Prof. T. Basiricò a.a Il legno

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2 è sempre stato un materiale molto apprezzato e utilizzato in edilizia grazie al suo facile reperimento e alla sua versatilità, per svariate applicazioni, per costruire case, mobili, utensili, veicoli e diversi altri prodotti. La lavorazione del legno è stata una delle prime arti dell'uomo: dalle clave e lance degli albori della civiltà, alle canoe scavate nei tronchi d'albero, agli aratri usati in agricoltura, ai semplici sgabelli a tre gambe, fino ai mobili pregiati e alle complesse strutture edilizie dell'epoca moderna.

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6 Struttura a Noumea realizzata da Renzo Piano -1992

7 é il materiale da costruzione piú leggero, che contemporaneamente presenta buone proprietá isolanti ed elevata resistenza, tale da consentirne l impiego nelle strutture portanti. possiede molte caratteristiche positive: elevata resistenza peso contenuto é del tutto riciclabile buon isolamento termico comportamento favorevole in caso di incendio é facile da lavorare assorbe i rumori e le vibrazioni resiste a sostanze chimiche aggressive

8 Aspetti negativi del legno: spiccata anisotropia elevata igroscopicità difetti fisiologici (nodi e fessure)

9 CARATTERISTICHE GENERALI Il Legno è un materiale composito naturale a bassa densità costituito da cellule vegetali. I componenti principali del legno sono: - Cellulosa (40-50%) garantisce la resistenza a trazione del legno. - Emicellulose (20-30%) è una sostanza legante e di riempimento che migliora la resistenza a compressione. - Lignina (20-30%) conferisce rigidità e resistenza a - compressione. Il Legno ha una struttura POROSA, NON OMOGENEA e ANISOTROPA composta dalla sostanza della membrana cellulare e dalle cavità cellulari. La struttura di queste cellule, la loro disposizione, i canali resinosi (in alcuni tipi di legni) determinano le caratteristiche fisico meccaniche dei vari tipi di legno.

10 La figura mostra le varie parti che compongono il tronco: Corteccia esterna: fisiologicamente è morta, serve come protezione alla pianta e consente gli scambi gassosi necessari alla vita della pianta. Corteccia interna o alburno: è formata da cellule vive e costituiscono l'apparato circolatorio della pianta consentendo la conduzione dei sali minerali dalle radici alle foglie. Si distingue dall'interno durame dal colore più chiaro. Libro: contiene i vasi che conducono il nutrimento sintetizzato delle foglie ad ogni parte dell'albero. Cambio: strato sottile di tessuto responsabile della produzione di nuovo legno, sia verso l'esterno sia verso l'interno.

11 Durame: parte più interna del tronco è formata da cellule morte e a livello commerciale è quella più pregiata, perché essendo la parte più vecchia della pianta è quella più stabile e meno soggetta agli attacchi di parassiti. Mano a mano che l'albero cresce, l'alburno diventa Durame. Midollo: Parte centrale del tronco, generalmente poco differenziabile dal durame che lo contiene. E' visibile in caratteristici anelli stagionali. La parte che cresce si chiama cambio e si forma annualmente tra il legno e il libro, la membrana vicino alla corteccia.

12 La direzione della fibratura, la disposizione degli anelli di accrescimento (sezione) condizionano le caratteristiche meccaniche del legno. Le sezioni del legno I principali piani o livelli di sezione che conferiscono aspetti e caratteristiche d impiego differenti al materiale sono: sezione trasversale sezione tangenziale sezione radiale

13 Abbattimento dell albero IL PROCESSO PRODUTTIVO Taglio del tronco Stagionatura La deformabilità del legno dopo la posa in opera è inversamente proporzionale ai tempi di stagionatura Segagione Essiccamento Trattamento produttivo viene essiccato in modo che l umidità risulti fra 8% e 20 %. Eccessiva umidità provoca imbarcamento del legno. verniciatura pitturazione catramatura Carbonatazione superficiale Ignifiguazioni con pitture intumescenti Trattamenti per proteggere il legno dagli agenti atmosferici o biologici (muffe, funghi, tarli, etc.)

