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Legno: caratteristiche, proprietà & impiego

I componenti strutturali in legno presentano elevata capacità di accumulo di calore; creano un clima equilibrato in quanto impediscono rapidi sbalzi termici causati dall’alternanza giorno-notte o da eventi atmosferici; hanno un'opportuna differenza di fase poiché l'intervallo di tempo che intercorre tra la comparsa della temperatura massima sulla superficie esterna di un elemento strutturale e il raggiungimento della temperatura massima sul lato interno. Pareti in legno massiccio con struttura monolitica e sistema di isolamento termico totale hanno caratteristiche superiori rispetto a strutture paragonabili in muratura; consentono una riduzione dei costi di riscaldamento; presentano una stabilità di forma grazie alla struttura a strati incrociati di tavole essiccate.

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Articoli tecnico scientifici o articoli contenenti case history
Slide utilizzate al corso di "Tecnologia Dei Materiali E Chimica Applicata" - Corso Di Laurea in Ingegneria Dell'edilizia. Roma, 2013

Pubblicato
da Martina Gambini
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IL LEGNO IL LEGN : 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 EUROPEI pino, abete, quercia, faggio e acero Climi TROPICALI ebano, mogano teak BOTANICA DURI mogano, quercia, noce TENERI abete, 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 COSTRUZIONE da OPERA da INDUSTRIA UTILIZZO abete rosso CLASSIFICAZIONE: PROVENIENZA CLASSIFICAZIONE: DUREZZA IL LEGNO: CLASSIFICAZIONE Peso specifico
Igroscopicità
Conducibilità termica
Conducibilità elettrica
Conducibilità acustica Caratteristiche CHIMICO-FISICHE Resistenza a flessione
Resistenza a trazione Proprietà MECCANICHE IL LEGNO: PROPRIETÁ Resistenza a trazione
Resistenza a compressione
Resistenza a torsione
Durezza Flessibilità o curvabilità
Elasticità
Fendibilità
Pulibilità Proprietà MECCANICHE Proprietà TECNOLOGICHE Caratteristiche chimico-fisiche dei Legnami COLORE: 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'acqua
contenuta) TESSITURA: dimensione e distribuzione dei vari elementi cellulari costitutivi (e.g. tessitura fine
e regolare per il bosso; tessitura grossolana ed irregolare per il castagno a crescita non
omogenea). ODORE: dipende dai componenti volatili dei succhi, degli oli e delle resine, percettibile solamente quando il legno è fresco o può anche persistere fin dopo la stagionatura. VENATURA: contrasto di colore o di compattezza dovuto all''alternanza delle zone di legno
primaverile e tardivo. SPECCHIATURA: apparenza lucida dei raggi midollari nelle sezioni radiali (molto cospicue ed
evidenti nel faggio, nelle querce e nel platano) STRUTTURA STRUTTUR esaminata a cinque livelli
1) a livello della struttura del tronco
2) a livello della struttura macroscopica
3) a livello della struttura microscopica
4) a livello della struttura nanoscopica
5) a livello della struttura molecolare 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 che elaborano i tessuti del libro e dell''alburno. ' 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 più interna (DURAME) più o meno distinguibili (legno differenziato o indifferenziato), con gli anelli
di accrescimento, con i raggi midollari e gli altri tessuti la parte centrale del tronco (MIDOLLO), di scarsa compattezza, di minore consistenza e d''aspetto spugnoso: il legno nelle vicinanze del midollo presenta, una resistenza nettamente
inferiore. 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 di linfa e amidi
- circonda il durame
- costituito da cellule vive e fisiologicamente attive
- spessore variabile a seconda dell''età e della specie della pianta
- di colore più chiaro
- poco durevole
- meno resistente del durame alle alterazioni biologiche indotte da funghi ed insetti
- ha funzione conduttrice dell''acqua e di immagazzinamento SEZIONE TRASVERSALE SEZIONE TRASVERSAL DURAME - parte più interna perfettamente lignificata
- la sua formazione comincia da una ben determinata ampiezza dell''alburno
- costituito da cellule morte
- di colore più scuro
- più secco
- più pesante
- più duro
- più difficilmente impregnabile
- maggiore durabilità
- assolve funzione di sostegno
- importante per la rigidezza e la stabilità dell''albero 1) Struttura del legno a livello del tronco: DURAME - importante per la rigidezza e la stabilità dell''albero
- parte di solito impiegata per la produzione di legname Fondamentalmente si distingue tra: durame DIFFERENZIATO (colorato) OBBLIGATORIAMENTE immagazzinamento delle sostanze duramificanti nella parete cellulare (simile ad un ''impregnamento' della parete cellulare) '' MAGGIORE RESISTENZA agli attacchi fungini durame DIFFERENZIATO (colorato) FACOLTATIVAMENTE immagazzinamento delle sostanze duramificanti sulla parete cellulare '' SCARSA RESISTENZA agli attacchi fungini ''legno giovanile' - 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) il
durame 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 ritiro assiale minore Aspetto MACROSCOPICO (riconoscibile ad occhio nudo o con una lente d''ingrandimento) - struttura, disposizione, forma e grandezza dei tessuti o degli insiemi risultanti da diversi tipi
di 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, in sezione trasversale, o
come 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''asse del tronco e ai raggi
midollari
' Tangenziale: sezione perpendicolare alla sezione radiale, piano della sezione parallelo all''asse
del tronco e perpendicolare ai raggi midollari (tangente ad uno degli anelli di accrescimento) - nella sezione trasversale si può stimare l''età dell''albero dal numero degli anelli e dalla loro
ampiezza si può determinare il ritmo di crescita - nella sezione radiale si vedono bene le specchiature date dai raggi - nelle sezioni tangenziali visibili nel legno segato in tavole è possibile osservare la venatura del
legno 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 di strati anulari successivi di
