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Punti critici dell'umidità del legno
EQU● U 30% : rappresenta uno dei due punti critici, quando la parete cellulare raggiunge il punto di saturazione;
EQU● U 12%: l'umidità normale non è quella che si trova con più frequenza, ma deriva da EQU NORMA, ovvero il legno è presente in un ambiente con temp. 20° e UR 65%. Tipicamente, la maggior parte delle specie di legno raggiungono un'umidità pari al 12%. Qualsiasi proprietà del legno si possono comparare prendendo come riferimento questo termine di paragone;
EQU● U 0%: stato anidro. Una volta persa l'acqua, le microfibrille possono anche riacquistare tale elemento, indifferentemente dall'età del legno. Siccome l'ambiente che circonda il legno non potrà mai avere una % di umidità stabile, il legno tenderà sempre a raggiungere una situazione di equilibrio tra la sua umidità e l'umidità dell'ambiente.
La temperatura dell'ambiente è molto meno importante rispetto all'umidità dell'ambiente; quello che condiziona U è la UR%. Conoscendo questi due parametri, si può prevedere l'umidità dell'equilibrio del legno.
Valori di umidità del legno (U):
- Legno Fresco (non essiccato) sempre > 30%
- Punto di saturazione circa 30%:
- Legno stagionato naturalmente 15-18%: il legno viene messo in un ambiente (UR non controllabile) e si lascia essiccare
- Essiccazione artificiale > 4-6% (tipico 12%): a valori molto bassi viene essiccato il legno utilizzato per pavimenti. Il motivo per cui il legno viene essiccato artificialmente avviene per vari motivi;
- Anidro (0%):
- Umidità normale (20°C; 65%UR) circa 12%
Effetti dell'acqua legata al legno:
Il fatto che l'acqua entra o esce ai valori intorno al 30% di umidità del legno, a livello strutturale non comporta cambiamenti.
Quando il valore d'acqua scende, la struttura del legno tenderà a restringersi: il legno è un materiale anisotropo a struttura ortotropica (tre direzioni nel quale si manifesta un comportamento omogeneo): - direzione longitudinale indica la direzione nella quale si dispongono le fibre; - la direzione radiale va dalla periferia del tronco verso il centro, ed è perpendicolare alla longitudinale; - la direzione tangenziale è perpendicolare alla direzione radiale, pertanto sarà tangente all'anello di accrescimento. Lungo queste direttrici il comportamento del legno è considerato omogeneo, ma diversamente per le tre direzioni. 2.5 Ritiri e rigonfiamenti Le variazioni dimensionali vengono indotte dalle variazioni di umidità che si verificano nell'intervallo igroscopico: ritiri e rigonfiamenti del legno sono influenzati dalla sua anisotropia. Ritiro dimensionale totale:β la diminuzione dimensionale percentuale che un pezzo di legno Dtot subisce lungo una generica direzione D quando la sua umidità passa dallo stato fresco (> del punto di saturazione) allo stato anidro (passando da un campo estremo all'altro): β = [(Df - Da) / Df] * 100 Si considerano i ritiri dimensionali totali secondo le tre direzioni anatomiche fondamentali:- β longitudinale tra lo 0,1% - 0,6%;
- β radiale 2% - 6%: (es. il 2% su 1m sono 2cm di ritiro/rigonfiamento del legno);
- β tangenziale 4% -12% in direzione tangenziale è doppio rispetto alla direzione radiale.
umidità intercorrente fra il punto di saturazione U (il legno comincia a manifestare il ritiro a questo valore) e l'umidità finale U. Condizioni analoghe per il rigonfiamento, che può essere trattato come un ritiro di segno opposto. La densità del legno influisce su tali fenomeni: maggiore sarà la densità del legno, maggiore è il valore della parete cellulare, pertanto il rigonfiamento/ritiro sarà maggiore. Quando il legno perde l'acqua libera, vi è una variazione di peso del legno, non di densità: la retta rappresentata sarà parallela all'asse x, indicando un volume costante. Se scendo sotto il punto di saturazione, il legno inizierà a restringersi in tutte e 3 le direzioni, portando ad un ritiro volumetrico, che avviene seguendo un fenomeno lineare (la retta esprime proporzionalità tra la variazione di volume originale e volume finale).
= ΔV) . Ciascun punto percentuale di umidità contribuisce al ritiro totale del volume (sommatoria di tutti i punti di umidità).
