1 103 Il legno 1. 2. Principali specie arboree 3. Proprietà e caratteristiche 4. Lavorazioni Cavallo contenitore Lallo, Arcangelo Favata per Alicucio 2 103 Premessa La disciplina che si occupa dello studio di ogni aspetto e caratteristica del legno è chiamata xilologia, dal greco: xylon (legno) e logos (scienza, discorso). La xilologia fa parte della tecnologia del legno, che studia tutte le tecniche e i processi di lavorazione del legno. La microtecnologia del legno analizza la costituzione del legno, come le caratteristiche strutturali della parete cellulare (eterogeneità, anisotropia, porosità, igroscopicità, ecc). 1
3 103 Il legno massiccio è un materiale che ha di sua natura proprietà strutturali del tutto peculiari pur essendo originato da materia vivente. E costituito prevalentemente da tre componenti: la cellulosa, le emicellulose e la lignina. Dal rapporto tra queste sostanze dipendono le caratteristiche specifiche dei vari tipi di legno. 4 103 La struttura del legno è assimilabile a quella di un polimero naturale e presenta alternanze di parti amorfe e cristalline nella struttura. A differenza dei polimeri artificiali il legno è parte essenziale di un essere vivente, la pianta, costituta da cellule e con caratteristiche uniche e non riproducibili, se non nelle loro prestazioni di base (p.es. per essenza, età, provenienza, ecc). 2
5 103 Nel legno una matrice (lignina) tiene unite le microfibrille di cellulosa. La cellulosa arriva anche al 50% del peso secco del legno, è un polisaccaride para-cristallino chimicamente stabile, non è solubile in acqua ma si idrata facilmente (è infatti da ciò che prende origine l igroscopicità). La cellulosa conferisce la resistenza a trazione alla parete cellulare del legno, grazie al suo grado di linearità e cristallinità. 6 103 La lignina è un polimero aromatico tridimensionale, costituito da derivati del fenilpropano. E' una sostanza amorfa, rigida, a comportamento termoplastico e di composizione variabile, soprattutto tra le conifere e le latifoglie (è circa il 26-30% nelle conifere e il 20-25% nelle latifoglie). Viene definita "incrostante" perché si pone fra le fibrille cellulosiche e fra le macromolecole pectiche ed emicellulosiche, aumentandone rigidezza e resistenza a compressione. 3
7 103 Le emicellulose sono polisaccaridi amorfi (il 20-30% del peso anidro del legno), derivanti dall aggregazione di zuccheri (mannosio, xilosio, glucosio, galattosio, ecc) e alcuni acidi. 8 103 La separazione tra cellulosa e emicellulose è resa possibile dalla loro diversa solubilità in alcali; contrariamente alle emicellulose, infatti, la cellulosa non è solubile in una soluzione al 17,5% di soda caustica (NaOH). 4
9 103 Oltre alle pareti cellulari, che costituiscono la vera e propria materia legnosa, nel legno si trovano anche acqua, estrattivi ed inclusi cellulari. Nel legno di alcune specie sono tipicamente presenti canali secretori di resina o di altre sostanze (gomme, grassi, latici vari) denominate estrattivi poiché sono estraibili dal legno mediante acqua calda o fredda, vapore, o solventi. 10 103 Gli estrattivi sono prodotti dal metabolismo della pianta, ma non fanno parte integrante della parete cellulare. Possono conferire al legno varie caratteristiche: tossici per batteri e funghi, appetibili per gli insetti (amidi), conferiscono colore e odore al legno (aromatici). Alcuni estrattivi possono essere materiali a loro volta (p.es. cere, caucciù, sostanze concianti, medicinali, ecc). Esempi: il larice, l ulivo, l ebano resistono naturalmente ai tarli mentre l acero, il frassino, il pioppo, il noce ne sono facilmente attaccati. 5
11 103 Gli inclusi cellulari minerali sono granuli amorfi o cristalli (silice, fosfati o ossalati, ecc) presenti nei lumi cellulari dei raggi parenchimatici (raramente nei vasi) di alcune specie per lo più tropicali: aniegrè (cioè il tanganika), l azobè (detto anche Ironwood), ecc. Questo tipo di legno risulta particolarmente abrasivo nei confronti degli utensili utilizzati per lavorarlo e rende opportuno l'uso di taglienti in acciaio speciale, per evitare sostituzioni o riaffilature troppo frequenti e quindi costose. 12 103 La presenza di silice conferisce al legno anche una certa resistenza agli attacchi delle teredini (molluschi vermiformi e xilofagi). I legni "sabbiosi" devono invece il nome ai sali che, trasportati dalla linfa, si accumulano nel legno. 6
13 103 Il tavolo Chimenti è costituito da tre tavoloni di bricola veneziana con bordo naturale, ricavati per segagione tangenziale ed immersi in una particolare cassaforma riempita di resina epossidica bicomponente che viene spinta a colmare tutti i vuoti d aria e le fughe tra una tavola e l altra prima del completo indurimento. Vengono così valorizzati gli spazi interstiziali caratterizzati nel legno delle briccole, corroso dalla salsedine e scolpito dalle teredini. Esempio http://www.alcarol.com/cimenti/ 14 103 L azienda Riva Industria Mobili SpA di Cantù (che produce mobili col marchio Riva1920) da molti anni organizza concorsi per designer, artisti e studenti allo scopo di studiare sia nuovi usi per il legno sia per sfruttare le briccole veneziane che l azienda acquista e lavora, per creare mobili che sono veri e propri pezzi unici. Il concorso Un palo infisso in laguna dura in media 5-10 anni, poi viene sostituito perché corroso in corrispondenza dell escursione di marea (nel quale trovano il loro habitat naturale flora e fauna marina). http://concorsi.riva1920.it/ http://www.riva1920.it/it/briccole/colle zione-briccole/ 7