legno da parte della zona del cambio, interrotto da periodi di stasi (stagioni fredde) - diventano visibili perché si formano cellule di differente tipo e dimensione, in numero e
distribuzione 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 loro
spessore), 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 del
periodo che va dalla primavera all''estate, dalla specie legnosa, dal terreno, dall''altitudine,
dall''età dell''albero, da danneggiamenti biologici ed ecologici, dagli interventi dell''uomo' - lo spessore non è costante e la sezione trasversale del fusto mai perfettamente regolare - spessori diversi comportano caratteristiche fisico-meccaniche diverse 2) Struttura del legno a livello macroscopico: ANELLI di ACCRESCIMENTO 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 da cellule a lume ampio
e parete sottile), corrispondente alla stagione d''accrescimento primaverile
-assicura il rapido trasporto della linfa all''inizio della stagione vegetativa 2) Struttura del legno a livello macroscopico: ANELLI di ACCRESCIMENTO legno tardivo - zona più scura e compatta (legno più duro, scuro e compatto, costituito da cellule a lume più
esiguo
e parete più spessa), corrispondente alla stagione autunnale o estiva
- maggiori massa volumica, resistenza e valori dei parametri legati al ritiro ed al rigonfiamento Negli anelli si può distinguere: inverno accrescimento praticamente nullo età approssimativa dell'albero numero di anelli di accrescimento (ogni anello corrisponde ad un anno di vegetazione) letta in una sezione trasversale posta in basso - maggiori massa volumica, resistenza e valori dei parametri legati al ritiro ed al rigonfiament
- svolge principalmente una funzione di sostegno 2) Struttura del legno a livello macroscopico: ANELLI di ACCRESCIMENTO 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 2) Struttura del legno a livello macroscopico: ANELLI di ACCRESCIMENTO in base alla disposizione ed alla grandezza dei vasi nell''anello annuale, si distinguono tre gruppi
principali:
- specie a legno poroso-zonato
- specie a legno semi poroso-zonato
- specie a legno poroso-diffuso 2) Struttura del legno a livello macroscopico: ANELLI di ACCRESCIMENTO Curiosità - negli alberi caducifogli delle regioni tropicali e subtropicali, in dipendenza dall''alternarsi delle - informazioni utili su fattori che incentivano o rallentano l''accrescimento (e.g. clima) e su
variazioni climatiche: un anello ampio corrisponde a una buona annata, mentre una serie di
anelli sottili indica un periodo di siccità. - falsi anelli: si formano negli alberi dei climi temperati durante un''interruzione provvisoria
dell''accrescimento (e.g. prolungata siccità o defogliazione per attacchi parassitari) e si
distinguono da quelli veri perché non estesi a tutta la sezione trasversale - negli alberi caducifogli delle regioni tropicali e subtropicali, in dipendenza dall''alternarsi dell
stagioni secche e di quelle delle piogge, si formano anelli che non corrispondono più
all''accrescimento annuale. - nei sempreverdi delle foreste tropicali, caratterizzati da attività vegetativa ininterrotta, non
essendoci la stagione fredda, l''apparizione degli anelli è quasi o del tutto assente. dendrocronologia: scienza che definisce l'età di una pianta sulla base del numero degli anelli di
accrescimento, e riesce a ricostruirne, studiandone la conformazione (in particolare spessore e larghezza), la
storia 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 - costituiscono linee chiare, sottili, raramente ampie più di 1 mm, orientate a raggiera dalla periferia del
tronco verso il centro (visibili ad occhio nudo) 2) Struttura del legno a livello macroscopico: RAGGI del LEGNO (MIDOLLARI) e CANALI RESINIFERI Raggi grandi 6 ÷ 38 ÷ 80 mm - funzioni di sostegno in direzione radiale e di conduzione radiale e immagazzinamento delle sostanze
prodotte dall''albero Sezione tangenziale di una quercia a livello macro e microscopico 6 ÷ 38 ÷ 80 mm Raggi piccoli 80 ÷ 160 ÷ 240 µm non visibili a occhio nudo CANALI RESINIFERI - in alcune Conifere indigene (e.g. pino, abete rosso, larice, douglasia), visti in sezione trasversale, appaiono
come 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 essere poligonale o circolare - le pareti delle cellule sono costituite da vari strati contenenti FIBRILLE (costituite da
cellulosa), 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': aggregati nastriformi di cellule, disposti perpendicolarmente alla fibratura 3) Struttura del legno a livello microscopico: CELLULE - ''raggi del legno': aggregati nastriformi di cellule, disposti perpendicolarmente alla fibratur - cellule contigue comunicano direttamente per mezzo di aperture (PORI) nelle due pareti
terminali (apicali) che hanno funzione conduttrice della linfa in relazione alle tre funzioni principali del legno (sostegno, conduzione ed immagazzinamento) TESSUTO MECCANICO FONDAMENTALE o DI SOSTEGNO TESSUTO CONDUTTORE TESSUTO PARENCHIMATICO o 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 una forma definita 2) fornisce resistenza e protezione alla cellula 3) protegge da danni ed infezioni causati dall''attacco di batteri e funghi patogeni FUNZIONI PARETE CELLULARE 4) protegge la cellula da shock omeostatici: regola e limita la quantità d''acqua che la cellula può assumere
dall''ambiente esterno e le impedisce quindi di scoppiare in ambienti con basse concentrazioni saline 5) interviene attivamente in molti processi fisiologici (e.g. assorbimento, diffusione e trasporto d''acqua,
traspirazione') STRUTTURA della PARETE CELLULARE 4) Struttura del legno a livello nanoscopico - LAMELLA MEDIANA (LM): struttura di collegamento tra due cellule contigue, costituita da
sostanze pectiche e proteine strutturali e enzimatiche - PARETE PRIMARIA (P): parete più interna, molto sottile, disposta tra la lamella mediana e la
membrana plasmatica, di spessore uniforme, flessibile, estensibile e dotata di grande resistenza,
perché costituita da sostanze pectiche, emicellulosa e fibrille di cellulosa disposte disordinatamente ad elica.
