Riassunto esame Tecnologia del Legno, prof. Marco Fioravanti, basato su appunti presi a lezione e dispense del professore

S

contenere a una certa temperatura. Queste due possono essere messe in rapporto per

ottenere l’​ umidità relativa U​ :

R​ U​ = (U​ / U​ ) * 100

R​ A​ S

Valori vicini a 0 indicano ambienti asciutti e predisposti ad acquisire acqua, valori vicini a

100 indicano ambienti vicini alla saturazione.

Si definisce umidità U del legno il rapporto tra la massa di acqua contenuta in un pezzo

​ ​

(massa attuale meno massa anidra)

, e la massa anidra di tale pezzo (riscaldata in stufa

​ ​

ventilata ad alte temperature): m − mo

U​

= * 100%

mo

dove m è la massa del pezzo nelle condizioni di umidità da determinare, e m​ è la massa

0

del pezzo allo stato anidro.

3.1.1 Intervallo igroscopico

Il legno è un materiale capace di scambiare acqua con l’ambiente​ : se l’ambiente è già

​

saturo, il legno potrà assorbire acqua, mentre se l’ambiente ha U​ bassa, l’acqua contenuta

R

nel legno potrà essere ceduta; in primis viene liberata l’acqua libera contenuta nel lume

​

cellulare, solo secondariamente potrà essere ceduta l’acqua legata alle pareti cellulari

, per

​

quanto, in natura, non si potrà mai arrivare a uno stato anidro. Si definisce punto di

​

saturazione delle pareti cellulari il valore di umidità del legno in corrispondenza del quale

tutta l'acqua di imbibizione è stata eliminata

, mentre tutta l'acqua di saturazione è ancora

​

legata alle pareti cellulari (per convenzione è fissato a U = 30%); esso segna una sorta di

soglia al di sotto della quale il legno comincia a presentare sensibili variazioni delle sue

proprietà fisico-meccaniche.

Un altro valore importante è quello dell’​ umidità normale​ , fissata per convenzione al 12%

come l’​ umidità raggiunta dal legno in un ambiente con temperatura 20° e U 65%

. Questo

​ ​

R

valore è utile nel caso si debbano comparare le proprietà di varie specie e quindi si

​

debba raggiungere un’uniformità nella percentuale di umidità tra di esse.

I valori di umidità possono essere diminuiti ancora grazie a svariate tecniche: con una

stagionatura in ambiente non controllato si possono raggiungere valori intorno al

14-15%

, mentre essiccazioni artificiali possono abbassare drasticamente la percentuale

​ ​

di umidità anche al 4-6%.

Ricapitolando, i valori di umidità del legno in base al suo stato sono:

● Legno Fresco​ (non essiccato) sempre > 30%

​

● Punto di saturazione circa 30%

● Legno stagionato naturalmente​ 15-18%

● Umidità normale​ (Ambiente 20° 65%UR) circa 12%

● Essiccazione artificiale​ > 4-6%

● Anidro​ (stufa ventilata a 103°) 0%

3.2 Effetti dell’acqua legata al legno

Gli effetti fisici dell’acqua sul legno si traducono in ritiri e rigonfiamenti​ , e sono rilevanti

​

solo per valori di umidità dal 30% (punto di saturazione) allo 0%; per valori superiori si ha

solo una variazione di peso. È quindi opportuno ricordare che il legno è un materiale

​

anisotropo a struttura ortotopica (tre direzioni), lungo le quali il comportamento è

omogeneo, ma che differiscono tra di loro. La deformazione avviene in modo consistente

​

nelle direzioni radiale e tangenziale

.

​

Si definisce ritiro dimensionale totale β​ la diminuzione percentuale che un pezzo di

​ ​

Dtot

legno subisce lungo una direzione D quando la sua umidità passa dallo stato fresco (> 30%)

​

allo stato anidro (0%): β​ = [(D​ - D​

) / D​ ] * 100

Dtot​ fr​ o​ fr​

Avremo una deformazione diversa a seconda della direzione​ , e in particolare:

​

β​ (ritiro longitudinale)​ : 0,1% - 0,6%

● Ltot ​

β​ (ritiro radiale)​ : 2% - 6%

● Rtot ​

β​ (ritiro tangenziale)​ : 4% - 12%

● Ttot ​

Come si vede, il ritiro avviene in tutte e tre le direzioni, per cui si può parlare di ritiro

​

volumetrico del legno ΔV​ , che avviene in modo lineare al variare di ogni punto percentuale

di umidità; utilizzando un coefficiente di ritiro volumetrico βV si suddivide il ritiro

​ ​

volumetrico in 30 intervalli, dal momento che la deformazione avviene nell’intervallo di

umidità 0-30%. Tenendo presente la percentuale di ritiro elencata prima, e potendo

trascurare quella longitudinale, si ha che:

ΔV = 2-6% + 4-12% = 6-18%

ΔV medio = 12%

βV = ΔV/30 = 12% / 30 = 0,4%

Per ogni punto percentuale di umidità, il ritiro volumetrico è di 0,4%​ .

​

Con discreta approssimazione si può ritenere che i ritiri parziali (cioè fra lo stato fresco ed

​ ​

una umidità finale U diversa da zero) siano proporzionali alla variazione di umidità

​

fin

intercorrente fra il punto di saturazione U​ e l'umidità finale U​ (si considera U​ perché il

sat fin sat

ritiro comincia a manifestarsi soltanto a partire da tale umidità). Considerazioni analoghe

possono farsi per il rigonfiamento del legno, che con buona approssimazione può essere

trattato come un ritiro di segno opposto.

