il legno: caratteristiche, proprietà &...

IL LEGNOIL LEGNO :Caratteristiche, Proprietà & Caratteristiche, Proprietà &

Impiego

21 Gennaio 2013

Principali elementi costitutivi di un albero e loro funzioni

FONTE DI APPROVIGGIONAMENTO del LEGNO:

ALBERO

PROVENIENZA

Climi EUROPEIpino, abete, quercia, faggio e acero

Climi TROPICALIebano, mogano teak

BOTANICA

DURImogano, quercia, noce

TENERIabete, pino, betulle, pioppo

DUREZZA

CONIFERE (gimnosperme, aghifoglie, resinose)abete, pino, larice, tasso

ESSENZA

IL LEGNO: CLASSIFICAZIONE

LATIFOGLIE (angiosperme)pioppo, tiglio, quercia, faggio

abete, pino, larice, tasso

quercia

da COSTRUZIONEda OPERA

da INDUSTRIA

UTILIZZO

abete rosso

CLASSIFICAZIONE: PROVENIENZA CLASSIFICAZIONE: DUREZZA

IL LEGNO: CLASSIFICAZIONE

Peso specificoIgroscopicitàConducibilità termicaConducibilità elettricaConducibilità acustica

Caratteristiche CHIMICO-FISICHE

Resistenza a flessioneResistenza a trazione

Proprietà MECCANICHE

IL LEGNO: PROPRIETÁ

Resistenza a trazioneResistenza a compressioneResistenza a torsioneDurezza

Flessibilità o curvabilitàElasticitàFendibilitàPulibilità

Proprietà MECCANICHE

Proprietà TECNOLOGICHE

Caratteristiche chimico-fisiche dei LegnamiCOLORE : bruno (noce, castagno, quercia)

rossastro (larice, tasso, legni tropicali)giallo (gelso)nero (ebano)

DISEGNO (aspetto estetico): condizionato da vari elementi: (e.g.lucentezza, grana e venatura)che dipendono dal taglio (longitudinale, radiale o trasversale) e dall’andamento delle fibre

MASSA VOLUMICA : varia a seconda del tipo di legno e del grado di umidità (quantità d'acquacontenuta)

TESSITURA: dimensione e distribuzione dei vari elementi cellulari costitutivi (e.g. tessitura finee regolare per il bosso; tessitura grossolana ed irregolare per il castagno a crescita nonomogenea).

ODORE: dipende dai componenti volatili dei succhi, degli oli e delle resine, percettibilesolamente quando il legno è fresco o può anche persistere fin dopo la stagionatura.

VENATURA : contrasto di colore o di compattezza dovuto all’alternanza delle zonedi legnoprimaverile e tardivo.

SPECCHIATURA : apparenza lucida dei raggi midollari nelle sezioni radiali (molto cospicueedevidenti nel faggio, nelle querce e nel platano)

STRUTTURASTRUTTURA

esaminata a cinque livelli 1) a livello della struttura deltronco 2) a livello della struttura macroscopica3) a livello della struttura microscopica4) a livello della struttura nanoscopica5) a livello della strutturamolecolare

STRUTTURA del LEGNO

A) ZONA CORTICALE

CORTECCIA

LIBRO

CAMBIO

1) Struttura del legno a livello del tronco

è possibile distinguere tra 2 macrozone

B) ZONA INTERNA (o LEGNO propriamente detto)

ALBURNO

DURAME

MIDOLLO

ad occhio nudo, a seconda della specie legnosa, dall’esterno verso l’interno:

�la CORTECCIA , divisibile in

(A) ESTERNA: sede di larve e parassiti, priva di resistenza(B) INTERNA (LIBRO ): strato di piccolo spessore, formato da

condotti nei quali discende la linfa

1) Struttura del legno a livello del tronco: A. ZONA CORTICALE

�il CAMBIO : sottile strato tra corteccia e legno che produce continuamente le nuove cellule cheelaborano i tessuti del libro e dell’alburno. È riconoscibile solo a livello microscopico

la zona interna o legno comprende dall’esterno verso l’interno:

�la parte principale legnosa, costituita da una componente più esterna (ALBURNO ) e una piùinterna (DURAME ) più o meno distinguibili (legno differenziato o indifferenziato), con gli anellidi accrescimento, con i raggi midollari e gli altri tessuti

�la parte centrale del tronco (MIDOLLO ), di scarsa compattezza, di minore consistenza ed’aspetto spugnoso: il legno nelle vicinanze del midollo presenta, una resistenza nettamenteinferiore.

1) Struttura del legno a livello del tronco: B. ZONA INTERNA o LEGNO

inferiore.

SEZIONE di un tronco d’albero non scortecciato

1) Struttura del legno a livello del tronco

Sezione di un tronco di larice (sinistra) e di abete rosso (destra)

DURAMIFICAZIONE : fenomeni di invecchiamento dei tessuti nell’albero, con conseguente divisione in

1) Struttura del legno a livello del tronco: ALBURNO

ALBURNO- legno in formazione ricco dilinfa e amidi- circonda il durame- costituito dacellule vivee fisiologicamente attive- spessore variabile a seconda dell’età e della specie dellapianta- di colorepiù chiaro- poco durevole- meno resistentedel durame alle alterazioni biologiche indotte da funghi edinsetti- ha funzione conduttrice dell’acqua e diimmagazzinamento

SEZIONE TRASVERSALESEZIONE TRASVERSALE

DURAME- parte più interna perfettamentelignificata- la sua formazione comincia da una ben determinata ampiezzadell’alburno- costituito dacellule morte- di colorepiù scuro- più secco- più pesante- più duro- più difficilmente impregnabile- maggiore durabilità- assolvefunzione di sostegno- importanteperla rigidezza e la stabilità dell’albero

1) Struttura del legno a livello del tronco: DURAME

- importanteperla rigidezza e la stabilità dell’albero- parte di solito impiegata per la produzione di legname

Fondamentalmente si distingue tra:

�durame DIFFERENZIATO (colorato) OBBLIGATORIAMENTE

immagazzinamento dellesostanze duramificanti nella parete cellulare(simile ad un “impregnamento”

della parete cellulare)→MAGGIORE RESISTENZA agli attacchi fungini

�durame DIFFERENZIATO (colorato) FACOLTATIVAMENTE

immagazzinamento dellesostanze duramificanti sulla parete cellulare→ SCARSA RESISTENZA agliattacchi fungini

“ legnogiovanile”- legno nel suo primo anno di crescita- situato nella zona centrale del tronco (in genere contenuto nel durame).- legno dei primi 5-20 anelli d’accrescimento di qualsiasi sezione trasversale di un fusto- negli alberi giovani di specie a rapido accrescimento (elevata percentuale di legno giovanile) ildurame può presentare caratteristiche inferiori rispetto all’alburno

1) Struttura del legno a livello del tronco: legno giovanile e maturo (adulto)

“ legno maturo”

Nelle Conifere, il legno giovanile si contraddistingue da quello maturo per le seguenti caratteristiche:

�anelli di accrescimento più ampi�minore massa volumica�resistenza e rigidezza inferiori del 50-70%

- legno a circa il ventesimo anno di crescita- graduale miglioramento delle caratteristiche tra il quinto ed il ventesimo anno di crescita- proprietà meccaniche migliori: resistenza e rigidezza maggiori e ritiroassiale minore

Aspetto MACROSCOPICO(riconoscibile ad occhio nudo o con una lente d’ingrandimento)

- struttura, disposizione, forma e grandezza deitessuti o degli insiemi risultanti da diversi tipidi cellule (da cui risulta l’aspetto di una specie legnosa)

- i vasi che conducono la linfa greggia (acqua e ioni minerali) sono, per la maggiore parte dei

2) Struttura del legno a livello macroscopico

legni, tanto grandi da essere visibili a livello macroscopico come pori, insezione trasversale, ocome canali porosi, in sezione longitudinale

- al contrario, la struttura delle singole cellule può essere osservata solo con un microscopio

- tre sezioni/direzioni anatomiche fondamentali- tessuto e le cellule differenti a seconda della sezione considerata

2) Struttura del legno a livello macroscopico: SEZIONI ANATOMICHE PRINCIPALI

3 sezioni del LEGNO• Trasversale: perpendicolare all’asse del tronco,• Radiale: sezione che passa per l’asse, piano della sezione parallelo all’assedel tronco e ai raggimidollari• Tangenziale: sezione perpendicolare alla sezione radiale, piano della sezione parallelo all’assedel tronco e perpendicolare ai raggi midollari (tangente ad uno degli anelli di accrescimento)

- nella sezione trasversalesi può stimare l’età dell’albero dal numero degli anelli e dalla loroampiezza si può determinare il ritmo di crescita

- nellasezione radialesi vedono bene lespecchiaturedate dairaggi

- nellesezioni tangenzialivisibili nel legno segato in tavole è possibile osservare lavenatura dellegno e l’alternanza tra zona primaverile e tardiva

2) Struttura del legno a livello macroscopico: SEZIONI ANATOMICHE PRINCIPALI

Anelli di accrescimento

- si formano in seguito all’accrescimento del fusto per formazione distrati anulari successividilegno da parte della zona del cambio, interrotto da periodi di stasi (stagioni fredde)

- diventano visibili perché si formanocellule di differente tipo e dimensione, in numero edistribuzione differenti, all’inizio e verso la fine del periodo di attività vegetativa

- durante l'inverno, la linfa non scorre, la crescita si ferma e il legno diventa più' scuro,consentendo di distinguere facilmente i cerchi annuali.

