10. proprieta' meccaniche del...

30
Tecnologia del Legno 134 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNO Lo studio delle proprietà meccaniche del legno é complesso in quanto: la struttura non é omogenea anche nell'ambito di una stessa specie; l'effetto dei vari difetti (nodi, deviazione della fibratura ecc) é difficilmente schematizzabile, riproducibile e prevedibile con esattezza; lo stato igrotermico del legno, la temperatura di esercizio possono modificare l'andamento delle deformazioni e quindi delle sollecitazioni ammissibili; la presenza di tensioni interne (ritiro, sollecitazioni che si producono all'atto dell'abbattimento). Oltre queste considerazioni, le caratteristiche meccaniche del legno, e cioè il suo comportamento quando viene sollecitato da forze esterne, dipende anche dalle modalità di applicazione delle sollecitazioni (statiche e dinamiche). I fattori sopra elencati vengono tuttavia considerati da opportune normative frutto di approfondite sperimentazioni ed é possibile valutare gli effetti entro valori di approssimazione abbastanza stretti. I valori di resistenza che possono ottenersi nel corso di prove possono variare sensibilmente da un pezzo di legno all'altro e, quindi, si deve fare sempre riferimento a valori medi ottenuti da una numerosità campionaria definita, su basi statistiche, da specifiche norme di prova. Applicando ad un corpo, ed in particolare ad un pezzo di legno (provino, elemento strutturale ecc. ), una sollecitazione, questo si deforma. Pensando ad un provino sottoposto a compressione (o trazione) questo si accorcia di una quantità proporzionale al carico di una quantità (ε) con una legge che può essere espressa con un grafico del tipo: tensioni (σ) deformazioni (ε) ovvero, forza (N) - allungamento (Δl). E' possibile calcolare la tensione che si genera con il rapporto: A N = = σ resistente sezione carico ovvero la deformazione prodotta dal carico con l'espressione: l l Δ = = ε iniziale dimensione to allungamen Nel caso delle deformazioni elastiche e, per carichi di breve durata, esiste proporzionalità pressoché lineare tra deformazioni e sollecitazioni applicate: ε= Kσ da cui: l A l N E Δ = = = ε σ K 1 E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico) che rappresenta (per ε = 1) quella sollecitazione ipotetica capace di provocare un allungamento (accorciamento) uguale ad L (elle) e cioè di far raddoppiare la lunghezza del campione (o di renderla uguale a zero). Considerato che il legno é strutturalmente diverso nelle tre direzioni anatomiche fondamentali é necessario definire tre moduli di elasticità in quanto i valori sono notevolmente diversi: E assiale > E radiale > E tangenziale Per i valori numerici si rimanda ai manuali specializzati con l'avvertenza che i valori (8.000 - 15.000 MPa) variano in funzione della specie, della massa volumica, dell'umidità del legno e della temperatura. Nei casi pratici si procede solitamente applicando dei coefficienti riduttivi. A parità di condizioni valori medi sono quelli di seguito riportati: radiale assiale E E Conifere = 8 – 23, Latifoglie = 6 – 20; e tangenzial assiale E E Conifere = 17 – 40, Latifoglie = 12 – 26;

Upload: buinhi

Post on 05-Feb-2018

218 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

134

10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNO Lo studio delle proprietà meccaniche del legno é complesso in quanto:

la struttura non é omogenea anche nell'ambito di una stessa specie;

l'effetto dei vari difetti (nodi, deviazione della fibratura ecc) é difficilmente schematizzabile, riproducibile e prevedibile con esattezza;

lo stato igrotermico del legno, la temperatura di esercizio possono modificare l'andamento delle deformazioni e quindi delle sollecitazioni ammissibili;

la presenza di tensioni interne (ritiro, sollecitazioni che si producono all'atto dell'abbattimento).

Oltre queste considerazioni, le caratteristiche meccaniche del legno, e cioè il suo comportamento quando viene sollecitato da forze esterne, dipende anche dalle modalità di applicazione delle sollecitazioni (statiche e dinamiche). I fattori sopra elencati vengono tuttavia considerati da opportune normative frutto di approfondite sperimentazioni ed é possibile valutare gli effetti entro valori di approssimazione abbastanza stretti. I valori di resistenza che possono ottenersi nel corso di prove possono variare sensibilmente da un pezzo di legno all'altro e, quindi, si deve fare sempre riferimento a valori medi ottenuti da una numerosità campionaria definita, su basi statistiche, da specifiche norme di prova. Applicando ad un corpo, ed in particolare ad un pezzo di legno (provino, elemento strutturale ecc. ), una sollecitazione, questo si deforma. Pensando ad un provino sottoposto a compressione (o trazione) questo si accorcia di una quantità proporzionale al carico di una quantità (ε) con una legge che può essere espressa con un grafico del tipo: tensioni (σ) deformazioni (ε) ovvero, forza (N) - allungamento (Δl).

E' possibile calcolare la tensione che si genera con il rapporto:

AN

== σresistente sezione

carico

ovvero la deformazione prodotta dal carico con l'espressione:

llΔ

== εiniziale dimensione

toallungamen

Nel caso delle deformazioni elastiche e, per carichi di breve durata, esiste proporzionalità pressoché lineare tra deformazioni e sollecitazioni applicate:

ε= Kσ da cui:

lAlNE

Δ⋅⋅

===εσ

K1

E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico) che rappresenta (per ε = 1) quella sollecitazione ipotetica capace di provocare un allungamento (accorciamento) uguale ad L (elle) e cioè di far raddoppiare la lunghezza del campione (o di renderla uguale a zero). Considerato che il legno é strutturalmente diverso nelle tre direzioni anatomiche fondamentali é necessario definire tre moduli di elasticità in quanto i valori sono notevolmente diversi:

Eassiale > Eradiale > Etangenziale

Per i valori numerici si rimanda ai manuali specializzati con l'avvertenza che i valori (8.000 - 15.000 MPa) variano in funzione della specie, della massa volumica, dell'umidità del legno e della temperatura.

Nei casi pratici si procede solitamente applicando dei coefficienti riduttivi.

A parità di condizioni valori medi sono quelli di seguito riportati:

radiale

assiale

EE

Conifere = 8 – 23, Latifoglie = 6 – 20;

etangenzial

assiale

EE

Conifere = 17 – 40, Latifoglie = 12 – 26;

Page 2: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

135

etangenzial

radiale

EE

Conifere e latifoglie = 2.

Il modulo elastico che esprime, in definitiva, il comportamento meccanico del materiale legno: per uno stesso legno, assume valori molto diversi al variare della sua umidità e della temperatura. Valori minimi del modulo di elasticità si ottengono quando il legno è molto umido e la temperatura è elevata, come illustrato nel grafico tridimensionale che segue dove viene evidenziata la variazione del modulo elastico in funzione dell’umidità del legno e della temperatura.