Esempio 1 di stima dell’entità di un ritiro

legno di 50 mm con U 15% e campo di variazione 18% - 10%

● ambiente con UR% 65% e campo di variazione 85% - 30%

●

Come abbiamo visto, il coefficiente di ritiro βV, togliendo le percentuali sarà

​

​ βV​ = 12 / 30 = 0,4%

​

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​ * (​ 0,4%​ * 3

)]

​ ​ ​ ​

iniziale​ Dimensione​

U 10% < U 15% ritiro

​

→

Dim​ - Var​ = 5cm​ - [​ 5cm​ * (​ 0,4%​ * 5

)]

​ ​ ​ ​

iniziale​ Dimensione​

Esempio 2 di stima dell’entità di un ritiro

tavoletta di Rovere 800mm x 200mm x 30mm

● ambiente con UR 80% variazione U legno da 90% (stato fresco) a Ueq 16%

● →

ritiri percentuali: β​ = 0,1%, β​ = 5,3%, β​ = 10,5%

● Ltot​ Rtot​ Ttot​

La variazione di umidità che produce ritiri è da considerare al di sotto di U​ 30%

sat​

Var​ = U​ - U​ = 30% - 16% = 14% (14 intervalli)

umidità​ sat​ eq​

Togliendo le percentuali, il coefficiente di ritiro βV sarà

βV​ = 14 / 30 = 0,4666..

​

Conoscendo la percentuale del ritiro nelle varie direzioni, possiamo stimarne l’entità

ritiro longitudinale​ 14/30 dello 0,1% di 800mm

→

800mm x 0,001 x 0,4666.. = 0,37mm

ritiro radiale​ 14/30 del 5,3% di 200mm

→

200mm x 0,053 x 0,4666.. = 4,95mm

ritiro tangenziale​ 14/30 del 10,5% di 30mm

→

30mm x 0,105 x 0,4666.. = 1,47mm

se l’ambiente passa a UR 50% variazione da U​ 16% a U​ 9%

● → eq1​ eq2​

Si considera la variazione di umidità rispetto ai ritiri precedenti

Var​ = U​ - U​ = 16% - 9% = 7% (7 intervalli)

umidità​ eq1​ eq2​

Togliendo le percentuali, il coefficiente di ritiro βV sarà

βV​ = 7 / 30 = 0,2333..

​

Conoscendo la percentuale del ritiro nelle varie direzioni, possiamo stimarne l’entità

ritiro longitudinale​ 7/30 dello 0,1% di 800mm

→

800mm x 0,001 x 0,2333.. = 0,19mm

ritiro radiale​ 7/30 del 5,3% di 200mm

→

200mm x 0,053 x 0,2333.. = 2,47mm

ritiro tangenziale​ 7/30 del 10,5% di 30mm

→

30mm x 0,105 x 0,2333.. = 0,73mm

Questi ultimi valori vanno sommati a quelli precedenti per il calcolo del ritiro totale.

3.3 Anisotropia dei ritiri

Le differenti percentuali di ritiro nelle tre direzioni portano a determinati effetti:

fessure da ritiro​ : durante il ritiro, le forze che si sviluppano all’interno della struttura

​

● diventano superiori a quelle che mantengono le cellule attaccate

, portando a una

​

separazione del tessuto. Questo tipo di fessurazioni si manifesta inevitabilmente a

seguito della normale stagionatura di qualsiasi pezzo di legno massiccio che

contenga il midollo del tronco, e si manifestano con fessure longitudinali-radiali che

​

seguono l’andamento della fibratura

, con la tipica forma a “V”; non devono essere

​ ​

considerate come significative perdite di resistenza del legno​ .

imbarcamento e ritiro​ : come sappiamo, il legno è un materiale fortemente

● anisotropo, per cui il ritiro delle tavole dipende dal loro piano di taglio

. Per le tavole

​

​

tangenziali (3, 4), la faccia esterna sarà “più tangenziale” della faccia interna, e

questa differenza di ritiro tra le due porta inevitabilmente al fenomeno

dell’​ imbarcamento​ . Le tavole radiali (5), invece, per questioni di simmetria tra le

facce, ritireranno in spessore senza imbarcarsi

, rimanendo piane.

​

​

3.4 Comportamento del legno in base a dimensione e tempo

L’​ umidità di equilibrio U del legno varia in base all’umidità relativa U dell’ambiente, e può

​ R

essere indicata in una tabella con questi due dati come ascisse e ordinate; questa, però,

non tiene conto di un fattore fondamentale: il tempo che il legno impiega a raggiungere una

​

determinata umidità di equilibrio. Supponendo che un campione di legno si trovi in un

ambiente in cui, a tempo zero, è stata aumentata l’umidità relativa, la seconda tabella

mostra il tempo necessario a un campione di tot spessore per raggiungere l’equilibrio

.

​

​

Una tavola spessa 2mm impiega circa 40 ore a raggiungere l’equilibrio, una tavola di

2cm circa 40 giorni​ ; tutto ciò senza contare che l’umidità relativa dell'aria è in continuo

cambiamento. Misurando l’umidità contenuta in un legno di un certo spessore, bisogna

quindi considerare che si è di fronte un valore che è frutto dell’umidità relativa media di tot

​

giorni precedenti

. È per questo che, con un clima molto variabile, non è necessario

​

preoccuparsi della variazione di legni che abbiano uno spessore cospicuo.

4 Caratteristiche meccaniche ed elastiche

4.1 Comportamento meccanico

La tensione (o compre