IL LEGNO E ISUOI DERIVATI

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1 IL LEGNO E ISUOI DERIVATI 1

2 INTRODUZIONE Il legno, grazie alla sua versatilità, è una materia prima utilizzata sia come combustibile sia come materiale da costruzione nell industria e nell arredamento. Si chiama legno da costruzione quello che avendo forma di tronchi, travi, travicelli, pali, viene usato soprattutto nell industria edile (per esempio nell ossatura dei tetti, per pali di sostegno di condutture elettriche, ecc.). Invece, viene chiamato legname da lavoro il legno che, sotto forma di panconi, assi, assicelle, fogli, compensati, piallacci ecc., viene usato per la costruzione di mobili, serramenti e in altri lavori comuni. Questo legno, ricavabile principalmente dal fusto delle piante e qualche volta anche dai rami più grossi o dalle radici, è quello maggiormente adoperato in falegnameria. CLASSIFICAZIONE BOTANICA Si definiscono alberi le piante legnose alte almeno 5-6 metri, formate da un fusto principale (tronco) che, ad una certa distanza dal suolo, si suddivide in rami (che formano la chioma). Gli arbusti, invece, sono piante legnose più piccole con molti rami che si suddividono già a livello del suolo. Alberi e arbusti sono perenni, cioè non muoiono d inverno. Una classificazione semplificata delle piante le suddivide in tre grandi gruppi: Conifere (o Aghifoglie), Latifoglie e Palme. A loro volta i gruppi si dividono in famiglie, poi in generi ed infine in specie. Alcuni esempi: Appartengono al gruppo delle Conifere (dal latino fabbricanti di coni ovvero pigne e altri frutti legnosi) le famiglie delle Pinaceae, delle Cupressaceae e delle Taxodiaceae. Nella famiglia delle Pinaceae fanno parte vari generi di piante come gli abeti, i pini e i cedri. Infine, un Abete, può essere della specie dell Abete Rosso (albero di Natale) oppure dell Abete Bianco (altro albero ornamentale da giardino). Le Latifoglie, invece, sono tutte quelle piante (la maggior parte) che hanno foglie solitamente piatte e con superficie più estesa come ad esempio la Quercia, il Castagno, il Tiglio e altri alberi da frutto. Della famiglia delle Palme fanno parte piante come le canne e le Palme propriamente dette. Il legno che si può produrre dalle piante dei tre gruppi viene classificato nel modo indicato nella Tabella 1. Gruppo Tipo di legno Conifere Softwood Latifoglie Hardwood 1 Palme Legno di scarso impiego 2 Tabella 1 I due suffissi Hard e soft sono prevalentemente usati come aggettivi riferiti alla massa volumica e non, come farebbe supporre il il loro reale significato tecnico, alla durezza del legno, anche se sia quello che presenta la minor massa volumica sia quelli caratterizzati dai suoi valori più elevati appartengono alle latifoglie 1 In realtà tra queste ci sono anche legni teneri (Pioppo. Tiglio, ecc.) 2 A differenza delle latifoglie, le palme non producono vero legno, e i loro fusti che non hanno rami sono ricoperti non da corteccia ma da uno strato di forti e dure fibre. 2

3 Sviluppo di un albero Gli alberi si sviluppano in altezza per divisione delle cellule che si trovano alle estremità degli apici; mentre si sviluppano in spessore grazie alla produzione di legno sempre nuovo. Il tronco delle conifere e delle latifoglie comprende un insieme di tuboli dalle pareti ispessite. Nel loro complesso questi tuboli o vasi vengono detti xilema, cioè legno dell albero: trasportano acqua e sali minerali, assorbiti dalle radici, sino ai rami e rafforzano il tronco e i rami. Esternamente allo xilema vi è un altro sistema di tubi conduttori, il floema o libro, che trasporta la linfa elaborata, preparata dalle foglie, verso tutte le parti dell albero. Entrambi questi tessuti sono prodotti da un sottile strato di cellule dette cambio. Figura 1 Figura 2 La quantità di legno prodotto da una pianta varia da una stagione all altra. In primavera, periodo di maggiore sviluppo e quindi di maggiore necessità d acqua, si forma un gran numero di grossi vasi (legno di primavera). In estate e in autunno, invece, si formano soltanto dei piccoli vasi. D inverno, lo sviluppo dell albero si arresta totalmente. Lo stesso ciclo si ripete l anno successivo ed è visibile sotto forma di una seri di anelli concentrici, quando un tronco viene tagliato trasversalmente. Il numero di questi anelli annuali permette di stabilire l età dell albero. Negli alberi vecchi solo gli anelli esterni comprendono legno vivente, il cosiddetto alburno, mentre il centro del tronco o durame o cuore, è costituito di cellule morte (ed ha spesso un colore più scuro perché impregnato di resine). Non sempre però le differenze tra queste due zone sono distinguibili. In tal caso il legno viene detto indifferenziato; altrimenti, se c è una netta distinzione cromatica, viene detto differenziato e il suo utilizzo viene preferito al precedente grazie alla sua maggior durezza e resistenza alle alterazioni biologiche indotte da funghi e insetti. La tabella seguente riporta i principali tipi di legnami differenziati e indifferenziati prodotti in Italia. legnami indifferenziati Legnami differenziati Abete, Faggio, Acero, Betulla Larice, Pino, Noce, Quercia e Robinia 3