Ad ogni deformazione, in una direzione, si verificano deformazioni anche nelle altre direzioni ortogonali. Tale fenomeno può essere definito dal coefficiente (adimensionale) m di Poisson (di contrazione laterale) che assume un valore diverso nella direzione tangenziale rispetto a quella radiale, sia in funzione della specie che del modulo di elasticità (E). Sono stati anche definiti altri moduli elastici quale ad esempio quello di elasticità tangenziale G nonché relazioni che consentono di definire completamente le proprietà elastiche di un certo materiale ed in particolare del legno. Per un corpo isotropo ed omogeneo ad esempio:

1mmE+

=G

dove G= modulo di elasticità tangenziale; m = coefficiente di Poisson; E = modulo di elasticità

In conclusione, possiamo affermare che ogni corpo si deforma sotto l'azione di forze esterne di breve durata e che, al cessare di queste, esso tende a riprendere la forma iniziale solo se la sollecitazione è avvenuta in campo elastico.

Le principali sollecitazioni a cui possiamo sottoporre un manufatto o un provino sono quelle di:

• trazione

• compressione

• flessione

• taglio

• torsione

• sollecitazioni composte.

Page 3: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

136

Tipi di sollecitazione

Poiché il legno è anisotropo, ciascuna delle sollecitazioni alle quali il legno può essere sottoposto produce, nelle tre direzioni, effetti diversi. In particolare:

compressione • parallelamente alle fibre, con carichi di breve durata • parallelamente alle fibre, con carichi di punta • parallelamente alle fibre, con carichi ripetuti trasversalmente alle fibre

trazione • parallelamente alle fibre, con carichi di breve durata • parallelamente alle fibre, con carichi ripetuti • trasversalmente alle fibre (in trazione e in spacco)

flessione statica • con carichi di breve durata • con carichi ripetuti

urto • trasversalmente alle fibre • di testa

torsione e taglio

durezza e usura

10.1-RESISTENZA A COMPRESSIONE

10.1.1. Compressione assiale parallelamente alle fibre con carichi di breve durata. Questo tipo di sollecitazione è quella a cui il legno più frequentemente sottoposto. Consideriamo un provino a forma di parallelepipedo con base quadrata di 2 cm di lato ed altezza di 3 cm. Con un'apposita macchina prova materiali (pressa meccanica o oleodinamica) cominciamo ad applicare un carico staticamente crescente; in ogni istante nella generica sezione trasversale del provino possiamo definire una tensione di compressione:

AN

misurata, nel sistema SI in Pa = N/m2

Page 4: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

137

Poiché tale unità di misura é molto piccola viene solitamente adottato un suo multiplo e cioé il kPa = 1000 Pa = 1000 N/ m2 ovvero anche il MPa (si ricorda che nel sistema pratico si hanno le seguenti corrispondenze 1 kPa = 0,01 kg/ cm2 e che 1 MPa =10 kg/ cm2). Il valore di A (cm2) é geometricamente noto così come il valore di N applicato dalla macchina. Se continuiamo ad aumentare il carico sul nostro provino, oltre un certo limite, ne procuriamo la rottura; la tensione massima raggiunta in quell’istante:

sale trasversuperficieapplicato totalecarico

_ ===A

NMAXrrotturaC σσ

viene definita tensione massima di rottura a compressione di quel materiale.

Da una macchina prova materiale possiamo ottenere un diagramma carichi - deformazioni. Nel primo tratto siamo in campo elastico e, al cessare della sollecitazione il campione ritorna nelle condizioni iniziali, nel secondo tratto viene raggiunto e superato il limite di elasticità per cui le deformazioni diventano permanenti (evidenziando le caratteristiche di plasticità del materiale); all'aumentare del carico si perviene infine alla rottura. Entro il limite di elasticità le deformazioni dei corpi sono proporzionali alle sollecitazioni; ciò significa che, raddoppiando i carichi si raddoppia anche la deformazione (legge di Hooke).

Meccanismo di rottura:

− a livello macroscopico: formazione di facce di scivolamento contenute in piani che intersecano i piani tangenziali secondo facce inclinate da 40° a 60° e i piani radiali secondo tracce orizzontali; separazione di strati secondo piani nella direzione della fibratura;

− a livello microscopico: ripiegamento a onde delle pareti di gruppi di cellule attigue.

Nelle Conifere si osservano frammentazioni delle pareti stesse attorno alle punteggiature areolate; nelle Latifoglie si notano frammentazioni in vicinanza dei raggi.

Fattori che influenzano la resistenza alla compressione parallela alle fibre

1. Inclinazione della fibratura; 2. massa volumica; 3. umidità; 4. temperatura; 5. nodi, resina e difetti vari.

Page 5: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

138

Inclinazione della fibratura rispetto alla direzione della forza

La resistenza alla compressione parallela alle fibre diminuisce all’aumentare dell’angolo α tra l’asse dell’elemento e la fibratura.

Per α > 45° si deve parlare di compressione trasversale.

Massa volumica

Esiste una correlazione diretta tra la resistenza a compressione e la massa volumica del legno che viene definita dal fattore di qualità statica.

ρσβ c. rottura' =

scrivendo la formula nel modo seguente

ρσβ100

c. rottura' = in km

si ottiene la lunghezza ideale di rottura a compressione, che esprime la lunghezza per la quale un prisma con base di 1 cm2 posto verticalmente si romperebbe per azione di compressione dovuta al proprio peso. La fittezza e l'aliquota di tessuto tardivo degli anelli ha notevole influenza sulla resistenza a compressione assiale.

Page 6: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

139

Umidità

Qualsiasi legname presenta il valore massimo di resistenza a compressione allo stato di essiccazione totale (stato anidro) e il valore minimo per contenuto di umidità pari o superiore al punto di saturazione delle pareti cellulari. Le variazioni della resistenza assiale in dipendenza dell'umidità possono essere stimate attraverso le formule:

sat2

1

u2 a c rottura

u1 a c rottura u u per )32()32(

<−−

=uu

σσ

se si conosce σrottura c. a umidità normale del 12 %

20)32( 2

normale umidità a c rotturau2 a c rotturau−

= σσ

Temperatura

Non è semplice separare l'effetto diretto della temperatura da quello provocato dalle variazioni igrometriche ambientali collegate alle diverse temperature; si considerano perciò due condizioni di umidità del legno indipendenti dalla temperatura, lo stato anidro e quello di totale imbibizione.

)( 12T1 a c rotturaT2 a c rottura TTn −−= σσ

Dove

n = 4,76 ρ0 allo stato anidro

n = 7,90 ρ12% a umidità normale

n = 3,15 ρu max allo stato di totale imbibizione.

Il legname imbibito e gelato (ad esempio il pilone di un ponte) ha una resistenza superiore a quella del legname non gelato.

Difetti vari

Nodi

La riduzione di resistenza compressione assiale è tanto più elevata quanto maggiore è il diametro del nodo in relazione alla sezione dell'elemento strutturale;

i nodi cadenti e quelli guasti sono assai più pregiudizievoli di quelli sani;

i nidi di nodi e i verticilli sono da escludere da pezzi sottoposti a forti sollecitazioni.