La sua formazione inizia durante la divisione cellulare e si completa durante la fase di La sua formazione inizia durante la divisione cellulare e si completa durante la fase d
accrescimento per distensione della cellula. 4) Struttura del legno a livello nanoscopico - PARETE SECONDARIA (S): segue sulla parete primaria, rappresenta la parte più cospicua
della parete cellulare, costituita da tre strati concentrici (S1, S2 e S3). Si forma dopo l''accrescimento per distensione a ridosso della parete primaria, in senso centripeto per
apposizione di lamelle sovrapposte STRUTTURA della PARETE CELLULARE Modello della parete cellulare STRATO S2 - importantissimo dal punto di vista strutturale
- il suo spessore rappresenta il 70-90% dello spessore totale della parete cellulare - le fibrille sono disposte a spirale, formando un angolo θ con l''asse della cellula (θ~ 45° nelle Conifere, θ~ 10-20° nelle Latifoglie) LEGNO materiale composito costituito da - sostanze a struttura macromolecolare, presenti in gran quantità, formanti il complesso delle
pareti cellulari: cellulosa, emicellulose e 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 dal contenuto 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 cos ti tu en ti c h im ic i st ru tt u ral i componenti non strutturali (estrattivi e ceneri all''interno delle cavità e pareti cellulari) non
contribuiscono alle proprietà meccaniche del legno, ma ne influenzano altre caratteristiche (e.g.
colore, durabilità naturale, peso specifico, resistenza ai funghi, bagnabilità, ritiro'.) cos ti tu en ti c h im ic i st ru tt u ral i C om p on en ti n on st ru tt u ral i - componente più abbondante nel legno (fino al 50% del peso secco) - non solubile in acqua ma si idrata facilmente (igroscopicità del legno) -polisaccaride originato dalla polimerizzazione del cellobiosio (disaccaride di glucosio) a
originare catene regolarmente ordinate nello spazio - sintetizzata dal complesso proteico enzimatico CELLULOSA SINTASI, situato a livello della
membrana plasmatica delle cellule vegetali. 5) Struttura del legno a livello molecolare: CELLULOSA Polimerizzazione di circa 2000-15000 molecole di glucosio Cella cristallina: 2 molecole di cellobiosio 5) Struttura del legno a livello molecolare: CELLULOSA Le catene di unità di cellobiosio delle celle elementari sono MICELLE: 5 molecole di cellulosa, disposte parallelamente l''una rispetto all''altra MICROFIBRILLE: associazione di circa 1000 molecole di cellulosa, organizzate in MICELLE. Le fibrille elementari si uniscono fra loro dando luogo a filamenti piatti, detti MICROFIBRILLE (circa 1000 molecole di cellulosa), le quali, a loro volta, si uniscono
formando le MACROFIBRILLE. Le catene di unità di cellobiosio delle celle elementari sono
affiancate fra loro in modo da formare fasci filiformi, nei quali,
a zone più compatte (MICELLE CRISTALLINE, costituite
da 5 molecole di cellulosa) si alternano zone ove le catene sono
più libere o amorfe, originando fibrille elementari, polimero aromatico tridimensionale costituito da derivati del fenilpropano, monomeri di varie
molecole 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 composizione variabile (soprattutto tra le conifere e le latifoglie) 5) Struttura del legno a livello molecolare: LIGNINA - di composizione variabile (soprattutto tra le conifere e le latifoglie)
- "incrostante'': non si presenta come costituente indipendente, ma si deposita fra le fibrille
cellulosiche e fra le macromolecole pectiche ed emicellulosiche, durante la lignificazione LIGNIFICAZIONE - ultima fase della formazione della parete cellulare: quando l''accrescimento e la lignificazione
terminano, la cellula muore - deposizione di lignine a partire dallo strato della parete secondaria più vicino alla membrana
plasmatica, per poi procedere per infiltrazione a tutta la parete (parete primaria+lamella mediana) - conferisce rigidezza e resistenza a compressione, riducendo sensibilmente l''estensibilitá delle
pareti cellulari - rende le strutture cellulari più impermeabili e resistenti agli attacchi di microrganismi 5) Struttura del legno a livello molecolare: LIGNINA - rende le strutture cellulari più impermeabili e resistenti agli attacchi di microrganism Cellule lignificate - cellule dei vasi del legno della pianta: funzione di trasporto dell''acqua e ioni inorganici su distanze anche particolarmente
lunghe - cellule delle fibre sclerenchimatiche: funzione meccanica di sostegno della pianta Fascio di fibre sclerenchimatiche in sezione trasversale: appaiono
poligonali con le pareti fortemente ispessite e lignificate (lume
cellulare vuoto, trattandosi di cellule tipicamente morte). La lignina si
colora con la FLUOROGLUCINA ACIDA (colore rosso) . EMICELLULOSE - polisaccaridi amorfi costituiti da catene lineari di glucosio con ramificazioni laterali formate
da diversi tipi di zuccheri (in particolare: mannosio, xilosio, arabinosio, glucosio, galattosio,
fucosio e ramnosio) e alcuni acidi - 20-30% del peso anidro - composizione variabile fra conifere e latifoglie, ma anche tra specie diverse - grado di polimerizzazione generalmente inferiore a quello della cellulosa 5) Struttura del legno a livello molecolare: EMICELLULOSE - grado di polimerizzazione generalmente inferiore a quello della cellulosa - componente facilmente deformabile, nel collegamento con la cellulosa, in modo da conferire
flessibilità 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, derivato
ossidato 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 (ossatura della parete cellulare): CELLULOSA che forma una
gerarchia di strutture fibrillari, parzialmente legate una all''altra per mezzo di una matrice
omogenea,
conferendo alle celle e alla parete cellulare elevati stabilità di forma, resistenza a
trazione
, taglio e flessione, grazie al suo grado di linearità e cristallinità. COMPOSIZIONE CHIMICA della PARETE CELLULARE 5) Struttura del legno a livello molecolare: PARETE CELLULARE PARETE CELLULARE: composito, misto di cellulosa resistente a trazione e lignina resistente