4 Figura 3 Figura 4 I raggi midollari, che convergono verso il centro del tronco, sono serie lineari di cellule vive mediante le quali le sostanze nutritive vengono portate ai vasi dello xilema. Infine, attorno al floema c è un ultimo strato di cambio. Dalla superficie di questo vengono prodotte le cellule del sughero, che formano la corteccia. Nei legnami da costruzione impiegati comunemente in Italia, per la maggior parte costituiti da conifere, l ampiezza degli anelli è un elemento di primaria importanza; si rileva in particolare che anelli larghi sono indice di accrescimento rapido ma determinano una diminuzione del volume e conseguentemente della massa, delle pareti cellulari, con ovvie conseguenze sulle resistenze meccaniche correlate allo spessore del tronco. 4

5 Caratteristiche chimiche Le pareti delle cellule legnose sono formate da una complessa sovrapposizione di strati, ognuno dei quali ha una particolare microstruttura e composizione chimica.. I costituenti fondamentali presenti nelle pareti cellulari sono la cellulosa, parzialmente cristallina, la lignina, mancante di struttura cristallina, e le emicellulose, amorfe. La maggiore percentuale di cellulosa presente nel legno delle conifere ne rende preferibile l impiego nelle industrie cartarie rispetto alle latifoglie. Oltre ai costituenti principali, compaiono nel legno altre sostanze che originariamente si trovano nella linfa ma che, con il procedere del fenomeno di duramificazione dovuto all età o all essiccazione successiva al taglio dell albero, si depositano all interno delle cavità cellulari. Se tali sostanze risultano solubili vengono chiamate estrattivi (tannino, resina, gomme ecc.), in quanto vi è la possibilità di estrarle dal legno; se invece sono insolubili vanno a occupare parte delle cavità cellulari in forma sia amorfa che cristallina (silicati,fosfati,carbonati ecc.) che andranno poi a costituire la maggior parte delle ceneri di combustione. Gli estrattivi sono responsabili di varie CARATTERISTICHE E PROPRIETA caratteristiche del legno; oltre a essere all'origine della formazione del durame, sono responsabili delle colorazioni diverse da quella biancastro-giallognola propria della parete cellulare, nonché dell'odore e del sapore caratteristici di alcune specie legnose. Composti organici del legno Carbonio, idrogeno e ossigeno si combinano tra loro per formare i principali composti organici del legno e cioè cellulosa, emicellulose. lignina e piccole quantità di sostanze pectiche Le proporzioni di cellulosa, emicellulose e lignina (espresse in percentuale del peso del campione di legno anidro) risultano approssimativamente le seguenti: cellulosa 40-50% (circa uguale nelle Conifere e nelle Latifoglie): emicellulose 20% nelle Conifere e 15-35% nelle Latifoglie: lignina 25-35% nelle Conifere e 17-25% nelle Latifoglie. La proporzione di sostanze pectiche è molto ridotta La cellulosa è un polimero organico composto da molecole di glucosio. un monosaccaride che viene sintetizzato, tramite l'attività fotosintetica, dall'ossido di carbonio (CO) presente nell'atmosfera. Le suddette molecole sono legate tra loro a formare ima lunga catena filiforme. Il processo di ripetuta unione di unità del monomero glucosio è detto "polimerizzazione".la formula empirica della cellulosa è. pertanto. (C 6 H ) n ove il suffisso n indica il grado di polimerizzazione cioè il numero di monomeri di glucosio contenuti all'interno della macromolecola. Allo stato nascente, il valore di n varia tra 8000 e Le emicellulose risultano chimicamente simili alla cellulosa in quanto sono entrambe carboidrati. Tale termine comprende tutti i composti chimici a base di carbonio, idrogeno e ossigeno nei quali gli ultimi due elementi sono presenti nelle stesse proporzioni in cui compaiono nella formula dell'acqua. Le emicellulose hanno, inoltre, molecola cateniforme come quella della cellulosa ma il loro grado di polimerizzazione è molto più ridotto e in media, circa uguale a unità monomeriche. Diversamente dalla cellulosa, che è composta esclusivamente da glucosio, le emicellulose includono altri monosaccaridi. Le sostanze pectiche sono carboidrati o composti di natura analoga, in quanto formati dall'aggregazione di molecole di acido galatturonico. Anch'esse presentano struttura filiforme e si idratano facilmente assumendo una consistenza gelatinosa La lignina è il componente della parete cellulare che differenzia il legno dagli altri materiali cellulosici prodotti in natura. La lignificazione, ovvero la deposizione di lignina all'interno delle pareti, costituisce l'ultimo stadio dello sviluppo cellulare. La lignma. infatti, è prodotta esclusivamente da cellule vive ed il completamento del processo di lignificazione coincide praticamente con il degradamene del protoplasma e con la morte della cellula. La lignina non è un carboidrato ma ha una natura prevalentemente aromatica e può essere visto come un complesso polimero tridimensionale. ( I composti aromatici sono derivati da una serie di idrocarburi di cui il più semplice (e forse il più familiare) è il benzene (C 6H 6) ) 5