15 103 Glow wood Sempre basato sull inserimento di resine in pannelli di legno, nel Glow wood è stata aggiunta alla resina della polvere fosforescente per dare effetti di luminosità ai piani. Le istruzioni per realizzarlo alla pagina: http://www.instructables.com/id/glowtable/ 16 103 Gli inclusi minerali, i composti estrattivi e quelli inorganici presenti nelle pareti cellulari costituiscono i prodotti residui della combustione completa del legno (ceneri) e sono meno dell'1% del peso anidro del legno. 8
17 103 Il fusto in struttura primaria é costituito, dall'esterno verso l'interno, da tre parti: Epidermide Corteccia Cilindro centrale (o stele) Spesso non c'é un confine netto tra corteccia e il cilindro centrale, che occupa la maggior parte dello spessore del fusto e contiene i fasci vascolari. 18 103 Il fusto, oltre a collegare le radici con le foglie mediante i tessuti vascolari, é quella parte della pianta che produce, sostiene e orienta nello spazio le foglie. Nella maggior parte dei casi nei fusti si distinguono chiaramente nodi e internodi, i nodi sono i punti in cui sono inserite le foglie, mentre gli internodi sono i segmenti compresi tra due nodi successivi. La lunghezza degli internodi aumenta man mano che ci si allontana dall'apice; la zona in cui si verifica questo allungamento é detta: zona di distensione. 9
19 103 La corteccia écostituita prevalentemente da tessuto parenchimatico e le sue cellule più superficiali (quelle che vengono raggiunte dalla luce) contengono cloroplasti (i fusti giovani sono verdi e svolgono anche la fotosintesi). Nella corteccia si trovano anche dei tessuti meccanici: il collenchima, in posizione più superficiale e lo sclerenchima, costituito prevalentemente da fibre, in posizione più profonda. Entrambi possono circondare completamente il fusto o formare fasci longitudinali. 20 103 Osservando una sezione trasversale di un fusto primario é abbastanza facile distinguere una Dicotiledone (o Gimnosperma) da una Monocotiledone. 10
21 103 Dicotiledoni e Gimnosperme hanno i fasci cribrovascolari disposti secondo un anello regolare (secondo una eustele ) le Monocotiledoni hanno invece fasci sparsi in tutto lo spessore della stele, sono cioè disposti secondo una atactostele. 22 103 Nelle specie con porosità ad anello i grandi vasi o pori (sono i vasi visti in sezione )sono situati nella parte di legno che si forma in primavera (crescita rapida) e costituiscono una regione ben definita di tessuto, più o meno porosa (leggera, isolante, ecc). La zona estiva contiene pochi vasi e una maggiore porzione di fibre di legno (crescita lenta), che attribuiscono durezza e la resistenza al materiale. Esempio: frassino, castagno, olmo, gelso, ontano Sezioni trasversali (a circa 200x) di legni di conifera in cui appaiono ben evidenti il limite tra due anelli di accrescimento successivi, la porzione di legno primaticcio (L.P.) e quella di legno tardivo (L.T.) 11
23 103 Nel legno duro è generalmente presente una maggiore quantità di legno tardivo (cioè quello estivo), di aspetto più scuro e più denso di quello precoce. Le cellule del legno tardivo hanno parete molto spessa (resistente) e una piccola cavità interna, mentre quello precoce ha pareti sottili e ampie cavità. Nella sezione del legno non è tanto importante lo spessore degli anelli, quanto la quantità totale di legno tardivo e la densità totale (cioè il rapporto con la parte porosa). 24 103 Nel legno a porosità diffusa i vasi sono dispersi per tutto l'anello di crescita. Esempi: betulla, acero, pioppo, salice. Alcune specie, come il noce ed il ciliegio, hanno caratteristiche intermedie e costituiscono una categoria di legno distinta. Anello poroso Anello semiporoso Porosità diffusa 12
25 103 Le cellule più importanti che formano la struttura del legno sono: le cellule delle trachee, che trasportano la linfa e collaborano alla funzione di elemento resistente; le cellule delle fibre, che formano le membrane resistenti e portanti; le cellule parenchimatiche, che contengono le riserve nutritive della pianta. 26 103 Le trachee trasportano la linfa Sezioni longitudinali di trachee di Olmo Sezione trasversale di trachee di Platano 13
27 103 Le fibre forniscono resistenza 28 103 Le cellule parenchimatiche sono la riserva nutritiva 14
29 103 Esempio: fusto di Dicotiledone 1. epidermide 2. collenchima e parenchima corticale 3. fibre pericicliche 4. tubi cribrosi del floema 5. cellule compagne del floema 6. cambio 7/9. Parenchima dello xilema 8. trachea punteggiata 10. tracheide anulata 11. midollo 30 103 Esempio: fusto di Dicotiledone collenchima peli di rivestimento parenchima corticale midollo fasci vascolari 15