a compressione, con distribuzione percentuale dei vari costituenti diversa nei diversi strati MATRICE: costituita da acqua, emicellulose, sostanze pectiche (o sali di acidi pectici, quali
pectati 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 i
processi di crescita e differenziamento del tessuto. Le microfibrille di cellulosa sono disposte le une vicine alle altre, ma non si legano tra loro. Le emicellulose e
le pectine sono molecole corte ramificate che interagiscono a formare un''unica rete tridimensionale. Le
quantità relative delle varie componenti variano originando pareti flessibili o rigide, resistenti o deboli. COMPOSIZIONE CHIMICA della PARETE CELLULARE PARETE PRIMARIA 1) MATERIALE FIBRILLARE: costituita da cellulosa nelle piante superiori e da chitina nei funghi 2) MATRICE: costituita da H 2O (70% del peso fresco), emicellulose, sostanze pectiche, proteine e lipidi 5) Struttura del legno a livello molecolare: PARETE CELLULARE PARETE SECONDARIA 1) MATERIALE FIBRILLARE (95 % del peso fresco): fibrille di cellulosa 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 una tessitura parallela ed è
diversa da strato a strato, disposizione che permette di resistere alle forze di trazione. 5) Struttura del legno a livello molecolare: PARETE CELLULARE GLICOPROTEINE di PARETE proteine strutturali (ricche di amminoacidi quali serina, idrossiprolina e lisina che formano legami
covalenti con le emicellulose) alle quali si legano molecole di zuccheri, in particolare arabinosio
e galattosio. 2 PRINCIPALI CATEGORIE 1) ESTENSINE: favoriscono l''estensibilità della parete
2) 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 di
cellulosa 1) Lignificazione 2) Pigmentazione 3) Mineralizzazione MODIFICAZIONI della PARETE SECONDARIA 5) Struttura del legno a livello molecolare: PARETE CELLULARE APPOSIZIONE: deposizione sulla parete di materiali che ne aumentano l''IMPERMEABILIZZAZIONE 1) Cutinizzazione 2) Cerificazione 3) Suberificazone GELIFICAZIONE PREGI & LIMITI PREGI & LIMIT - 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 condizioni ambientali LIMITI DIMENSIONALI in termini di sezione e lunghezza DURATA LIMITATA come materiale da costruzione: valutabile intorno ai 50-80 anni, a
seconda delle condizioni di impiego (molto poco rispetto a pietre e laterizi) VULNERABILITÁ al FUOCO: materiale combustibile, elevato rischio di incendio ANISOTROPIA: caratteristiche fisiche e
meccaniche diverse a seconda della direzione anatomica considerata DIFETTOSITÁ:nodi, fessurazioni, danni
da microrganismi (insetti, funghi) o da
eventi fisici (e.g. fulmini, urti) DIFFICOLTÁ di STANDARDIZZAZIONE VARIABILITÁ CARATTERISTICHE MECCANICHE tra un elemento e l''altro all''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 TARLI CAPRICORNI delle case - temperature di 15-20 ° - 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 FUNGHI a 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 FUOCO Resistenza al FUOCO (CAPACITA'' PORTANTE ''R') CARBONIZZAZIONE LENTA per SPESSORI NON PICCOLI (t ' 35 mm) VELOCITA'' di CARBONIZZAZIONE (β 0) ' CONIFERE E PIOPPO MASSICCIO β 0 = 0.8 mm/min LAMELLARE β 0 = 0.7 mm/min ' LATIFOGLIE MASSICCIO β 0 = 0.5 mm/min LAMELLARE β 0 = 0.5 mm/min Trattabile con SOSTANZE IGNIFUGHE IGNIZIONE VULNERABILITÁ al FUOCO: FASI di un INCENDIO FASE di CRESCITA modello a due zone COMPLETO SVILUPPO modello a una zona STABILIZZAZIONE del LEGNO CLASSI di RESISTENZA RICOMPOSIZIONE Suddividere pezzi di grande dimensione in unità più
piccole 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 del LEGNO 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 ELASTICO
CLASSIFICAZIONE VISIVA
: sulla base di DIMENSIONE e POSIZIONE dei NODI DIFETTI CONGENITI DIFETTI dovuti a cause svariate e.g. vento, neve, errori nel taglio, trasporto, stagionatura, insetti, funghi DIFETTI dei LEGNI Imperfezioni di struttura e.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 della FIBRATURA andamento 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 RESINA NODI ECCENTRICITÁ del MIDOLLO CURVATURE 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, vengono
inglobati nel tronco - le caratteristiche dei tessuti legnosi che li compongono sono differenti rispetto a quelle dei
tessuti presenti nel tronco tessuti presenti nel tronc - 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 Difetti CONGENITI o COSTITUZIONALI: NODI 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 Difetti CONGENITI o COSTITUZIONALI: 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 CRETTI lesioni 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 della
fibratura Deformazioni del legno dovuti a essiccazione Difetti dei LEGNI: CRETTI Danni provocati da vento, neve, errori nel taglio, trasporto, stagionatura - spacchi radiali: dovuti al gelo
- fenditure longitudinali: frequenti dopo la riduzione in tavole, a causa di tensioni interne
- fenditure radiali: provocate da rapido essiccamento o sbalzi di temperatura
- deformazioni: dovute al ritiro durante la stagionatura Difetti dei LEGNI da eventi climatici e insetti Fenditure Radiali Alterazioni prodotte da animali (e.g. insetti) e funghi - cavernosità: prodotte da parassiti (larve di insetti) -marciume bianco e rosso: dovuto a funghi che attaccano il legno mantenuto in luoghi molto
umidi - tarlatura: da parte di insetti silofagi (capricorni della casa, tarli, formiche, vespe del legno,
termiti) -''tasche' di resina: a volte manifestate da legni provenienti dalle aghifoglie, rovinando l''estetica
del manufatto prodotto DIFETTI dovuti all''influenza della stazione
- 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 con sviluppo di ''legni di
reazione'', in quanto sottoposti a stimoli meccanici legno di reazione: tessuto attivo (anomalo), mediante il quale l''albero modifica attivamente la
sua forma.
