Case di Legno...        

COMPORTAMENTO E RESISTENZA DEL LEGNO ALL'AZIONE DEL FUOCO

  Indiscutibili pregi estetici e innumerevoli vantaggi pratici hanno reso il legno protagonista dell'edilizia moderna. Esistono però alcuni preconcetti che ne ostacolano una più vasta diffusione in Italia. Essendo infatti il legno un materiale naturale, composto essenzialmente da carbonio, idrogeno ed ossigeno, si è indotti a pensare che sia facilmente infiammabile. Esistono però numerose differenze su come inizia e si sviluppa il processo di combustione rispetto agli altri materiali; se è molto facile accendere un fiammifero, tutti sanno che è piuttosto difficile fare attecchire il fuoco a un ciocco di legno. Questo dipende dal fatto che, quando la superficie della sostanza infiammabile e la quantità di ossigeno sono molto più elevate rispetto al volume, la combustione si sviluppa velocemente (fiammifero); nel caso contrario, invece, la combustione risulta molto più lenta o può addirittura estinguersi (pezzo di legno).Per cui, aumentando la sezione di una struttura in legno se ne aumenta la sua resistenza al fuoco. Ma vediamo in dettaglio perché il legno può essere considerato un materiale adeguato anche in caso di incendio. Innanzitutto è assurdo pensare che il legno sia la causa dell'incendio. E’ praticamente impossibile che un fiammifero o un mozzicone di sigaretta possano appiccare il fuoco ad una trave. E’ piuttosto quello che si trova all’interno dell’ambiente che costituisce l'esca del focolaio (tende, carte, tappeti, etc.) . A questo proposito, per misurare ì rischi di incendio di una costruzione, si utilizza un parametro definito carico di incendio che, solo per comodità, si esprime come Kg di legna per mq di superficie. Inoltre, il legno resiste nel tempo sotto l'azione della fiamma. Questo aspetto è di fondamentale importanza in quanto permette ai soccorritori di prestare la loro opera anche dall'interno del fabbricato per un periodo più lungo rispetto a strutture eseguite con altri materiali. Questa resistenza è legata a caratteristiche del legno quali bassa conducibilità termica, resistenza all'azione del fuoco e minimo livello di infiammabilità e dilatazione.

BASSA CONDUCIBILITA’ TERMICA  

Con L'aumentare della temperatura, il legno inizia tre fasi successive di decomposizione. Nella prima fase il legno si riscalda e comincia l'evaporazione dell'acqua causando un minimo ritiro del legno.Nella seconda fase, all'aumentare della temperatura, si innesca l'accensione con conseguente carbonizzazione del legno fino a quando si trasforma in cenere.  Questo susseguirsi di fasi, se rapportato a un pilastro o a una trave di legno, produce una progressiva riduzione della sezione dell'elemento , che risulta tanto più lenta quanto maggiore è lo strato di carbone formato. Il legno carbonizzato negli strati superficiali di una struttura protegge il legno nell'anima, mantenendo inalterata la stabilità fisico-meccanica della sezione più interna.  

REAZIONE E RESISTENZA  

Pertanto:

-Con il simbolo "REI" si intende un elemento costruttivo che deve conservare per

un terminato tempo la stabilità, la tenuta e l'isolamento termico

- Con il simbolo "RE" si intende un elemento costruttivo che deve conservare per un

determinato tempo la stabilità e la tenuta

Con il simbolo "R" si intende un elemento costruttivo che deve conservare per un determinato tempo la stabilità. Molto spesso vengono confusi i termini reazione al fuoco e resistenza al fuoco ed è quindi utile fornirne una distinzione preliminare. Con il termine "reazione" si intende il grado di partecipazione di un materiale combustibile al fuoco. Secondo la circolare n° 12 del 17 Maggio 1980 del Ministero dell'Interno, i materiali sono assegnati alle classi 0, 1, 2, 3, 4, 5 con l'aumentare della loro partecipazione alla combustione; quelli di classe 0 non sono combustibili. Con il termine di "resistenza" al fuoco si intende l'attitudine di un elemento a conservare in tutto o in parte la stabilità “R", la tenuta "E" e l'isolamento termico “I" cosi definiti: R stabilità: attitudine di un elemento da costruzione a conservare la resistenza meccanica sotto l'azione del fuoco E tenuta: attitudine di un elemento da costruzione a non lasciare passare né produrre fiamme, vapori o gas caldi sul lato non esposto I isolamento termico: attitudine di un elemento da costruzione a ridurre la  trasmissione del calore.