6 Per quanto concerne l impiego del legno nelle costruzioni, deve essere sottolineato il fatto che alcuni estrattivi, come i tannini, possono esercitare un azione aggressiva sui metalli, pregiudicando la resistenza meccanica delle chiodature e dei connettori, oppure possono interferire negativamente sulla tenuta degli incollati, sulle operazioni di verniciatura e tinteggiatura. La composizione chimica del legno è importante anche se spesso, viene trascurata e i suoi elementi di base possono trovare utile impiego in alcuni processi produttivi. Tale è per esempio il caso della lignina, che viene usata come legante, da sola o con i tannini, per la produzione di adesivi fenolici. Caratteristiche morfologiche ed estetiche Per descrivere un qualsiasi legno si fa riferimento al colore (anche se non è sempre possibile definire tutte le sue sfumature) e ad altre caratteristiche che possono essere agevolmente individuate e descritte. Queste caratteristiche si riferiscono alle sezioni longitudinali del legno: la tessitura, la fibratura, la venatura, il disegno, il colore, la lucentezza, l'odore, il sapore, l'untuosità. La tessitura dipende dalla grandezza degli elementi cellulari e dalla compattezza dei tessuti; la rilevazione della tessitura è effettuata a vista e si distinguono tre conformazioni: Tessitura fine, quando non è percepibile a occhio nudo perché appare uniformemente compatta, come avviene nel bosso, nel faggio e nel pino; Tessitura media quando i tessuti, non del tutto compatti, possono essere appena percepibili singolarmente, come nel larice, nell'abete e nel pioppo; Tessitura grossolana, quando si vedono agevolmente delle striature longitudinali derivanti dai vasi, come nel caso del legno di latifoglie (quercia, olmo, castagno, frassino) e dai canali resiniferi, come nei legni delle conifere. La fibratura indica la direzione in cui sono disposti gli elementi cellulari e in particolare come essi si susseguono dalla base verso la cima dell'albero. La fibratura è diritta negli alberi cresciuti regolarmente, senza essere sottoposti a forti sollecitazioni di torsione da vento; in quelli invece che hanno subito sollecitazioni di torsione da vento o la cui crescita è stata disturbata da altre cause, la fibratura si presenta inclinata, elicoidale, intrecciata o comunque irregolare. La fibratura si può osservare soprattutto nelle superfici longitudinali in seguito alo spacco del legno. La venatura indica la successione degli anelli di accrescimento evidenziata dal contrasto di colore e di compattezza tra le zone a legno primaticcio e a legno tardivo che costituiscono gli anelli stessi; la venatura può essere regolare o irregolare, differenziata o indistinta; è particolarmente evidente nelle conifere, dove si manifesta con l'alternanza di strisce parallele chiare e scure, mentre nel legno di betulla, per esempio, la venatura non è evidenziata a causa della mancata differenziazione degli anelli di accrescimento. Il disegno, dovuto all andamento delle tracce degli anelli di crescita, conferisce valore estetico al materiale. In particolare, sono utilizzati termini come fiammato, quando si presentano disegni a fiamma 6

7 più o meno aggrovigliati, oppure a rigatino, quando la sezione radiale si presenta a bande alternate lucide e opache, o ancora si può avere la presenza di marezzature dovute a irregolarità di accrescimento che conferiscono notevole pregio al legno. 1. Figura 5 Il colore dei legnami può variare entro una gamma molto estesa, dal bianco al nero. Le variazioni di colore del legno invece si producono con l esposizione all aria e l invecchiamento tramite l ossidazione e la degradazione fotochimica (dei raggi ultravioletti) degli estrattivi e della lignina in esso contenuti. Altre variazioni di colore si possono avere nelle zone intaccate da funghi. La lucentezza è data dalla riflessione della luce sopra una superficie levigata e nel caso del legno richiede una tessitura fine e compatta. Gli odori e i sapori dei legnami invece sono indotti dalla presenza di particolari estrattivi (resine, zuccheri e tannini). Nei legnami stagionati l odore è pressoché impercettibile. L untuosità dipende dall affioramento sulla superficie di olii, cere e altre sostanze grasse presenti nelle cellule legnose. L untuosità può influenzare l applicazione di adesivi e vernici. Caratteristiche fisiche Per lo studio del comportamento del legno, sia nelle costruzioni sia nei lavori di falegnameria, è essenziale conoscere quale correlazione esista tra l umidità del legno dell albero vivente e dopo che è stato abbattuto e ridotto in travi, tavole ecc. L umidità, data dalla presenza dell acqua libera all interno delle cavità cellulari nella fase liquida (linfa) o di vapore, e dell acqua collegata in modo più complesso alle pareti cellulari, è espressa quantitativamente dal rapporto: U % = Pu Ps 100 P s 7

