DESCRIZIONE : DESCRIPTION :
Negli ultimi decenni l'Italia, tra le prime nazioni europee, ha ideato le cosi “scale modulari”. Sono così chiamate essendo composte da una serie di moduli che opportunamente montati permettono l'assemblaggio della scala in varie configurazioni. In recent decades, Italy, one of the first European nations, has devised the so-called "modular stairs". They are so called since they are composed of a series of modules which, when suitably assembled, allow the assembly of the ladder in various configurations.
Rispetto alle scale “su misura” il montaggio è senza dubbio più semplificato. Per tale operazione i moduli vengono assemblati tra di loro tramite sistemi a vite. Ogni modulo (scalino, supporto, spessore, elemento di corrimano... ecc.) è stato studiato e prodotto nell'intento di abbattere i tempi di montaggio, utilizzando i materiali più congrui per ogni tipologia; in tal modo la scala modulare rappresenta una soluzione molto conveniente anche in termini economici. In molti casi è possibile svincolarsi dalla fase progettuale visto che le scale modulari sono regolabili in fase di montaggio tramite il “configuratore scale”. Così si può avere in tempo reale la progettazione ideale della propria scala. Le istruzioni di montaggio, che sono di corredo, permettono addirittura di assemblare la scala senza far uso di manodopera specializzata. Infine risultano molto vantaggiose le operazioni di confezionamento e di spedizione anche con soluzioni in kit. Compared to "made to measure" stairs, assembly is undoubtedly more simplified. For this operation the modules are assembled together using screw systems. Each module (step, support, thickness, handrail element ... etc.) has been studied and produced with the aim of reducing assembly times, using the most suitable materials for each type; in this way the modular ladder represents a very convenient solution also in economic terms. In many cases it is possible to get away from the design phase as the modular stairs are adjustable during the assembly phase using the "stairs configurator". So you can have the ideal design of your staircase in real time. The assembly instructions, which are supplied, even allow you to assemble the ladder without the use of specialized labor. Finally, packaging and shipping operations are very advantageous, even with kit solutions.
Da qui si evince quanto possa essere importante l'innovazione per ogni particolare modulare componente la scala. Lo studio in questione si vuole occupare in specifico del “modulo supporto” part, 1 tav, l, cioè dell'elemento che permett l'assemblaggio di uno scalino sull'altro, come in fig. 2 partt. 1 tav. 2, sia per quanto concerne la scala modulare lineare che a chiocciola. Il supporto modulare nella maggioranza dei casi viene prodotto in legno con forma parallelepipeda, vedi figg. 1 e 2 parti. 1, tav. 2, presentando dei fori passanti atti all'assembiaggio alternato scalini ed altri supporti modulari ( tramite bulloni, dadi, rondelle, distanziatori.,,) fig, 2 pari, 1, tav. 2. Lo studio e l'esperienza di vari produttori sia italiani che esteri hanno permesso l'ottimizzazione di ogni elemento secondo criteri di perfezionamento sempre più sofisticati. Tuttavia in questa sede abbiamo rilevato un “difetto” ; ci riferiamo alla validità nel tempo del serraggio dei vari elementi costituenti la scala modulare. Da una analisi su scale prodotte e montate da vari mesi si è riscontrata una significativa perdita di tenuta proprio del sistema di assemblaggio. In pratica è stato constatato un mutuo movimento tra scalino e modulo che, pur non pregiudicando la sicurezza della scala, crea un effetto movente di tutta la struttura, in effetti questo comportamento strutturale risulta alquanto fastidioso conferendo un senso di precarietà alla scala stessa. S'impone a questo punto una domanda: perché si presenta questo allentamento del serraggio globale della struttura? Ovviamente decimi di millimetro di gioco per ogni scalino possono diventare anche eccessivi per tutta la grandezza del manufatto. Da un attento esame si sono riscontrati dei ritiri dimensionali dei supporti modulari secondo le sezioni verticali con il conseguente schiacciamento delle facce orizzontali. Il motivo di questo è da ricercare sia in un impegno dovuto ad escursioni termiche, sia in sollecitazioni dovute al normale uso della scala sia a variazioni igrometriche. Introducendo le cause dovute agli effetti termici notiamo che attualmente tutti i moduli di supporto in legno presentano le fibre orizzontalmente, fig. 1 tav. 1 secondo la direzione delle frecce, sia nel caso che il legno sia in massello che in lamellare, o multistrato. E' risaputo che la dilatazione termica del legno è notevolmente diversa se viene considerata lungo le fibre o ortogonalmente ad esse. La dilatazione termina lineare dipende in piccola parte anche dal tipo di legno. Con buona approssimazione comunque possiamo stabilire che lungo le fibre il coefficiente di dilatazione E per valori medi compresi tra 0° e 100° di temperatura, risulta E = 0,000004 mentre ortogonalmente alle fibre il coefficiente è E = 0,000058. Secondo la formula applicativa E = 1/1 x dl/dt dove 1 = lunghezza, dl = variazione di lunghezza dt = variazione termica si ricava di = E1 x dt. Come si evince dalla formula la differenza di lunghezza è direttamente proporzionale al coefficiente dilatativo. Dal punto di vista strutturale c'è una notevole differenza tra la compressione lungo le fibre ed ortogonalmente ad esse. Andiamo ora a valutare l'analisi comportamentale di un legno tenuto bloccato tra due estremi rigidi indeformabili. Un esempio sempre preso in considerazione per quanto concerne il concetto di dilatazione termica è quello dei binari ferroviari. Come è risaputo tra spezzone e spezzone viene lasciato uno spazio libero