2) Struttura del legno a livello macroscopico: ANELLI di ACCRESCIMENTO

- l’omogeneità del legname dipende dalla regolarità negli anelli annuali (costanza del lorospessore), conferita dal ritmo di crescita della pianta

tronchi della stessa specie e essenze che crescono in zone diverse presentano caratteristiche meccaniche e di densità differenti

- lo spessore/ampiezza(larghezza in direzione radiale) dipende dall’andamento climatico delperiodo che va dallaprimavera all’estate, dalla specie legnosa, dal terreno, dall’altitudine,dall’età dell’albero, da danneggiamenti biologici ed ecologici, dagli interventi dell’uomo…

- lo spessore nonècostantee la sezione trasversale del fusto mai perfettamente regolare

- spessori diversicomportanocaratteristiche fisico-meccaniche diverse


densità maggiore

modulo elastico e resistenza meccanica più elevati

anelli di accrescimento più sottili

legno primaverile (primaticcio)- zona chiara più tenera(legno più poroso, chiaro e soffice, costituito dacellule a lume ampioeparete sottile), corrispondente allastagione d’accrescimento primaverile-assicura il rapido trasporto della linfa all’inizio della stagione vegetativa


legnotardivo- zona più scura e compatta(legno più duro, scuro e compatto, costituito dacellule a lume piùesiguoe parete più spessa), corrispondente allastagione autunnaleo estiva- maggiorimassavolumica,resistenzae valori deiparametrilegatial ritiro edal rigonfiamento

Negli anelli si può distinguere:

inverno accrescimentopraticamente nullo

età approssimativa dell'alberonumero di anelli di accrescimento

(ogni anello corrisponde ad un anno di vegetazione) letta in una sezione trasversale posta in basso

- maggiorimassavolumica,resistenzae valori deiparametrilegatial ritiro edal rigonfiamento- svolge principalmente una funzione di sostegno


nelle Conifere (abete, pino e larice)distinzione tra legno primaverile e legno tardivo MOLTO MARCATA

nelle Latifoglie (betulla)distinzione tra legno primaverile e legno tardivo MENO NETTA

(passaggio da un anello all’altro poco evidente )

LEGNO PRIMAVERILE

LEGNO TARDIVO


in base alla disposizione ed alla grandezza dei vasi nell’anello annuale, si distinguono tre gruppi principali:- specie a legno poroso-zonato- specie alegno semi poroso-zonato- specie a legno poroso-diffuso


Curiosità- negli alberi caducifoglidelle regioni tropicali e subtropicali,in dipendenzadall’alternarsidelle

- informazioni utili su fattori che incentivano o rallentano l’accrescimento (e.g. clima) e suvariazioni climatiche: un anello ampio corrisponde a unabuona annata, mentre una serie dianelli sottili indica un periodo disiccità.

- falsi anelli: si formano negli alberi dei climi temperati durante un’interruzione provvisoriadell’accrescimento (e.g. prolungata siccità o defogliazione per attacchi parassitari) e sidistinguono da quelli veri perché non estesi a tutta la sezione trasversale

- negli alberi caducifoglidelle regioni tropicali e subtropicali,in dipendenzadall’alternarsidellestagioni secche e di quelle delle piogge, si formano anelli che non corrispondono piùall’accrescimento annuale.

- nei sempreverdi delle foreste tropicali, caratterizzati da attività vegetativa ininterrotta, nonessendoci la stagione fredda, l’apparizione degli anelli è quasi odel tutto assente.

dendrocronologia: scienza che definisce l'età di una pianta sulla base del numero degli anelli diaccrescimento, e riesce a ricostruirne, studiandone la conformazione (in particolare spessore e larghezza), lastoria e a risalire agli eventi climatici ed alle patologie subite

RAGGI del LEGNO (MIDOLLARI )

- presenti in tutte le Conifere e le Latifoglie

- variano, da specie a specie, grandezza, frequenza e composizione

- costituisconolinee chiare, sottili, raramente ampie più di 1 mm, orientatea raggiera dalla periferia deltronco verso il centro (visibili ad occhio nudo)

2) Struttura del legno a livello macroscopico: RAGGI del LEGNO (MIDOLLARI) e CANALI RESINIFERI

Raggi grandi6 ÷ 38 ÷ 80 mm

- funzioni di sostegnoin direzioneradiale e di conduzione radialee immagazzinamentodelle sostanzeprodotte dall’albero

Sezione tangenziale di una quercia a livello macro e microscopico

6 ÷ 38 ÷ 80 mm

Raggi piccoli80 ÷ 160 ÷ 240 µmnon visibili a occhio nudo

CANALI RESINIFERI

- in alcune Conifere indigene (e.g. pino, abete rosso, larice, douglasia), visti in sezione trasversale, appaionocome punti chiari o scuri, soprattutto nel legno tardivo

- influenzano la lavorabilità e l’utilizzabilità del legno

MICROSTRUTTURA : costituita da componenti dette CELLULE

- milioni di cellule di diverso tipo, grandezza, forma, numero e distribuzione

TESSUTI: costituiti da cellule dello stesso tipo

3) Struttura del legno a livello microscopico

Tessuti e cellule costitutive nel legno di conifere e latifoglie Tessuti e cellule costitutive nel legno di conifere e latifoglie

CELLULE : di forma allungata con cavità centrale (lumen)

- la forma della loro sezione può esserepoligonaleo circolare

- le pareti delle cellule sono costituite da vari strati contenentiFIBRILLE (costituite dacellulosa), disposte in modo più o meno ordinato e diversamente orientato

- per la maggior parte disposte parallelamente all’asse del tronco (“in direzione della fibratura”)

- “ raggi del legno” : aggregatinastriformidi cellule,dispostiperpendicolarmentealla fibratura

3) Struttura del legno a livello microscopico:CELLULE

- “ raggi del legno” : aggregatinastriformidi cellule,dispostiperpendicolarmentealla fibratura

- cellule contigue comunicano direttamente per mezzo di aperture (PORI) nelle due paretiterminali (apicali) che hanno funzione conduttrice della linfa

in relazione alle tre funzioni principali del legno (sostegno, conduzione ed immagazzinamento)

TESSUTO MECCANICO FONDAMENTALEo DI SOSTEGNO

TESSUTO CONDUTTORE TESSUTO PARENCHIMATICOo DI RISERVA

eventuali TESSUTI SECONDARI

3) Struttura del legno a livello microscopico: TESSUTI

tessuto secretore (e.g. canali resiniferi) tessuti anomali (e.g. lesioni, legni di reazione)

Tessuti e cellule costitutive nel legno di conifere e latifoglie

PARETE CELLULARE

4) Struttura del legno a livello nanoscopico

1) permette alla cellula di acquisire unaforma definita

2) fornisce resistenzaeprotezionealla cellula

3) proteggeda danni ed infezioni causatidall’attacco di batteri e funghi patogeni

FUNZIONI PARETE CELLULARE

4) proteggela cellulada shock omeostatici: regola e limita la quantità d’acqua che la cellula può assumeredall’ambiente esterno e le impedisce quindi di scoppiare inambienti con basse concentrazioni saline

5) interviene attivamente in molti processi fisiologici (e.g. assorbimento, diffusione e trasporto d’acqua,traspirazione…)

STRUTTURA dellaPARETE CELLULARE


- LAMELLA MEDIANA (LM ): struttura di collegamento tra due cellule contigue, costituita dasostanze pectiche e proteine strutturali e enzimatiche

- PARETE PRIMARIA (P): parete più interna, molto sottile, disposta tra la lamella mediana elamembrana plasmatica, di spessore uniforme, flessibile, estensibile e dotata di grande resistenza,perché costituita da sostanze pectiche, emicellulosa e fibrille di cellulosa dispostedisordinatamente ad elica.La sua formazione inizia durante la divisione cellulare e si completa durante la fase diLa sua formazione inizia durante la divisione cellulare e si completa durante la fase diaccrescimento per distensione della cellula.


- PARETE SECONDARIA (S): segue sulla parete primaria, rappresenta la parte più cospicuadella parete cellulare, costituita da tre strati concentrici (S1, S2 e S3). Si forma dopol’accrescimento per distensione a ridosso della parete primaria, in senso centripeto perapposizione di lamelle sovrapposte

STRUTTURA dellaPARETE CELLULARE

Modello della parete cellulare

STRATO S2- importantissimo dal punto di vista strutturale- il suo spessore rappresenta il 70-90% dello spessore totale dellaparete cellulare

- le fibrille sono disposte a spirale, formando un angoloθ con l’assedella cellula (θ~ 45° nelle Conifere,θ~ 10-20° nelle Latifoglie)

LEGNO materiale compositocostituito da

- sostanze a struttura macromolecolare, presenti in gran quantità, formanti il complesso dellepareti cellulari:cellulosa, emicellulosee lignina (costituenti strutturali )

- sostanze di natura diversa a struttura micromolecolare, presenti in quantità più limitata(costituenti non strutturali )

5) Struttura del legno a livello molecolare

- la composizione chimica dipende dal tipo di albero e varia lievemente anche all’interno di uno stesso tronco

- le differenti proprietà del legno non sono determinate dalcontenuto in % degli elementi chimici ma dai

sostanze minerali e ceneri ~ 0.2-0.3% azoto < 0.1%

differenti legami chimici e fisici che si instaurano

L'organizzazione in più livelli dimensionali assicura ottime distribuzione delle tensioni,resilienza e capacità di resistere alla propagazione delle fessurazioni.