14 Taglio del tronco: quando i tronchi vengono abbattuti, vengono privati dai rami e dalla corteccia. A questo punto il tronco può essere ridotto ad assi secondo diversi schemi di taglio.

15 L'ideale per ottenere assi di buona qualità, non soggette a imbarcatura, è il taglio perpendicolare agli anelli di accrescimento,detto in quarto e radiale. Questo tipo di taglio (chiamato a quarto di ventaglio) è quello che economicamente è il più costoso in quanto comporta un alto spreco di materiale.

16 Il taglio tangenziale dato il minimo costo di produzione, viene adottato per la quasi totalità del legname. Le tavole che si ottengono, però, non risultano di qualità e di aspetto costanti, perchè si differenziano sempre piu' tra loro, man mano ci si allontana dalla zona centrale del fusto. Mentre la tavola di mezzo mantiene diritto il proprio asse trasversale e presenta superfici con venature pressochè parallele, le altre tavole sono soggette a imbarcarsi e comportano vaste zone mediane con venature notevolmente diverse da quelle delle loro zone laterali, a seconda della conicità del fusto e della posizione delle tavole nel fusto stesso.

17 STAGIONATURA Stagionatura: una volta tagliato, il legno perde velocemente circa il 30% di acqua presente nelle cavità cellulari. Successivamente il legno continuerà, ma più lentamente a perdere acqua, fino a raggiungere l'equilibrio con l'ambiente circa il 17% - 23% di umidità. La stagionatura può essere: Naturale garantisce in futuro una maggiore stabilità; si ottiene accatastando le assi una sull'altra frapponendo dei listelli al fine di permettere la circolazione dell'aria Artificiale si fa ricorso a essiccazioni artificiali in appositi ambienti (essiccatoi) che sono veri e propri forni con umidità e calore controllati.

18 STAGIONATURA Durante la stagionatura il legno subisce perciò variazioni volumetriche reagendo in modi diversi a seconda di come è stato tagliato. Mediamente un taglio radiale reagirà in modo minore alla stagionatura rispetto ad un taglio (tangenziale). La stagionatura non dà un legname completamento privo d acqua poiché il legno assorbe sempre una certa quantità di umidità dall ambiente. Questa umidità si stabilizza con il tempo su valori variabili tra 8% e 20%. La stagionatura naturale comporta un lungo periodo di tempo (da 1 a 3 anni). La stagionatura artificiale attraverso essiccatoi comporta tempi ridotti (pochi giorni). asciugato artificialmente va sempre fatto ri-climatizzare per almeno qualche mese prima di essere utilizzato.

19 STAGIONATURA Bisogna tener presente che il legno regolerà continuamente la sua umidità con quella dell'aria circostante. Se viene portato in un ambiente chiuso e dotato di riscaldamento centrale, il suo contenuto di umidità diminuirà lentamente fino a circa il 10%, provocando ovviamente un maggior restringimento. Dal punto di vista tecnologico: migliore non è quello ricavato da una lunga stagionatura ma quello che ha un contenuto di umidità pari al grado di umidità che il legno stesso finisce di acquisire nel suo ambiente di utilizzazione. Esempio: Una trave con contenuto di umidità del 18%, stagionata da un anno, posta in opera in ambiente dove il legno si stabilizza con umidità del 18%, resta indeformata, mentre una trave stagionata da 5 anni, con umidità del 12%, nello stesso ambiente può subire deformazioni.

20 CLASSIFICAZIONE COMMERCIALE dei legni: Classificazione in base alla durezza: legni duri: latifoglie (quercia, abete, frassino, platano); legni dolci: confiere (pioppo, castagno, betulla); legni fini e duri: noce, ciliegio, olivo, ebano, palissandro, mogano, teak. Classificazione in base alla provenienza: essenze europee Rovere, Faggio, Frassino, Ciliegio, Noce, Tiglio, Olmo, Acero, Pioppo, Toulipier, Castagno, Alder, Sup Gum, Walnut, Willow. essenze esotiche o extraeuropee Akatio, Bahia, Ayous, Mansonia, Frakè, Iroko, Niagon, Mogano, Doussié, Meranti, Lenga, Okumé.