VELOCITA’ DI CARBONIZZAZIONE DI ALCUNE SPECIE LEGNOSE  

DILATAZIONE  

Il legno è un materiale difficilmente infiammabile e questo non per la sua composizione chimica ma per il volume delle strutture normalmente impiegate in edilizia.  Ma non solo.  Una struttura metallica a contatto con fonti di calore si dilata fortemente, provocando uno spostamento sui vincoli e sui nodi che conduce al crollo della struttura a causa della deformazione.  Nel legno, al contrario, si verifica soltanto un ritiro dovuto alla fase di evaporazione prima della carbonizzazione.  Questo, essendo minimo, non comporta gravi danni alla struttura.  

CALCOLO DELLA RESISTENZA AL FUOCO SECONDO LA UNI 9504  

La normativa UNI 9504 specifica un metodo di calcolo per la valutazione analitica della resistenza al fuoco, limitata alla capacità portante di elementi singoli di legno sottoposti all'incendio normalizzato. Tale metodo si applica agli elementi strutturali singoli in legno massiccio o lamellare, non protetti, previa determinazione sperimentale della velocità di penetrazione della carbonizzazione oppure a elementi trattati con prodotti inifughi o protetti con idonei rivestimenti continui e aderenti, previa determinazione dell'incidenza degli stessi sulla velocità di carbonizzazione e/o sui tempi di ritardo alla combustione.

Il metodo di calcolo procede secondo tre fasi:

1) determinazione della velocità di penetrazione della carbonizzazione

2) determinazione della sezione efficace ridotta

3) verifica della capacità portante allo stato limite ultimo di collasso, condotta confrontando le azioni caratteristiche nella sezione più sollecitata, determinata con la combinazione delle azioni permanenti con il 70% delle azioni di breve durata (escludendo le azioni sismiche di natura dinamica, ragionevolmente non presenti durante l'incendio), con le resistenze di carico dedotte nell'ipotesi di comportamento lineare fino alla rottura. Si riporta di seguito un esempio di calcolo semplicemente appoggiata, con luce di calcolo di 4-5 m e resistenza al fuoco di R30, nel caso di esposizione al fuoco su tutti i quattro i lati della sezione.

IL LEGNO COME MATERIALE DA COSTRUZIONE

Prima di inoltrarci nella descrizione degli aspetti più tecnici relativi all’impiego del legno nel settore edilizio, risulta certamente opportuno soffermare l’attenzione su aspetti generali, al fine di sfatare alcuni luoghi comuni, purtroppo assai diffusi. I mass- media dedicano giustamente uno spazio sempre maggiore ad argomenti di fondamentale importanza quali l'esbosco selvaggio, le foreste bruciate con patrimoni usurpati, l’uso spropositato e in controllato del legno. Purtroppo, non sempre lo fanno con la dovuta competenza e offrendo un’informazione completa. Occorre infatti chiarire che questi gravissimi e ingiustificabili interventi distruttivi dell’uomo contro la natura riguardano essenzialmente aree del mondo non controllate da attente politiche forestali. Così, nel Sud America vengono distrutte intere foreste, senza per altro utilizzare con coerenza il legname abbattuto. Nei paesi africani invece il legno viene si sfruttato in modo coerente ma pur sempre senza alcun reale controllo e senza alcun tipo di organizzazione, per cui le risorse forestali vengono saccheggiate senza preoccuparsi minimamente delle conseguenze. Un discorso ben diverso deve invece esser fatto per i paesi più industrializzati, come il Nord America e l’Europa.  In Italia, contrariamente a quanto si potrebbe credere, il patrimonio forestale negli ultimi 100 anni è praticamente raddoppiato, mentre quello di Austria e Germania – nonostante il costante utilizzo- presenta un saldo attivo annuale pari allo 0.3%. Ma non solo.  In Austria e Germania, come nei Paesi Scandinavi, dove l'esportazione del legno incide in modo significativo nella bilancia commerciale, sono attuate politiche di tutela del patrimonio forestale estremamente severe.  Per cui le aziende sono obbligate a rimpiattare gli alberi tagliati, a fronte di pene che giungono sino a prevedere l'esproprio fondo per i casi più gravi di mancata ottemperanza alle disposizioni legislative. Certo in Italia si dovranno ancora fare molti passi avanti, tanto nell'impiego del materiale come in ambito normativo prima di riuscire ad adeguarsi in modo paritetico alla realtà.  D'altra parte basti pensare che nel nostro Paese si registra un consumo pro capite di 0.2 mc per abitante contro 0.7 mc/abit. della Germania e 0.99 mc/abit. della vicina Austria.