Sostanze chimiche costituenti il legno

5) Struttura del legno a livello molecolare

cost

ituen

ti ch

imic

i str

uttu

rali

componenti non strutturali (estrattivi e ceneri all’interno delle cavità e pareti cellulari) noncontribuiscono alle proprietà meccaniche del legno, ma ne influenzano altre caratteristiche (e.g.colore, durabilità naturale, peso specifico, resistenza ai funghi, bagnabilità, ritiro….)

cost

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Com

pone

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stru

ttura

li

- componente più abbondante nel legno (fino al50% del peso secco)

- non solubile in acquama si idrata facilmente (igroscopicitàdel legno)

-polisaccaride originato dalla polimerizzazione delcellobiosio (disaccaride di glucosio) aoriginare catene regolarmente ordinate nello spazio

- sintetizzata dal complesso proteico enzimaticoCELLULOSA SINTASI , situato a livello dellamembrana plasmatica delle cellule vegetali.

5) Struttura del legno a livello molecolare: CELLULOSA

Polimerizzazione di circa 2000-15000 molecole di glucosioCella cristallina: 2 molecole di cellobiosio

5) Struttura del legno a livello molecolare: CELLULOSA

Le catenedi unità di cellobiosio delle celle elementarisono

MICELLE : 5 molecole di cellulosa, disposteparallelamente l’una rispetto all’altra

MICROFIBRILLE : associazione di circa 1000molecole di cellulosa, organizzate in MICELLE.

Le fibrille elementari si uniscono fra loro dando luogo a filamenti piatti, dettiMICROFIBRILLE (circa 1000 molecole di cellulosa), le quali, a loro volta,si unisconoformando leMACROFIBRILLE .

Le catenedi unità di cellobiosio delle celle elementarisonoaffiancate fra loro in modo da formarefasci filiformi , nei quali,a zone più compatte (MICELLE CRISTALLINE , costituiteda 5 molecole di cellulosa) si alternano zone ove le catene sonopiù libere o amorfe, originandofibrille elementari,

polimero aromatico tridimensionale costituito da derivati del fenilpropano, monomeri di variemolecole aromatiche (e.g. alcol coniferilico), contenenti un anello a sei atomi di carbonio

~26-30% nelle conifere~ 20-25% nelle latifoglie

- amorfa (forma una rete tridimensionale)- rigida- non elastica- a comportamento termoplastico- di composizionevariabile (soprattuttotra le coniferee le latifoglie)

5) Struttura del legno a livello molecolare: LIGNINA

- di composizionevariabile (soprattuttotra le coniferee le latifoglie)- "incrostante“: non si presenta come costituente indipendente, ma si deposita fra le fibrillecellulosiche e fra le macromolecole pectiche ed emicellulosiche, durante la lignificazione

LIGNIFICAZIONE- ultima fase della formazione della parete cellulare: quando l’accrescimento e la lignificazioneterminano, la cellula muore

- deposizione di lignine a partire dallo strato della parete secondaria più vicino alla membranaplasmatica, per poi procedere per infiltrazione a tutta la parete (parete primaria+lamella mediana)

- conferiscerigidezza e resistenza a compressione, riducendo sensibilmente l’estensibilitá dellepareti cellulari

- rendele strutturecellularipiù impermeabili e resistenti agli attacchi di microrganismi

5) Struttura del legno a livello molecolare: LIGNINA

- rendele strutturecellularipiù impermeabili e resistenti agli attacchi di microrganismi

Cellule lignificate

- cellule deivasi del legno della pianta: funzione di trasporto dell’acqua e ioni inorganici su distanze anche particolarmentelunghe

- cellule dellefibre sclerenchimatiche: funzione meccanica di sostegno della pianta

Fascio di fibre sclerenchimatiche in sezione trasversale: appaionopoligonali con le pareti fortemente ispessite e lignificate (lumecellulare vuoto, trattandosi di cellule tipicamente morte). La lignina sicolora con la FLUOROGLUCINA ACIDA (colore rosso) .

EMICELLULOSE- polisaccaridi amorfi costituiti da catene lineari di glucosio con ramificazioni laterali formateda diversi tipi di zuccheri (in particolare: mannosio, xilosio, arabinosio, glucosio, galattosio,fucosio e ramnosio) e alcuni acidi

- 20-30% del peso anidro

- composizione variabilefra conifere e latifoglie, ma anche tra specie diverse

- grado di polimerizzazionegeneralmenteinferiore aquellodellacellulosa

5) Struttura del legno a livello molecolare: EMICELLULOSE

- grado di polimerizzazionegeneralmenteinferiore aquellodellacellulosa

- componente facilmente deformabile, nel collegamento con la cellulosa, in modo da conferireflessibilità ed elasticità

dovute a minor livello di organizzazione, caratterizzata da un maggior numero di ossidrili liberi di legarsi con altre molecole

notevole contributo al comportamento viscoso del legno

maggiore solubilità

maggiore igroscopicità

SOSTANZE PECTICHE

macromolecole derivate dalla polimerizzazione dell’ACIDO GALATTURONICO , derivatoossidato dello zucchero galattosio, a formare l’ACIDO PECTICO.

5) Struttura del legno a livello molecolare: SOSTANZE PECTICHE

PECTINE : altre forme chimiche dell’acido pectico (e.g. acido pectico metilato)

PECTATI di CALCIO e MAGNESIO : più catene di acido pectico legate tra loro da Ca e Mg

MATERIALE FIBRILLARE (ossaturadellaparete cellulare): CELLULOSA che forma unagerarchia di strutture fibrillari, parzialmente legate una all’altraper mezzo di unamatriceomogenea,conferendo alle celle e alla parete cellulare elevatistabilità di forma , resistenza atrazione, taglio e flessione, grazie al suo grado di linearità e cristallinità.

COMPOSIZIONE CHIMICA dellaPARETE CELLULARE

5) Struttura del legno a livello molecolare: PARETE CELLULARE

PARETE CELLULARE : composito, misto dicellulosaresistente a trazione elignina resistentea compressione, con distribuzione percentuale dei vari costituenti diversa nei diversi strati

MATRICE : costituita daacqua, emicellulose, sostanze pectiche(o sali di acidi pectici, qualipectati di Ca o Mg),proteine e lipidi , riempie gli interstizi del materiale fibrillare.La sua composizione chimica varia tra specie diverse, tra cellule della stessa pianta e durante iprocessi di crescita e differenziamento del tessuto.

Le microfibrille di cellulosa sono disposte le une vicine alle altre, ma nonsi legano tra loro. Le emicellulose ele pectine sono molecole corte ramificate che interagiscono a formareun’unica rete tridimensionale. Lequantità relative delle varie componenti variano originando pareti flessibili origide, resistenti o deboli.

COMPOSIZIONE CHIMICA dellaPARETE CELLULARE

PARETE PRIMARIA

1) MATERIALE FIBRILLARE : costituita dacellulosanelle piante superiori e dachitina neifunghi

2) MATRICE : costituita daH2O (70% del peso fresco),emicellulose, sostanze pectiche,proteine e lipidi


PARETE SECONDARIA1) MATERIALE FIBRILLARE (95 % del peso fresco): fibrille dicellulosa strettamente

impachettate e parallele con orientamento rispetto all’asse longitudinale della cellula diverso

a seconda dei vari strati

2) MATRICE : molto scarsa

Nei tre strati concentrici l’orientamento delle fibrille presenta unatessitura parallela ed èdiversa da strato a strato, disposizione che permette di resistere alle forze di trazione.


GLICOPROTEINE di PARETE

proteine strutturali (ricche di amminoacidi quali serina, idrossiprolina e lisina che formano legamicovalenti con le emicellulose) alle quali si legano molecole di zuccheri, in particolare arabinosioe galattosio.