Fenditure e cretti

Le fenditure longitudinali, specialmente se inclinate rispetto alla direzione della forza, sono fortemente nocive, determinando una diminuzione della coesione tra i tessuti legnosi;

Page 7: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

140

le fenditure trasversali (dovute a tensioni interne e a sollecitazioni da vento) sono gravi perché corrispondono a una zona in cui si è già superato sia il limite elastico che il carico di rottura.

Tasche di resina e presenza di abbondante resina

Determinano una soluzione di continuità che provoca una diminuzione della resistenza a compressione. Nei Pini l'elevato contenuto di resina fa aumentare la massa volumica senza tuttavia fare aumentare la resistenza a compressione.

10.1.2. Parallelamente alle fibre (compressione assiale) con carichi di punta

Quando la compressione assiale viene applicata ad un prisma notevolmente lungo, cioè che presenta un rapporto tra la lunghezza L e la minima dimensione trasversale d per cui

L/d > 11

il prisma tende a inflettersi anche se il carico è perfettamente centrato rispetto alla sezione trasversale (caso ad esempio dei pilastri e dei puntoni di capriata). Tale sollecitazione è detta carico di punta.

10.1.3. Trasversalmente alle fibre (radiale, diagonale, tangenziale)

La compressione trasversale non dà origine ad una vera e propria rottura, in quanto il legno si comporta plasticamente, deformandosi e ripiegandosi spesso senza spaccarsi.

Dopo la fase plastica, le deformazioni aumentano senza che vi sia un aumento di carico; è difficile definire il punto in cui non si verifica più la proporzionalità delle deformazioni rispetto alle sollecitazioni. Non si può quindi parlare di carico di rottura.

Le sollecitazioni diagonali provocano deformazioni superiori rispetto a quelle tangenziali e radiali.

Meccanismo di deformazione:

a livello macroscopico non si ha rottura; il legno si comporta plasticamente, deformandosi, ma senza spaccarsi;

a livello microscopico si verifica lo schiacciamento delle cavità cellulari.

La resistenza a compressione trasversale aumenta notevolmente passando dallo stato fresco alle condizioni di umidità normale.

Page 8: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

141

10.1.3.1. Sollecitazione al traverso Un caso particolare di compressione trasversale che si verifica quando la sollecitazione è applicata solo sopra una parte dell'elemento strutturale disposto con fibratura orizzontale. L'adesione esistente tra le fibre al margine dell'area di contatto fa sì che venga coinvolta nella resistenza alla sollecitazione una superficie maggiore di quella di effettivo contatto. Di conseguenza la sollecitazione unitaria è minore di quella che risulta, considerando la sola superficie su cui si applica la sollecitazione.

Page 9: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

142

10.2. RESISTENZA A TRAZIONE

10.2.1. Parallelamente alle fibre, con carichi di breve durata La resistenza delle fibre isolate è sempre elevata e oscilla tra 330 e 1020 N/mm2, con moduli di elasticità da 12750 a 36800 N/mm2. Analogamente a quanto ottenuto nel caso della compressione, il carico di rottura a trazione (σrottura t.) è così definito:

σrottura t. = carico totale /superficie trasversale.

Anche nel caso della resistenza a trazione è possibile definire un fattore di qualità statica:

β' = σrottura t. / ρ

scrivendo la formula nel modo seguente

β' = σrottura t. / 100ρ, in km

si ottiene la lunghezza ideale di rottura a trazione, che esprime la lunghezza per la quale un prisma con base di 1 cm2 posto verticalmente si romperebbe per azione di trazione dovuta al proprio peso.

In generale si fa riferimento al rapporto:

σrottura t. / σrottura c.

che varia tra 2 e 3.

La maggiore resistenza a trazione rispetto a quella a compressione è assicurata dalle lunghe catene di molecole di cellulosa che, almeno in parte, passano da micella a micella e dalla ferma cementazione laterale delle fibre.

Fattori che influenzano la resistenza a trazione parallelamente alle fibre

1. inclinazione della fibratura; 2. massa volumica; 3. umidità; 4. difetti vari ed in particolare i nodi.

Inclinazione della fibratura rispetto alla direzione della forza

L'influenza della fibratura è maggiore che non nel caso della compressione. La resistenza a trazione è assicurata dalla lignina che irrigidisce lateralmente le micelle cellulosiche.

Massa volumica

La resistenza a trazione cresce all'aumentare della massa volumica, con una legge che è quasi lineare.

Page 10: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

143

Umidità

La resistenza a trazione decresce all'aumentare dell'umidità oltre un certo limite (l'influenza è minore rispetto a quella esercitata sulla resistenza a compressione). Nel campo ordinario di umidità (10 ÷ 20%), per ogni 1% in più o in meno si consiglia di adottare, rispettivamente, una diminuzione o un aumento del carico di rottura in ragione del 2,25% del valore a umidità del 15%.

Difetti vari

Nodi

Le fibre del legno attorno ai nodi sono così fortemente deviate da doversi considerare effettivamente interrotte agli effetti della resistenza a trazione, specialmente nel caso di nodi cadenti o fessurati in direzione ortogonale rispetto alla sollecitazione. I nodi della zona mediana o interna dell'elemento hanno un'influenza meno sfavorevole di quelli di estremità.

Fenditure e cretti

Le fenditure longitudinali determinano una diminuzione della resistenza alla trazione inferiore di quella determinata sulla resistenza alla compressione;

le fenditure trasversali sono assolutamente deleterie e i pezzi affetti da tali difetti devono essere scartati.

Legno di compressione

Provoca un notevole scadimento della resistenza per:

• accentuata eterogeneità del materiale con conseguente distribuzione irregolare delle tensioni;

• minore resistenza intrinseca del legno anomalo in dipendenza del forte angolo delle fibrille della parete cellulare.

10.2.2. Trasversalmente alle fibre - In trazione

La resistenza è molto bassa e si può valutare tra 1/30 e 1/60 della resistenza a trazione assiale. E' molto influenzata dalla direzione con cui decorrono gli anelli di accrescimento e, nelle Conifere, dalla maggiore o minore diversità nella compattezza e nella massa volumica tra la zona primaticcia e quella tardiva. La presenza di fibratura incrociata aumenta la resistenza, mentre la presenza di raggi fa sì che il carico di rottura a trazione trasversale in direzione radiale sia maggiore di quello in direzione tangenziale.

- In spacco

Costituisce un caso particolare di resistenza a trazione trasversale in quanto la sezione è sollecitata con una forza applicata solo a un estremo. La resistenza a spacco si può valutare tra 1/50 e 1/70 della resistenza a trazione assiale. La resistenza a spacco lungo la direzione tangenziale è maggiore di quella in direzione radiale (1,2 volte circa).

Fattori che influenzano la resistenza a spacco 1. inclinazione della fibratura 2. massa volumica 3. umidità

Inclinazione della fibratura rispetto alla direzione della forza

La fibratura intrecciata può elevare notevolmente la resistenza a spacco. La resistenza a spacco diminuisce notevolmente se, essendo il pezzo a fibratura diritta e con grossi raggi parenchimatici, il piano di separazione coincide con la direzione dei raggi.

Massa volumica

La resistenza spacco cresce all'aumentare della massa volumica.