31 103 La presenza della lignina determina la durezza e la compattezza del legno. Altri componenti del legno sono: Coloranti Zuccheri Grassi Resine Ma soprattutto l ACQUA che è in percentuali tra il 15 ed il 60% e ne influenza la durezza. Rilevatore elettromagnetico della % di umidità nel legno 32 103 Il contenuto d'acqua del legno viene espresso come: (peso legno umido - peso legno secco) peso di legno secco L acqua si trova soprattutto nelle pareti cellulari (acqua di legame o acqua di saturazione) e nella cavità dei tessuti (acqua di imbibizione). Il potere calorifico superiore del legno dipende al massimo per il 15% dalla specie mentre è notevolmente influenzato dalla quantità d'acqua 16
33 103 Il legno è igroscopico e trattiene acqua secondo 4 meccanismi principali: acqua di imbibizione o acqua libera (riempie i lumi cellulari e può fluire liberamente da una cellula all'altra in condizioni di legno fresco, è una sorta di zavorra uniformemente distribuita) acqua di saturazione delle pareti cellulari o acqua legata (si unisce con legami idrogeno ai gruppi ossidrilici liberi disponibili sulle pareti cellulari, prevalentemente della struttura molecolare delle microfibrille di cellulosa) acqua di costituzione o chimica (sono molecole di acqua che entrano a far parte della composizione chimica delle principali molecole costituenti il legno: molecole idratate) vapore acqueo (è presente nell'aria che riempie parzialmente le cavità cellulari ed è in equilibrio con l'acqua di saturazione e l'acqua di imbibizione) 34 103 L eliminazione dal tessuto legnoso dell acqua libera (quella di saturazione nella parete cellulare) modifica il peso del materiale ma non crea nessuna modifica nel suo tessuto (lumen cellulare). L eliminazione dell acqua legata alle pareti cellulari (adsorbimento e desorbimento) crea invece deformazioni e ritiri del legno 17
35 103 L'adsorbimento èl attrazione di molecole d'acqua da parte di gruppi ossidrilici OH grazie ad una forma di legame chimico detto legame "a ponte di idrogeno (o legame idrogeno ) di natura essenzialmente elettrostatica. Si forma un primo strato monomolecolare d'acqua che va a saturare tutti gli ossidrili OH disponibili. Poi un allontanamento reciproco delle catene cellulosiche nelle regioni amorfe e dei cristalliti adiacenti nelle regioni cristallizzate. Il maggiore spazio disponibile permette l'adsorbimento di altre molecole d'acqua fino a formare strati plurimolecolari. Il fenomeno provoca un rigonfiamento progressivo della struttura, cui possono seguire fasi di natura diversa (imbibizione, condensazione capillare, diffusione, ecc) e le cavità cellulari si riempiono gradualmente di "acqua libera". 36 103 Il legno fresco può avere umidità > 100% del proprio peso secco. L'umidità percentuale del legno, quando tutti i condotti cellulari (lumi) sono vuoti ma le pareti cellulari sono sature d'acqua, viene detta PSF (punto di saturazione delle fibre); in questa fase l'acqua in più si riversa nei condotti cellulari. Il PSF ha un valore formale del 30%, medio rispetto al range reale del 25/40%, che dipende soprattutto da specie e densità. 18
37 103 Il legno tagliato esposto all aria (stagionatura) cede lentamente l acqua al suo interno, in particolare dagli spigoli e dalle testate e meno dalle cellule in profondità. Quando l umidità < PSF il legno comincia a ritirarsi e a deformarsi. Il legno essiccato naturalmente contiene ancora il 12%-16% di umidità, in equilibrio rispetto alle condizioni dell ambiente esterno; i tempi di essiccazione sono molto lunghi (da 6 mesi a 2 anni). L'umidità del legno asciugato in essiccatoio può essere invece portata a valori più bassi (fino al 6-8%) e tutto è più veloce. L'acqua nel legno lo rende più soffice e flessibile. Il processo di essiccazione tende quindi ad aumentarne la resistenza (p.es. un blocco di 5 cm di abete rosso sopporta 4 volte il carico dello stesso blocco verde ). 38 103 Caratteristiche meccaniche nelle conifere al 12% di umidità 19
39 103 I valori del ritiro volumetrico totale del legno sono compresi tra il 9% e il 23% circa, con notevole variabilità anche tra provini estratti da uno stesso tronco. Il ritiro assume valori diversi nelle 3 direzioni anatomiche fondamentali (assiale, radiale e tangenziale) poiché il legno è anisotropo. In particolare: la contrazione in direzione assiale è molto piccola in confronto a quella in direzione tangenziale, mentre la contrazione in direzione radiale è circa pari alla ½ di quella in direzione tangenziale. 40 103 Si definisce stabilità dimensionale (o nervosità) del legno il rapporto tra le variazioni in direzione tangenziale e quelle in direzione radiale. Maggiore è il valore di questo rapporto, più elevata è la nervosità del legno (infatti alle variazioni dimensionali igroscopiche è associato anche un notevole cambiamento di forma del pezzo). Legni poco nervosi hanno invece variazioni dimensionali simili nelle due direzioni del piano trasversale e quindi cambiano poco la forma. Un pezzo può avere variazioni dimensionali elevate ma buona stabilità di forma (o viceversa). 20