2 PRINCIPALI CATEGORIE

1) ESTENSINE: favoriscono l’estensibilità della parete2) LECTINE : svolgono un ruolo importante nei processi di riconoscimento e compatibilità tra

le varie cellule (e.g. impollinazione e resistenza ai parassiti)

INCROSTAZIONE : infiltrazione di materiali tra gli spazi interfibrillari delle molecole dicellulosa

1) Lignificazione2) Pigmentazione3) Mineralizzazione

MODIFICAZIONI della PARETE SECONDARIA


APPOSIZIONE : deposizione sulla parete di materiali che ne aumentanol’IMPERMEABILIZZAZIONE

1) Cutinizzazione2) Cerificazione3) Suberificazone

GELIFICAZIONE

PREGI & LIMITIPREGI & LIMITI

- RINNOVABILE

- BIODEGRADABILE (e facilmente smaltibile)

- Bassa densità

- Elevato potere coibentante

- Buone caratteristiche meccaniche

IL LEGNO: PREGI

-facilità di APPROVVIGIONAMENTO-facilità di LAVORAZIONE-facilità di RIPARAZIONE-facilità di SOSTITUZIONE-LEGGEREZZA (trasporto e posa in opera)

- impiego per strutture sollecitate- possibilità di costruire strutture mobili e provvisorie

IL LEGNO: Limiti

IGROSCOPICITÁ : contenuto di umidità e volume variano a seconda delle condizioniambientali

LIMITI DIMENSIONALI in termini di sezione e lunghezza

DURATA LIMITATA come materiale da costruzione: valutabile intorno ai 50-80 anni, aseconda delle condizioni di impiego (molto poco rispetto a pietre e laterizi)

VULNERABILITÁ al FUOCO : materiale combustibile, elevato rischio di incendio

ANISOTROPIA : caratteristiche fisiche emeccaniche diverse a seconda delladirezione anatomica considerata

DIFETTOSITÁ :nodi, fessurazioni, dannida microrganismi (insetti, funghi) o daeventi fisici (e.g. fulmini, urti)

DIFFICOLTÁ di

STANDARDIZZAZIONE

VARIABILITÁ CARATTERISTICHE MECCANICHE

tra un elemento e l’altroall’interno del singolo elemento

Legname rotondo (“ tondoni da costruzione”)

legname semplicemente scortecciato

Legname squadrato

ELEMENTI PER TRAVATURE

LIMITI: LIMITI DIMENSIONALI

Legname segato(Tavolame: Sottomisure e Tavole, Morali - Mezzi morali –

Listelli, Travetti e Smezzole)

Legname squadrato (Travi Uso Trieste, Uso Fiume, in massello)

elementi asciati e squadrati

DURABILITÁ del LEGNO

ESPOSIZIONE alle INTEMPERIE

CAUSE di DANNEGGIAMENTO

FUNGHI

alterazione della colorazione (grigiastra)

- si nutrono di cellulosa - DISFACIMENTO della struttura del materiale

si sviluppano con - temperature di 15-20 °C

TARLICAPRICORNI delle case

- temperature di 15-20 °C- contenuto d’acqua nel legno di ~ 20 %

TERMITI

- non si notano fori- si nutrono di cellulosa

- ATTACCO DISTRUTTIVO

- si notano FORI d’USCITA- ATTACCO LIMITATO all’ALBURNO

RIMEDI : TRATTAMENTI PREVENTIVI con opportune sostanze

ATTACCO da INSETTI nella zona dell’ ALBURNO

DURABILITÁ del LEGNO: INSETTI & FUNGHI

ATTACCO DA FUNGHIa livello del contatto diretto del legno con la muratura

necessità di uno SPAZIO AERATO tra il legno e la muratura

DURABILITÁ del LEGNO: VULNERABILITÁ al FUOCOResistenza al FUOCO

(CAPACITA’ PORTANTE “R”)

CARBONIZZAZIONE LENTA per SPESSORI NON PICCOLI (t ≥ 35 mm)

VELOCITA’ di CARBONIZZAZIONE (β0)

• CONIFERE E PIOPPOMASSICCIO β0 = 0.8 mm/minLAMELLARE β0 = 0.7 mm/min

• LATIFOGLIEMASSICCIO β0 = 0.5 mm/minLAMELLARE β0 = 0.5 mm/min

Trattabile con SOSTANZE IGNIFUGHE

IGNIZIONE

VULNERABILITÁ al FUOCO: FASI di un INCENDIO

FASE di CRESCITAmodello a due zone

COMPLETO SVILUPPOmodello a una zona

STABILIZZAZIONE del LEGNO

CLASSI di RESISTENZA

RICOMPOSIZIONESuddividere pezzi di grande dimensione in unità piùpiccole per poi riassemblarli al fine di-ridistribuire i difetti all’interno del solido ricostituito- diminuire la variabilità del legno

TECNICHE per compensare la grande variabilità delle caratteristiche delLEGNO NATURALE

CLASSI di RESISTENZA

assegnate mediante procedure di CLASSIFICAZIONE basate su determinate CORRELAZIONI tra PARAMETRI misurati e valori di RESISTENZA del legname.

CLASSIFICAZIONE a MACCHINA : sulla base del MODULO ELASTICOCLASSIFICAZIONE VISIVA : sulla base di DIMENSIONE e POSIZIONE dei NODI

DIFETTI CONGENITI DIFETTI dovuti a cause svariatee.g. vento, neve, errori nel taglio,

trasporto, stagionatura, insetti, funghi

DIFETTI dei LEGNI

Imperfezioni di strutturae.g. forme contorte degli ulivi

Difetti importanti dal punto di vista tecnologico

FUSTI di FORMA ANOMALA -fusto di sezione trasversale non circolare

- fusto incurvato- fusto cavernoso

Cipollature

- fusto cavernoso- fusto contorto

DEVIAZIONE dellaFIBRATURAandamento elicoidale

ETEROGENEITÁ degli ANELLI di ACCRESCIMENTO causata da brusche variazioni climatiche

CIPOLLATURE Crescita non regolare con distacco tra gli anelli di accrescimento causata da gelo o caldo eccessivi

TASCHE di RESINANODI

ECCENTRICITÁ del MIDOLLOCURVATURE

Difetti CONGENITI o COSTITUZIONALI: NODI

NODI

PUNTI di INNESTO dei RAMI nel TRONCO

- difetti costituzionali, costituiti dai rami, i quali, man mano che l’albero cresce, vengonoinglobati nel tronco

- le caratteristiche dei tessuti legnosi che li compongono sono differenti rispetto a quelle deitessutipresentinel troncotessutipresentinel tronco

- nelle immediate vicinanze dei nodi la fibratura cambia direzione, con conseguente

� decadimento delle proprietà meccaniche del materiale� effetti estetici indesiderati� difficoltà di lavorazione del tronco


NODI ADERENTI , CONCRESCIUTI o “SANI”

- se il ramo ‘vivo’ è inglobato dal tronco- durante l’essiccazione si possono fessurare

NODI CADENTI

- se il ramo era morto - non si ha una buona adesione tra i tessuti

Tipologie di NODI: a) a baffo, b) sul bordo, c) passante, d) di spigolo, e) sulla faccia, f) gruppo di nodi


Misurazione di nodi singoli e gruppi di nodi secondo UNI EN 1310

Copertura in legno di quercia caducifoglie a Villafranca (TO): un nodo di grosse dimensioni sul lembo teso ha provocato la rottura

CRETTIlesioni dovute a

- azioni meccaniche(urti)- folgorazioni- ustioni provocate dal riverbero del sole sulla sabbia o sulla neve

La crescita dei tessuti lignei attorno alla zona danneggiata comporta anche una deviazione dellafibratura

Deformazioni del legno dovuti a essiccazione

Difetti dei LEGNI: CRETTI

Danni provocati da vento, neve, errori nel taglio , trasporto, stagionatura

- spacchi radiali: dovuti algelo- fenditure longitudinali : frequenti dopo la riduzione in tavole, a causa di tensioni interne- fenditure radiali : provocate darapido essiccamentoo sbalzi di temperatura- deformazioni: dovute alritiro durante la stagionatura

Difetti dei LEGNI da eventi climatici e insetti

Fenditure Radiali

Alterazioni prodotte da animali (e.g. insetti) e funghi

- cavernosità: prodotte daparassiti (larve di insetti)

-marciume bianco e rosso: dovuto afunghi che attaccano il legno mantenuto in luoghi moltoumidi

- tarlatura : da parte diinsetti silofagi (capricorni della casa, tarli, formiche, vespe del legno,termiti)

-“ tasche” di resina: a volte manifestate da legni provenienti dalle aghifoglie, rovinando l’esteticadel manufatto prodotto

DIFETTI dovuti all’influenza dellastazione- alberi esposti a lungo a venti che spirano in direzione costante- alberi su pendii ad alta quota e deformati alla base dal peso della neve consviluppo di ‘legni direazione’, in quanto sottoposti a stimoli meccanici

legno di reazione: tessutoattivo (anomalo), mediante il quale l’albero modifica attivamente lasua forma.Funzioni- ripristinare la posizione originaria delle componenti dell’albero (tronco,rami) che hanno subitounadeviazione,medianteunacrescitaeccentricadellasezionetrasversale

DIFETTI dei LEGNI: Legno di Reazione

unadeviazione,medianteunacrescitaeccentricadellasezionetrasversale- mantenere costante l’angolo di inserzione del ramo, caratteristico per ogni tipo.

in alberi cresciuti su un pendio inclinato

nelle Conifere nelleLatifoglie

in alberi cresciuti su un pendio inclinato

DIFETTI dei LEGNI: Legno di Reazione

nelleLatifogliedalla parte superiore del tronco o del ramo

(legno di trazione, non visibile ad occhio nudo)

nelle Coniferedalla parte inferiore

(legno di compressione o canastro)

su un pendio inclinato

LEGNO di COMPRESSIONE

- maggiore ampiezza locale degli anelli di accrescimento, ispessimento delle pareti cellulari,maggiore percentualedi legno tardivo rispetto al legno normale ecolore bruno- contrasto tra legno primaverile e tardivo meno netto che nel legno maturo- il legname contenente legno di compressione è soggetto adeformazioni eccessive durantel’essiccazionee allo stato secco tende a rompersi in modo fragile- problemi diincurvature a causa dell’elevatezza anormale del ritiro in direzione longitudinale- può pregiudicare la resistenza a trazione ed a flessione del legno