Funzioni
- ripristinare la posizione originaria delle componenti dell''albero (tronco, rami) che hanno subito
una deviazione, mediante una crescita eccentrica della sezione trasversale DIFETTI dei LEGNI: Legno di Reazione una deviazione, mediante una crescita eccentrica della sezione trasversale
- mantenere costante l''angolo di inserzione del ramo, caratteristico per ogni tipo. in alberi cresciuti su un pendio inclinato nelle Conifere nelle Latifoglie in alberi cresciuti su un pendio inclinato DIFETTI dei LEGNI: Legno di Reazione nelle Latifoglie dalla parte superiore del tronco o del ramo (legno di trazione, non visibile ad occhio nudo) nelle Conifere dalla 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 percentuale di legno tardivo rispetto al legno normale e colore bruno
- contrasto tra legno primaverile e tardivo meno netto che nel legno maturo
- il legname contenente legno di compressione è soggetto a deformazioni eccessive durante
l''essiccazione
e allo stato secco tende a rompersi in modo fragile
- problemi di incurvature 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 VOLUMICA PARETI CELLULE 1.53 g/cm3 MASSA VOLUMICA LEGNO ANIDRO 0.3-1.0 g/cm3 b) Spessore degli anelli di accrescimento Parametri che influenzano la densità del legno a) Spessore delle 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) Spessore degli anelli di accrescimento c) Umidità (contenuto d''acqua adsorbita+acqua libera) anelli più sottili densità maggiore umidità più elevata acqua nei tessuti delle piante - in parte libera nelle cavità cellulari Umidità del Legno legno: materiale poroso (percentuale dei pori mediamente pari a 50-60%) e igroscopico (scambia
continuamente molecole di acqua con l''aria e tende sempre ad equilibrarsi alle condizioni
climatiche dell''ambiente circostante) - in parte combinata con le sostanze costituenti i tessuti della pianta stessa La percentuale di umidità nel legno - determina variazioni notevoli di dimensioni (RITIRO) che comportano problemi specialmente
nell''impiego per infissi - se elevata, favorisce l''attacco di funghi e parassiti animali e vegetali con conseguente
necessità 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 u eq,ad o ueq,de [%] u eq,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 u eq a temperatura costante) mostrano un fenomeno di isteresi nello scambio di vapore acqueo Umidità del Legno: Umidità di Saturazione umidità di saturazione (delle pareti cellulari) (u s [%]) umidità del legno per la quale tutte le pareti cellulari e tutti i lumi (intero sistema
capillare all''interno di queste) sono completamente saturi di acqua (assenza di aria) - dipende dalla specie legnosa - valori comuni 24% ' u s ' 32% - in prima approssimazione valor medio u s '' 28% 1) per umidità del legno al di sopra del punto di saturazione u > u s 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 del
legno 2) per umidità del legno al di sotto del punto di saturazione u < u s 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-meccaniche
del 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 tende spontaneamente ad
equilibrarsi in funzione della temperatura e dell''umidità relativa del''aria del clima dell''ambiente
di stoccaggio Umidità del Legno: Tabella di umidità di EQUILIBRIO celle rosa: condizioni favorevoli all''attacco del legno da parte di funghi (da evitare per favorire la buona
conservazione del materiale nel tempo) celle gialle: condizioni al limite della sicurezza. N.B. Spostando il legno da un clima all''altro, l''umidità tenderà a equilibrarsi alle mutate condizioni, anche dopo una lunga
stagionatura e anche se verniciato, con conseguenti rigonfiamenti e ritiri di cui si deve sempre tenere conto nella
progettazione. umidità del legno (u): contenuto in acqua percentuale del legno (o umidità percentuale del
legno) riferito al peso secco del materiale. m massa del legno al momento della determinazione (allo stato umido) UNI ISO 3130 Umidità del Legno: formula 100 0 0 '' '' = m m m u u m u massa del legno al momento della determinazione (allo stato umi m 0 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 legno Direzione '' 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 INARCAMENTI o 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 per
analisi scientifiche ma anche come termine di paragone per la calibrazione degli igrometri e dei
procedimenti di misura dell''umidità del legno. Il campione di legno viene
- pesato appena preparato (m u) - essiccato in una stufa a circolazione d''aria ad una temperatura di 103±2° C fino a che due
pesate successive risultino uguali (m 0) 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 ELETTRICI IGROMETRI CAPACITIVI A) a CONDUCIBILITA'' o a RESISTENZA B) DIELETTRICO (capacitivo) igrometri elettrici: misura della resistenza ohmica o della conducibilità elettrica dipendenti
dall''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 dello
strumento per la selezione della specie legnosa e della temperatura) UMIDITÁ del LEGNO: A) Misura a CONDUCIBILITA'' o a RESISTENZA RESISTENZA ELETTRICA UMIDITA'' strumento per la selezione della specie legnosa e della temperatura) 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 saturazione delle pareti cellulari Superato il punto di saturazione, la dipendenza della resistenza elettrica dall''umidità del legno è molto ridotta