41 103 Tra i fattori che influenzano il ritiro del legno: massa volumica più un legno è denso e pesante più tenderà ad essere elevato il ritiro composizione chimica percentuale della sostanza legnosa ad un incremento percentuale di lignina corrisponde una riduzione del ritiro e viceversa sollecitazioni meccaniche tensioni interne o forze esterne applicate che possono indurre nelle cellule deformazioni permanenti, tali da sommarsi e sottrarsi ai ritiri/rigonfiamenti di origine igroscopica 42 103 estrattivi duramificanti insolubili in H2O mantengono la parete in stato di parziale rigonfiamento anche allo stato anidro (inserendosi tra una microfibrilla e l'altra) e incrostano le pareti cellulari occupando una parte dei gruppi OH, i quali non possono perciò contribuire a legare molecole di acqua di saturazione. Gli estrattivi riducono notevolmente il ritiro solo a temperatura ambiente, mentre ad elevate temperature i legni ricchi di estrattivi mostrano invece ritiri molto elevati. 21
43 103 Il fenomeno del ritiro nel legno è inevitabile, perché legato alla costituzione stessa del materiale. Ha essenzialmente tre conseguenze: variazioni dimensionali deformazioni sviluppo di tensioni interne al materiale La gravità e l influenza negativa di questi ritiri sulle qualità del legno può venire peggiorata facilmente da procedimenti di essiccazione sbagliati. 44 103 L anisotropia del legno (direzionalità delle sue caratteristiche meccaniche) anche nei confronti del ritiro è la causa principale di numerosi inconvenienti (oltre naturalmente alla diminuzione di volume). distorsione dei solidi: un qualsiasi solido tridimensionale ricavato dal legno fresco, dopo l'essiccazione presenterà (oltre alla diminuzione di volume) anche una marcata variazione dei rapporti tra le sue dimensioni geometriche rispetto ai valori iniziali (p.es. le sezioni trasversali dei segati con rapporto fra i lati non troppo distanti da 1, tendono ad assumere forma romboidale, cioè a diamantarsi ) diminuisce il perimetro degli anelli si avvicinano gli anelli 22
45 103 ovalizzazione dei fori: praticando nel legno fresco un foro in direzione assiale, inizialmente la sua sezione trasversale sarà perfettamente circolare, poi con l'essiccazione il foro tenderà a deformarsi perché la contrazione in direzione tangente agli anelli di accrescimento sarà maggiore di quella in direzione dei raggi. Eventuali fori in direzione radiale, dopo l essiccazione avranno sezione trasversale ellittica (dalla differenza tra ritiro tangenziale e longitudinale) fessure radiali a "V": negli assortimenti contenenti il midollo centrale, il ritiro angolare spesso induce nel materiale tensioni superiori alle resistenze, con conseguente apertura di fessure divaricate 46 103 fibratura allentata (loosened grain): distacco di strisce di legno tardivo, più denso, dalla superficie delle tavole tangenziali (le punte della venatura fiammata tendono a sollevarsi). Non si tratta di un difetto imputabile solo al ritiro (in genere si evidenza al momento della piallatura oppure di altre lavorazioni meccaniche) ma si tratta di un effetto di distacco per scorrimento all'interfaccia fra due anelli (cioè per un taglio in direzione longitudinale, praticamente uno sfogliamento) che si può attribuire alle differenze di ritiro assiale fra legno primaticcio e tardivo dell'anello di accrescimento. 23
47 103 imbarcamento delle tavole tangenziali: quando le tavole non contengono il midollo centrale (perché tagliate lungo piani tangenziali) il lato della tavola più tangenziale rispetto al lato opposto tenderà a ritirarsi più dell altro, esercitando una trazione che porterà il segato ad incurvarsi trasversalmente (con convessità rivolta verso il midollo). L'imbarcamento tende ad aumentare con la tangenzialità e con lo spessore della tavola ed è un difetto che riduce sensibilmente le rese di lavorazione. L'imbarcamento può essere ridotto (ma non annullato) forzando la tavola in posizione piatta durante l'essiccazione; ciò favorisce però l'insorgenza di tensioni interne che possono portare ad inconvenienti nelle lavorazioni successive. Cretti (a) e distorsioni (b) da ritiro di elementi a sezione rettangolare, quadrata o circolare in posizioni rappresentative nella sezione trasversale: 1) ovalizzazione delle sezioni circolari; 2) distorsione della sezione rettangolare; 3) tavola tangenziale imbarcata; 4) tavola imbarcata; 5) tavola radiale; 6) elemento fuori cuore; 7) tavola con cuore. 48 103 La presenza difformità nel legno delle tavole, in fase di ritiro, comporta principalmente: falcatura: su un bordo della tavola si trova una striscia di legno di reazione, che con il suo ritiro assiale anomalo tende ad incurvare longitudinalmente la tavola a "lama di falce" (la curvatura è contenuta in un piano longitudinale parallelo alle facce delle tavole). La concavità è rivolta verso la zona anomala se il legno è in fase di desorbimento, oppure in direzione opposta se il legno sta assorbendo umidità. 24
49 103 svergolamento: torsione dell'intera tavola intorno al suo asse longitudinale; si manifesta in seguito al ritiro quando una striscia di legno di reazione occupa la zona centrale della tavola, oppure quando la tavola proviene da un tronco con fibratura elicoidale. arcuatura: deformazione causata dalla presenza di legno di reazione su una delle due facce della tavola, con conseguente incurvamento del semilavorato a "doga di botte" (la curvatura è contenuta in un piano perpendicolare alla faccia della tavola). 50 103 Esempio: ritiro di perni non adeguatamente essiccati 25