Umidità

All'umidità normale la resistenza spacco è massima; allo stato anidro e a quello di totale imbibizione la resistenza è pressoché la stessa e pari a circa 6/10 di quella massima.

Page 11: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

144

Modulo di rottura Modulo elastico

|| fibre ⊥ fibre || fibre ⊥ fibre || fibre || fibreValori di riferimento 100 5 60 10 55-160 2500-17000Abete bianco 78 1.4 33 4.7 67 9,600 Larice 105 2.2 54 7.3 97 13,530 Pino nero 102 2 39 6.1 103 11,760 Pino silvestre 102 2.9 54 7.5 98 11,760 Abete rosso 84 1.5 30 4.1 60 9,100 Ontano 92 2 54 6.4 83 11,470 Frassino 161 6.9 51 10.8 118 13,130 Pioppo tremolo 108 2.7 47 2.6 77 10,700 Faggio 130 3.5 46 7.9 104 13,130 Betulla 134 6.9 50 10.8 144 16,170 Robinia 133 4.2 70 18.6 102 11,070 Castagno 132 4.5 49 6.3 75 8,820 Olmo 78 3.9 55 9.8 87 10,780 Carpino Bianco 153 3.8 54 16.7 140 14,700 Tiglio 83 4.9 51 1.8 104 7,250 Acero Montano 92 5.2 45 6.4 97 10,290 Pioppo tremolo 84 1.5 35 2 64 10,730 Noce 98 3.5 71 11.8 144 12,250 Salice Bianco 83 2.4 26 3.4 53 9,800 Quercia 130 4.7 45 11.4 11.4 9,566

Specie legnosa (N/mm2)Tensione di rottura (N/mm2)

CompressioneTrazione

Page 12: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

145

10.3. RESISTENZA A FLESSIONE

10.3.1. Con carichi di breve durata La flessione statica è certamente la sollecitazione che si riscontra più di frequente nel materiale legnoso impiegato in strutture portanti ed è pertanto più che giustificata l'attenzione che ad essa viene dedicata dagli Istituti di Ricerca, soprattutto nei Paesi dove le costruzioni in legno sono largamente diffuse. Il caso tipico della sollecitazione a flessione è quello delle travi disposte orizzontalmente sopra due appoggi di estremità oppure incastrate ad uno o ad ambedue gli estremi: sotto l'azione del carico la trave passa da un assetto rettilineo ad una curva il cui spostamento dall'asse mediano originario è indicato come "freccia". La curva carico/deformazioni mostra all'inizio un andamento rettilineo o sub-rettilineo rapidamente ascendente lungo il quale la freccia di inflessione è linearmente proporzionale al carico applicato. E’ questa la fase elastica della deformazione caratterizzata - quando il carico è di breve durata - dalla recessione pressoché totale della freccia al cessare della sollecitazione. Se invece il carico continua a crescere la curva passa dall'andamento rettilineo ad una accentuata concavità verso il basso proseguendo poi sino alla rottura irreversibile in modo spesso irregolare, vale a dire con un forte accrescimento delle deformazioni per aumenti relativamente modesti del carico. Anche sollecitazioni contenute entro i limiti di elasticità possono determinare, se mantenute a lungo o ripetute un gran numero di volte, delle deformazioni permanenti o la rottura. Nel caso di prove su legno netto, vale a dire privo del tutto di nodi e di difetti, la transizione tra il tratto rettilineo e quello susseguente curvo del diagramma carico/deformazioni è per lo più chiaramente identificabile (tanto da essere denominato "inflection point") mentre invece per legnami normali da costruzione con presenza di nodi od altre irregolarità strutturali si nota un largo raccordo. Inoltre nel tratto immediatamente precedente la rottura totale per frammentazione o per scorrimento longitudinale di fasci di fibre si verificano delle limitate fratture parziali denunziate acusticamente da scricchiolii ai quali nel diagramma corrispondono dei gradini ascendenti. Alla appariscente deformazione che si manifesta con la freccia di inflessione si accompagnano altresì delle deformazioni in direzione dell'asse longitudinale dell'elemento, di segno opposto verso i due bordi, uno dei quali risulta compresso e l'altro teso mentre nell'interno dell'elemento vi sarà un asse neutro lungo il quale le sollecitazioni sono nulle. Quando la sollecitazione di flessione viene applicata ad una trave di materiale isotropo le cui resistenze a compressione e a trazione siano identiche, il diagramma degli sforzi è bitriangolare e simmetrico secondo la relazione:

WM

flessione =⋅

=J

yMσ

nella quale (M) indica il momento flettente, (J) il momento d'inerzia della sezione rispetto al suo asse baricentrico ed (y) la distanza dei bordi estremi (dove si manifestano le maggiori sollecitazioni) dall'asse neutro che, nell'ipotesi di isotropia, coincide per l'appunto con l'asse baricentrico. Per una sezione rettangolare di base b ed altezza h sarà y = h/2 mentre per la sezione circolare di diametro d sarà y = d/2. Di conseguenza si avrà:

− per la sezione rettangolare 2bh

M6 ⋅=flessioneσ

− per la sezione circolare 3d

M32π

σ ⋅=flessione

Per i provini usati per le prove normalizzate di resistenza alla flessione statica, e cioè sbarrette a sezione quadrata di 2 x 2cm, poste su appoggi a distanza di 24cm, sollecitate da un carico centrale P, sì ha:

Pflessione 5,4=σ

Page 13: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

146

Per il calcolo delle travi inflesse partendo dal punto di vista della loro resistenza ai carichi applicati spesso ci si trova di fronte a frecce (deformazioni) troppo elevate che oltre a costituire un elemento estetico negativo, possono procurare problemi nei collegamenti (giunti) con la restante parte della struttura. Non vi può essere un criterio assoluto per stabilire il valore di freccia che conviene non superare, ma generalmente si ammette come valore massimo 1/300 della luce libera nella quale l è la lunghezza di trave che intercorre tra gli appoggi di estremità. Dalla Scienza delle Costruzioni il valore massimo della freccia per una trave di date caratteristiche sezionali, lunga 1, sollecitata da un momento flettente M derivante da un carico uniformemente distribuito q (espresso in daN/m) è fissato in:

JElq

JElq

JElMf

⋅⋅=

⋅⋅

=⋅⋅

=444

013,0384

5485

Imponendo la condizione che f non deve superare 1/300 della lunghezza della trave, sostituendo a J la sua espressione bh3/12, si viene in definitiva a trovare una correlazione tra le dimensioni della sezione, il carico uniformemente ripartito q e la lunghezza l. Agli effetti pratici conviene partire dalla scelta di un valore di frequente uso nelle segherie per la base b determinando la relativa altezza h sulla scorta delle indicazioni sopra riportate che conducono alla formula seguente:

3605,3bE

qlh⋅

⋅⋅=

nella quale l, b ed h sono espressi in cm e q in daN/cm.

Page 14: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

147

Il modulo di elasticità del legno è influenzato da umidità e temperatura.