DENSITÁ del LEGNO

MASSA VOLUMICAPARETI CELLULE

1.53 g/cm3

MASSA VOLUMICALEGNO ANIDRO

0.3-1.0 g/cm3

b) Spessoredegli anelli di accrescimento

Parametri che influenzano la densità del legno

a) Spessoredelle pareti delle cellule (tipo di essenza)

densità maggiore

massa volumica più elevata per gli alberi appena abbattuti (allo stato fresco) rispetto a quelli stagionati (umidità 12-15 %)

b) Spessoredegli anelli di accrescimento

c) Umidità (contenuto d’acqua adsorbita+acqua libera)

anelli più sottili

densità maggioreumidità più elevata

acquanei tessuti delle piante

- in partelibera nelle cavità cellulari

Umidità del Legno

legno: materialeporoso(percentuale dei pori mediamente pari a 50-60%) eigroscopico(scambiacontinuamente molecole di acqua con l’aria e tende sempre ad equilibrarsi alle condizioniclimatiche dell’ambiente circostante)

- in partecombinata con le sostanze costituenti i tessutidella pianta stessa

La percentuale di umidità nel legno

- determina variazioni notevoli di dimensioni (RITIRO ) che comportano problemi specialmentenell’impiego per infissi

- se elevata,favorisce l’attacco di funghi e parassiti animali e vegetali con conseguentenecessità di trattamenti speciali

il legno stabilisce un equilibrio con l’ambiente circostante assorbendo (adsorbimento) o cedendo (desorbimento) vapore acqueo

Umidità del Legno: Adsorbimento & Desorbimento

Per le diverse situazioni climatiche, si considerano le umidità di equilibrio ueq,ado ueq,de[%]

ueq,ad≠ ueq,de

Curve di adsorbimento e desorbimento d’acqua nel legno

Le curve a due flessi di adsorbimento e di desorbimento del legno (curve ueq a temperatura costante) mostrano un fenomeno diisteresi nello scambio di vapore acqueo

Umidità del Legno: Umidità di Saturazione

umidità di saturazione (delle pareti cellulari) (us [%] )

umidità del legno per la quale tutte le pareti cellulari e tutti i lumi (intero sistemacapillare all’interno di queste) sono completamente saturi di acqua (assenza di aria)

- dipende dalla specie legnosa

- valori comuni 24%≤ us ≤ 32%

- in prima approssimazione valor medious ≈ 28%

1) per umidità del legno al di sopra del punto di saturazione

u > us

l’acqua si trova allo stato liquido nel lume delle cellule

“acqua libera” o “di imbibizione” (del tutto indipendente dalle pareti cellulari)

Umidità del Legno: Umidità di Saturazione

Variazioni di umidità in questo intervallo influenzano pochissimo le caratteristiche fisico-meccaniche dellegno

2) per umidità del legno al di sotto del punto di saturazione

u < us

l’acqua viene adsorbita o desorbita solo dalle pareti cellulari

“acqua legata” o “di saturazione”

In questo intervallo, l’acqua immagazzinata ha un’influenza decisiva sulle caratteristiche fisico-meccanichedel legno.

Il contenuto di umidità dipende dalla CONDIZIONI AMBIENTALI

- Temperatura (T, °C)- Umidità relativa (U.R., %)

es.: T= 20 °C, U.R.= 35-10% contenuto dell’acqua = 5-40 %

Umidità del Legno: condizioni ambientali

Valori di umidità comuni nella pratica

“UMIDITA’ NORMALE ” del legno

Italia 12% (25 °C, 65 %)

Europa centro-settentrionale 15% (15 °C, 75 %)

Valori umidità (%)

Stato del legno

40÷200 legno allo stato fresco (appena tagliato)

30÷35 punto di saturazione(al di sotto comincia il ritiro del legno)

<18 legno al sicuro dai funghi della carie

15 umidità commerciale (stagionatura all’aria libera)

12 umidità normale (20 °C / 65 %)

9÷12 umidità tecniche(essiccazione artificiale )

0 legno anidro (103 °C / 0%)

fornisce con discreta approssimazione il valore di umidità a cui il legno tendespontaneamente adequilibrarsi in funzione della temperatura e dell’umidità relativa del’aria del clima dell’ambientedi stoccaggio

Umidità del Legno: Tabella di umidità di EQUILIBRIO

celle rosa: condizioni favorevoli all’attacco del legnoda parte di funghi (da evitare per favorire la buonaconservazione del materiale nel tempo)

celle gialle: condizionial limite della sicurezza.

N.B. Spostando il legno da un clima all’altro, l’umidità tenderà a equilibrarsi alle mutate condizioni, anche dopo una lungastagionatura e anche se verniciato, con conseguenti rigonfiamenti e ritiri di cui si deve sempre tenere conto nellaprogettazione.

umidità del legno (u): contenuto in acqua percentuale del legno (o umidità percentuale dellegno) riferito al peso secco del materiale.

m massa del legno al momento della determinazione (allo stato umido)

UNI ISO 3130

Umidità del Legno: formula

1000

0 ⋅−=m

mmu u

mu massa del legno al momento della determinazione (allo stato umido)m0 massa del legno portato fino allo stato anidro (essiccato in stufa a 103 °C fino a peso costante)

Secondo questa definizione l’umidità del legno u può superare il 100%

Per esempio, l’umidità nell’alburno di legni di Conifere è u ≈ 120 ÷ 150% o anche più

CLASSI di SERVIZIO dell’AMBIENTE

Umidità del Legno: CLASSI di SERVIZIO

1. POCO UMIDO (≤ 12%) T= 20 °C, U.R. aria≤ 65%

2. MEDIAMENTE UMIDO (= 12÷20%) T= 20 °C, U.R. aria = 65÷85%

3. MOLTO UMIDO (> 20%) T= 20 °C, U.R. aria> 85%

VARIAZIONI CONTENUTO di ACQUA nel legnoDirezione ∆volumiche differenziali Intervallo (%)

ASSIALE MINIME 0.2-0.6

RADIALE INTERMEDIE 2-8

TANGENZIALE MASSIME 4-11 %(a volte fino a 17 )

Umidità del Legno: variazioni volumiche differenziali

VARIAZIONI VOLUME DIFFERENZIALI del LEGNO

DISTORSIONI e/o INARCAMENTIo

FESSURAZIONI dette “CRETTI da RITIRO ”

Deformazioni del legno dovuti a essiccazione

durante l’ESSICCAZIONE si creano TENSIONI

UMIDITÁ del LEGNO: Metodi di Misura

METODI DIRETTI METODI INDIRETTI

il quantitativo di acqua viene evacuato e misurato

si sfrutta come grandezza misurabile una proprietà del legno dipendente dalla sua umidità

Metodo dell’ESICCAZIONE : procedimento di misura molto esatto, impiegato soprattutto peranalisi scientifiche ma anche come termine di paragone per la calibrazione degli igrometri e deiprocedimenti di misura dell’umidità del legno.

Il campione di legno viene- pesato appena preparato (mu)- essiccato in una stufa a circolazione d’aria ad una temperatura di 103±2° C fino a che duepesate successive risultino uguali (m0)

Si ricava l’umidità del campione in base alla diminuzione della massa

L’ umidità del legno ne influenza

(A)Resistenza ohmica

(B) Proprietà dielettriche

Metodi di Misura INDIRETTI

UMIDITÁ del LEGNO: Metodi di Misura INDIRETTI

STRUMENTI di MISURA

Misuratori elettrici di umidità (strumenti a mano)

IGROMETRI ELETTRICIIGROMETRI CAPACITIVI

A) a CONDUCIBILITA’ o a RESISTENZA

B) DIELETTRICO(capacitivo)

igrometri elettrici: misura della resistenza ohmica o della conducibilità elettrica dipendentidall’umidità del legno.

RESISTENZA ELETTRICA- è influenzata dalla direzione di taglio, dalla specie legnosa e dalla temperatura del legno

- necessità di tabelle correttive allegate allo strumento di misura (o di interruttori propri dellostrumentoperla selezionedellaspecielegnosaedellatemperatura)

UMIDITÁ del LEGNO: A) Misura a CONDUCIBILITA’ o a RESISTENZA

RESISTENZA ELETTRICAUMIDITA’

strumentoperla selezionedellaspecielegnosaedellatemperatura)

intervallo di misura : a partire da circa il 5% di umidità

PRECISIONE

± 1.5% fino a circa il 22% di umidità

± 2÷2.5% tra il 22% e l’umidità di saturazionedelle pareti cellulari

Superato il punto di saturazione, la dipendenza della resistenza elettrica dall’umidità del legno è molto ridottae l’umidità non può più essere misurata con sufficiente affidabilità.

Gli igrometri capacitivi si basano sulla differenza tra le costanti dielettriche del legno allostatoanidro (εr = 2 ÷ 3) e dell’acqua (εr = 81), da cui risulta una forte dipendenza della costantedielettrica del legno umidoεr,legnodall’umidità u.