51 103 Al crescere del degrado delle cellule tende ad aumentare il loro contenuto d'acqua (soprattutto di imbibizione), quindi il tasso di umidità del legno può essere usato anche come un indice del suo stato di degrado. In questi casi i prodotti consolidanti non fanno altro che sostituire all acqua (per saturazione o immersione) una soluzione concentrata che occlude le porosità e ha l obbiettivo di ripristinare la compattezza e la continuità dei tessuti. 52 103 La funzione principale dell'alburno è di trasportare l'acqua dalle radici alle foglie e di immagazzinare o restituire (a seconda della stagione) la linfa grezza sintetizzata nelle foglie. Maggiore è la quantità di foglie, maggiore è il tasso di crescita della pianta e maggiore è il volume di alburno necessario. Per questo gli alberi che crescono in spazi aperti ed hanno a disposizione più luce, hanno più alburno (in rapporto al raggio totale del tronco) rispetto ad un albero della stessa specie cresciuto in una foresta densa. La struttura del legno 26
53 103 Tutto il legno è inizialmente alburno, con l età la parte più interna o vicina alla base della pianta si duramifica, cioè cessa la conduzione di linfa, scompaiono le sostanze di riserva e possono comparire sostanze che preservano il legno dalla decomposizione; questa zona inerte viene detta: durame. In alcune specie la formazione del durame inizia presto e per questo hanno un sottile strato di alburno (castagno, gelso, sassofrasso), in altre il processo è tardivo e l'alburno è più spesso (acero, betulla, faggio, pino). La struttura del legno 54 103 La struttura del legno Midollo: parte centrale del tronco, di dimensione variabile da 1 a 10 mm Midollo Durame (legno o massello) è la parte più pregiata del tronco, inattiva, più resistente all attacco di funghi e insetti e meno permeabile. La presenza di tannini all interno delle cellule conferisce durabilità e colorazione scura (con spessore variabile a seconda dell età della pianta). Durame Corteccia esterna Corteccia interna Libro Alburno: parte esterna al durame, meno resistente e rigida, che trasporta la linfa e le sostanze nutritive. Cambio Alburno 27
55 103 La struttura del legno Sulla differenziazione di colore tra durame ed alburno influisce non solo la specie arborea ma anche la natura del terreno sul quale è fatta crescere la pianta, poiché i componenti chimici del suolo accentuano la marcatura del durame sull'alburno. La sezione trasversale del legno permette di distinguere essenzialmente: il durame (una zona scura centrale), l alburno (fascia chiara, bianca o giallina, che circonda il durame). 56 103 La struttura del legno Quando un albero cresce l'alburno aumenta in spessore oppure in volume. Lo spessore relativo di alburno è maggiore nelle parti più alte del tronco, perché il diametro totale è minore rispetto alla base e perché le parti alte sono più giovani. Per gli impieghi industriali del legno è preferibile utilizzare il durame (massello) perché rispetto all'alburno dello stesso tipo di legno ha maggiore: durezza, stabilità, resistenza all'azione di organismi vegetali e animali (muffe, funghi, insetti xilofagi), livello di finitura delle superfici. 28
57 103 La struttura del legno Cambio: è il tessuto di accrescimento del tronco. La parte di cambio rivolta verso l interno tende a trasformarsi in alburno, quella verso l esterno tende a trasformarsi nei tessuti dello strato successivo (libro). Midollo Libro: è la parte successiva al cambio, prima della corteccia, che ha la funzione di distribuire la linfa trasformata dai processi di fotosintesi. Corteccia: è il rivestimento più esterno della pianta, diviso in corteccia viva e corteccia morta (più esterna). Durame Corteccia esterna Corteccia interna Libro Cambio Alburno 58 103 La struttura del legno Un altro fattore di valutazione del legno legato alla sua crescita è la presenza di nodi, che corrispondono al punto dove erano ancorati i rami. In una fase iniziale i rami sono molto fitti, poi tendono a diradarsi e la crescita successiva riveste questi punti la cui memoria rimane come nodo. L'alburno di un albero vecchio (specie di foresta, quindi con meno rami), ha anche meno nodi rispetto al durame. Nella produzione in cui servono pochi nodi (maggiore omogeneità di resistenza e finitura) è quindi consigliabile l'alburno. 29
59 103 I nodi hanno una porzione inclusa (con forma conica-irregolare) che ha il vertice in corrispondenza del midollo e le fibre poste trasversalmente o obliquamente rispetto a quelle del fusto. La struttura del legno Si riconoscono tre tipologie di nodi: sani (aderenti) cadenti morti (quando la parte inclusa nel fusto viene attaccata da muffe) 60 103 La struttura del legno Nella classificazione del legname i nodi sono stimati in base alla forma, alla dimensione, al colore, all'integrità e alla stabilità con cui rimangono in sede. La presenza dei nodi agisce sulla resistenza, sulla deformabilità, sulla facilità di lavorazione e sulla fessurabilità. L'influenza dei nodi sulla resistenza di una struttura dipende dalla loro posizione, dimensione, numero, direzione delle fibre e consistenza. 30