8 Dove U% indica l umidità relativa percentuale, P u è il peso iniziale del materiale, P s è il peso allo stato assolutamente secco. Una volta che l albero è stato abbattuto, il tronco incomincia gradualmente a perdere l acqua attraverso l evaporazione e l umidità si attesta attorno al 12-15%. Un'altra grandezza importantissima alla quale sono collegate le principali caratteristiche fisiche e meccaniche del legno è la densità, definita come: ρ = M V La densità varia entro ampi limiti secondo l essenza e il contenuto di umidità (per esempio, con il 15% di umidità la densità varia tra 350 e 1100 kg/m 3 (si veda più avanti la Tabella 2). La porosità, è quindi l imbibizione (la capacità di assorbire acqua), caratterizza tutti i legnami: presentano migliori capacità di assorbimento i legni teneri piuttosto che quelli duri e i legni senza resina più di quelli resinosi. Per quanto riguarda le singole parti, sono soggette a imbibizione l alburno più del durame e la zona primaverile degli anelli più di quella tardiva. La perdita dell acqua contenuta nell albero, dopo il suo abbattimento, ne determina la contrazione o ritiro, che comincia a rilevarsi quando l umidità scende al di sotto del 30% circa, ovvero quando l acqua contenuta nelle cavità cellulari è completamente evaporata. Benché le essenze dure tendano generalmente a ritirarsi più di quelle tenere, a stagionatura avvenuta le dure, a causa della loro maggiore densità (e quindi minore porosità), risentono in modo meno apprezzabile delle normali variazioni dell umidità ambientale. E opportuno rilevare infine che il legno tende a raggiungere un equilibrio igroscopico con l ambiente in cui si trova, perciò forma e dimensioni possono modificarsi anche a seguito delle variazioni stagionali di umidità. Dal punto di vista termico ed elettrico, il legno si presenta come un discreto isolante. La reazione al fuoco è molto elevata, anche se l accensione avviene solo in presenza di temperature superiori a 260 C. La resistenza al fuoco è favorita in particolare dai bassi valori della conducibilità e del coefficiente di dilatazione termica che caratterizzano tutti i legnami. La durevolezza varia secondo la natura del legno, il tipo di taglio e di lavorazione cui è stato sottoposto, e l ambiente in cui viene conservato. Tutte le specie di legnosi si conservano bene in ambiente secco, mentre solo alcune risultano durevoli anche se immerse in acqua; queste stesse specie tenderebbero invece a deteriorarsi in regime vario di umidità e aridità che sarebbero causa di alterni rigonfiamenti e contrazioni. L umidità favorisce la proliferazione di funghi e batteri, mentre la presenza di resine e tannino rende il legno durevole e sicuro. 8

9 Caratteristiche meccaniche Per caratteristiche meccaniche s intende l insieme di forze che il legno esplica per opporsi alle deformazioni; tali caratteristiche dipendono da vari fattori, quali: - la compattezza del legno e il suo peso specifico (più il legno è compatto e massiccio, più è resistente); - l'umidità, e quindi il grado di stagionatura (l aumento del tasso di umidità abbassa la resistenza); - la direzione in cui è applicata la forza deformante (per tener conto dell anisotropia e della disomogeneità del legno). La resistenza meccanica, espressa dal carico necessario a provocare le deformazioni permanenti (σ 0 ) o la rottura del materiale (σ m ) e si misura in N/mm 2 (MPa). Le principali forme di resistenza di un legno sono: La resistenza alla compressione: per il legno è compresa (secondo la varietà) tra 20 e 80 MPa; è massima nella direzione delle fibre (assiale) mentre si riduce anche al 15-20% di tali valori nel caso di compressione trasversale (radiale o tangenziale). La resistenza alla trazione: È superiore di circa 2-3 volte a quella di compressione. La resistenza alla torsione, al taglio e la durezza sono analoghe ai materiali metallici. La fendibilità: indica l attitudine del legno a dividersi secondo piani paralleli alle fibre. La resistenza allo spacco che indica la possibilità di lavorare oggetti di forma allungata o di potere penetrare il legno con chiodi o viti senza spaccarlo. La tabella seguente riporta le principali caratteristiche di alcuni legnami e la comparazione con altri materiali da costruzione. Tabella 2 Conifere Latifoglie MATERIALE MODULO DI DENSITA (kg/dm 3 ) A compressione A trazione ELASTICITA Lungo la fibra Ortogonale alla fibra Lungo la fibra (MPa) Abete Rosso 0, Pino Silvestre 0, Cipresso 0, Larice 0, RESISTENZA (MPa) (σ m ) Pioppo 0, Olmo 0, Castagno 0, Faggio 0, Noce 0, Ulivo 0, Robinia 0, Acciaio Fe 360 7, Alluminio 2, Titanio 4, Fibra di Carbonio 2, Ghisa (G100) Calcestruzzo 2, Nota 1): In grigio chiaro sono riportati i materiali omogenei ed isotropi. In grigio scuro i materiali omogenei ed anisotropi. Il legno e le fibre di carbonio sono materiali disomogenei ed anisotropi. Nota 2): Come si vede dai valori riportati, tutti i legnami presentano una maggiore resistenza alla trazione rispetto alla compressione. Ciò è dovuto ad un adattamento naturale delle piante per resistere alla sollecitazione del vento. Altri materiali 9