- necessità di curve di taratura determinate sperimentalmente per ogni specie legnosa, data laforte dipendenza dalla massa volumica

intervallo di misura : a partire dallo 0% di umidità

UMIDITÁ del LEGNO: B) Misura DIELETTRICA (CAPACITIVA)

Superata l’umidità di saturazione delle pareti cellulari, la precisione non èpiù sufficiente

Proprietà TECNOLOGICHE e MECCANICHEe MECCANICHE

LEGNO: Proprietà tecnologicheFENDIBILITÁ (FISSILITÁ ): proprietà di spaccarsi sotto l'azione di un cuneo in direzioneassiale senza produrre trucioli.È legata alla presenza di una struttura cellulare ordinata,fibraturarettilinea e eventuali grossi raggi midollari (e.g. Laricee Quercia). La lavorazione a spacco è utilizzata perlegna da ardere e doghe per botti

FLESSIBILITÁ (CURVABILITÁ ): proprietà ad assumere deformazioni/curvature permanenti,sotto una forza gradualmente crescente (e.g. T>70 °C,U.R.= 14-15%)

ATTITUDINE al TAGLIO : proprietà a lasciarsi tagliare e incidere da un utensile (sega, pialla,scalpello), con produzione di trucioli e segatura (maggiore nel senso longitudinale alle fibre,minorenelladirezioneperpendicolare)

PROVA CURVABILITÁ

minorenelladirezioneperpendicolare)

ATTITUDINE al PULIMENTO : proprietà secondo la quale i legnami, sottoposti allalevigatura, ottengono una superficie liscia

PROVA FENDIBILITÁ

Caratteristiche meccaniche del legno

- deformabilità del legno sotto l'azione di una forza applicata (moduli di elasticità ecoefficienti di scorrimento)

- capacità portante alle varie condizioni di carico(e.g. compressione, flessione, taglio; carichidi breve, media o lunga durata), espressa in termini di resistenze (sollecitazioni che il legno puòsopportare prima di rompersi).

ELASTICITÁ : proprietà a riprendere la forma di partenza rimossa la sollecitazione

DUREZZA : resistenza alla penetrazione di un corpo

RESISTENZA: proprietà a resistere alle deformazioni/sollecitazioni

TENACITÁ o RESILIENZA : proprietà a resistere a sforzi bruschi

Deformabilità del Legno

Deformabilità bassa (~1.4-1.5)

Deformabilità normale(~1.6-2.0)

Deformabilità elevata(~2.0-3.0)

NOCE MOGANO

CASTAGNO

DOUGLASTEAK

ACEROOLMO

LARICEFAGIOPIOPPOABETELECCIO

in funzione del rapporto fra il ritiro radiale e il ritiro tangenziale (che assumono valori diversi per le varie essenze)

- effetti combinati di vari ritiri possono portare su una tavola adeformazioni complessive che, se eccessive, la rendonoinutilizzabile.- molto frequenti spacchi e fessurazioni, limitati spesso alleestremità delle tavole

taglio eeffetti del ritiro

DUREZZAcapacità di resistere alla penetrazione di corpi più duri

-importante per stabilire le difficoltà e le modalità di lavorazione del legno (che può esserespaccato, segato, forato, piallato, raspato, lisciato)

-funzione diretta delpeso specificoe dell’etàdel legno

- diminuisce notevolmentecon l’aumentodell’umidità

Caratteristiche meccaniche del legno: Durezza

- diminuisce notevolmentecon l’aumentodell’umidità

MOLTO DURI DURI o ABBASTANZA

DURI

MEDIAMENTE DURI

TENERI TENERISSIMI

EBANOOLIVO

ACEROFAGGIONOCE

LARICEMOGANO

CASTAGNO

BETULLAABETE

ONTANO

TIGLIOPIOPPOBALSA

variano entro limiti molti ampi, che dipendono da

- essenza- peso specifico secco-grado di umidità- temperatura- direzione delle fibre rispetto alla sollecitazione - difetti del legno (nodi, cipollature….)

Caratteristiche meccaniche del legno

ANISOTROPIA : tutte le proprietàmeccaniche variano con la direzione anatomica considerata(e.g. direzioneassiale (lungo le fibre), direzioneradiale (perpendicolari agli anelli annuali),direzionetangenziale(tangente agli anelli annuali))

DISOMOGENEITÁ : caratteristiche non costanti; i valori di resistenza forniti sono intesi come"dati medi" largamente indicativi.

STANDARDIZZAZIONE delle prove

- campionamento del materiale da sottoporre a prova: forma, dimensione e orientamento(rispetto alle direzioni anatomiche) dei provini

- procedure da seguire per l'esecuzione delle prove (e.g. velocità e durata delle varie fasi dellaprova)

- attrezzature necessarie

Caratteristiche meccaniche del legno: Metodi di prova

- modalità di calcolo dei risultati

Data l‘elevata influenza della sua umidità,a livello internazionale è stato concordato di riferirele caratteristiche del legno a ben precisi valori di umidità (umidità normale del 12%).

A) LEGNO NETTO- provini piccoli e netti, accuratamente realizzati e selezionati, esenti da legno anomalo, confibratura più diritta possibile

- quando è richiesta lacaratterizzazione del solo materiale, senza includere la variabilità indottadai difetti e senza prefigurare una sua destinazione d'uso specifica

B) LEGNO STRUTTURALE

Caratteristiche meccaniche del legno: provini

B) LEGNO STRUTTURALE

- provini in dimensione d'uso, campionati all'interno di unapopolazione statisticadefinita inbase alla destinazione finale del materiale e contenenti tutti i difetti caratteristici

- popolazione statisticanon necessariamente limitata ad una sola specie legnosa (e.g. insieme disegati appartenenti a più specie, di data provenienza, classificati in base ad opportune regole)

- quando è richiesta ladeterminazione della qualità del materialee della suaconformità aduna normativa di riferimento predeterminata .

Caratteristiche meccaniche: Curva σ–ε per LEGNO NETTO

TRAZIONEROTTURA

FRAGILE PERSFILAMENTO

FIBRE

ft > fc

COMPRESSIONE:ROTTURA DUTTILEPER INSTABILITA’

FIBRE

ft > fc

Caratteristiche meccaniche: LEGNO STRUTTURALE

normative utili per individuare le prestazioni meccaniche

CLASSIFICAZIONE del legno strutturaleEN 14081: norma di prodotto per il legno massiccio strutturale a sezione rettangolareEN 518, EN 519: norme per la classificazione a vista o a macchinaEN 338: classi di resistenza per il legno massiccioEN 1194: classi di resistenza per il legno lamellare

METODI di PROVAEN 408: metodidi provaEN 408: metodidi provaEN 384: determinazione di valori caratteristici

NORME per la determinazione deiprofili caratteristiciEN 11035-1eEN 11035-2: per il legname di origineitalianaEN 1912: a livello europeo

REGOLE di CALCOLOEN 1995(Eurocodice 5)CNR DT 206DIN 1052

NORMA ITALIANIA UNI 8198

Legno STRUTTURALE- Classificazione secondo la resistenza

Caratteristiche meccaniche: LEGNO STRUTTURALE

Caratteristiche meccaniche del legno: Parametri essenziali

Per uno stesso provino si consideranocoefficienti correttivi

RESISTENZATEMPERATURA

- valore della temperatura: al suo aumentare la resistenza diminuisce

Temperatura (T)

- durata dell'esposizione ad una data temperatura (e.g.trattamento termico)

Ad esempio a200 °C si ha un peggioramento delle caratteristiche meccaniche dopopochiminuti , a causa del parziale degradamento chimico di alcuni costituenti della parete cellulare, magià a partire da65 °C si possono avere effetti negativi permanenti in seguito alunghe esposizioni(cicli di essiccazione prolungati)

- il legno saturo d'acqua e congelato appare più resistente a flessione, ma meno duro del legnostagionato all'aria a temperatura ambiente


- MASSIME caratteristiche meccaniche del legno (ad eccezione della resilienza) alloSTATOANIDRO

UMIDITÁ del LEGNO

RESISTENZAUMIDITÁ

- MINIME caratteristiche meccaniche del legno alloSTATO FRESCO

Es. per uno stesso pezzoresistenza ad umidità normale = 100resistenza allo stato anidro = 130÷190resistenza allo stato fresco = 40÷60

Per ottenere risultati confrontabili, tutte le prove devono essere sempre effettuate su provini rigorosamenteequilibrati ad umidità normale. Data l’oggettiva difficoltà di conseguire una tale condizione, nelle normeviene prevista l'introduzione di opportunicoefficienti di correzione dei risultati di provain base agliscostamenti tra l'umidità effettiva del provino el'umidità normale di riferimento .