Umidità

da u = 0% a u ≅ 3% E aumenta

da u ≅ 3% a u ≅ 30-32% E diminuisce fino a valori di 0.74-0.75 del massimo

da u ≅ 30-32% a u di imbibizione E diminuisce in modo ridotto fino a valori di 0.70-0.71 del massimo

Temperatura

t ≤ 100-102°C E si modifica in relazione alla perdita di umidità (effetto temporaneo)

t > 100-102°C E si modifica per l’avvio dei fenomeni di degradazione dei componenti del legno (effetto permanente)

t ≤ 0°C E aumenta

Per il legno, essendoci una forte differenza tra i valori di resistenza a compressione e alla trazione in ogni sezione trasversale, l'asse neutro non è più uno degli assi di simmetria. Infatti, crescendo il carico applicato sino a rottura, questa avviene con inizio sul lato teso; cosa che può sembrare in contrasto con il fatto che la resistenza a trazione è maggiore di quella a compressione. In realtà, non appena la sollecitazione dal lato compresso si avvicina al carico di rottura, intervengono forti deformazioni (piegature e allargamenti laterali) e la linea neutra si avvicina rapidamente al lato teso, nel quale la sollecitazione diventa superiore alla resistenza. In sostanza il fenomeno di rottura è in atto sul bordo compresso prima che non sul bordo teso, ma non porta alla distruzione visibile e rapida dell'elemento.

Fattori che influenzano la resistenza a flessione

1. inclinazione della fibratura 2. massa volumica 3. umidità 4. temperatura 5. difetti vari 6. forma della sezione trasversale, orientamento degli anelli e rapporto dell'altezza della sezione alla

lunghezza di flessione

Inclinazione della fibratura

La resistenza diminuisce notevolmente all'aumentare dell'angolo tra l'asse di una trave e la direzione della fibratura.

Page 15: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

148

Massa volumica

Al crescere della massa volumica aumenta la resistenza a flessione secondo una legge che può essere considerata rettilinea. Unica eccezione è rappresentata dai legni molto resinosi (Larice, Pino silvestre, Pino lancio, Pino domestico) per i quali l'aumento di massa determinato dalla resina può non provocare un aumento di resistenza, ma anzi abbassare la coesione.

Umidità

Passando dallo stato anidro a quello di saturazione la resistenza flessione diminuisce.

Temperatura

Anche per la resistenza a flessione è valida la legge generale di decremento della resistenza con l'aumentare della temperatura. Durante l'incendio di strutture lignee si considera che l'innalzamento termico comporti una diminuzione del 65% della resistenza a flessione.

Difetti vari

Nodi

Determinano una riduzione della resistenza a flessione soprattutto quando essi si trovano sul bordo teso e quando ve ne sono parecchi ravvicinati, come succede in corrispondenza dei verticilli dei rami nelle impalcature della chioma.

Fenditure e discontinuità varie

Le fenditure longitudinali sono pregiudizievoli quando sono molto profonde e la sezione trasversale della trave risulta quasi suddivisa in due parti sovrapposte nel senso dell'altezza, ognuna della quali si comporta come trave singola. In questo caso la resistenza a flessione è notevolmente minore.

Funghi

La diminuzione di peso a causa dell'attacco di funghi è proporzionale al quadrato della perdita dimensionale dei lati di sezione, mentre l'aumento della freccia è proporzionale alla quarta potenza della perdita dimensionale.

10.3.2. Carichi di lunga durata oppure ripetuti molto frequentemente La deformazione di un corpo, da un punto di vista generale, può essere considerata come composta da due parti:

- una deformazione elastica che cessa al cessare delle sollecitazioni;

- una deformazione plastica che permane anche quando sono cessate le sollecitazioni.

La freccia che appare subito dopo l'applicazione del carico dipende esclusivamente dall'elasticità del materiale e, di conseguenza, recede quando si scarica al trave.

Page 16: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

149

Se però il carico prolunga la sua azione nel tempo, la deformazione aumenta per l'aggiungersi di una deformazione anelastica, parzialmente irreversibile all'atto dello scarico (cedimento anelastico):

0fff tc −=

dove

cf = cedimento anelastico

tf = deformazione complessiva al tempo t

0f = deformazione elastica iniziale (al tempo 0).

Qualsiasi pezzo strutturale durante la sua permanenza in opera è soggetto a una ripetizione di sforzi, talora di senso alternato, applicati un numero grandissimo di volte. Tali sollecitazioni alternate rispondono al concetto di fatica e danno luogo a una diminuzione di resistenza a flessione. La diminuzione è direttamente proporzionale all'aumentare del numero di ripetizione dei carichi applicati. La tensione limite sotto la quale un dato materiale può sopportare un numero indefinito di variazioni di carico senza che intervenga una rottura è definito resistenza a fatica.

10.4. RESISTENZA AD URTO E' tipicamente una sollecitazione dinamica (importante ad esempio per impieghi del legno per attrezzi sportivi o arnesi da lavoro); data la brevità di applicazione del carico le sollecitazioni effettive all'atto della rottura per urto possono essere notevolmente superiori a quelle derivanti da prove statiche.

10.4.1. Urto trasversale Interessa travi appoggiate agli estremi oppure incastrate a mensola in un estremo. La resistenza a urto trasversale viene definita resilienza.

Fattori che influenzano la resistenza ad urto trasversale

1. inclinazione della fibratura 2. massa volumica 3. umidità 4. temperatura 5. difetti vari

Inclinazione della fibratura rispetto alla direzione della forza

Se la fibratura non decorre in direzione dell'asse si determina un decremento notevole della resistenza a urto trasversale in misura superiore rispetto alle altre resistenze. Basta un angolo di 10° per ridurre a metà il lavoro di rottura. Per il legno di Conifere, il lavoro di rottura per sollecitazione agente in direzione radiale è superiore a quello per sollecitazione agente tangenzialmente.

Massa Volumica

Il lavoro assorbito dalla rottura per urto trasversale cresce all'aumentare della massa volumica

Umidità

Gli effetti sono molto ridotti.

Temperatura

L'influenza è complessa in quanto non soltanto le diverse specie legnose hanno comportamenti diversi, ma questi possono a loro volta variare anche nell'ambito della stessa specie in dipendenza della massa volumica e dell'umidità

-10 ≤ t ≤ +20 °C modificazioni trascurabili

t ≥ 105 °C decremento progressivo dovuto alla degradazione termica del legno

Difetti vari

L'ampiezza degli anelli si riflette sul rapporto tra massa volumica e resistenza a urto trasversale. Per le Conifere ad anelli sottili corrispondono per lo più lavori di rottura maggiori. I nodi e le fessurazioni, soprattutto quelle trasversali, riducono notevolmente la resistenza ad urto trasversale.

Page 17: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

150

10.4.2. Urto di testa Normalmente si determina in legni sottoposti a urti dinamici ripetuti un numero grandissimo di volte (navette nei telai da tessitura); assume tutte le caratteristiche di resistenza a fatica.

La resistenza a urto di testa aumenta con la massa volumica, mentre diminuisce con la presenza di nodi, di deviazioni della fibratura, di altri difetti e all'aumentare dell'umidità.