10 LEGNI TENERI, SEMIDURI, DURI La crescita veloce di un albero genera legno dolce mentre la crescita lenta produce legno più consistente. A questo proposito si possono riconoscere piante a legno tenero come il tiglio, il pino cirmolo, l abete e il salice, e a legno duro come il noce, il bosso, l olivo, la quercia, l acero, il rovere e il frassino. Il grado di durezza è una caratteristica importante delle varie essenze di legno, tanto che sta alla base di uno dei più comuni sistemi di classificazione I legni teneri I legni teneri (o dolci ) si lavorano facilmente ma altrettanto facilmente si scalfiscono, hanno scarsa resistenza e raramente vengono utilizzati per strutture da lasciare in vista perché non si prestano a essere perfettamente rifiniti. A questa categoria appartengono l abete, la balsa e il pino per citare le essenze più usate. Le più importanti varietà d abete sono due: l abete bianco e l abete rosso. Il primo si riconosce dal colore grigio cenere della corteccia ed è considerato quello di minor pregio. Infatti il suo già poco compatto legno è cosparso di nodosità che contrastano con il suo bianco a venature rossastre. Viene usato per costruire strutture portanti di mobili e serramenti. L abete rosso, di colore giallognolo, ha invece essenza molto più consistente ed è adoperato per lavori che esigono una buona resistenza: mobili,listelli per rifiniture, alcuni strumenti musicali. Il legno di balsa, originario del versante occidentale dell America meridionale, è fra i più teneri e leggeri che esistano. La sua fibra spugnosa, permette addirittura di lavorarlo con particolari stampi di metallo. Grazie alla sua leggerezza, viene impiegato nel modellismo o per costruire galleggianti. Il pino comprende almeno 90 specie, ognuna delle quali ha una sua caratteristica peculiare. Fornisce un legno tenero, di colore chiaro, e profumato. La sua essenza risulta essere più dura e resistente di quella dell abete e viene usato per i lavori più comuni: costruzioni in genere, impalcature, infissi e perlinature sia per interni che per esterni. I legni semiduri Le essenze semidure più usate sono il ciliegio, il castagno, il faggio, il noce e l olmo. Il legno di castagno ha un colore marrone chiaro, venato di scuro che lo rende adattissimo a lavori di ebanisteria e alla costruzione di strutture esterne. Infatti, oltre che sopportare bene l umidità, il legno di castagno è elastico e resistente. Il ciliegio fornisce un legname ottimo: duro e compatto, di colore rosso bruno venato. Il maggiore difetto del legno di ciliegio, è che si deforma facilmente e tende a tarlarsi. Viene spesso usato nei lavori e ebanisteria e nella costruzione di mobili. Il legno di faggio ha la caratteristica di curvarsi molto facilmente, ma è soggetto al tarlo ed ha la fibra poco elastica. Il colore del suo legno è rossastro e, anche se considerato di media durezza, viene adoperato 10

11 per la costruzione di pavimenti, sedie e per essere tornito. Il suo pregio maggiore è quello di essere poco deformabile per cui viene usato per la costruzione di utensili da lavoro e da cucina. Il noce possiede una fibra flessibile, ma molte volte subisce l azione dei parassiti, che lo tarlano. Ha un colore marrone molto delicato, variabile nell intensità a seconda che il noce sia giovane o vecchio. Viene generalmente impiegato nella costruzione di mobili di lusso, nella tornitura e nella produzione di piallacci. L olmo dà legname duro e pregiato; la sua fibra è grossolana e tenace, compatta ed elastica. Resiste notevolmente all umidità, ha un colore marrone chiaro, venato di linee rossicce e trova largo spazio nei lavori di tornitura, nella costruzione di mobili e arredamenti di carattere rustico. Viene facilmente attaccato dai parassiti. I legni duri Alla categoria delle essenze dure (o forti ) appartengono tutti i legni più nobili, tradizionalmente usati per i lavori di ebanisteria, insieme ad altri di minor pregio ma pur sempre caratterizzati da elevata compattezza e ottima resistenza alle sollecitazioni. Ricorrere a legni di questo tipo è indispensabile quando si vogliono realizzare pezzi torniti o sagomati. I più usati sono l acacia, l olivo, il frassino (legni europei), il palissandro, il teck, l ebano e il mogano (legni esotici). Il legno di acacia è molto ben lavorabile, essendo molto pieghevole e compatto. Proprio in virtù della compattezza che possiede la sua essenza resiste ottimamente all umidità. In falegnameria viene utilizzato per la costruzione di strutture esterne, pali di sostegno, travi, scale e elementi per imbarcazioni. Il suo colore aranciato, risalta particolarmente con la lucidatura della superficie, che si presta, peraltro molto bene, a tale operazione. L olivo fornisce legname a essenza dura estremamente compatta. Possiede un colore giallognolo, venato di righe più scure ed è gradevolmente profumato. Molto pregiato in ebanisteria, il legno di olivo, fornisce splendide prestazioni nell intarsio, nella costruzione di mobili ed oggetti torniti. Il frassino produce un legno che si presta particolarmente ad essere lavorato. E di colore madreperlaceo venato e la sua principale caratteristica è la tenacia della fibra. E molto usato nella costruzione di mobili, rivestimenti e arredamenti rustici. Il palissandro si può essere lavorato molto bene al tornio e in ebanisteria, giacché la sua fibra si fende difficilmente. Il suo maggior difetto è di essere poco durevole; a volte si imbarca. Il colore rossastro violaceo è di ottimo effetto per lavori ricercati ed intarsi. Il teck, proveniente dall Indocina è di facile lavorazione. Richiede stagionatura, ma avvenuta questa può essere adoperato anche per la pavimentazione di locali e per costruzioni navali. I mobili costruiti in teck sono considerati di un certo pregio, per il bel colore marrone scuro e per la loro solidità. L ebano è certamente uno dei legni più pregiati che esistono sul nostro pianeta. Si distingue in diverse specie, per colore e durezza. Fra queste la più pregiata è la varietà con legno nero, con la quale le tribù dell America tropicale costruivano e modellavano i loro amuleti. La principale particolarità di questo 11