e l''umidità non può più essere misurata con sufficiente affidabilità. Gli igrometri capacitivi si basano sulla differenza tra le costanti dielettriche del legno allo stato
anidro (ε r = 2 ÷ 3) e dell''acqua (εr = 81), da cui risulta una forte dipendenza della costante dielettrica del legno umido ε r,legno dall''umidità u. - necessità di curve di taratura determinate sperimentalmente per ogni specie legnosa, data la
forte 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 è più sufficiente Proprietà TECNOLOGICHE e MECCANICHE e MECCANICH LEGNO: Proprietà tecnologiche FENDIBILITÁ (FISSILITÁ): proprietà di spaccarsi sotto l'azione di un cuneo in direzione
assiale senza produrre trucioli. ' legata alla presenza di una struttura cellulare ordinata, fibratura
rettilinea e eventuali grossi raggi midollari (e.g. Larice e Quercia). La lavorazione a spacco è utilizzata per
legna 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,
minore nella direzione perpendicolare) PROVA CURVABILITÁ minore nella direzione perpendicolare) ATTITUDINE al PULIMENTO: proprietà secondo la quale i legnami, sottoposti alla
levigatura, ottengono una superficie liscia PROVA FENDIBILITÁ Caratteristiche meccaniche del legno - deformabilità del legno sotto l'azione di una forza applicata (moduli di elasticità e
coefficienti di scorrimento) - capacità portante alle varie condizioni di carico (e.g. compressione, flessione, taglio; carichi
di breve, media o lunga durata), espressa in termini di resistenze (sollecitazioni che il legno può
sopportare 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 DOUGLAS TEAK ACERO OLMO LARICE FAGIO PIOPPO ABETE LECCIO 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 a
deformazioni complessive che, se eccessive, la rendono inutilizzabile.
- molto frequenti spacchi e fessurazioni, limitati spesso alle
estremità delle tavole taglio e effetti del ritiro DUREZZA capacità di resistere alla penetrazione di corpi più duri -importante per stabilire le difficoltà e le modalità di lavorazione del legno (che può essere
spaccato, segato, forato, piallato, raspato, lisciato) -funzione diretta del peso specifico e dell''età del legno - diminuisce notevolmente con l''aumento dell''umidità Caratteristiche meccaniche del legno: Durezza - diminuisce notevolmente con l''aumento dell''umidità MOLTO DURI DURI o ABBASTANZA DURI MEDIAMENTE DURI TENERI TENERISSIMI EBANO OLIVO ACERO FAGGIO NOCE LARICE MOGANO CASTAGNO BETULLA ABETE ONTANO TIGLIO PIOPPO BALSA 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 proprietà meccaniche variano con la direzione anatomica considerata
(e.g. direzione assiale (lungo le fibre), direzione radiale (perpendicolari agli anelli annuali),
direzione tangenziale (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 della
prova) - 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 riferire
le 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, con
fibratura più diritta possibile - quando è richiesta la caratterizzazione del solo materiale, senza includere la variabilità indotta
dai 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 una popolazione statistica definita in
base alla destinazione finale del materiale e contenenti tutti i difetti caratteristici - popolazione statistica non necessariamente limitata ad una sola specie legnosa (e.g. insieme di
segati appartenenti a più specie, di data provenienza, classificati in base ad opportune regole) - quando è richiesta la determinazione della qualità del materiale e della sua conformità ad
una normativa di riferimento predeterminata
. Caratteristiche meccaniche: Curva '''ε per LEGNO NETTO TRAZIONE ROTTURA FRAGILE PER
SFILAMENTO FIBRE ft > fc COMPRESSIONE: ROTTURA DUTTILE PER INSTABILITA'' FIBRE ft > f Caratteristiche meccaniche: LEGNO STRUTTURALE normative utili per individuare le prestazioni meccaniche CLASSIFICAZIONE del legno strutturale
EN 14081
: norma di prodotto per il legno massiccio strutturale a sezione rettangolare
EN 518, EN 519: norme per la classificazione a vista o a macchina
EN 338 : classi di resistenza per il legno massiccio
EN 1194 : classi di resistenza per il legno lamellare METODI di PROVA
EN 408
: metodi di prova EN 408: metodi di pr
EN 384: determinazione di valori caratteristici NORME per la determinazione dei profili caratteristici
EN 11035-1
e EN 11035-2: per il legname di origine italiana
EN 1912
: a livello europeo REGOLE di CALCOLO
EN 1995
(Eurocodice 5)
CNR DT 206
DIN 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 considerano coefficienti correttivi RESISTENZA TEMPERATURA - valore della temperatura: al suo aumentare la resistenza diminuisce Temperatura (T) - durata dell'esposizione ad una data temperatura (e.g. trattamento termico) Ad esempio a 200 °C si ha un peggioramento delle caratteristiche meccaniche dopo pochi
minuti
, a causa del parziale degradamento chimico di alcuni costituenti della parete cellulare, ma
già a partire da 65 °C si possono avere effetti negativi permanenti in seguito a lunghe esposizioni
(cicli di essiccazione prolungati) - il legno saturo d'acqua e congelato appare più resistente a flessione, ma meno duro del legno
stagionato all'aria a temperatura ambiente Caratteristiche meccaniche del legno: Parametri essenziali - MASSIME caratteristiche meccaniche del legno (ad eccezione della resilienza) allo STATO
ANIDRO
UMIDITÁ del LEGNO RESISTENZA UMIDITÁ - MINIME caratteristiche meccaniche del legno allo STATO FRESCO Es. per uno stesso pezzo
resistenza ad umidità normale = 100
