04/05/ CARATTERISTICHE FISICHE. Caratteristiche fisiche del legno

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1 Caratteristiche fisiche del legno Il legno per le costruzioni si ricava dalla parte interna dei grossi fusti degli alberi. È un materiale con una struttura complessa, non omogenea e anisotropa (sottoposto a sollecitazione, si comporta in modo diverso a seconda della direzione dello sforzo). Dal punto di vista botanico, si distinguono legni provenienti da coniferee latifoglie. 1

2 Caratteristiche fisiche del legno I fustisi formano per accumulo di anelli, a ognuno dei quali corrisponde, in genere, un anno di vita della pianta. Negli anelli annuali si può distinguere una zona chiara più tenera, corrispondente alla stagione di accrescimento primaverile, e una zona più scura e compatta, che si forma nella stagione autunnale, mentre in estate e in inverno l accrescimento è praticamente nullo. Nelle coniferela differenza tra queste due zone è molto marcata, mentre lo è meno per le latifoglie; inoltre, il fusto delle conifere è percorso da canali che contengono la resina (essenze resinose). Naturalmente sulla crescita della pianta influiscono il tipo di terreno, l altitudine, il clima della zona; di conseguenza lo spessore degli anelli non è costante e la sezione trasversale del fusto mai perfettamente regolare. Caratteristiche fisiche del legno 2

3 Caratteristiche fisiche del legno Caratteristiche fisiche del legno 3

4 Caratteristiche fisiche del legno Nella sezione tangenziale del tronco si distinguono: le venature, risultanti dal contrasto tra la zona chiara e quella più scura dell anello annuale; la tessitura, che può essere grossolana, media, fine e liscia; la fibratura, cioè la disposizione delle fibre, che possono essere diritte o intrecciate. Altro carattere di grande importanza è il colore; può essere uniforme oppure variegato. In genere ogni legno ha una colorazione dominante, che passa dal quasi bianco (l acero) al nero intenso (l ebano). Difetti del legno Il caso ideale di un legno senza difetti si presenta in natura molto raramente e nella maggior parte dei casi si riscontrano, invece, molte imperfezioni. Da un punto di vista tecnologico bisogna fare attenzione ad alcuni difetti. 4

5 Difetti del legno Imperfezioni di struttura: fusto incurvato; fusto cavernoso; fusto contorto; eccentricità del midollo; fibre sinuose e pieghettate (marezzatura); lunatura(presenza di strati teneri nel durame); tasche e infiltrazioni di resina; Difetti del legno 5

6 Difetti del legno Imperfezioni di struttura: canastroo legno di compressione (alterazione dovuta a sollecitazione costante sulla pianta da vento, peso proprio). Il legno acquista un colore rossiccio e una durezza anormale; legno di tensione (dovuto a venti dominanti). Si distingue per la colorazione bianco-argentea e, come il canastro, non è utilizzabile. Difetti del legno Imperfezioni di struttura: nodi. Possono essere sani o marci, aderenti o cadenti; se sezionati per il lungo, si chiamano nodi a baffo; cipollature. Sono distacchi parziali o totali tra due anelli annuali; sono difetti gravi, perché determinano soluzioni di continuità nel legno; per le essenze resinose, i vuoti possono riempirsi di resina, determinando le tasche; 6

7 Difetti del legno Difetti del legno B) Danni provocati da vento, neve, errori nel taglio, trasporto e stagionatura spacchi radiali, dovuti al gelo; fenditure longitudinali, che spesso si verificano dopo la riduzione in tavole, a causa di tensioni interne; deformazioni, dovute al ritiro durante la stagionatura. 7

8 Difetti del legno C) Alterazioni prodotte da animali e funghi cavernosità prodotte da parassiti (larve di insetti); marciume bianco e rosso, dovuto a funghi che attaccano il legno quando è mantenuto in luoghi molto umidi; tarlatura, da parte di insetti xilofagi (il più comune è il capricorno della casa, poi il tarlo, le formiche, le vespe del legno e le termiti). 2. UMIDITA E STAGIONATURA La stagionatura Ogni pianta ha nei suoi tessuti una certa quantità di acqua, che in parte è libera nelle cavità cellulari e in parte combinata con le sostanze costituenti i tessuti della pianta stessa. Il periodo dell anno per abbattimentodella pianta va da novembre a febbraio nel quale la secrezione dei succhi vegetali è minima (ad eccezione delle essenze resinose che sono abbattute nel periodo estivo) per ottenere una maggiore durata del legno ricavato. 8