12 legno è che non galleggia, essendo più pesante dell acqua. La sua fibra, eccezionalmente dura, viene lavorata al tornio, intarsiata, impiegata nella rifinitura di mobili di lusso e applicata a parti di strumenti musicali. Il legno di mogano, proveniente dall America tropicale, è praticamente indeformabile; la sua grana molto fine permette di impiegarlo in varie lavorazioni. Possiede un bellissimo colore rossastro a venatura regolare e, anche se presenta alcune difficoltà nella lucidatura, trova notevole applicazione nella costruzione di mobili. 12

13 LA PRIMA LAVORAZIONE Per prima lavorazione si intende tutto l insieme delle lavorazioni con le quali dall albero si arriva alla produzione di legname segato, sfogliati, tranciati, trucioli, particelle, cascami. Pertanto in questo capitolo verranno analizzate tutte le fasi dei processi che portano alla produzione dei suddetti materiali. In particolare, per quanto riguarda il legname segato, si evidenziano le seguenti fasi: Abbattimento, Segagione, Stagionatura, Essiccazione e Conservazione. Abbattimento Il periodo migliore per l abbattimento delle piante mature è l inverno, periodo in cui l attività vitale della pianta è pressoché nulla. La circolazione dei succhi nutritivi è minima perciò minori sono le possibilità di alterazione della massa legnosa. Gli alberi, sfrondati dai rami, vengono recisi a mezzo di due tagli leggermente inclinati e fra loro distanziati. Segagione Uno dei malanni più gravi che spesso mette a dura prova l abilità tecnica del falegname, è l imbarcamento del legno. In particolare, la prima causa della deformazione del legno è il modo in cui il tavolame è stato ricavato dal tronco, vale a dire il sistema di segagione. Nella figura 8 si nota l effetto deformante predetto in un tronco tagliato tangenzialmente agli anelli annuali o, meglio, parallelamente agli assi. Osserviamo che la tavola di centro tende a restringersi verso le estremità a causa della diversa maturità delle cellule lungo la superficie di taglio. Le tavole successive di destra e di sinistra, invece si inarcano nel senso opposto al midollo. Tale sistema di segagione è il più pratico ed il più usato e dà tavolame di lunghezze maggiori e abbastanza uniformi, ma tecnicamente è il sistema peggiore per i motivi accennati. Per evitare tali inconvenienti di imbarcatura si preferisce adottare altri sistemi come quelli rappresentati in figura 9. Figura 6 Figura 7 13

14 Stagionatura ed Essiccazione Esempio di macchina per il taglio dei tronchi Le tavole, dopo essere state segate, devono essere ripulite dalla segatura che, trattenendo l umidità, ne favorisce il danneggiamento; successivamente si procede selezionando le tavole per dimensione e per qualità, queste vengono quindi accatastate interponendo dei listelli per passare poi alla stagionatura (essiccazione naturale) o all essiccazione artificiale. Il procedimento di essiccazione del legno risulta fondamentale, in quanto ne riduce il ritiro durante l impiego, evitando così deformazioni (fessurazioni e curvature), lo protegge dall attacco dei funghi e comporta un aumento della resistenza meccanica. Nel caso della stagionatura le cataste di legno vengono collocate in file parallele separate da corridoi dove circoli liberamente l aria, su piazzali privi d erba, drenati e al riparo dalla pioggia e dal sole. Il tempo di stagionatura dipende da vari fattori come lo spessore delle tavole, la suddivisione tra durame ed alburno, fattori climatici, ecc. ed oscilla intorno ad un anno per ogni centimetro di spessore. L essiccazione artificiale viene invece eseguita in appositi impianti detti essiccatoi, che possono essere di tipo discontinuo o continuo. Nei primi il funzionamento delle attrezzature viene interrotto al termine di ogni singolo carico; negli essiccatoi continui il materiale viene invece spostato lungo una linea di lavorazione ove è sottoposto alle diverse fasi del trattamento. Nello schema di Figura 10 è rappresentato lo schema di un essiccatoio discontinuo: In una stanza con doppio fondo viene accatastato il legname. Attraverso i fori ricavati nei due fondi filtra dell aria che viene riscaldata dalle serpentine S le quali sono percorse da vapore surriscaldato. L aria calda investe le tavole e assorbe la loro l umidità. Un ventilatore V provvede a far circolare l aria nel senso indicato e a farla attraversare il serbatoio refrigerante A. In tal modo avviene il raffreddamento dell aria con la separazione della condensa nel deposito D. Lo schema illustrato (Riscaldamento di aria secca Assunzione di vapore Lieve compressione Raffreddamento 14

