorazione, purché l'acquirente lo sappia e riessicchi o condizioni il legno.
Le conseguenze costano care. Lo stesso manuale stima che probabilmente il 75% dei problemi di produzione negli stabilimenti di mobili e arredi sia legato a un'umidità errata, e che in quasi tutti i casi il legno sia troppo umido.8 Fa anche notare che «6–8%» è ambiguo: ogni pezzo deve rientrare in quell'intervallo o solo la media? Vale per il cuore o per l'intero pezzo?8 Un buon ordine risponde a queste domande.
Misurare l'umidità: metodo per essiccazione in stufa e igrometri
In Europa l'umidità di un pezzo di legno segato si misura secondo le tre parti della EN 13183. La parte 1 è il metodo per pesata ed essiccazione in stufa, il metodo di riferimento. La parte 2 riguarda la stima con igrometro elettrico a resistenza, la parte 3 la stima con igrometro capacitivo.4 Le parti 2 e 3 sono metodi di «stima»: sono tarati sul risultato del metodo in stufa e ne acquisiscono l'autorevolezza solo se usati correttamente.
Il metodo in stufa (EN 13183-1)
Il principio è lo stesso ovunque. La procedura del FPL preleva sezioni trasversali intere lunghe 25 mm, ad almeno 500 mm dalla testa della tavola, perché le teste si essiccano e si inumidiscono più in fretta. Ogni campione viene pesato subito, essiccato a 101–105 °C finché la sua massa non varia più in modo apprezzabile tra due pesate a tre ore di distanza, il che richiede 12–48 ore, e pesato di nuovo.2 È lento e distruttivo, ma è il metodo con cui si verifica ogni igrometro, e gli essiccatoristi lo usano sui loro campioni di essiccatoio.
Igrometri a resistenza, a punte (EN 13183-2)
Gli igrometri a punte misurano la conduttanza elettrica tra due aghi infissi nel legno. Il legno più umido conduce meglio. Alcune indicazioni pratiche del FPL:2
- Campo di misura. Le letture sono affidabili tra circa il 6% e il 30% di umidità. Oltre il 30% sono solo qualitative.
- Profondità. Le punte isolate misurano solo in corrispondenza della punta. In una tavola in essiccazione, più umida all'interno, infiggerle a un quinto-un quarto dello spessore dà all'incirca l'umidità media del pezzo. Le punte non isolate misurano il punto più umido lungo tutta la loro lunghezza, così una tavola bagnata dalla pioggia sembra più umida di quanto sia.
- Temperatura. Aggiungete circa 0,5 punti percentuali per ogni 5,6 °C in cui il legno è più freddo della temperatura di taratura dell'igrometro, e toglieteli quando è più caldo.
- Specie. Applicate la correzione per specie fornita con lo strumento.
Igrometri capacitivi, senza punte (EN 13183-3)
Gli igrometri senza punte misurano le proprietà dielettriche del legno tramite una piastra appoggiata sulla superficie. Non lasciano fori e sono rapidi, il che li rende lo strumento abituale per controllare pavimenti e pezzi finiti. Il loro campo è più intenso vicino alla superficie, quindi la lettura è dominata dagli strati esterni e può non rilevare un cuore umido. Richiedono un'impostazione di densità o di specie e il loro campo affidabile va dal 4% al 30% circa.2
Quanto è preciso un igrometro e quanti pezzi bisogna misurare?
Usato correttamente su un lotto di legname essiccato a un'umidità uniforme al di sotto della saturazione delle fibre, la media delle letture corrette dovrebbe scostarsi di non più di un punto percentuale dalla media reale.2 Una sola lettura su una sola tavola dimostra poco. Il FPL raccomanda di controllare almeno il 10% dei pezzi di una voce; se la media è entro un punto dall'obiettivo e ogni pezzo rientra nei limiti individuali, il lotto è probabilmente conforme.2
Come gestiamo l'umidità in SARAL
Come specificare l'umidità: la checklist dell'acquirente
- Indicate un valore obiettivo e una tolleranza. Per esempio «media 8%, tutti i pezzi tra il 6% e il 10%», secondo i valori FPL per gli interni. Precisate se la tolleranza vale per la media o per ogni pezzo.
- Indicate il metodo di misura. Campioni in stufa (EN 13183-1), igrometro a resistenza (EN 13183-2) o capacitivo (EN 13183-3), con le correzioni di specie e temperatura applicate.
- Chiedete del condizionamento. Se il legname verrà risegato o incollato, chiedete se la carica è stata equalizzata e condizionata. Entrambe le fasi sono spiegate nel nostro articolo sull'essiccazione in essiccatoio.
- Verificate stoccaggio e trasporto. Lo stoccaggio al coperto e al chiuso e i pacchi avvolti mantengono l'umidità ottenuta in essiccatoio. I piazzali aperti no.
- Misurate all'arrivo. Controllate almeno il 10% dei pezzi prima di lavorarli, incollarli o posarli, e tenete il legno accatastato con listelli distanziatori nell'ambiente di impiego se deve acclimatarsi.
- Progettate per l'oscillazione. Negli interni riscaldati prevedete una variazione stagionale di tre punti o più. Pannelli, piani e gradini richiedono fissaggi che li lascino muovere.
Domande frequenti
Che umidità deve avere il legno per i mobili?
Per i mobili usati in ambienti riscaldati puntate a una media di circa l'8%, con i singoli pezzi tra il 6% e il 10%; le latifoglie per mobili si essiccano normalmente in essiccatoio al 6–8%.2 In un ambiente interno molto secco e riscaldato in continuo, è più sicura la parte bassa dell'intervallo.
Qual è l'umidità di equilibrio del legno con il 50% di umidità relativa?
A circa 20–21 °C, il legno in equilibrio con il 50% di umidità relativa ha un'umidità di circa il 9,2%. Con il 40% è di circa il 7,7% e con il 60% di circa l'11%.1 Specie e storia di assorbimento possono spostare questi valori di uno o due punti.
Un igrometro senza punte è preciso?
Sì, entro i suoi limiti. Gli igrometri capacitivi misurano in modo affidabile tra il 4% e il 30% circa di umidità, una volta impostati per la specie o la densità, ma misurano soprattutto gli strati esterni, quindi un cuore umido può passare inosservato. Per il legname in essiccazione dice di più un igrometro a punte isolate infisse a un quarto dello spessore, oppure un campione in stufa.2
Il 12% di umidità è troppo per un mobile da interno?
Per gli interni riscaldati, sì. Il legno al 12% è in equilibrio con circa il 65% di umidità relativa.1 In un ambiente che d'inverno resta al 40–45% si essiccherà verso l'8% e nel farlo si ritirerà, aprendo giunti e fessure.1,6