21 Il grado di durezza considerato nella classificazione commerciale prescinde da quella botanica, tanto che molti legni teneri sono in realtà più duri di alcuni classificati come duri. I tessuti duri presentano condotti lunghi e continui lungo il tronco; al contrario, in quelli dolci, i fluidi vengono trasportati da cellula a cellula. Molti legni teneri hanno i vasi conduttori della resina che corrono paralleli alla venatura.

22 TIPI DI LEGNI

23 CARATTERISTICHE FISICHE Le principali caratteristiche fisico-meccaniche sono in relazione a: peso specifico contenuto di umidità

24 CARATTERISTICHE FISICHE DENSITA' La densità nel legno rappresenta il rapporto tra la massa legnosa e il suo volume (membrane cellulari e cavità) e condiziona tutte le altre caratteristiche fisico meccaniche. La densità varia in un campo molto ampio di valori rappresentabili da: legno di BALSA 0,1 g/cm 3 legno di GUAIACO 1,2 g/cm 3 PESO SPECIFICO- il peso specifico del legno è funzione della densità e del grado di umidità. Fissato livello di umidità del 15% il peso specifico delle varie essenze può variare tra 350 e 1100 Kg/ m 3

25 CARATTERISTICHE FISICHE DILATAZIONE TERMICA tende a contrarsi e a dilatarsi in funzione delle variazioni di umidità nel suo interno, il ritiro o la dilatazione avvengono in modo differenziato secondo le sezioni principali: - ritiro massimo % - lungo la direzione TANGENTE agli anelli di accrescimento (sezione tangenziale) - ritiro medio - 5-6% - lungo la direzione dei raggi midollari (sezione radiale) - ritiro minimo v % - secondo l'asse del tronco (sezione longitudinale)

26 Le principali caratteristiche meccaniche dipendono da: tipo di essenza CARATTERISTICHE MECCANICHE grado di stagionatura direzione del carico rispetto alla direzione delle fibre e della presenza di difetti - Generalmente legni più compatti sono più resistenti; - Maggiore è il peso specifico, maggiore e la resistenza meccanica - Maggiore è l umidità contenuta nel legno, minore è la resistenza - Tutte le essenze presentano valori di resistenza sia a compressione che a trazione maggiori per carichi esercitati secondo la direzione delle fibre.

27 Resistenza a trazione è maggiore in direzione longitudinale che in direzione perpendicolare alla fibre. Maggiore 2 o 3 volte di quella a compressione N/mm 2 Resistenza a compressione è massima nella direzione delle fibre N/mm2 Resistenza a flessione valori simili a quelli a trazione N/mm 2 CARATTERISTICHE MECCANICHE Resistenza al taglio è favorita dal grado di umidità

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29 CARATTERISTICHE FISICO-MECCANICHE CONDUCIBILITA' ha valori di conducibilità termica ed elettrica bassissimi COMPORTAMENTO A FUOCO che ha una REAZIONE al fuoco molto elevata, anche se è un materiale che si incendia solo in presenza di sorgenti di calore molto alte e persistenti. L'accensione si verifica tra C. La sua resistenza al fuoco è favorita dalla bassa conduttività termica e dai bassi valori di dilatazione termica lineare. la bassa CONDUTTIVITA' TERMICA permette di: conservare a lungo le caratteristiche meccaniche del materiale; rallentare il processo di carbonizzazione; la crescita lenta dello strato esterno di carbone concorre ad isolare termicamente l interno della sezione, aumentando la resistenza al fuoco della sezione del materiale.

30 CLASSIFICAZIONE DEI LEGNAMI DA COSTRUZIONE In rapporto alle caratteristiche di resistenza alle sollecitazioni, in base al loro aspetto ed alla presenza di nodi, i legnami possono essere classificati in tre categorie:

31 DIFETTI DEL LEGNO I difetti del legno, raggruppati secondo la causa d origine, sono: 1. Difetti dovuti ad agenti atmosferici (vento e gelo): Provocano sfaldature interne dovute alla precoce morte di gruppi di tessuto, pena l indebolimento delle difese della pianta. 2. Difetti dovuti ad agenti patogeni (funghi e insetti): I funghi provocano il disfacimento di gruppi di cellule, gli insetti scavano gallerie all interno della massa legnosa, intaccandone la resistenza. 3. Difetti dovuti ai rami: I rami, aventi un andamento diverso dell asse principale del fusto, presentano gruppi di tessuti diversamente orientati; si vengono così a creare al taglio i cosiddetti nodi del legno, particolarmente dannosi, che provocano distorsioni del legno in opera. I nodi del legno possono però in alcuni casi costituire un pregio; 4. Difetti dovuti a una cattiva stagionatura: Le tavole possono imbarcarsi, curvarsi o svirgolarsi.