PREGI E  CARATTERISTICHE 

Numerosi sono i pregi che fanno del legno uno del principali materiali da costruzione e, in particolare per quanto riguarda la tradizione edilizia del nostro Paese, per la realizzazione di tetti. Leggerezza, economicità, elevata resistenza a compressione e a trazione, inattaccabilità da parte di agenti chimici, "stabilità" termica (essendo quasi non dilatabile al variare della temperatura), capacità termoisolante e facilità di lavorazione sono i punti di forza del legno rispetto agli altri materiali.  

COMPORTAMENTO NELL’AMBIENTE

Il legno degli alberi allo stato naturale possiede un elevato grado di umidità dovuto alla linfa circolante nel fusto.  L'acqua nel legno può essere contenuta allo stato libero, all'interno del lume cellulare, oppure può essere legata alla parete cellulare.  Una volta che l'albero viene abbattuto, la circolazione si arresta e l'umidità contenuta nel corpo legnoso comincia a diminuire in seguito al processo di evaporazione. Inizia in questo momento il fenomeno di essiccazione, comunemente chiamato stagionatura. A questo proposito occorre sfatare l'opinione per cui più lungo è il tempo trascorso dal taglio minore è l'umidità residua nel legno.  In realtà il legno esposto all'aria non raggiunge mai, anche in tempi lunghissimi, la secchezza assoluta (stato anidro) ma perviene soltanto a un equilibrio idrometrico con l'ambiente.  Inoltre il fenomeno di adeguamento del legno all’umidità  dell’ambiente esterno è in continuo divenire. In effetti, il legno manifesta un continuo interscambio di umidità con l'aria e solo in presenza di uguaglianza delle pressioni tra i due mezzi si ha l'equilibrio igroscopico e il legno raggiunge la cosiddetta "umidità di equilibrio".  Se l'umidità del legno è più elevata dell’umidità di equilibrio, il legno trasferisce umidità all’ambiente  (fenomeno di essiccazione o desorbimento). Se l'umidità del legno è inferiore all’umidità di equilibrio, l'umidità si trasferisce dall’ambiente esterno al legno (fenomeno di inumidimento assorbimento). Per cui, essendo l'igroscopicità del legno una proprietà naturale permanente e non eliminabile, il raggiungimento dell’equilibrio igroscopico del legno con l'ambiente risulta inevitabile.

Si potrebbe, per assurdo, affermare che il punto debole del legno come "materiale da lavoro" è quello di essere un "materiale organico", ossia morto fisiologicamente ma fisicamente vivo e per questo strettamente legato a quel sistema fisico "legno-acqua-aria" che ne genera i "movimenti" a cui si deve la sua instabilità.

Per questo, durante l'essiccazione, il legno attraversa due momenti critici di vulnerabilità dovuti a:

-         attacco da parte di funghi e insetti, con conseguenti alterazioni cromatiche, disintegrazione, gallerie;

-         azione di ritiro, con il manifestarsi di tensioni interne, variazioni dimensionali, deformazioni e fessurazioni.

Risulta ovvio che tanto in fase progettuale che costruttiva occorre tenere in debita considerazione tutti questi aspetti al fine di sfruttare al meglio le potenzialità di questo prezioso materiale.

L'umidità del legno utilizzato per la realizzazione di manufatti in edilizia dovrebbe presentare, in linea di principio, uno stato di equilibrio igroscopico con l'aria dell'ambiente in cui è posto in esercizio, altrimenti l'interscambio di umidità potrebbe provocare ritiri, rigonfiamento o tensioni con conseguenti fessurazioni, distacchi o deformazioni.

In realtà, il clima dell'aria cambia continuamente tra il giorno e la notte, tra i periodi di diversi giorni e tra le stagioni, presentando oltretutto notevoli differenze fra l'esterno e l'interno dei fabbricati. occorre quindi avere ben presente qual è il livello di equilibrio igroscopico della specie utilizzata e la dinamica dei suoi "movimenti" stimando quale sia quello prevalente (ritiro o rigonfiamento).