CLASSI di DURATA del

CARICO

DURATA CARICHI kmod

CLASSE di SERVIZIO 1-2

CLASSE di SERVIZIO 3

PERMANENTI > 10 ANNI PESI PROPRI 0.60 0.50

CLASSI di DURATA & COEFFICIENTE di CORREZIONE delle RESISTENZE (kmod)

la durata necessaria per portare a rottura uno stesso provino diminuisce all’aumentare dell’entitàdel carico stesso

DURATA del CARICO


Per LEGNO MASSICCIO e LAMELLARE si assume il kmod del CARICO PIU’ BREVE

PERMANENTI > 10 ANNI PESI PROPRI 0.60 0.50

di LUNGA DURATA 6 MESI-10 ANNI SOVRACCARICHIDEPOSITI

0.70 0.55

di MEDIA DURATA 1 SETTIMANA-6 MESI

SOVRACCARICHI di SERVIZIO

0.80 0.65

Di BREVE DURATA < 1 SETTIMANA NEVE e VENTO 0.90 0.70

ISTANTANEI - AZIONIECCEZIONALI

1.10 0.90

CLASSI associate all’umidità

Valori di k mod per il legno e i prodotti strutturali a base di legno

COEFFICIENTE di CORREZIONE delle RESISTENZE (k mod)


PROVINI DIVERSI

INDICAZIONI ORIENTATIVE sull'entità delle principali proprietà per legno al12% diumidità :

- resistenza a compressione assiale: 25÷95 N/mm2 (ordine di grandezza: ~ 50 N/mm2)

- resistenza a compressione trasversale: 1÷20 N/mm2 (ordine di grandezza: ~1/15 dellaresistenzaacompressioneassiale)

Caratteristiche meccaniche del legno: Valori orientativi

resistenzaacompressioneassiale)

- resistenza a trazione assiale: ordine di grandezza: ~ 100 N/mm2 (~2 volte la resistenza acompressione assiale)

- resistenza a flessione statica: 55÷160 N/mm2 (circa pari alla resistenza a trazione assiale,ordine di grandezza: ~ 100 N/mm2 )

- lavoro di rottura ad urto : 4÷6 Nm

- modulo di elasticità: 2500÷17000 N/mm2 (ordine di grandezza: ~ 10000 N/mm2, ~10 volte ilvalore della resistenza a flessione e ~20 volte quello della resistenza a compressione assiale)

PROVINI DIVERSI

I valori indicativi variano in funzione di:

- specie legnosa- massa volumica: relazione quasi linearetra la massa volumica e la resistenza (ad umiditàcostante), ad eccezione della resilienza (molti legni pesanti sono anche piuttosto fragili)- lo spessore degli anellie lapercentuale di legno tardivo- la presenza didifetti o alterazioni: peggiora le caratteristiche di resistenza e rigidezza delprovino, ma non è agevole determinarne l'influenza rispetto al legno netto; in genere non siadottano coefficienti correttivi, ma si utilizzano dati ricavati direttamente da prove su

Caratteristiche meccaniche del legno: Parametri

adottano coefficienti correttivi, ma si utilizzano dati ricavati direttamente da prove susemilavorati in dimensione d'uso;- inclinazione della fibratura : per l'anisotropia del legno, all'aumentare dell'inclinazione dellafibratura le resistenze si abbassano sensibilmente e il comportamento deformativo subiscealterazioni sensibili.

Variazione percentuale della resistenza a flessione in funzione dell’angolo di inclinazione della fibratura rispetto all’asselongitudinale del provino

resistenza alla COMPRESSIONE

un provino sollecitato in direzione assiale resiste più a lungo, a differenza delle altre duedirezioni.

resistenza alla TRAZIONE

il legno resiste bene alla trazione, purché sollecitato in direzione assiale (valore 2-3 voltesuperioreallacompressione)

Caratteristiche meccaniche del legno: Resistenza

superioreallacompressione)

resistenza alla FLESSIONE

le fibre superiori della tavola/trave si accorciano (compressione)quelle inferiori si allungano (trazione)le fibre di mezzo si incurvano

BUONA RESISTENZA alla COMPRESSIONE e TRAZIONE se la forza agiscenel versodelle fibre

BUONA RESISTENZA di alcuni legnami allaFLESSIONE solo se applicatain sensotrasversalealle fibre

TRAZIONE ASSIALE o TRASVERSALE

- in generale laresistenza a trazionerisulta più grande di quella a compressione (almenodoppia), sempre riferita parallelamente alle fibre

- in base al rapporto tra il carico di rottura ed il peso specifico, illegno lavora quasi megliodell’acciaio

- la resistenzaa trazioneè notevolmenteridotta dalla presenzadei nodi e dalle irregolaritàdella

Caratteristiche meccaniche del legno: Trazione

- la resistenzaa trazioneè notevolmenteridotta dalla presenzadei nodi e dalle irregolaritàdellafibratura

Una buona resistenza a trazione è importantissima per le catene delle capriate.

provini per la prova di resistenza a trazione

modulo di elasticità (E)- ricavabile dalle prove di trazione o compressione (valori quasi simili) o di flessione- valore influenzato dall’umidità: da un minimo di 7500 ad un massimo di 15000 N/mm2

Caratteristiche meccaniche del legno: Elasticità

MODULO ELASTICO NELLADIREZIONE DELLE FIBRE

MODULO ELASTICO INDIREZIONE RADIALE

MODULO ELASTICO INDIREZIONE TRASVERSALE

EL : ER : ET ≈ 20:1.6:1E0 : E90 ≈ 30:1

ET= 670 MPa ER= 910 MPa EL= 13500 MPa

x20

legno di conifera, privo di difetti, umidità 12%

Caratteristiche meccaniche del legno: Umidità

EFFETTO DEL RITIRO

legno di conifera privo di difetti

L’ANISOTROPIA deriva dall’ORGANIZZAZIONE CELLULARE

LIMITI: ANISOTROPIA

σtrazione-ACCIAIO : 350 ÷ 500 MPaσcompressione-CALCESTRUZZO: 15 ÷ 40 MPa

il legno risulta - PIU’ RESISTENTE e PIU’ RIGIDO persollecitazioni orientate lungo laDIREZIONE dell’ASSE delle FIBRE

- MOLTO MENO EFFICIENTE persollecitazioniORTOGONALI alla direzionedelle fibre (soprattutto per tensioni ditrazione)

RESISTENZA A FATICA

- rottura “a fatica” (alternarsi ciclico di condizioni di carico, da un carico zero ad un caricomassimo): rottura anche per valori molto inferiori a quelli osservati per carichi fissi.

- per il legno larottura a faticadopo almeno un milione di cicli: si rompe per un carico unitariopari a circa il 35% del carico di rottura a flessione statica.

Caratteristiche meccaniche del legno: Fatica & Usura

RESISTENZA all’USURA

- importante per i materiali legnosi impiegati nelle pavimentazioni- si determina con unamacchina rotante a superficie fregante: dopo un numero fissato di giri simisura la diminuzione di spessore del provino- elevata per le essenze forti ad elevato peso specifico (e.g. quercia, bosso, robinia, noce,eucalipto, ulivo, teak)

carichi che un dato elemento in legno può sopportare in sicurezza

- tabulati per le principali essenze: si possono assumere se illegnameèben stagionato

non sottoposto a gravose condizioni di lavoroin ambienti sfavorevoli.

i. sepostoin operain ambienti molto umidi, riduzione del caricodi sicurezzadi 1/3

CARICHI di SICUREZZA

i. sepostoin operain ambienti molto umidi, riduzione del caricodi sicurezzadi 1/3

ii. senon stagionato, riduzione del carico di sicurezzadi 1/3

iii. per elementi inflessi, con carico costante nel tempo,riduzione del carico di sicurezzadi 1/3

iv. per le strutture sottoposte acarichi ripetuti, riduzione del 40%

FASI di LAVORAZIONE del LEGNO: dalla pianta al pezzo finito

LEGNO: CICLO di PRODUZIONE

NORMATIVE• CNR-UNI 206/2006Istruzioni per il progetto, l’esecuzione e il controllo delle strutture inlegno• EUROCODE 5,Design of timber structures

Circolo virtuoso: dal pezzo finito alla raccolta, recupero e riciclaggio degli imballaggi in legno


FASI di LAVORAZIONE del LEGNO: dalla pianta al pezzo finito

- ABBATTIMENTO : per le piante generalmente tra novembre e febbraio, quando la secrezionedei succhi vegetali è minima; per le resinose nel periodo estivo

- SRAMATURA : taglio dei rami

- SCORTECCIATURA

- TRONCATURA : taglio del fusto dell'albero o dei rami in assi, pezzi di forma circolare otronchipiù piccoli (delladimensionevolutaa secondadell'uso),tramitel'ausiliodi motoseghe


tronchipiù piccoli (delladimensionevolutaa secondadell'uso),tramitel'ausiliodi motoseghe

- TRASPORTO dei tronchi con camion, teleferiche, rotaie, o attraverso le vie d’acqua,fino allasegheria.

- STAGIONATURA : essiccazione del legname per evitare che col tempo possa piegarsi

L’ essiccazionepuò avvenire in modo- naturale all’aperto (massima esposizione all’aria, evitare il contatto conil terreno esollecitazioni di flessione) e dura2-3 anni (costo notevolmente più alto)- artificialment e in apposite camere e duraalcuni giorni

LEGNO: CICLO di PRODUZIONEFASI di LAVORAZIONE del LEGNO: dalla pianta al pezzo finito

stagionatura ad acqua: generalmente seguita dalla stagionatura naturale vera e propria. Consistenell’immergere il legno in acqua marina (acqua+sale) fredda per circa 15 giorni. L'acqua (per osmosi) sisostituisce alla linfa e viene, successivamente, eliminata con essiccamento all'aria. Il legno senza linfa èpraticamente inattaccabile dai tarli e l'immersione in acqua ne aumenta la durezza, il peso e la durata.