di qualche millimetro per permettere l'allungamento in periodi con temperature più elevate, Le tensioni dovute alla dilatazione termica sono straordinariamente forti al punto da deformare anche metalli come l'acciaio se trattenuti saldamente tra due incastri estremi. Nel nostro caso la dilatazione lineare del modulo di supporto, una volta serrato lo stesso tra le piastre d'acciaio, non trova possibilità di allungamento, per cui si viene a creare una deformazione del legno a seguito delle tensioni a compressione operate dalle piastre Evidentemente quando la temperatura si abbasserà di qualche grado si verrà a creare un piccolo gioco tra il supporto e le relative piastre. Quindi riducendo drasticamente gli effetti della dilatazione termica, con il più opportuno orientamento delle fibre, si ridurrà fino a rendere praticamente trascurabile la deformazione del supporto modulare con la consequenziale diminuzione/annullamento dei precedentemente descritti. Nella fig, 1, tav.1 viene mostrato il supporto modulare le fibre orientate secondo la direzione delle frecce, quindi orizzontalmente. Nel nostri caso la novità sta nel variare tale direzione nel corpo centrale del modulo, come in fig. 2, al part. 2, tav.l, dove le fibre sono, come indicato dalle direzioni delle frecce, orientate ortogonalmente. Per effetti estetici può essere preso in considerazione l'incollaggio di elementi a piastra o impiallacciature come in fig. 2, parti. 3, tav 1 con la direzione longitudinale delle fibre come in fig, 1 tav.l. Tali guance possono essere a contorno a taglio o smussate. Una variante disegnata in fig. 3, tav. 1, mostra la possibilità di rivestire parzialmente o totalmente il modulo-supporto con superfici in alluminio, acciaio inox, ma anche con materiali plastici per un particolare impatto estetico. Fino ad ora abbiamo analizzato gli effetti dovuti alle variazioni termiche ma anche l umidità è responsabile di variazioni di allungamento del legno. Possiamo dire con una buona approssimazione che gli effetti della temperatura e dell'umidità giochino ruoli opposti per uno stesso periodo dell'anno. Con l'aumento della percentuale di umidità il legno incrementa il proprio volume se non ben trattato con laccature e verniciature idrorepellenti. L' allungamento del legno a causa dell'aumento di umidità presenta un allungamento minore longitudinalmente alle fibre e maggiore ortogonalmente ad esse. Proprio come avviene per la variazìoi termica. Però siccome normalmente nel periodo estivo il grado di umidità è minore, avremo due comportamenti antagonisti tra gli effetti termici e di umidità, in quanto all'aumento termico corrisponderà un allungamento del legno, ma per il minor grado di umidità avremo un sensibile restringimento del legno stesso. Situazione opposta nel periodo invernale. Queste variazioni volumetriche del legno per gli effetti sia alla temperatura che alla umidità sono comunque maggiori ortogonalmente fibre, per cui la soluzione adottata di predisporre le fibre verticalmente, come descritto, in ogni caso risulta fondamentale per la diminuzione degli allungamenti dei moduli di supporto con un conseguente miglioramento globale della stabilità della scala, Per quanto concerne la robustezza del legno con questa nuova disposizione delle fibre possiamo ricordare come venga ancora utilizzato dal macellaio il ceppo di legno con le fibre disposte verticalmente al piano. Tale soluzione incrementa la robustezza del materiale nel contrastare gli effetti dovuti alle forze di taglio e di compressione. Questa semplice ma efficace soluzione, trattata in questa domanda di brevetto, stravolge tutti i sistemi abituali dei supporti modulari sia per legni in massello che per legni lamellari, che di norma risultano con le fibre correnti orizzontalmente rispetto al piano dello scalino. Da esperimenti su prototipi si è constatato un netto miglioramento di tenuta di serraggio anche dopo periodi di diversi mesi sottoponendo la scala ad uno stress confrontabile ad un uso di vari anni. Non si sono riscontrati cedimenti, laschi, giochi visibili od avvertibili durante le operazioni di salita/discesa. Si ritiene che questo trovato per i vantaggi descritti possa essere facilmente impiegato industrialmente utilizzando anche legni di recupero secondo criteri di assemblaggio in lamellare in pratica senza nessun effetto negativo.. From here it is clear how important innovation can be for each particular modular component of the staircase. The study in question wants to deal specifically with the “support module” part, 1 tab, l, that is the element that allows the assembly of one step on the other, as in fig. 2 part. 1 tab. 2, both as regards the linear and spiral modular staircase. The modular support in most cases is produced in wood with a parallelepiped shape, see figs. 1 and 2 parts. 1, pl. 2, presenting through holes suitable for alternating assembly of steps and other modular supports (by means of bolts, nuts, washers, spacers. ,,) fig, 2 even, 1, tab. 2. The study and experience of various Italian and foreign producers have allowed the optimization of each element according to increasingly sophisticated improvement criteria. However, here we have found a "defect"; we refer to the validity over time of the tightening of the various elements making up the modular staircase. From an analysis on ladders produced and assembled for several months, a significant loss of tightness of the assembly system was found. In practice, a mutual movement between step and module has been observed which, while not compromising the safety of the staircase, creates a driving effect for the whole structure, in fact this structural behavior is somewhat annoying, giving a sense of precariousness to the staircase itself. At this point a question arises: why does this loosening of the overall