DIFETTI E ALTERAZIONI  

Da un punto di vista tecnologico i difetti possono essere indicati come imperfezioni che, pur essendo una caratteristica costitutiva del legno, ne riducono le prestazioni meccaniche. Per gli impieghi di carpenteria, i principali difetti sono indicabili nella presenza di fìbratura deviata, nodi, fessurazioni da ritiro e cipollature. Le alterazioni sono invece dovute a modifiche della struttura del legno causate dall'attacco di organismi quali batteri, funghi e insetti. I tipi di intervento che possono essere attuati per contrastare queste problematiche sono numerosi.  Così per contenere i fenomeni di ritiro e di rigonfiamento, occorre porre particolare attenzione al controllo dell’umidità media del legname e alla sua corretta stagionatura.  

LA STAGIONATURA E IL RITIRO  

Se il legno non viene immerso subito in acqua subito dopo l’abbattimento inizia il processo di essiccazione a causa dell’evaporazione dell’acqua libera dalla superficie del legno. Il raggiungimento dell’umidità di saturazione delle pareti cellulari negli strati periferici segna l’inizio della fase del ritiro e dell’apparire delle fessurazioni che dalla superficie del legno penetrano verso il centro. La stagionatura del legno è accompagnata da variazioni dimensionali chiamate ritiri. Questi fenomeni si manifestano quando il legno ha perso tutta l'acqua libera e il livello di umidità scende al di sotto del punto di saturazione della parete cellulare (circa il 30% del peso secco).

A seconda delle direzioni in cui si manifestano, i ritiri possono presentare differenze alquanto elevate.

Tre sono le diverse direzioni:

-   assiale

-      radiale

-      tangenziale.  

LA FESSURAZINE DELLE TRAVI  

Le fessurazioni da ritiro sono l'espressione della caratteristica anisotropica dei ritiri del legno quando nel pezzo è presente il midollo. Si tratta di un fenomeno insito alla struttura del legno, cioè del tutto naturale: non dipendente quindi né da un'erronea lavorazione né da una stagionatura insufficiente o condotta in modo non corretto; ma soprattutto la loro presenza non è indice di cedimento strutturale e, quando non oltrepassano il midollo stesso, non devono essere considerate come un grave elemento di indebolimento. Quando vengono messe in opera, le travi, ssufficientemente stagionate, presentano già le fessurazioni longitudinali.  Se, viceversa, il legno non ha ancora raggiunto una condizione di equilibrio igroscopico con l'ambiente circostante, può darsi che le fessurazioni non compaiono ancora. Ma non bisogna illudersi: con la successiva stagionatura subentrerà il ritiro, con conseguente diminuzione delle misure di sezione e apertura delle fessurazioni longitudinali. Una tecnica per ridurre le fessurazioni consiste nel tagliare la pianta in modo che da un singolo albero si ricavino due o più pezzi nel senso della sezione. Con questo sistema l'anello circolare è interrotto là dove si manifesta il massimo ritiro (quello tangenziale), unito a una stagionatura ottenuta anche con essiccazione da forno, offre ottimi risultati. Esistono comunque implicite difficoltà legate alla massima dimensione ottenibile dato che in questo modo le travi possono avere una sezione massima di circa 16x25 cm. A volte, sia per motivi prettamente estetici sia perché si teme che possa diventare ricettacolo di polvere o di insetti, sì potrebbe essere indotti a sigillare la fessurazione. Interventi di questo tipo però, oltre a impoverire la valenza estetica naturale del legno, potrebbero provocare seri danni. In seguito all'aumento o alla diminuzione dell’umidità del legno, infatti, le fessurazioni tendono ad allargarsi o a restringersi. Una stuccatura troppo rigida potrebbe quindi impedirne i naturali "movimenti" di restringimento e provocare, di conseguenza, ulteriori tensioni interne e l'apertura di nuove fessurazioni.

LA CIPOLLATURA  

Si tratta di un tipo di fessurazione tangenziale che si manifesta tra due anelli di accrescimento successivi oppure all'interno di uno stesso anello.  Il difetto -riscontrabile su diverse specie ma soprattutto su Abete bianco, Castagno e Quercia- può apparire prima della messa in opera, ma può anche manifestarsi successivamente, e costituire quindi un serio pericolo in quanto comporta una diminuzione della resistenza dell'elemento strutturale.  Pericolo reso ancor più insidioso dal fatto che questo difetto rimane per lo più occultato all’interno, e risulta quindi invisibile a un esame superficiale.