9 2. UMIDITA E STAGIONATURA La stagionatura I tronchi tagliati, esposti all aria, perdono la loro umidità e comincia così il processo di stagionatura, che è della massima importanza per il successivo impiego del legname. La stagionatura può essere «naturale» o «artificiale». 2. UMIDITA E STAGIONATURA La stagionatura La stagionatura o essiccazione non può dare un legname perfettamente secco, cioè privo di acqua, perché il legno assorbe sempre una certa quantità di umidità dall ambiente dove è posto in opera. Questa umidità si stabilizza con il tempo su valori che vanno dall 8% al 20%, a seconda che si tratti di locali coperti oppure esposti alle intemperie. La percentuale di umidità nel legno è della massima importanza in quanto determina variazioni dimensionali notevoli («ritiro»), che comportano grossi problemi specialmente nell impiego del legno per infissi e arredamento. Inoltre un elevata umidità facilita l attacco da parte di funghi, per cui occorrono trattamenti speciali. 9

10 2. UMIDITA E STAGIONATURA La stagionatura Una stagionatura naturale comporta un lungo periodo di tempo, con rischi di capitale; per esempio, se il legname è in tavole di 4 cm di spessore, può bastare un anno per i legni duri; per spessori maggiori sono necessari anche tre anni. 2. UMIDITA E STAGIONATURA La stagionatura Con la stagionatura artificiale in essiccatoi dove è fatta circolare aria calda con grado di umidità sempre minore, il legname perde velocemente e gradualmente il suo contenuto di acqua. Si può anche procedere alla cottura in acqua calda o alla vaporizzazione fino a 100 C. Con questi metodi i tempi di stagionatura sono molto ridotti (addirittura pochi giorni). 10

11 2. UMIDITA E STAGIONATURA La stagionatura Occorre precisare, dal punto di vista tecnologico, che il legno «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. Ad 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 perfettamente indeformata. Una trave stagionata 5 anni, con umidità del 12%, nello stesso ambiente può subire deformazioni. 2. UMIDITA E STAGIONATURA La stagionatura 11

12 2. UMIDITA E STAGIONATURA La deformabilità La deformabilitàdel legno è in funzione del rapporto tra il ritiro radiale e quello tangenziale, che assumono valori diversi per le varie essenze: 2. UMIDITA E STAGIONATURA La deformabilità Gli effetti combinati dei vari ritiri che subisce il legno possono portare, su una tavola, a deformazioni complessive che, in base alla loro forma, assumono le seguenti denominazioni: imbarcamento; arcuatura; falcatura; svergolamento. 12

13 2. UMIDITA E STAGIONATURA La deformabilità La deformazione più frequente è l imbarcamento, ma anche lo svergolamento può verificarsi con facilità; più rare sono la falcatura e l arcuatura. Tali deformazioni, se eccessive, rendono poco utilizzabile il legname. Sono molto frequenti spacchi e fessurazioni, limitati spesso all estremità delle tavole. Caratteristiche formali I vari tipi di legno si distinguono alla vista per il disegnoe il colore, specialmente dopo i trattamenti che ne esaltano le qualità formali. Sotto questo aspetto, difetti particolari dei legni, come nodi, marezzature, contorsioni delle fibre ecc., possono acquistare rilevanza estetica, soprattutto nel campo dell arredamento e degli infissi. 13

14 Caratteristiche formali Il disegnodel legno può essere definito come l aspetto che è assunto dalla superficie per effetto della venatura sezionata. Caratteristiche formali La venatura è caratterizzata dalle zone di alternanza di accrescimento primaverile e autunnale; può essere molto evidente, poco evidente oppure invisibile, a seconda dei legni; quando è ben percettibile, la venatura può variare in ampiezza ed essere larga, media e stretta. 14