- LAVORAZIONE mediante macchine utensili

LEGNO: PRODOTTI PRIMARI

SEGATI

SEGAGIONE

SFOGLIATI TRANCIATI

LEGNO: PRODOTTI SECONDARI

sviluppati per ridurre i costi del legno massiccio e sopperire ai difetti del legno a curvarsi o a produrre nodi,cipollature…...

DERIVATI del LEGNO

COMPENSATOformato dastrati dispari (3, 5 o 7) di fogli di legno (MULTISTRATO), disposti alternando ilsenso delle fibre e incollandoli.- “sfogliatura” dei tronchi per ottenere i fogli di legno- essiccamento dei fogli di legno- spalmatura di colla dei fogli di legno- sovrapposizione in vari strati con le direzioni di fibratura perpendicolari tra loro- pressaturaa freddoepoi acaldo

TRUCIOLATO (pannelli di fibre e truciolati)ottenuto da incollaggio di fibre di legno o “chips”.

Dagli scarti di falegnameria si ricavano trucioli e segatura che opportunamente trattati con colla evapore ed opportunamente pressati, si ottengono i truciolati che impiallacciati con laminatiplastici o con fogli di legno pregiato, danno garanzia di solidità ed economicitànell’industria delmobile.

- pressaturaa freddoepoi acaldo

nel campo dell’arredamento il compensato vienerivestito da un laminato plastico o da unfoglio di legno pregiato(piallaccio)

PANIFORTEformato da un’anima fatta di listelli di legno rivestiti da fogli di compensato con colleresistentissime e pressate a caldo

TAMBURATO- costituito da due fogli esterni di compensato incollato su listelli di legno distanziati tra loro- adatto per la costruzione di porte

DERIVATI del LEGNO

SANDWICHformato da due fogli esterni di compensato a racchiudere un’anima di materialeespanso astruttura a nido d’ape che gli conferisce leggerezza, resistenza e coibenza perrealizzare pannelliisolanti termici e acustici.

MASONITEagglomerato di frammenti di legno adatto per la sua leggerezza e flessibilità per realizzare loschienale degli armadi, il fondo dei cassetti

MODELLI STORICI PRODUZIONE CONTEMPORANEA

DERIVATI del LEGNO: LEGNO LAMELLARE

LEGNO LAMELLARE- incollaggio (con colle molto resistenti: caseina, urea-formolo, melanina-formaldeide, resorcina-formaldeide) di assi (LAMELLE ) di legno di limitate larghezza e lunghezza

- pressatura (~0.8 MPa per 4-20 ore) a caldo (T= 20 °C)

- tavolette incollate insieme anche “di testa” mediante incastri che devono tessere sfalsati tra loroin modo tale che le 2 giunzioni non capitino troppe vicine.


b= 10-24 cmt= 3-4 cm

l= 400-500 cm

- molto sviluppato per realizzare strutture resistenti anche di grandissima estensione, quali travi,montanti- elementi strutturali ad ampia flessibilità compositiva e formale

- buona validità estetica (archi anche a sezione variabile)

- impiegato in edifici dove è necessario coprire grandi spazi senza pilastri(e.g. impianti sportivi o per lo spettacolo), date leelevate capacita portanti

PROPRIETA MECCANICHE NON MOLTO DIVERSE!


PRINCIPALI VANTAGGI rispetto al legno naturale

• MINORE VARIABILITA’ delleCARATTERISTICHE MECCANICHE

• possibilità di realizzareSEZIONI di GEOMETRIA e DIMENSIONI NON VINCOLATE

• possibilità di realizzareELEMENTI STRUTTURALI di LUNGHEZZA LIBERA (fino a 40 m)

• MAGGIORE FACILITA’ nella REALIZZAZIONE dei COLLEGAMENTI

PROPRIETA MECCANICHE NON MOLTO DIVERSE!

COLLEGAMENTI di CARPENTERIA CLASSICI

LEGNO: GIUNZIONI & CONNESSIONI


-PLACCHEdi METALLO DENTATE

GIUNTI A PETTINE

CHIODI

PERNI e BULLONI

VITI

-PLACCHEdi METALLO DENTATE- PLACCHE con FORIper far passare i chiodi

- INCASTRO con opportune sagomature perfavorire la compenetrazione delle due porzioni

- INCOLLAGGIO mediante ADESIVI(colle bianche, poliammidi (applicate a caldo), collantia base di polimeri termoindurenti)

Unione di elementi ortogonali sollecitati a compressione


Unione di elementi coassialisollecitati a compressione Con pezzi speciali

LEGNO: RESTAURO

PRIMA FASE : DIAGNOSI del DEGRADO

1. ISPEZIONE VISIVA- Identificazione della specie legnosa- Valutazione della difettosità- Valutazione del degrado strutturale (rotture, deformazioni eccessive)- Individuazione del degrado biologico (attacchi da funghi e insetti)2. ISPEZIONE STRUMENTALE- Misure di umidità- Tecniche dinamiche (velocità del suono e degli ultrasuoni, vibrazioni trasversali/longitudinali)- Tecniche dinamiche (velocità del suono e degli ultrasuoni, vibrazioni trasversali/longitudinali)- Durezza superficiale- Resistenza alla perforazione (trapani dinamometrici)

SECONDA FASE: INTERVENTO

Sistemi di RESTAURO più frequentemente impiegati - LEGNO LAMELLARE INCOLLATO IN OPERA- DISPOSITIVI METALLICI- RICOSTRUZIONE mediante elementi quali RESINA EPOSSIDICA e SABBIA SILICEA- SOSTITUZIONE dell’ ELEMENTO DETERIORATO

INFISSI di PORTE e FINESTRE

PAVIMENTAZIONI

MOBILI

SOLAI

TRAVI

CAPRIATE per le coperture

LEGNO: IMPIEGHI in EDILIZIA & ARCHITETTURA

TETTI

STRUTTURE COMPLETAMENTE LIGNEE

LEGNO: IMPIEGHI in ARCHITETTURA

uso del legno nelle costruzioni

- è diminuito nel tempo con l’introduzione dell’acciaio prima e del cemento armato poi- scomparso quasi del tutto per i solai- ancora utilizzato in determinate zone per le coperture- nuovo campo di applicazione: derivati (e.g. compensati, paniforti)

legno impiegato come

casa nordica: muri, pareti, solai, coperture e rifiniture in legno

casa mediterranea: il legno e l’elemento portante dei solai, deitetti, ma spesso non in vista, essendo preminente la strutturamuraria in pietra o laterizio

- elemento significante- in modo da non apparire

componenti strutturali in legno

- presentanoelevata CAPACITÁ di ACCUMULO di CALORE

- creano unCLIMA EQUILIBRATO: impediscono rapidi sbalzi termici causati dall’alternanza giorno-notteo da eventi atmosferici

- opportunaDIFFERENZA di FASE: intervallo di tempo che intercorre tra la comparsa della temperatura massimasulla superficie esterna di un elemento strutturale e il raggiungimento della temperatura massima sul lato interno.

Bioedilizia e Case in legno

Pareti in legno massiccioconstruttura monolitica e sistema di isolamento termico totale

- caratteristiche superiori rispetto a strutture paragonabili in muratura

- riduzione dei costi di riscaldamento

- stabilità di forma grazie alla struttura a strati incrociati di tavole essiccate

- differenza di fase > 12 ore: importante per la protezione termica estiva,impedendo il rapido impatto delle alte temperature negli ambienti interni

in Italia obbligo di progettare gli edifici con criteri antisismici severi dal 1962struttura antisismica: calcolata per resistere sia ai convenzionali carichi statici, che alle forze ditipo dinamico, generate durante i terremoti.

fondazioni: devono permettere di “ammortizzare” le sollecitazioni, disperdendole nel terreno

LEGNO: STRUTTURE ANTISISMICHE

LEGNO : si presta all’impiego in zone a rischio sismico, soprattutto per edifici a destinazioneabitativa, perchè in grado di deformarsi sotto l’azione di terremoti senza subire danni, date lecaratteristichedi elasticitàe resistentea trazione e compressione(al contrariodi laterizio ocaratteristichedi elasticitàe resistentea trazione e compressione(al contrariodi laterizio ocemento)

progetto "Sofie"(Istituto per la valorizzazione del legno e delle specie arboree del Cnr (Ivalsa) di SanMichele all'Adige (Trento)): test antisismico su una struttura costituita da pannelli lamellari di legnomassiccio di spessore variabile (5÷30 cm) incollati a strati incrociati (simulazione terremoto di Kobe(Giappone) del 1995, magnitudo 7,2 sulla scala Richter, oltre 6000 vittime)

in Giappone- maggiore parte delle abitazioni realizzata interamente in legno- solo grandi strutture costruite in cemento armato calcolato perresistere a sismi di intensità distruttiva

http://www.youtube.com/watch?v=pI3tMQ20mzs

il legno: caratteristiche, proprietà &...

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