15 con condensazione di vapore) è quello utilizzato negl impianti di condizionamento dell aria nei locali umidi. Conservazione Figura 8 Per quanto riguarda la conservazione del legname nei magazzini e nei depositi è buona norma che questi abbiano una temperatura sui C e un umidità non superiore al 35 %; in corrispondenza del fatto che lo stato igrometrico del legno non si parifica subito con quello ambientale ma, dopo l essiccazione può rimanere inferiore. Nelle nostre regioni bisogna provvedere che il materiale abbia un grado d umidità compreso fra il 20 e il 25 %, cioè quello che più si addice agli ambienti chiusi delle abitazioni. 15

16 DERIVATI DEL LEGNO Con il termine generico LEGNAME si indica il legno impiegato in vario modo nell industria come materiale da costruzione o come materia prima per altre lavorazioni (per esempio, per la produzione di carta da cellulosa nell industria chimica) o come combustibile; in relazione alle forme prodotte commercialmente, il legname e ripartito in base alla seguente tipologia: - legname rotondo o tondame; - legname segato; - legname per fendere; - legno per industrie chimiche; - legna da ardere o da carbone. La difficoltà sempre maggiore di prelevare ingenti quantità di legname dalle foreste ha spinto l industria verso la realizzazione di manufatti più complessi, con caratteristiche fisico - meccaniche simili a quelle del legno, ma ottenuti grazie a una successiva lavorazione della materia prima. Un altro limite del legno, oltre alla difficoltà di reperimento è rappresentato dalla forma che ha in natura: partendo dalla pianta, si possono ritagliare facilmente elementi come colonne, nella parte strutturale verticale, o mensole, nella parte strutturale orizzontale, mentre sorgono problemi se si devono ottenere elementi di notevole superficie e volume. A volte questa difficoltà può essere risolta congiungendo le tavole di costa, operazione che comporta tuttavia grande dispendio di denaro e di lavoro, senza contare che si potrebbero successivamente presentare il problema del ritiro o quello del rigonfiamento delle singole tavole per effetto delle variazioni termoigrometriche, con conseguente deformazione o sconnessione dell assemblaggio realizzato. Inoltre, per alcuni lavori, le tavole non devono presentare imperfezioni ed è perciò necessario disporre di molto legname allo scopo di poter selezionare quello più adatto. Pertanto, sia per questi motivi, che hanno una grande importanza economica, sia per vantaggi tecnici che si possono ottenere, è molto frequente il ricorso a pannelli alternativi al legno. I pannelli derivati dal legno si possono distinguere nelle seguenti categorie: - COMPENSATI E PANIFORTI; - PANNELLI DI PARTICELLE LEGNOSE; - PANNELLI DI FIBRA E PANNELLI DI LEGNO LAMELLARE Materiali di prima lavorazione La prima lavorazione si esegue a partire dal materiale grezzo indicato anche come legno rotondo o tondame, che è costituito da fusti interi o di parti di fusti stramati, ottenuti mediante depezzatura (riduzione del fusto in pezzi) trasversale (toppi o tronchi da sega). 16

17 Dal fusto intero si ricavano i pali, elementi di forma grossolanamente cilindrica con sezione circolare di diametro medio di circa 25 cm, che tende a restringersi verso un estremità, e un altezza che raggiunge 2,5 3 m nelle latifoglie, 4 m nelle conifere. Essi possono essere utilizzati come pali da fondazione o puntelli da costruzione. Dal tondame si ottengono i materiali di prima lavorazione, che possono essere direttamente utilizzati ( e in questo caso si ha il legname segato, che comprende travi, tavole, travetti, morali) oppure possono essere sottoposti a successive lavorazioni (sfogliati, tranciati e sottoprodotti). A = scaglie, D = polveri, F= trucioli di pialla C =scaglie piatte, E = scaglie allungate Figura 9 tranciatura sfogliatura 17