resistenza allo stato anidro = 130÷190
resistenza allo stato fresco = 40÷60 Per ottenere risultati confrontabili, tutte le prove devono essere sempre effettuate su provini rigorosamente
equilibrati ad umidità normale. Data l''oggettiva difficoltà di conseguire una tale condizione, nelle norme
viene prevista l'introduzione di opportuni coefficienti di correzione dei risultati di prova in base agli
scostamenti tra l'umidità effettiva del provino e l'umidità normale di riferimento. CLASSI di DURATA del CARICO DURATA CARICHI k mod 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 (k mod) la durata necessaria per portare a rottura uno stesso provino diminuisce all''aumentare dell''entità
del carico stesso DURATA del CARICO Caratteristiche meccaniche del legno: Parametri essenziali Per LEGNO MASSICCIO e LAMELLARE si assume il k mod del CARICO PIU'' BREVE PERMANENTI > 10 ANNI PESI PROPRI 0.60 0.50 di LUNGA DURATA 6 MESI-10 ANNI SOVRACCARICHI DEPOSITI 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 - AZIONI ECCEZIONALI 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) Caratteristiche meccaniche del legno: Parametri essenziali PROVINI DIVERSI INDICAZIONI ORIENTATIVE sull'entità delle principali proprietà per legno al 12% di
umidità: - 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 della
resistenza a compressione assiale) Caratteristiche meccaniche del legno: Valori orientativi resistenza a compressione assiale) - resistenza a trazione assiale: ordine di grandezza: ~ 100 N/mm2 (~2 volte la resistenza a
compressione 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 il
valore 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 lineare tra la massa volumica e la resistenza (ad umidità
costante), ad eccezione della resilienza (molti legni pesanti sono anche piuttosto fragili)
- lo spessore degli anelli e la percentuale di legno tardivo
- la presenza di difetti o alterazioni: peggiora le caratteristiche di resistenza e rigidezza del
provino, ma non è agevole determinarne l'influenza rispetto al legno netto; in genere non si
adottano 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 s
semilavorati in dimensione d'uso;
- inclinazione della fibratura: per l'anisotropia del legno, all'aumentare dell'inclinazione della
fibratura le resistenze si abbassano sensibilmente e il comportamento deformativo subisce
alterazioni sensibili. Variazione percentuale della resistenza a flessione in funzione dell''angolo di inclinazione della fibratura rispetto all''asse
longitudinale del provino resistenza alla COMPRESSIONE un provino sollecitato in direzione assiale resiste più a lungo, a differenza delle altre due
direzioni. resistenza alla TRAZIONE il legno resiste bene alla trazione, purché sollecitato in direzione assiale (valore 2-3 volte
superiore alla compressione) Caratteristiche meccaniche del legno: Resistenza superiore alla compressione) 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 agisce nel verso
delle fibre
BUONA RESISTENZA di alcuni legnami alla FLESSIONE solo se applicata in senso
trasversale
alle fibre TRAZIONE ASSIALE o TRASVERSALE - in generale la resistenza a trazione risulta più grande di quella a compressione (almeno
doppia), sempre riferita parallelamente alle fibre - in base al rapporto tra il carico di rottura ed il peso specifico, il legno lavora quasi meglio
dell''acciaio - la resistenza a trazione è notevolmente ridotta dalla presenza dei nodi e dalle irregolarità della Caratteristiche meccaniche del legno: Trazione - la resistenza a trazione è notevolmente ridotta dalla presenza dei nodi e dalle irregolarità dell
fibratura 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 NELLA DIREZIONE DELLE FIBRE MODULO ELASTICO IN DIREZIONE RADIALE MODULO ELASTICO IN DIREZIONE TRASVERSALE E L : ER : ET '' 20:1.6:1 E 0 : E90 '' 30:1 E T= 670 MPa E R= 910 MPa E L= 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 ' trazione-ACCIAIO : 350 ÷ 500 MPa ' compressione-CALCESTRUZZO: 15 ÷ 40 MPa il legno risulta - PIU'' RESISTENTE e PIU'' RIGIDO per
sollecitazioni orientate lungo la DIREZIONE dell''ASSE delle FIBRE - MOLTO MENO EFFICIENTE per sollecitazioni ORTOGONALI alla direzione
delle fibre (soprattutto per tensioni di trazione) RESISTENZA A FATICA - rottura ''a fatica' (alternarsi ciclico di condizioni di carico, da un carico zero ad un carico
massimo): rottura anche per valori molto inferiori a quelli osservati per carichi fissi. - per il legno la rottura a fatica dopo almeno un milione di cicli: si rompe per un carico unitario
pari 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 una macchina rotante a superficie fregante: dopo un numero fissato di giri si
misura 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 il legname è ben stagionato non sottoposto a gravose condizioni di lavoro in ambienti sfavorevoli. i. se posto in opera in ambienti molto umidi, riduzione del carico di sicurezza di 1/3 CARICHI di SICUREZZA i. se posto in opera in ambienti molto umidi, riduzione del carico di sicurezza di 1/ ii. se non stagionato, riduzione del carico di sicurezza di 1/3 iii. per elementi inflessi, con carico costante nel tempo, riduzione del carico di sicurezza di 1/3 iv. per le strutture sottoposte a carichi ripetuti, riduzione del 40% FASI di LAVORAZIONE del LEGNO: dalla pianta al pezzo finito LEGNO: CICLO di PRODUZIONE NORMATIVE ' CNR-UNI 206/2006
Istruzioni per il progetto, l''esecuzione e il controllo delle strutture in