10.5. RESISTENZE A TORSIONE

La torsione è la sollecitazione alla quale è sottoposto un elemento strutturale fisso a una estremità per effetto di una coppia agente in un piano trasversale rispetto all'asse. La rottura per torsione è essenzialmente una rottura per scorrimento longitudinale delle fibre.

10.6 RESISTENZE A TAGLIO Il taglio è la sollecitazione dovuta all'azione di forze, agenti nel piano di una sezione e la cui risultante passa per il baricentro della stessa, tendendo a fare scivolare una sull'altra le dueFacce della sezione.

Fattori che influenzano la resistenza a taglio

1. orientamento dell'elemento rispetto alla forza 2. massa volumica e umidità 3. temperatura 4. durata di applicazione dei carichi 5. dimensioni dei pezzi sollecitati.

10.7- RESISTENZA ALLA PENETRAZIONE Esprime la resistenza alla penetrazione di un corpo estraneo (durezza).

Per il legno la durezza ha una particolare importanza nei riguardi della maggiore o minore difficoltà che esso presenta nella lavorazione ai vari attrezzi.

Con il crescere dell'umidità, la durezza decresce rapidamente.

Page 18: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

151

10.8 RESISTENZA ALL'USURA Per usura s’intende l'insieme di fenomeni che si manifestano sulle superfici di due corpi a immediato contatto e dotati di moto relativo uno rispetto all'altro.

I fenomeni dipendono dalla durezza (elemento statico) e dall'attrito (elemento dinamico). Gli effetti delle sollecitazioni (tribologiche) sono direttamente collegati a

− tipo di moto (radente, volvente, d'urto, di percussione)

− tipo di contatto

L'usura dei materiali legnosi è influenzata da:

1. caratteristiche intrinseche del legno:

• orientamento anatomico della superficie sottoposta all'azione tribologica e struttura dei tessuti;

• massa volumica; • umidità; • stato delle superfici;

2. natura dei due corpi a contatto:

• legno – legno; • legno – metallo; • legno - materiali di diversa natura;

L'usura si esplica in modo diverso nelle tre direzioni anatomiche in relazione all'anisotropia strutturale:

nelle superfici di testa le sollecitazioni sono esercitate sulle superfici trasversali delle cellule, interessando contemporaneamente zona primaticcia e zona tardiva;

nelle superfici longitudinali radiali le sollecitazioni sono esercitate sulle pareti longitudinali delle cellule, interessando contemporaneamente zona primaticcia e zona tardiva;

nelle superfici longitudinali tangenziali le sollecitazioni sono esercitate sulle pareti longitudinali delle cellule, ma per fasi alternate zona primaticcia - zona tardiva. La progressione dell'usura non è uniforme

L'usura è minore sulle superfici di testa che non su quelle longitudinali. All'aumentare dell'umidità diminuisce l'entità dell'usura; per umidità superiori al punto di saturazione delle pareti cellulari è possibile che l'eventuale presenza di acqua libera contribuisca a ridurre l'attrito e quindi l'usura.

I legni nazionali più resistenti all'usura sono: • Olivo, • Bosso, • Rovere, • Carpino, • Faggio.

Page 19: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

152

10.9 - CARICHI DI LUNGA DURATA Il comportamento meccanico del legno è fortemente anisotropo, cioè risulta assai diverso a seconda delle direzioni anatomiche secondo le quali vengono applicate le sollecitazioni.

Per una comprensione anche semplicemente intuitiva del comportamento meccanico dei supporti lignei, conviene analizzare separatamente i tre seguenti comportamenti del legno (elastico, viscoelastico, meccano sorbitivo), che complessivamente costituiscono il comportamento reologico; nelle situazioni reali tali comportamenti possono coesistere e manifestarsi congiuntamente, potendo l’uno o l’altro prevalere a seconda delle circostanze.

Il comportamento elastico può essere schematicamente rappresentato su un diagramma carico-deformazione per carichi di breve durata: secondo un andamento ben noto al crescere del carico applicato la deformazione cresce, dapprima proporzionalmente al carico (fino al limite di proporzionalità), quindi più che proporzionalmente (fino al limite di elasticità), poi subisce deformazioni plastiche (irreversibili) fino a rottura.

L’inclinazione del tratto rettilineo iniziale del diagramma (che in tale tratto segue la legge diHooke) rappresenta la deformabilità del materiale: quanto meno esso è deformabile, tanto più è elevata la pendenza della retta (si avvicina alla verticale), tanto più elevato è il valore numerico del suo modulo elastico E (o modulo di Young) esprimibile proprio attraverso la pendenza di detta retta (fig 10).

Secondo tale comportamento, se il carico non supera il limite di elasticità, e viene ridotto fino ad annullarsi, anche la deformazione torna a zero (deformazione residua nulla).

Il legno, come noto, presenta una forte anisotropia nelle tre direzioni anatomiche:

in direzione longitudinale presenta modulo elastico e limite elastico elevati, comportamento a flessione duttile per il legno netto (cioè privo di difetti), fragile per il legno con difetti importanti;

in direzione trasversale presenta modulo elastico e limite elastico bassi, comportamento duttile a compressione e fragile a trazione;

al crescere dell’umidità (nel campo igroscopico) diminuiscono modulo elastico e limite elastico, aumenta la duttilità.

Se la deformazione plastica prima della rottura è grande, il comportamento a rottura del materiale viene detto duttile; se prima della rottura tale deformazione plastica è molto piccola, il comportamento a rottura viene invece detto fragile.

Se sotto l’azione di un carico un pezzo di legno si comportasse in maniera perfettamente elastica il diagramma carico-deformazioni potrebbe essere rappresentato da una retta (A) passante per l’origine con una pendenza rappresentata proprio dal modulo elastico del materiale. L’esperienza dimostra per il legno un andamento diverso (O A’B’) molto più evidente per carichi di lunga durata: al cessare del carico, le deformazioni non si annullano completamente.

Il comportamento viscoelastico si manifesta quando carichi costanti restano applicati per un tempo più lungo, in condizioni di temperatura ed umidità costanti (se questi variano subentra il comportamento meccano-sorbitivo), ed è caratterizzato dall’andamento progressivo delle deformazioni con il trascorrere del tempo, denominato scorrimento (creep); esso si manifesta in vari materiali, e nel legno è tanto più accentuato quanto più sono elevate l’umidità, la temperatura, e la tensione applicata.

Strettamente correlato ad esso è il rilassamento, caratterizzato dal fatto che imponendo al materiale una deformazione fissa, la corrispondente sollecitazione del materiale progressivamente diminuisce.

Page 20: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

153

- Comportamento deformativo del legno sottoposto a carichi di lunga durata, secondo i tre principali schemi di comportamento: (1) puramente elastico (ipotetico, a umidità costante) (2) puramente plastico (3) viscoelastico.

In figura vengono rappresentate le deformazioni, sotto carico costante ed in funzione del tempo, nei diversi modelli di comportamento schematizzati.

Nel caso del modello perfettamente elastico (1) quando viene applicato il carico si ottiene una deformazione istantanea (a), sostanzialmente corrispondente alla deformazione elastica; al perdurare del carico dall’istante t1 all’istante t2 la deformazione rimane costante nel tempo e si annulla completamente azzerando il carico (in condizioni di umidità e temperatura costanti).