15 Caratteristiche formali Altre due caratteristiche di forma del legno sono: la tessitura è data dalla grandezza degli elementi cellulari costituenti i tessuti; la fibratura è il risultato dell orientamento di tali elementi. Caratteristiche formali Il coloredel legno è un po come quello della pietra: dipende dal tipo di trattamento superficiale e dall invecchiamento. Il colore è una caratteristica costante di una data essenza, ma può variare entro limiti assai ampi per la stessa pianta; è per questo motivo che per lavori di ebanisteria si applica il metodo Boule per la stagionatura dei tronchi, in modo da avere un uniformità di colore con le tavole provenienti dallo stesso fusto. 15

16 Caratteristiche formali Il legno fresco è di tonalità assai più chiara ma via via il legno tende a scurire per l ossidazione, specie se all aperto e se esposto ai raggi del sole. Caratteristiche formali Il legno molto vecchio diventa anche più duro e fragile e presenta difficoltà di lavorazione. Le superfici lisciate mostrano un colore smorto, che assume una bella tonalità con opportuni trattamenti; il colore che siamo abituati a vedere nelle foto dei campionari è quindi quello del legno trattato, ovvero «lucidato»; in tal caso il colore mantiene molto più a lungo la sua tonalità. 16

17 Caratteristiche formali I legnami da costruzione non sono lucidati, in quanto il trattamento è molto costoso, ma sono invece trattati con sostanze protettive (contro insetti, tarli, parassiti ed eventuali incendi). I legnami per le opere di arredamento e infissi devono invece subire un trattamento di verniciatura, che può essere trasparente (nel senso che la scia vedere le venature e il colore del legno) oppure ricoprente (in tal caso il tipo di legno non è importante). Sono verniciature trasparenti: il coppale (resina fossile) la lucidatura a spirito (gommalacca e alcool) la ceratura; la sabbiatura; le vernici alla nitro, al poliuretano, al poliestere. Sono vernici opache: le lacche; le vernici a olio. Caratteristiche Meccaniche Le caratteristiche meccaniche del legno variano entro limiti amplissimi, che dipendono dalla essenza, dal peso specifico secco, dal grado di umidità, dalla direzione delle fibre rispetto alla sollecitazione e dai difetti del legno stesso (nodi, cipollature ecc.). Le prove per la classificazione dei legni in generale si effettuano su campioni ricavati da elementi sani e senza difetti, mentre per i legni strutturali vengono effettuate le prove specifiche indicate successivamente. 17

18 Resistenza a compressione Compressione assiale parallelamente alle fibre. Il carico di rottura è determinato su provini di cm, con umidità 12%; risulta: Per ogni grado di umidità in meno (o in più) il valore così ottenuto aumenta (o diminuisce) del 4% circa. Resistenza a compressione L influenza di eventuali nodisul carico di rottura è chiaramente evidenziata dalla figura. 18

19 Resistenza a compressione Compressione perpendicolarmente alle fibre. In questo caso i valori del carico di rottura sono molto inferiori a quello assiale; in genere si riducono a un quinto, con variazioni notevoli in relazione al tipo di legno. Resistenza a compressione Compressione inclinata rispetto alle fibre. I valori del carico di rottura variano molto in funzione dell angolo. Il diagramma fornisce una misura precisa di tali variazioni. Il carico si riduce da 40 N/mm2 (400 kg/cm2) a 10 N/mm2 (100 kg/cm2). 19

20 Resistenza a trazione In generale la resistenza a trazione risulta più grande di quella a compressione (almeno doppia), sempre riferita parallelamente alle fibre; se si fa il rapporto tra il carico di rottura e il peso specifico, si rileva che il legno lavora meglio dell acciaio. Tuttavia la resistenza a trazione è notevolmente ridotta dalla presenza dei nodi e dalle irregolarità della fibratura. Le prove effettuate su elementi di notevole dimensione hanno dato risultati inferiori del 50% rispetto a quelle effettuate su provini normali, in quanto la struttura del legno, in una massa maggiore, risulta sempre meno perfetta. 4. RESISTENZA A FLESSIONE E A TAGLIO Resistenza a flessione Una trave sottoposta a sollecitazione di flessione si deforma elasticamente, producendo sulle fibre interne uno sforzo di compressione e uno di trazione, secondo il noto diagramma di Navier. Per il legno l andamento delle tensioni è rappresentato dalla figura ed è diverso da quello teorico di Navier. Nelle prove, la rottura avviene prima sul bordo compresso poi su quello teso. Nella formula teorica di calcolo della flessione non si possono sostituire al sigma i valori di compressione e neppure quelli di trazione; occorre un valore compreso tra i due, che si chiama resistenza a flessione, la cui determinazione sperimentale è piuttosto difficile. 20