I NEMICI DEL LEGNO 

Batteri, funghi e insetti possono essere considerati i principali nemici del legno. Alcune specie legnose, come Larice, Pino, Quercia, Castagno, dispongono, soprattutto nel durame, di sostanze quali tannini, oleoresine, fenoli etc. che costituiscono una vera e propria difesa naturale nei confronti dell'azione dannosa di questi organismi nocivi.Per contro, altre specie come Abete bianco, Abete rosso e Pioppo, presentano una maggiore vulnerabilità all'attacco di insetti e funghì. Il sistema principale di lotta contro gli insetti è la prevenzione attuata con prodotti insetticidi mentre i sistemi di prevenzione contro i funghi sì basano sull'utilizzo di prodotti fungo-battericidi specifici.

LESIONI DOVUTE ALL'ATTACCO DEGLI INSETTI  

Esistono molte specie di insetti ("tarli")che attaccano il legno. Questi vengono distinti in due grandi gruppi: insetti parassiti ( attaccano esclusivamente gli alberi in piedi) e insetti saprofiti ( attaccano tronchi di legname fresco e legname in opera).Tra gli insetti saprofiti sono molti quelli che si nutrono di sostanze presenti nel legno fresco; rimangono quindi poche specie che attaccano il legno stagionato in opera. Tra queste le più diffuse sono: il capricorno delle case (Hilotrupes Bajolus), insetto dalle caratteristiche antenne lunghe, che attacca indifferentemente il legname di conifere e latifoglie posto in opera, e il tarlo dei mobile (Anobium) che diversamente attacca solamente il legname da conifera.

L'utilizzo di soluzioni preventive ( impregnazione con prodotti ecologici antisettici e antiparassitari) rimane ancora il sistema più efficace nella lotta a questa specie di insetti.

LESIONI CAUSATE DALL'ATTACCO DEI FUNGHI  

I funghi sono organismi che attaccano il legname fresco, nutrendosi delle sostanze ancora presenti in esso; abbassando l'umidità della massa legnosa si blocca la proliferazione delle spore e del fungo stesso, che non trova più l'acqua sufficiente. Tuttavia, la struttura del legno non viene mai danneggiata, anche se possono rimanere sulla superficie alcune striature bluastre, caratteristico segno dei funghi cromogeni.

PRODOTTI E TECNICHE PER LA PRESERVAZIONE DEL LEGNAME  

La maggior parte dei prodotti utilizzati per il trattamento del legname contengono una sostanza biocida e fungicida derivante dal petrolio.  I prodotti utilizzati dalla Grosso Legnami sono completamente eco-compatibili ossia composti da sostanze naturali, minerali e vegetali.  Si tratta di prodotti innovativi che mirano alla salvaguardia della salute perché non emettono alcuna sostanza nociva né durante né dopo l'applicazione.  Sono inoltre totalmente compatibili con l'ambiente perché alla fine del loro ciclo utile si reintegrano nel ciclo biologico naturale.

Per questo ci si rivolge a prodotti quali 'Linfa" , impregnante ai sali di boro in base acqua, che svolgono azione biocida, non sono volatili e, una volta evaporata l'acqua, il sale cristallizza proteggendo il legname. Inoltre, alcune sostanze che compongono il prodotto -come gli oli essenziali, resine e terpeni, etc.- sono state ricavate dal legno e, con l'applicazione del prodotto ritornano al legno, rivitalizzando la materia. Gli estratti minerali che formano la pigmentazione del prodotto non sono fotosensibili e permettono dunque di preservare nel tempo la brillantezza del colore.  

I CONTROLLI

Prima di procedere alla realizzazione del tetto, è fondamentale attuare una serie di controlli sia sulla qualità del materiale sia sulla posa in opera dei vari elementi strutturali.

Tra i controlli che il tecnico deve affrontare in fase di ispezione del materiale vi è la valutazione delle caratteristiche originarie del legno (quali massa volumetrica, spessore degli anelli di accrescimento, caratteristiche anatomiche)  

TRATTO DA

R. GUIDINI, tecnologia forestale, edizioni agricole

G. GIORDANO, tecnologia del legno, UTET

R. G. GIORDANO, la moderna tecnica delle costruzioni in legno, HOEPLI

Normativa UNI 9504

Normativa DIN 1052

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