Nel modello perfettamente plastico (2) non molto aderente al comportamento del legno, sotto l’azione di un carico costante, si avrebbero deformazioni crescenti nel tempo.

Nel modello perfettamente viscoelastico curva (3), più vicino all’effettivo comportamento del legno, si verifica che:

• mantenendo il carico costante, alla deformazione istantanea (a) si aggiunge una deformazione differita, crescente nel tempo (aumentando fino a rottura, oppure crescendo asintoticamente verso un valore limite, a seconda dell’entità del carico in relazione alle caratteristiche del materiale);

• azzerando istantaneamente il carico, la deformazione presenta una brusca diminuzione di tipo elastico (recupero istantaneo), seguita da una diminuzione più lenta (recupero differito), e tende asintoticamente ad una deformazione permanente (b) (anche se il carico non ha mai superato il limite di elasticità, purché abbia agito per tempo sufficientemente lungo; se viceversa il carico ha agito per breve tempo, la deformazione residua vale zero).

– Diagramma carico e deformazioni in funzione del tempo.

In figura è riportato un diagramma che rappresenta il carico applicato in funzione del tempo. Sono stati applicati cinque cicli di carico con valori crescenti ad intervalli di 2000 secondi e mantenendo costante la

Page 21: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

154

posizione della traversa di una macchina prova materiali. Come può rilevarsi dal diagramma, il carico applicato si riduce nel tempo a causa del cedimento anelastico del legno; all’aumentare dell’intensità del carico il cedimento differito nel tempo assume valori crescenti anche perché intervengono deformazioni permanenti (creep).

L’effetto congiunto di sollecitazioni meccaniche (soprattutto in direzione trasversale) ed igrotermiche, produce nel legno deformazioni significativamente maggiori con meccanismi assai complessi e tuttora oggetto di ricerca evidenziando un comportamento meccano-sorbitivo in cui interviene anche l’effetto di rigonfiamenti e ritiri alternati.

Page 22: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

155

Page 23: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

156

Page 24: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

157

10.10 – QUALIFICAZIONE DI TAVOLE STRUTTURALI DI ABETE

Tabella A. Classificazione a vista di tavole strutturali di Abete. Classe DIFETTO

TERZA SECONDA PRIMA Caratteristiche strutturali che riducono la resistenza.

A ≤ 0,50 A ≤ 0,33 A ≤ 0,20 singoli no restrizioni d < 70 mm d < 50 mm

raggruppati Ag ≤ 0,67 Ag ≤ 0,50 Ag ≤ 0,33

1. Nodi

sui bordi Ammessi A < 0.67 A < 0.33 2. Inclinazioni di fibratura ≤ 16% ≤ 12% ≤ 7% 3. Presenza di midollo SI (ammesso) SI (ammesso) NO 4. Anelli di accrescimento � ≤ 6 mm � ≤ 6 mm � ≤ 4 mm

da ritiro SI SI Ammesse solo se non passanti

da cipollatura NO NO NO

5. Fessurazioni

da fulmini, gelo, lesioni NO NO NO Caratteristiche geometriche

6. Smussi s < 0,50 s < 0,33 s < 0,12 arcuatura x < 12 mm/2 m x < 8 mm/2 m x < 8 mm/ 2 m falcatura y < 12 mm/2m y < 8 mm/ 2 m y < 8 mm/ 2 m svergolamento z < 2/25 mm z < 1/25 mm z < 1/25 mm

7. Deformazioni

imbarcamento t <1/20 mm t<1/30 mm t <1/50 mm 8. Legno di reazione Ar < 3/5 Ar < 2/5 Ar < 1/5

Caratteristiche biologiche 9. Fori di insetti NO NO NO 10. Azzurramento SI SI SI 11. Colorazione bruna per funghi NO NO NO

10.10.1 - Definizioni tipologia e misura dei nodi

- Nodo singolo: una qualsiasi porzione di ramo inclusa nell’elemento ligneo.

- Nodi raggruppati: insieme di due o più nodi pressappoco allineati che insistono su uno stesso tratto dell’elemento strutturale, aventi distanza minore a 150 mm, o insieme di due o più nodi, allineati o meno, aventi disposizione e dimensioni tali da impedire che fra un nodo e l’altro (del gruppo) la fibratura del legno recuperi il suo normale andamento (Figura 1).

- Nodi di bordo:sono quelli che sono visibili su uno o più bordi del segato.

Page 25: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

158

Fig. - 1 Esempio di nodi isolati e raggruppati.

10.10.1.1 – Misura dei nodi I nodi aventi diametro d inferiore a 5 mm non devono essere presi in considerazione e pertanto trascurati. Il foro lasciato da un nodo caduto è considerato come un nodo.

Nodi singoli Il diametro del nodo deve essere misurato, su tutte le facce e/o bordi su cui è visibile, nella direzione trasversale della tavola, secondo quanto illustrato in Fig. 2. L’appartenenza di una tavola a ciascuna categoria, in base alla presenza di nodi singoli, si valuta attraverso il parametro A che rappresenta il rapporto tra la somma dei diametri del nodo (su tutte le facce e bordi) ed il doppio della larghezza della tavola b. Il singolo nodo deve rispettare i limiti della tabella, oltre che nei riguardi del parametro A, anche per quanto concerne la dimensione massima del diametro d. Tale criterio si applica anche ai nodi di bordo che devono ugualmente essere misurati nella direzione trasversale della tavola.

classe Prima2,02

aa 21 ⇒≤+

=b

A

Fig. 2 – Misura del rapporto A per nodi isolati.

Nodi di bordo Nel caso in cui lo stesso nodo sia visibile su più facce e/o bordi del segato, la misura di A deve essere effettuata considerando il rapporto tra la somma dei diametri del nodo su ciascuna faccia ed il doppio della larghezza della tavola come indicato in Fig. 3. Indicando con b la larghezza dalla tavola, il rapporto A deve essere calcolato come dalle seguenti figure:

Page 26: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

159

bA

2aa 98 +

= b

A2

aa 21 +=

bA

2aaa 543 ++

= b

A2

aa 76 +=

Fig. 3 - Misura del rapporto A per nodi di bordo.

Nodi raggruppati. Nel caso di nodi raggruppati, si considera il massimo rapporto Ag tra la somma dei diametri dei nodi compresi in un tratto di 150 mm (che compaiono su entrambe le facce e i bordi) ed il doppio della larghezza della tavola. Tale rapporto deve rispettare i limiti della tabella A, e deve essere misurato come da Fig. 4.

bAg 2

aaaaaaa 7554321 ++++++=

Fig. 4 - Misura del rapporto Ag per nodi raggruppati.

10.10.2. - Inclinazioni di fibratura Per fibratura si intende la direzione o andamento generale prevalente delle fibre legnose nella tavola. In genere essa è parallela all’asse longitudinale dell’elemento, salvo deviazioni localizzate, per esempio intorno ai nodi, che non vanno considerate. L’inclinazione di fibratura, espressa in percentuale, è calcolata come pendenza delle fibre rispetto all’asse del segato, su una lunghezza di 1000 mm. L’inclinazione può essere misurata tramite graffietto, come illustrato in Figura 5, ovvero attraverso una semplice osservazione visiva se sono presenti lesioni causate dal ritiro. Rappresenta, quindi, la pendenza prevalente delle fibre legnose rispetto all’asse longitudinale del segato.