21 4. RESISTENZA A FLESSIONE E A TAGLIO Resistenza a flessione 4. RESISTENZA A FLESSIONE E A TAGLIO Resistenza a flessione Le prove di rottura a flessione sono effettuate su provini di cm di lunghezza, secondo lo schema in figura. Il carico di rottura si determina con la formula dove n è un coefficiente di qualità proprio del legno, che in genere è inferiore a 2. 21

22 4. RESISTENZA A FLESSIONE E A TAGLIO Resistenza a flessione La resistenza a flessione è influenzata dall umidità e dai difetti del legname; è bene scartare le travi con spaccature longitudinali e nodi posti nella zona tesa. 4. RESISTENZA A FLESSIONE E A TAGLIO Resistenza a flessione Il legno sottoposto a flessione è soggetto al fenomeno del fluage(termine francese per indicare un lentissimo scorrimento delle fibre del materiale nel tempo nelle strutture sotto carico, caratteristico anche di altri materiali quali il ferro e il calcestruzzo). Gli effetti del fluagenel legno si verificano con un aumento notevole della freccia di inflessione, che dopo vari mesi risulta più che raddoppiata. È bene quindi apportare una discreta riduzione al carico di sicurezza per travi in legno inflesse, quando queste sono soggette a carichi permanenti. 22

23 4. RESISTENZA A FLESSIONE E A TAGLIO Resistenza a taglio Nel caso di sollecitazione di scorrimento lungo le fibre, i valori di resistenza sono molto bassi e vanno da un minimo di 4 N/mm2 (40 kg/cm2) a un massimo di 12 N/mm2 (120 kg/cm2). Per sollecitazione normale alle fibre, che però non si verifica quasi mai, la resistenza assume valori notevoli, da un minimo di 12 N/mm2 (120 kg/cm2) a un massimo di 40 N/mm2 (400 kg/cm2). Le prove si determinano sui provini normalizzati indicati in figura LEGNI STRUTTURALI. CARATTERISTICHE MECCANICHE Premessa La norma europea UNI EN 408 dell ottobre 2010 precisa le prove per la determinazione delle caratteristiche meccaniche per il legno massiccio strutturale e per il legno lamellare incollato, con particolare attenzione al Modulo di elasticità del materiale. Le prove devono essere eseguite su elementi condizionati allo stato ambientale normale, con temperatura di 20 C (±2) e con umidità relativa del 65% (±5). 23

24 5. LEGNI STRUTTURALI. CARATTERISTICHE MECCANICHE Modulo di elasticità Il provino deve avere una lunghezza pari a 19 volte l altezza della sezione ed essere appoggiato su due punti, con luce di 18 volte l altezza della sezione, come indicato in figura 1. Il provino viene sottoposto a carico in due punti alle estremità della zona centrale e viene misurata la deformazione W con molta precisione. 5. LEGNI STRUTTURALI. CARATTERISTICHE MECCANICHE Modulo di elasticità Note le forze F applicate e la deformazione W, si può ricavare il grafico del carico deformazione entro il campo della deformazione elastica. Questo grafico risulta lineare (figura 2). Il valore del modulo elastico si ricava dall espressione: Il modulo di elasticità deve essere calcolato con approssimazione dell 1%. 24

25 5. LEGNI STRUTTURALI. CARATTERISTICHE MECCANICHE Resistenza a flessione La prova viene effettuata su un provino di legno massello di lunghezza pari a 19 volte l altezza della sezione (figura 3). Per la determinazione della resistenza a flessione il provino deve essere caricato simmetricamente, appoggiato su due punti con luce pari a 18 volte l altezza, come indicato nella figura 3. La resistenza a flessione si ricava dall espressione: 25