legno
' EUROCODE 5,
Design of timber structures Circolo virtuoso: dal pezzo finito alla raccolta, recupero e riciclaggio degli imballaggi in legno LEGNO: CICLO di PRODUZIONE FASI di LAVORAZIONE del LEGNO: dalla pianta al pezzo finito - ABBATTIMENTO: per le piante generalmente tra novembre e febbraio, quando la secrezione
dei 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 o
tronchi più piccoli (della dimensione voluta a seconda dell'uso), tramite l'ausilio di motoseghe LEGNO: CICLO di PRODUZIONE tronchi più piccoli (della dimensione voluta a seconda dell'uso), tramite l'ausilio di motose - TRASPORTO dei tronchi con camion, teleferiche, rotaie, o attraverso le vie d''acqua, fino alla
segheria. - STAGIONATURA: essiccazione del legname per evitare che col tempo possa piegarsi L''essiccazione può avvenire in modo
- naturale all''aperto (massima esposizione all''aria, evitare il contatto con il terreno e
sollecitazioni di flessione) e dura 2-3 anni (costo notevolmente più alto)
- artificialmente in apposite camere e dura alcuni giorni LEGNO: CICLO di PRODUZIONE FASI di LAVORAZIONE del LEGNO: dalla pianta al pezzo finito stagionatura ad acqua: generalmente seguita dalla stagionatura naturale vera e propria. Consiste
nell''immergere il legno in acqua marina (acqua+sale) fredda per circa 15 giorni. L'acqua (per osmosi) si
sostituisce alla linfa e viene, successivamente, eliminata con essiccamento all'aria. Il legno senza linfa è
praticamente 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 COMPENSATO formato da strati dispari (3, 5 o 7) di fogli di legno (MULTISTRATO), disposti alternando il
senso 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
- pressatura a freddo e poi a caldo 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 e
vapore ed opportunamente pressati, si ottengono i truciolati che impiallacciati con laminati
plastici o con fogli di legno pregiato, danno garanzia di solidità ed economicità nell''industria del
mobile. - pressatura a freddo e poi a caldo nel campo dell''arredamento il compensato viene rivestito da un laminato plastico o da un
foglio di legno pregiato
(piallaccio) PANIFORTE formato da un''anima fatta di listelli di legno rivestiti da fogli di compensato con colle
resistentissime 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 SANDWICH formato da due fogli esterni di compensato a racchiudere un''anima di materiale espanso a
struttura a nido d''ape che gli conferisce leggerezza, resistenza e coibenza per realizzare pannelli
isolanti termici e acustici. MASONITE agglomerato di frammenti di legno adatto per la sua leggerezza e flessibilità per realizzare lo
schienale 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 loro
in modo tale che le 2 giunzioni non capitino troppe vicine. DERIVATI del LEGNO: LEGNO LAMELLARE b= 10-24 cm t= 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 le elevate capacita portanti PROPRIETA MECCANICHE NON MOLTO DIVERSE! DERIVATI del LEGNO: LEGNO LAMELLARE PRINCIPALI VANTAGGI rispetto al legno naturale ' MINORE VARIABILITA'' delle CARATTERISTICHE MECCANICHE ' possibilità di realizzare SEZIONI di GEOMETRIA e DIMENSIONI NON VINCOLATE ' possibilità di realizzare ELEMENTI 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 LEGNO: GIUNZIONI & CONNESSIONI -PLACCHE di METALLO DENTATE GIUNTI A PETTINE CHIODI PERNI e BULLONI VITI -PLACCHE di METALLO DENTAT
- PLACCHE con FORI per far passare i chiodi
- INCASTRO con opportune sagomature per
favorire la compenetrazione delle due porzioni
- INCOLLAGGIO mediante ADESIVI
(colle bianche, poliammidi (applicate a caldo), collanti
a base di polimeri termoindurenti) Unione di elementi ortogonali sollecitati a compressione LEGNO: GIUNZIONI & CONNESSIONI Unione di elementi coassiali sollecitati 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, dei
tetti, ma spesso non in vista, essendo preminente la struttura
muraria in pietra o laterizio - elemento significante - in modo da non apparire componenti strutturali in legno - presentano elevata CAPACITÁ di ACCUMULO di CALORE - creano un CLIMA EQUILIBRATO: impediscono rapidi sbalzi termici causati dall''alternanza giorno-notte
o da eventi atmosferici - opportuna DIFFERENZA di FASE: intervallo di tempo che intercorre tra la comparsa della temperatura massima sulla superficie esterna di un elemento strutturale e il raggiungimento della temperatura massima sul lato interno. Bioedilizia e Case in legno Pareti in legno massiccio con struttura 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 1962 struttura antisismica: calcolata per resistere sia ai convenzionali carichi statici, che alle forze di
tipo 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 destinazione
abitativa, perchè in grado di deformarsi sotto l''azione di terremoti senza subire danni, date le
caratteristiche di elasticità e resistente a trazione e compressione (al contrario di laterizio o caratteristiche di elasticità e resistente a trazione e compressione (al contrario di laterizio
cemento) progetto "Sofie" (Istituto per la valorizzazione del legno e delle specie arboree del Cnr (Ivalsa) di San
Michele all'Adige (Trento)): test antisismico su una struttura costituita da pannelli lamellari di legno
massiccio 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 per
resistere a sismi di intensità distruttiva http://www.youtube.com/watch'v=pI3tMQ20mzs


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