61 103 I nodi integri non invalidano la resistenza del legno quando sottoposti a sforzi compressivi paralleli al senso delle fibre. La presenza di piccoli nodi lungo la linea di tensione può addirittura incrementare la resistenza del legno, prevenendo la fessurazione longitudinale. Sulle tavole e pannelli i nodi non sono dannosi se si trovano nel senso della lunghezza con un certo angolo rispetto alla superficie maggiore (altrimenti tendono a staccarsi durante le lavorazioni). La struttura del legno 62 103 A definire la pericolosità di un nodo contribuisce la sua sezione anatomica ed il rapporto tra la sua dimensione (diametro) e quella della faccia su cui insiste. Il nodo è però anche un elemento decorativo e come tale viene spesso valorizzato. Nel caso del legno da impiallacciatura, che viene laminato da un tronco (p.es. noce da legno) la presenza di nodi può rappresentare un non trascurabile motivo di deprezzamento perché il nodo tende a staccarsi nella lavorazione. La struttura del legno 31
63 103 Un tipo molto particolare di legno, (per fonte, caratteristiche e lavorabilità) è la radica. Si tratta di una parte della radice, alla base del fusto di alcune piante (pioppo, olmo, noce, mirto, ecc), caratterizzata da fibre contorte e nodi che, una volta sezionati e levigati, gli conferiscono la tipica marezzatura. E un legno molto duro e compatto, generalmente utilizzato per realizzare oggetti di pregio. La radica 64 103 La radica La trasformazione della radica è molto complessa e parte dall'estrazione del ciocco, cioè un bozzo piuttosto grande della pianta (che in genere deve avere almeno di 25 o 30 anni), previo taglio e scavatura. Il ciocco ripulito viene posto al riparo dal sole e dal vento e tenuto costantemente umidificato, per poi essere privato dell anima centrale (inutilizzabile) ricavando degli abbozzi più o meno omogenei per venatura, che vengono bolliti per almeno 24 ore, in grandi calderoni di rame. betulla castagno frassino mirto noce olmo pioppo rovere tuia 32
65 103 La radica In ultimo gli abbozzi vengono essiccati naturalmente, su dei graticci in locali ben riparati, quindi selezionati per gruppi omogenei (finalizzati ad usi spesso diversi) e riposti in sacchi di juta dove proseguiranno la stagionatura per circa 2 anni. Gli abbozzi così essiccati vengono infine venduti per la successiva lavorazione e intaglio. Cruscotto in radica Living, BTicino, placca in radica di noce La radica è utilizzata soprattutto per le scacchiere, i piccoli oggetti torniti (penne, pipe, maniglie, ecc), le finiture di mobili ed auto, ecc. 66 103 Data la scarsa dimensione dei fogli di impiallacciatura ricavabili dal sezionamento della radica (circa 20 30) è assai complicato fare interi rivestimenti, tuttavia si presta a combinazioni ad intarsio con altri legni oppure all accostamento di più fogli a specchio, cioè messi in simmetria fra loro per dilatare l effetto delle marezzature. La radica Rolling, design Gianmaria Colognese per Morelato (1990), cassettiera in legno di radica di mirto, cassetti in legno di noce, pomelli in legno di faggio tornito tinto ebano 33
67 103 Uno degli usi più tipici della radica è quello per i fornelli delle pipe, utilizzando il cosiddetto ciocco, cioè un bozzo della radice di Erica arborea (arbusto sempreverde delle regioni mediterranee); la radica è infatti molto resistente al calore e alla combustione. La radica 68 103 Le due specie arboree principali sono: CONIFERE Lo sviluppo del tronco avviene per cerchi concentrici che formano il nucleo compatto dell albero, mentre all esterno si trova la parte più friabile. Le conifere hanno fogliame prevalentemente innestato su rami (pini, abeti, ecc..) Le specie arboree LATIFOGLIE Lo sviluppo del tronco avviene nella zona centrale, formata da canali intrecciati, mentre all esterno si trova la parte più compatta e resistente. Le latifoglie hanno prevalentemente l innesto del fogliame direttamente sul tronco (palme, canne, ecc..). 34
69 103 Il legno delle conifere èdetto omoxilo per la omogeneità degli elementi che lo costituiscono, cioè per la quasi totalità tracheidi (90%) e per il resto: raggi midollari, canali resiniferi e parenchima del legno. I canali resiniferi, circondati da cellule parenchimatiche e tracheidi, sono posti sia assialmente che in direzione radiale all'interno dei raggi parenchimatici. Le specie arboree Le tracheidi sono lunghe cellule, a forma di fuso, che svolgono sia funzioni di sostegno che di conduzione (fibrotracheidi) per la mancata specializzazione che contraddistingue dal legno delle latifoglie. tracheide 70 103 Le specie arboree: conifere 35
71 103 Il legno delle latifoglie èdetto eteroxilo perché ha una maggior varietà di cellule rispetto al legno delle conifere: vasi, fibre, parenchimatiche e secretrici. Le cellule parenchimatiche sono presenti nelle latifoglie in maggior numero che nelle conifere e sono disposte sia radialmente (formando raggi uniseriati o pluriseriati) che assialmente. In alcune latifoglie i raggi midollari sono percorsi da canali gommiferi. Le specie arboree 72 103 Faggio Le specie arboree Noce Quercia Pioppo 36