32 DIFETTI DEL LEGNO a) Lunatura: morte causata dal gelo della parte interna dell'alburno che non si trasforma in durame. La durata del legno è pregiudicata. b) Cuore eccentrico: midollo non al centro del tronco; provoca nelle tavole reazioni diverse agli agenti fisico-meccanici c) cipollatuta: separazione degli anelli di accrescimento causata dal gelo, dal calore, dal vento

33 DIFETTI DEL LEGNO d) stellatura: prosciugamento del cuore che forma fenditure centrali; e) f) fenditure periferiche e lesione rimarginata centrale: provocate da forti sbalzi di temperatura o da squilibrio dell'evaporazione; g) nodi di rami morti: che causano deviazione delle fibre e minore resistenza ai carichi h) difetti di lavoraizone

34 DIFETTI DEL LEGNO I nodi sono zone del tronco in cui si è sviluppato l'inizio di un ramo. Quando il legno viene segato, il nodo risulta evidente e si presenta come un'irregolarità circolare nella struttura della venatura. Se un'asse proviene da un taglio centrale, dove inizia il ramo, i cerchi sono continui con la venatura del legno e formano un cosiddetto nodo di crescita; verso la superficie esterna, dove la struttura dei condotti del tronco è cresciuta attorno al ramo, si produce invece un nodo chiuso.

35 DIFETTI DEL LEGNO Durante la stagionatura delle assi, i nodi si restringono più velocemente del resto del legno, per cui un nodo chiuso può staccarsi dall'asse, e lasciare un buco. Un nodo di crescita non può staccarsi, ma il legno circostante si deforma per il restringimento diseguale, e l'asse può comunque risultare difettosa.

36 DIFETTI DEL LEGNO Le irregolarità circolari sono elementi di solito non desiderabili dal punto di vista estetico, a prescindere dal loro effetto sulla resistenza del legno. In alcuni casi, ad esempio nel rivestimento di interni, alcuni legni nodosi come il pino e l'abete sono apprezzati per il particolare disegno formato dai nodi sulla venatura.

37 TIPOLOGIE DI PRODOTTO Prodotti della prima lavorazione La prima lavorazione avviene nelle segherie sul materiale grezzo. I prodotti che ne derivano sono i segati. Trave Travicelli o travi secondarie Morali listelli Tavole Tavoloni Panconi assicelle Sfogliati tranciati Trucioli Cascami Testate, refili, ritagli, etc. Segatura Polvere, farina, etc.

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39 TIPOLOGIE DI PRODOTTO Prodotti della seconda lavorazione La seconda lavorazione è eseguita su elementi parzialmente lavorati e stagionati, che vengono uniti con tecniche diverse per ottenere manufatti più complessi. Le tecniche utilizzate sono due: La compensazione La sfibratura Dalla compensazione si ottengono I compensati I paniforti Travi in legno lamellare Dalla sfibratura si ottengono Pannelli di particelle e truciolari Pannelli di fibre Pannelli sandwich