18 Classificazione dei vari tipi di segati, sfogliati, tranciati ed altri sottoprodotti. (disegni in Figura 11) LEGNAME SEGATO: TIPO: CARATTERISTICHE: DIMENSIONI: TRAVI: Sono elementi di sezione rettangolare con spigolo vivo o smussato. Lato maggiore 20cm e lunghezza La lunghezza è variabile in base all uso. variabile in base all uso. TRAVETTE: Sono travi secondarie. Vengono utilizzate per sostegno di tavolati 8-15 x cm e lunghezza 3-6 m. o altro. MORALI: Segati di sezione quadrata o rettangolare. Sono utilizzate in edilizia 5-8 cm e lunghezza 4 m. per la realizzazione dei tetti. LISTELLI: Segati di sezione rettangolare impiegati in edilizia Le dimensioni variano da 1 x 2 a 4 x 4 cm e la lunghezza da 2 a 4 m. TAVOLE: Segati di sezione rettangolare. Si dividono in: - Tavole non refilate o tavole coniche ottenute dal taglio longitudinale del tronco. - Tavole refilate rastremate o tavole refilate o coniche ottenute refilando gli smussi lungo la rastremazione del tronco. - Tavole parallele ottenute refilandogli smussi laterali e le superfici in modo che abbiano una sezione costante. SFOGLIATI: Sono fogli di legno ottenuti dal tronco o da altri pezzi di legno mediante macchine, dette appunto sfogliatrici, nelle quali i fusti sono messi in rotazione attorno all'asse longitudinale e tagliati con una lama posta tangenzialmente alla superficie. I fogli ottenuti costituiscono il punto di partenza per la lavorazione del compensato. TRANCIATI Sono fogli sottili ottenuti tagliando un tronco o altri blocchi di legno nella direzione delle fibre mediante una lama affilata che compie un movimento in linea retta. La tranciatura si applica solitamente a legni fini, radiche e legni figurati (legni con variazioni di colore e di lucentezza) per ottenere un materiale da impiegare in impiallaciature, intarsi e decorazione. TRUCIOLI Sezione rettangolare con uno spessore di mm, larghezza non inferiore a 16cm, lunghezza fino a 4 m. Fogli di legno di spessore compreso tra qualche frazione di millimetro e 1-3mm. Fogli con uno spessore di 3mm. Sono strisce o pezzi di legno ottenuti come scarto della lavorazione del legno con Hanno uno spessore estremamente ridotto. la pialla o la fresa. PARTICELLE ( o CHIPS) Sono frammenti truciolari e scaglie di piccole dimensioni ottenuti dalla Hanno uno spessore estremamente ridotto frammentazione di tronchetti, cascami di legno o sottoprodotti agricoli (come considerando che derivano da frammenti tabacco, canapa e arbusti fibrosi) e vengono impiegati nella fabbricazione di di truciolari e di altri materiali legnosi. pannelli di fibre e di particelle. CASCAMI: Sono ottenuti dallo sfrido di lavorazione, cioè da pezzi residui del taglio, che non fanno parte dell assorbimento definitivo dei tronchi da sega.. Possono essere impiegati in lavorazioni successive o come materiale combustibile. Sono cascami le seguenti parti di materiali: Intestatura o testate: sezione trasversali o rotelle tolte dalle estremità dei tronchi per regolarizzare la forma. Sciaveri: sono due tavole estreme ottenute dal taglio del tronco secondo piani paralleli longitudinali dalle quali non è possibile ricavare altri segati; si indicano con il termine punta nel caso in cui la loro lunghezza sia inferiore a quella del tronco. Refili: sono le listarelle che vengono eliminate dai bordi laterali delle tavole in modo da far loro assumere sezione rettangolare. Ritagli: sono pezzi tagliati dalle estremità delle tavole per ridurle alle dimensione desiderata. Segatura: sono particelle di legno prodotte dalle lame durante la segagione. Viene utilizzata come combustibile, materiale assorbente ed elementi isolanti. Polvere, farina, particelle di legno: polvere finissima costituita di frammenti più piccoli di quella della segatura, derivati dalla lisciatura del legno con abrasivi. 18

19 Classificazione dei tagli Essendo il legno, a causa dell orientamento delle sue fibre, un materiale disomogeneo ed anisotropo, è necessario distinguere bene tra loro i vari tipi di taglio a seconda delle direzioni e degli angoli impiegati. In primo luogo, per quanto riguarda la direzione del tagliente, esso può spostarsi secondo una linea retta, ed allora si parlerà di taglio rettilineo, oppure secondo una traiettoria circolare determinante il taglio periferico. In entrambi i casi per separare il truciolo elementare dal pezzo in lavorazione è necessario provocare una frattura localizzata utilizzando una forza che dipende dalla forma geometrica del legno e dall umidità di questo. Occorre pertanto definire due angoli che indicano l inclinazione del filo del tagliente con la direzione delle fibre. - Φ = angolo formato dal filo del tagliente con la direzione della fibratura; - Ω = angolo formato dalla traiettoria del tagliente con la direzione della fibratura. I casi caratteristici sono i tre seguenti: Figura 10 E il caso della tranciatura nel senso della lunghezza del tronco, della segagione per lungo, della scanalatura per il lungo, della piallatura e della fresatura. E il caso della segagione vera e propria. E il caso della troncatura trasversale, della tranciatura di fianco e della sfogliatura se la direzione di spostamento del tagliente è tangenziale. 19

20 MATERIALI DI SECONDA LAVORAZIONE I materiali ottenuti dopo la prima lavorazione possono essere messi in opera direttamente oppure essere sottoposti a un secondo trattamento dal quale, mediante l impiego di tecniche di vario genere, si ottengono manufatti compositi più complessi. Tra i principali prodotti finiti di seconda lavorazione vi sono: tipo: travi e pilastri composti: caratteristiche: Sono ottenuti da due o più elementi (eventualmente incastrati a dente di sega) e fissando la giunzione con colle o elementi metallici; sono utilizzati in edilizia allorché si richiedano elevate capacità di resistenza. dimensione Sono in legno massiccio o lamellare, con sezione di dimensioni non inferiori a 40 cm. tipo: pannelli: caratteristiche: Sono utilizzati soprattutto nella fabbricazione di mobili e nello arredamento di interni. dimensione Sono elementi costruttivi di ampia superficie e spessore ridotto. tipo: listoni, listelli, tavolette, perline e doghe: caratteristiche: Sono in legno massello o in pannelli lamellari. Tra queste tre categorie di materiali verranno analizzati in dettaglio i pannelli. Il pannello comunemente utilizzato nell industria del mobile può essere di tre tipi: Compensato, Truciolare e di Fibra 20

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