73 103 Proprietà e caratteristiche Il legno essendo un materiale naturale è soggetto ad imperfezioni ed irregolarità, essenzialmente dovute a: difetti insiti nella pianta anomalie generate durante la crescita anomalie dovute a particolari esposizioni climatiche (vento, sbalzi di temperatura, ecc) attacchi di parassiti e funghi 74 103 Proprietà e caratteristiche Le fasi di accrescimento della pianta ne caratterizzano alcuni aspetti di forma e di resistenza caratteristici, un esempio comune è quello del legno di reazione, deformato per posizione sul suolo, dal vento, dalla compresenza di altre strutture che ne hanno modificato la crescita, ecc. Il legno che se ne ricaverà avrà sezione alterata e tenderà a deformarsi secondo le sue direzioni disomogenee di accrescimento. 37
75 103 Alburno continua a crescere attorno al nucleo morto Proprietà e caratteristiche Causata da forte caldo Causata dal gelo rami giovani non cresciuti rami potati o caduti 76 103 Proprietà e caratteristiche Anomalie e difetti nel legno ( naturale ) massiccio 38
77 103 Proprietà e caratteristiche Testata di una trave di abete bianco con cipollatura Cipollatura in una trave di abete bianco dovuta a sbalzi di temperatura: sono visibili nelle fessure i depositi di resina 78 103 Idee Senza necessariamente dover utilizzare materiali con venature particolari o legnami di pregio, il legno si presta ad essere assemblato in modo da valorizzarne comunque la naturale presenza di cerchi concentrici, in particolare se sezionato trasversalmente alle fibre. Dettaglio del top del tavolo Awkward, progettato come prototipo da Marte Frøystad's (del collettivo norvegese: Furuhaelvetica) http://furuhaelvetica.blogspot.it/ 39
79 103 Il legno può essere attaccato da sostanze fungogene (parassiti e saprofiti) che si nutrono delle sostanze presenti nel tronco. Nel primo caso, si nutrono del tronco vivente, nel secondo caso dei tronchi già tagliati. Proprietà e caratteristiche Muffe e funghi Possono provocare alterazioni sostanziali del tronco compromettendone le proprietà meccaniche. Per evitare la formazione dei funghi l umidità andrebbe mantenuta sempre sotto il 15%. 80 103 Il legno può essere attaccato da insetti (formiche, tarli, termiti, ecc..) che attaccano la pianta ancora viva o il legno ridotto in tavole. Proprietà e caratteristiche Gli insetti L'azione degli insetti nel può avvenire in vari modi, in genere attraverso lo scavo di gallerie che attraversano il legno, deprezzando fortemente tutti gli assortimenti da esso ritraibili e rendendo impossibili certi usi finali Legno attaccato da larve 40
81 103 Proprietà e caratteristiche I parassiti Sezione trasversale di una trave di abete attaccata da larve Due fusti di conifera attaccati dalle formiche del legno Interno di un travetto di abete attaccato dalle termiti 82 103 Proprietà e caratteristiche Il legno presenta un comportamento deformativo e a rottura che dipende dalla struttura intrinseca del materiale, cioè dalle funzioni vitali svolte dalle cellule (dare sostegno e resistenza, far circolare la linfa, accumulare sostanze nutritive, ecc). Il legno è un materiale fortemente anisotropo, ovvero presenta proprietà e caratteristiche fisico-meccaniche e di comportamento rispetto alle sollecitazioni differente nelle direzioni delle 3 sezioni: longitudinale, radiale e tangenziale 41
83 103 Proprietà e caratteristiche La resistenza meccanica del legno sottoposto a trazione, compressione, flessione, varia a seconda della direzione degli sforzi direzione assiale o longitudinale (lungo le fibre) direzione radiale (perpendicolari agli anelli annuali) direzione tangenziale (tangente agli anelli annuali) 84 103 Proprietà e caratteristiche 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 venga sollecitato in direzione assiale. Questa resistenza è 2-3 volte superiore alla compressione. resistenza alla flessione: a questa sollecitazione vengono sottoposte, ad esempio, le travi: le fibre superiori della tavola si accorciano, sottoposte a una compressione, quelle inferiori invece si allungano, le fibre di mezzo si incurvano. 42
85 103 Proprietà e caratteristiche La resistenza a compressione del legno varia a seconda della direzione di applicazione della forza. Valori maggiori di resistenza a compressione si hanno quando la forza è applicata nella direzione delle fibre (assialmente agli anelli che formano il tronco). Andamento della resistenza a compressione di un provino di legno 86 103 Proprietà e caratteristiche Carico di rottura a compressione per conifere europee Parallele alle fibre Perpendicolare agli anelli di accrescimento Tangenziale agli anelli di accrescimento 380 Kg/cm 2 100 Kg/cm 2 110 Kg/cm 2 43
87 103 Proprietà e caratteristiche Abete Acero Balsa Bambu Betulla Castagno Ciliegio Cipresso Douglas Densità (Kg/m 3 ) allo stato fresco all umidità del 12% 900 440 850 670 160 150-700 950 650 1000 580 850 620 860 610-510 Modulo di elasticità (N/mm 2 ) 14000 9400 4100 20000 13000 11400 10200 12500 13500 a trazione 84 90 14 200 95 95 85 85 80 Carico di rottura (N/mm 2 ) a compressione assiale a flessione 38 67 45 110 13-60 100 60 120 51 110 52 105 48 90 48 86 a taglio 5 8 3,3-6 7,5 5,2 8 8 assiale 0,1 0,4 - - 0,4 0,5 0,3 0,4 0,3 Ritiro (%) radiale 3,8 4,4 - - 4 4 4,5 4 4,2 tangenziale 7,6 8,5 - - 7 8,7 7,5 7,4 Queste resistenze, in particolare quella a trazione, sono influenzate da: anomalie o difetti, inclinazione della fibratura rispetto alla direzione della sollecitazione 88 103 Proprietà e caratteristiche Durezza caratteristica nelle conifere Legenda: in giallo è evidenziata la tenerezza in rosso la durezza dell essenza 44