tightening of the structure arise? Obviously, tenths of a millimeter of play for each step can also become excessive for the entire size of the artifact. A careful examination revealed dimensional shrinkage of the modular supports according to the vertical sections with the consequent crushing of the horizontal faces. The reason for this is to be found both in a commitment due to thermal excursions, both in stresses due to the normal use of the ladder and to hygrometric variations. Introducing the causes due to thermal effects, we note that currently all wooden support modules have the fibers horizontally, fig. 1 tab. 1 according to the direction of the arrows, whether the wood is solid or laminated, or plywood. It is well known that the thermal expansion of wood is considerably different if it is considered along the fibers or orthogonally to them. The expansion ends linearly also depends to a small extent on the type of wood. With a good approximation, however, we can establish that along the fibers the expansion coefficient E for average values between 0 ° and 100 ° of temperature, is E = 0.000004 while orthogonally to the fibers the coefficient is E = 0.000058. According to the application formula E = 1/1 x dl / dt where 1 = length, dl = variation in length dt = thermal variation we obtain di = E1 x dt. As can be seen from the formula, the difference in length is directly proportional to the expansion coefficient. From the structural point of view there is a notable difference between the compression along the fibers and perpendicular to them. Let's now evaluate the behavioral analysis of a wood held between two rigid non-deformable extremes. An example always taken into consideration with regard to the concept of thermal expansion is that of railway tracks. As is well known, a free space of a few millimeters is left between the piece and the piece to allow elongation in periods with higher temperatures. two extreme joints. In our case, the linear expansion of the support module, once it has been tightened between the steel plates, does not find any possibility of elongation, so that a deformation of the wood is created as a result of the compressive tensions operated by the plates Obviously when the temperature will drop by a few degrees, a small gap will be created between the support and the relative plates. Therefore, drastically reducing the effects of thermal expansion, with the most appropriate orientation of the fibers, will reduce until the deformation of the modular support is practically negligible with the consequential decrease / cancellation of the previously described ones. In fig, 1, table 1 the modular support is shown, the fibers oriented according to the direction of the arrows, therefore horizontally. In our case, the novelty lies in varying this direction in the central body of the module, as in fig. 2, in part. 2, table 1, where the fibers are, as indicated by the directions of the arrows, oriented orthogonally. For aesthetic effects, the bonding of plate elements or veneers can be considered as in fig. 2, parts. 3, tab 1 with the longitudinal direction of the fibers as in fig, 1 tab. Such cheeks can be cut or blunt contoured. A variant drawn in fig. 3, pl. 1, shows the possibility of partially or totally covering the module-support with surfaces in aluminum, stainless steel, but also with plastic materials for a particular aesthetic impact. Up to now we have analyzed the effects due to thermal variations but humidity is also responsible for variations in the elongation of the wood. We can say with a good approximation that the effects of temperature and humidity play opposite roles for the same period of the year. With the increase in the percentage of humidity, the wood increases its volume if not well treated with water-repellent lacquers and varnishes. The elongation of the wood due to the increase in humidity has a smaller elongation longitudinally to the fibers and greater orthogonally to them. Just like it happens for the thermal variation. However, since normally in the summer the degree of humidity is lower, we will have two antagonistic behaviors between the thermal and humidity effects, as the thermal increase will correspond to an elongation of the wood, but for the lower degree of humidity we will have a significant shrinkage of the wood same. Opposite situation in the winter period. These volumetric variations of the wood due to the effects of both temperature and humidity are in any case greater orthogonally fibers, so the solution adopted to arrange the fibers vertically, as described, is in any case fundamental for the reduction of the elongations of the support modules with a consequent global improvement of the stability of the staircase. As regards the strength of the wood with this new arrangement of the fibers, we can recall how the wood block with the fibers arranged vertically on the top is still used by the butcher. This solution increases the strength of the material in counteracting the effects due to shear and compression forces. This simple but effective solution, dealt with in this patent application, overturns all the usual systems of modular supports both for solid wood and for lamellar wood, which usually result with the fibers running horizontally with respect to the plane of the step. From experiments on prototypes, a net improvement in tightening strength has been observed even after periods of several months, subjecting the ladder to a stress comparable to a use of several years. There were no sagging, slack, visible or noticeable play during the ascent / descent operations. It is believed that this invention due to the advantages described can be easily used industrially also using recycled wood according to glulam assembly criteria in practice without any negative effect.