40 TIPOLOGIE DI PRODOTTO PER COMPENSAZIONE Il principio della compensazione permette di unire tra loro fogli sottili di legno con fibre opposte e spessori compresi tra 2-10 mm e 3 mm; i fogli denono essere almeno tre in modo che la fibra di un foglio sia ortogonale agli altri due. In tal modo si realizza una struttura con resistenza più uniforme, con ritiri e deformazioni reciprocamente contrastanti. I compensati o multistrati: i fogli (dispari), dopo l essicazione, vengono incollati (colle sintetiche) a caldo sotto pressione l uno sull altro (sono utilizzati per mobili, serramenti, rivestimenti, etc.) I paniforti sono pannelli costituiti da un anima centrale (>9 mm) fatta di listelli o tavolette di legno massiccio, accostati tra loro, rivestita sulle due facce con uno strato di sfogliati. Vengono utilizzati per controsoffitti, tramezzi, porte interne, mobili ed elementi d arredo. Con il legno lamellare si ottengono manufatti massicci secondo una tecnica che prevede l'unione di piccole assi (lamelle)sovrapposte mediante incollaggio. Le fibre delle lamelle sono incollate tutte nella stessa direzione.

41 a) compensato; b) multistrato c) paniforte listellare; d) paniforte lamellare

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44 TIPOLOGIE DI PRODOTTO PER SFIBRATURA Il principio della sfibratura utilizza prodotti derivanti da una disgregazione meccanica del legno o dal residuo di altre lavorazioni riaggregate tramite collanti. I pannelli di particelle (PDP) e truciolari: le materie prime sono costituite da tronchetti, cascami ridotti in elementi di piccole dimensioni, essiccate pervenendo ad una umidità tra 3 e 6 %. Le particelle vengono incollate attraverso resina sintetica termoindurente e distribuite in un unico strato o in più strati su di un supporto. La pressatura a caldo riduce il volume del pacchetto ed il calore indurisce la resina fissando le particelle tra loro. I pannelli vengono quindi rifiniti, cioè squadrati, calibrati, levigati e rivestiti con piallaccio o laminato plastico. I pannelli di fibra a media o alta densità (MDF)

45 Pannelli di particelle secondo la granulometria e la stratificazione: a) un solo strato a granulometria omogenea b) un solo strato a granulometria progressiva c) stratificato (3 starti) d) stratificato con superfici finissime e) un solo strato sottile (s< 6 mm) f) controplaccato

46 IL LEGNO LAMELLARE lamellare è ancora indubbiamente legno e di questo mantiene tutti i pregi, ma è anche un prodotto nuovo, un prodotto industriale che attraverso il procedimento tecnologico supera i difetti propri del legno massello. Il processo di produzione del legno lamellare incollato è l insieme delle operazioni eseguite in appositi stabilimenti, che consistono essenzialmente nella riduzione del tronco in assi e nella loro ricomposizione, tramite incollaggio, fino a dare origine a elementi di forma e dimensione prestabilita.

47 CICLO PRODUTTIVO Scelta del legname - Le caratteristiche tecniche del prodotto finito dipendono dal materiale di base. Per ottenere risultati attendibili, occorre partire da una materia prima avente caratteristiche il più omogenee e uniformi possibile. Le essenze legnose vengono suddivise, per il legno lamellare, in due categorie o classi, che ne individuano la qualità e le caratteristiche fisico-meccaniche e che condizionano i valori delle corrispondenti tensioni massime ammissibili.

48 CICLO PRODUTTIVO Tali classi o categorie sono (secondo le DIN 1052): I Categoria: legno senza traccia di putredine o danni di insetti, nodi sani, non raggruppati, con diametro massimo pari a 30 mm, peso specifico non superiore a 500 Kg/mc (al 20% di umidità) e spessore medio annuo di crescita del tronco non superiore a 3 mm. II Categoria: legno scelto con criteri meno rigidi, tuttavia senza traccia di putredine o danni di insetti, ma con tolleranze maggiori di diametro dei nodi (fino a 40 mm), pesi specifici non inferiori a 400 Kg/mc (al 20% di umidità) e spessore medio annuo di crescita non superiore a 4 mm.

49 CICLO PRODUTTIVO Riduzione delle travi in lamelle con sezione massima di 30 x 200 mm. Essicazione: operazione tesa a ottenere quel grado di umidità del legno compatibile col tipo di colla e, soprattutto, confacente alla destinazione delle strutture. (fra il 7 e il 16%). Fra due lamelle successive però la differenza di umidità non deve superare il 4%. Controllo della qualità delle tavole Lle tavole subiscono un controllo dell umidità e della difettosità, che porta all eliminazione dei difetti più gravi e delle eventuali sacche di umidità.