89 103 Proprietà e caratteristiche Durezza caratteristica nelle latifoglie Legenda: in giallo è evidenziata la tenerezza in rosso la durezza dell essenza 90 103 Proprietà e caratteristiche Peso specifico di alcune essenze 45
91 103 Proprietà e caratteristiche Il legno, pur essendo un materiale combustibile, presenta degli aspetti favorevoli in presenza di incendio: bassa conducibilità termica bassa dilatazione termica carbonizzazione costante che tende a togliere ossigeno alle parti non ancora bruciate e a quindi ad autoestinguere il fuoco per mancanza di comburente. Per migliorare il comportamento al fuoco il legno può essere sottoposto a processi di ignifugazione. 92 103 Proprietà e caratteristiche La reazione al fuoco del legno è legata al suo potere calorifico (MJ/Kg) che varia a seconda delle essenze legnose in base alla presenza in % di alcuni composti quali la lignina, la cellulosa, le resine, ecc. Potere Calorifico specie legnose Composto Potere Calorifico (MJ/Kg) Lignina 26 Cellulosa Resine Lipidi, Cere, Gomme 18 35 vario Latifoglie Conifere Pino marittimo Pino silvestre Abete rosso Abete bianco Douglas Larice Castagno Tiglio Olmo Faggio Betulla Frassino Quercia Acero Cerro Pioppo nero Ontano bianco Salice bianco 0 5 10 15 20 25 MJ/Kg Legno allo stato anidro 46
93 103 Proprietà e caratteristiche Resistenza meccanica residua in % 100% 80% 60% 40% 20% Temperatura della struttura sottoposta ad un incendio in funzione del tempo Resistenza meccanica di alcuni materiali da costruzioni in funzione del tempo di esposizione ad un incendio. Come si vede dal grafico: il legno arriva ad una resistenza meccanica residua del 50% (perde la metà della sua resistenza meccanica) dopo circa 25 ad una temp. di circa 850 C l acciaio arriva ad una resistenza meccanica residua del 50% dopo circa dopo circa 5 ad una temp. di circa 400 C 94 103 Proprietà e caratteristiche ACCIAIO Valore di combustione circa 0,7 mm/minuto 47
95 103 Dato che tipologia, formato e spessore del legno sono fondamentali per definirne l uso potenziale ed il costo, oggi moltissime sperimentazioni si orientano verso i trattamenti del legno, per aumentarne le prestazioni, portando un materiale meno pregiato o più diffuso alle caratteristiche che sarebbero invece tipiche di un legno più prezioso. Trattamenti La scelta e l uso dei trattamenti dipende essenzialmente: dalla porosità del legno, dalle fasi di lavorazione cui è stato o cui verrà sottoposto; dalle prestazioni attese (resistenza agli insetti, alle muffe, idrorepellenza, resistenza al fuoco, ecc). 96 103 Trattamenti Esistono trattamenti artigianali, cioè applicati dall uomo sul singolo elemento (cere, olii, ecc) ma anche trattamenti più complessi posati in fase di produzione industriale (verniciature, trattamenti in autoclave, ecc). Tra le aziende in Europa leader nella produzione di trattamenti per il legno si segnala la Foreco (olandese): http://www.foreco.nl/en/products.html WaxedWood : trattamento sottovuoto a base di cere. 48
97 103 Processi di lavorazione Dal legno massiccio si ottengono prodotti di prima lavorazione ottenuti dalla semplice riduzione volumetrica 98 103 Processi di lavorazione 4) 3) 1) 2) Riduzione del tronco secondo tagli tangenziali 49
99 103 Processi di lavorazione La segagione del tronco 100 103 Riduzione del tronco in segati Processi di lavorazione 50
101 103 Processi di lavorazione La lavorabilità nelle tre direzioni di taglio 102 103 Processi di lavorazione Anche i fissaggi e le lavorazioni subite dal legno ne modificano l aspetto, un esempio è quello delle tracce lasciate dagli ossidi (ruggine, rame, ecc). Bleed è una serie di armadi di cedro di Peter Marigold, in cui è stato ricreato l'effetto di metallo ossidato (ebanizzazione o annerimento del legno). Il designer ha poi ripetuto il procedimento con la lana di cachemire (serie Oyuna), piegando il tessuto, tenuto in posizione da pezzi di acciaio e quindi imbevuto per attivare l'ossidazione. http://www.petermarigold.com/objects.sh tml 51
103 103 Bibliografia di approfondimento Dipartimento di Biologia Vegetale, Università di Torino, Atlante di Botanica, http://www.atlantebotanica.unito.it/page.asp? Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura (CRA), Ricercaforestale. Portale della ricerca scientifica e della pratica forestale http://www.ricercaforestale.it/index.php?module= CMpro&func=listsubjects Paul Forrester, Enciclopedia delle tecniche di lavorazione del legno : con le illustrazioni dei punti essenziali, Il Castello, 2010 Torgovnikov Grigory, Vinden Peter, Microwave Wood Modification Technology and Its Applications, Forest Products Journal, vol. 60 n.2, 2010, pp. 173-182 http://www.microwavewoodprocessing.com/files/ Article%20%20MW%20wood%20modification%20te chnology.%20fpj.%202010.pdf Si ringrazia della collaborazione: Prof.ssa Teresa Villani, Univ. La Sapienza di Roma 52