Il coefficiente di ritiro unitario: βV = ΔV / 30 30 = nr. di intervalli
Es. Ritiro volumetrico totale: 2-6% + 4-12% = 6-18%
Ritiro medio ΔV=12% (passaggio dal 30% a 0%)
Coefficiente di ritiro: βV = 12%/30 = 0,04%
Esempio di stima dell'entità di un ritiro legno di 5 cm con U 15% e campo di variazione 18% - 10%
Ambiente con UR% 65% e campo di variazione 85% - 30%
Come abbiamo visto, il coefficente di ritiro βV, togliendo le percentuali sarà βV = 0,12 / 30 = 0,04
La variazione dimensionale sarà data dalla formula Var = Dim * ( βV * ( Var )
Dimensione iniziale Umidità
Analizzando il campo di variazione dell'umidità del legno: U 18% > U 15% rigonfiamento → Dim + Var = 5cm + [ 5cm *
(0,04 * 3)] iniziale Dimensione U 10% < U 15% ritiro→Dim - Var = 5cm - [5cm * (0,04 * 5)] iniziale Dimensione Formula accrescimento: Dim + Var dimensione iniziale Formula ritiro: Dim - Var dimensione iniziale Var Dimensione: Dim * (βV* VarU) iniziale 92.6 Effetti dell'anisotropia dei ritiriA seconda della disposizione degli anelli di accrescimento in una tavola di legno, si ottengonoeffetti diversi, pertanto sono diversi anche i ritiri in base alla direzione in cui si manifestano, seradiale o tangenziale ; in quest'ultima il ritiro della cellula è maggiore. 1. Fessure da ritiro: con le tensioni che si sviluppano all'interno del materiale (in assenza dideformazione) se viene superata la resistenza del legno a trazione trasversale, essomanifesta le fessure da ritiro: durante la perdita di umidità, le forze che si
sviluppano all'interno della struttura diventano superiori della forza che mantiene le cellule attaccate e si verifica una separazione nel tessuto. Il ritiro lungo la circonferenza è doppio rispetto al ritiro lungo il raggio.
Le fessure da ritiro si presentano in sezioni molto grandi, e sono inevitabili; non devono essere viste e percepite come un indebolimento della resistenza meccanica. Tipicamente vengono riempite con delle resine per tornare a dare una continuità al legno: se il legno prende umidità, la fessura tenderà a richiudersi, fenomeno opposto se perde umidità.
Quando c'è deformazione, non si sviluppa la tensione.
2. Imbarcamento e ritiro: il modo più semplice per ottenere le tavole di legno è tramite la segatura parallela, che permette di avere tavole diverse, avente lo stesso spessore; possono inoltre presentare una venatura diversa a seconda del piano di taglio.
tavola radiale: in direzione radiale il legno ritira la metà rispetto alla direzione tangenziale. Il ritiro avviene nello spessore, pertanto la tavola non subisce deformazioni bensì si mantiene piana; Sulle tavole radiali si possono avere deformazioni anche quando si ha diversi gradi di permeabilità tra diverse superfici. Se una delle due è impermeabilizzata, e l’altra invece continua a scambiare umidità, le deformazioni vengono indotte dalla differenza di gradienti, e non dal tipo di taglio.
tavola tangenziale (sub-radiale): allontanandosi dal centro del tronco, la faccia interna è più tangenziale di quella esterna, favorendo il fenomeno di imbarcamento, ovvero una riduzione dimensionale di larghezza e spessore (fenomeno transitorio in base all’umidità). Questo può essere impedito con l’essiccazione artificiale, applicando pesi sulla parte di tavola che tende a curvarsi, inducendo
così nel materiale delle deformazioni plastiche permanenti, che non condizionano la resistenza meccanica. L'effetto ottenuto durante il primo ciclo di essiccazione si modifica la struttura del materiale. Una volta finito il ciclo di essiccazione, il legno tenderà a riacquisire umidità, fenomeno non più rilevante, dato che il materiale è stato deformato plasticamente.
2.7 Comportamento del legno in relazione "Dimensione - Tempo"
La tabella dell'umidità di equilibrio indica appunto i valori di equilibrio, ma non il tempo necessario a raggiungerla (Tab. Parametri termo-igrometrici e peso -> linea rossa: variazione del legno, il quale è in continuo cambiamento in base all'ambiente esterno). (Tab. 2 Ordinate_ Incremento peso; Ascisse_ Tempo in ore) un campione di legno stabile è stato messo in ambiente dove, a tempo zero, è stata aumentata
l'umidità relativa. La variazione di peso del legno indica l'assorbimento da parte del legno dell'umidità, con l'obiettivo di raggiungere l'umidità di equilibrio. Sono state necessarie 40 ore affinché un campione di legno (spessore 2mm) trovasse la condizione di equilibrio.
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