50 CICLO PRODUTTIVO Giuntatura di testa Per realizzare elementi strutturali di lunghezza maggiore della singola tavola o asse sono necessari giunzioni di testa. Piallatura e calibratura delle tavole Le tavole vengono piallate, in modo da offrire superfici piane in vista dell incollaggio delle facce delle tavole per la successiva formazione della trave.

51 Incollaggio delle lamelle Gli incollanti devono instaurare legami intermolecolari fra le fibre di cellulosa e lignina, in modo da garantire, nel piano di incollaggio, lo stesso legame della corrispondente essenza legnosa. Le resistenze fisico-meccaniche del collante devono essere almeno eguali a quelle del legno, in modo che i piani di incollaggio non siano piani preferenziali di rottura. L'incollatrice a fili consente di ottenere un piano uniforme della colla.

52 CICLO PRODUTTIVO Pressatura tale operazione viene effettuata in apposite presse (costituite da martinetti idraulici o pneumatici). Le travi rimangono in pressa per un periodo di 12 ore o più, secondo il tipo di colla, la temperatura e la forma della trave. La temperatura ambiente non deve comunque essere mai inferiore a 18 C. In caso di travi curve, si utilizza un altra pressa dotata di guide mobili che vengono posizionate secondo una sagoma precedentemente disegnata sul suolo.

53 Piallatura delle travi CICLO PRODUTTIVO Rimosse dalla pressa le travi sono lasciate 1-2 giorni a riposo all interno dello stabilimento. Quindi fatte passare dentro una pialla fissa di forte capacità in modo da dare all elemento lo spessore finito e rendere uniformi e lisce le superfici laterali.

54 CICLO PRODUTTIVO Finitura e impregnazione La trave viene intestata realizzando le sagomature di progetto, i fori ed i tagli necessari per l assemblaggio di elementi metallici. L ultima operazione è l applicazione di prodotti impregnanti tramite spennellatura, al fine di preservare il legno da insetti, funghi, umidità. Campi di impiego - elementi per strutture semplici verticali (ritti e pilastri) o orizzonatli (travi) - elementi per strutture di copertura di luci piccole, medie e grandi per edilizia civile, industriale e commerciale, sportiva - componenti vari (serramenti, pannelli di tamponmento)

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56 Pensilina della tribuna di uno stadio a Reggio Emilia

57 Pensilina della tribuna di uno stadio a Reggio Emilia

58 Aeroporto Marco Polo

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66 ALTERAZIONI DEL LEGNO La durabilità del legno dipende dagli attacchi a cui è soggetto: Biologici Fisici (fuoco, agenti atmosferici) Chimici

67 ALTERAZIONI DEL LEGNO Attacco biologico (naturale, lamellare, truciolato, compensato) è soggetto agli attacchi degli insetti e dei funghi. Gli attacchi di insetti sono più frequenti nei legni tagliati di recente. Gli insetti attaccano l alburno e proseguono verso l interno. Gli insetti più dannosi sono: xilofagi, coleotteri e termiti. Gli attacchi sono poco visibili dall esterno, a volte si manifestano con piccoli fori. L attacco dei funghi avviene in presenza di umidità con temperatura tra 20 e 25 C ed un approvvigionamento normale di ossigeno.

68 Attacco fisico ALTERAZIONI DEL LEGNO Gli agenti atmosferici (raggi solari, pioggia, vento) non possono danneggiare in modo consistente il legno se questo è sano: il loro effetto riguarda solo gli strati superficiali del legno. Ben più grave è l attacco provocato dal fuoco, anche se il legno è in grado di conservare per tempi relativamente lunghi le sue caratteristiche meccaniche, in quanto la zona esterna carbonizzata protegge gli strati interni, limitando l aumento di temperatura e rallentando quindi gli effetti dell incendio.

69 Attacco chimico ALTERAZIONI DEL LEGNO La composizione delle cellule del legno è solitamente acida: per questo motivo il legno viene attaccato dai prodotti basici, mentre sopporta abbastanza gli acidi, a eccezione dell acido solforico. Per lo stesso motivo il legno umido risulta aggressivo nei confronti di molti metalli.