Page 27: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

160

100100AC

fibratura neInclinazio ×=×=yxBC %

Fig. 5 - Determinazione dell’inclinazione di fibratura.

10.10.3 -Presenza di midollo Il midollo è il cilindro centrale del tronco, all’interno del primo anello annuale. La sua presenza nel legname è ammessa solo in tavole di seconda e terza classe.

10.10.4. Anelli di accrescimento La larghezza degli anelli di accrescimento annuali viene misurata in mm nella direzione radiale e cioè secondo un diametro del tronco. La larghezza media l è ottenuta attraverso la seguente formula:

nL

=l

essendo L la larghezza complessiva degli anelli, misurata sulla linea più lunga e il più perpendicolare possibile agli anelli di accrescimento, secondo quanto illustrato in Figura 6, ed n il numero di anelli presenti. Per segati contenenti il midollo, la misura della larghezza complessiva L deve partire da una distanza di 25 mm dall’asse del tronco originario. La larghezza media l deve rispettare i limiti di tabella A.

Fig. 6 – Determinazione della larghezza media degli anelli di accrescimento.

10.10.5 Fessurazioni Le dimensioni delle fessurazioni dipendono in modo rilevante dal contenuto di umidità, pertanto i limiti forniti in Tabella A devono essere riferiti ad un contenuto di umidità non superiore al 20%. Le fessurazioni aventi larghezza inferiore a 1 mm devono essere trascurate.

Fessurazioni da ritiro Si definiscono fessurazioni da ritiro le discontinuità del tessuto legnoso dovute al naturale ritiro del legno in seguito alla perdita di umidità. Tali fessurazioni non determinano, in genere, una riduzione delle caratteristiche meccaniche del legname. Devono pertanto essere trascurate, tranne che per segati di Prima Classe in cui sono ammesse a condizione che non siano passanti. Le fessurazioni sono passanti quando attraversano da parte a parte una sezione del segato (ossia presenti su entrambe le facce della tavola).

Page 28: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

161

Fessurazioni da cipollatura Le fessurazione da cipollatura seguono l’andamento circolare di uno o più anelli di accrescimento e possono derivare da cause traumatiche o da una naturale predisposizione di alcune specie legnose (es castagno, abete bianco e larice). Si presentano come distacchi parziali tra due anelli annuali adiacenti. Tali fessurazioni non sono ammesse, pertanto il legname che presenta cipollature, anche parziali superiori ad 1 mm, deve essere scartato. In Figura 7 sono illustrati alcuni esempi di fessurazione da cipollatura.

Fig. 7 - Tipiche fessurazioni da cipollatura.

Fessurazioni da gelo, fulmini o lesioni Le fessurazione da fulmini, gelo o lesioni non sono ammissibili, se superiori ad 1 mm di larghezza.

10.10.6 -Smussi Lo smusso è una superficie arrotondata che raccorda due facce e/o bordi della tavola tra loro perpendicolari. In genere si tratta della superficie originale del tronco, con o senza corteccia, non toccata dalla lama della sega. Lo smusso, pur non riducendo la resistenza, deve essere limitato per ragioni costruttive generali. L’ampiezza dello smusso s è data dal rapporto fra la dimensione obliqua (corda) dello smusso k ed il lato maggiore della sezione h, come descritto in Figura 8.

Fig. 8 – Determinazione dello smusso.

Page 29: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

162

10.10.7 Deformazioni Le deformazioni sono variazioni della forma geometrica di un elemento rispetto a quelle ideali di prisma retto.

Arcuatura Deve essere riferita a 2 metri di lunghezza ed espressa con il parametro x che rappresenta la freccia secondo la direzione di incurvamento, come illustrato in Figura 9. Va misurata in corrispondenza della zona di maggior incurvamento. In caso di lunghezza del segato inferiore a 2 metri, occorre effettuare il riporto della freccia x misurata al valore equivalente relativo a 2 metri di lunghezza. Devono essere rispettati i limiti di Tabella A.

Figura 9: Deformazione di arcatura di una tavola e sua misurazione.

Falcatura Deve essere riferita a 2 metri di lunghezza ed espressa con il parametro y che rappresenta la freccia secondo la direzione di incurvamento, come illustrato in Figura 10. Va misurata in corrispondenza della zona di maggior incurvamento. In caso di lunghezza inferiore a 2 metri, occorre effettuare il riporto della freccia y misurata al valore equivalente relativo a 2 metri di lunghezza. Devono essere rispettati i limiti di Tabella A

Figura 10: Deformazioni di falciatura di una tavola e sua misurazione.

Svergolamento Deve essere riferita a 2 metri di lunghezza ed espressa con il parametro z che rappresenta la freccia secondo la direzione di svergolamento, come illustrato in Figura 11. Tale parametro è espresso con riferimento ad una larghezza della tavola di 25 mm. In caso di lunghezza diversa da 2 metri, e di larghezza della tavola diversa da 25 mm, occorre effettuare il riporto del parametro z al valore equivalente relativo a 2 m di lunghezza e 25 mm di larghezza. Devono essere rispettati i limiti di Tabella A.

Figura 11: Deformazioni di svergolamento di una tavola e sua misurazione.

Imbarcamento Viene espresso con il parametro t che rappresenta la freccia secondo la direzione di imbarcamento, come illustrato in Figura 12. Tale parametro è espresso con riferimento ad una larghezza della tavola di 20, 30 e 50 mm in funzione della classe di appartenenza. In caso di larghezza della tavola diversa da 20, 30 o 50 mm, occorre effettuare il riporto del parametro t al valore di larghezza predefinito. Devono essere rispettati i limiti di Tabella A.

Page 30: 10. PROPRIETA' MECCANICHE DEL LEGNOcomunicazioneambientale.altervista.org/alterpages/files/Cap.10pro... · E = viene definito modulo di elasticità o di Young (valido nel campo elastico)

Tecnologia del Legno

163

Figura 12: Deformazioni di imbarcamento di una tavola e sua misurazione.

10.10.8 - Legno di reazione

La quota ammissibile di legno di reazione (legno di compressione per conifere e di trazione per latifoglie) è determinata attraverso il parametro Ar, dato dal rapporto tra area della zona di legno di reazione e area delle facce del segato su cui tale legno di reazione compare. Il legno di reazione in una conifera è, in genere, riconoscibile per la sua colorazione più scura quasi traslucida. Devono essere rispettati i limiti di Tabella A

10.10.9 Fori di insetti Deve essere scartato ogni elemento soggetto ad infestazione da parte di insetti.

10.10.10 Alterazioni di colore: azzurramento

Questa alterazione cromatica è ammessa.

10.10.11 Colorazione bruna per funghi

Carie bruna o bianca, non è ammessa. Non è ammessa la presenza di vischio.