un po' di storia
Vi sono molte prove indirette che l’uomo primitivo facesse uso del legno sin quasi dall’inizio dell’età della pietra, le prove dirette sono assai scarse, stante la deperibilità del materiale. Ovviamente qui ci occupiamo del legno soltanto come materiale da costruzione e non consideriamo il suo uso formidabile per lo sviluppo della civiltà umana quale carburante per accendere il fuoco e quindi scacciare i predatori, riscaldarsi e cuocere i cibi.
L’uso del legno, materiale assai abbondante e di facile reperibilità, era fortemente ostacolato dalla mancanza di attrezzi idonei a lavorarlo. Utilizzando semplici pietre o ossi taglienti risulta infatti assai difficile tagliare, segare, piallare, incastrare pezzi di legno fra di loro. In pratica l’utilizzo del legno quale materiale da costruzione importante dovette seguire la disponibilità di strumenti di metallo. Comunque esistono prove di piccoli recipienti scavati in blocchi di legno, addirittura di esempi di primitivi incastri a mortasa e tenone anche nei primi periodi della preistoria come il paleolitico inferiore e medio.
Quando si arrivò al paleolitico superiore (40.000 – 10.000 a.C.), con la maggiore disponibilità di strumenti efficaci di pietra, anche l’uso del legno quale materiale da costruzione si diffuse. Bulini, scalpelli e seghe utilizzati per lavorare l’osso, infatti, andavano benissimo anche per la lavorazione del legno.
Quando nel neolitico (8.000 – 3.500 a.C.) furono rese disponibili asce e scuri di pietra assai affilata, divenne possibile tagliare anche grossi tronchi di albero, aprendo la strada a costruzioni di legno di dimensione assai maggiore.
Di fatto, però, lo sviluppo della lavorazione del legno, stanti queste grandissime difficoltà nell’avere a disposizione strumenti idonei, fu assai lenta e per tutto il neolitico i progressi furono pochi.
Le cose cambiarono decisamente con l’avvento dell’uso dei metalli: rame, bronzo e infine ferro. A quel punto non soltanto risultò più facile tagliare, segare, piallare il legno ma con l’uso di chiodi, martelli di metallo, pinze, tenaglie e altri strumenti, il legno divenne il materiale da costruzione ideale per ripari stabili.
abitazioni in legno
Una classificazione delle odierne abitazioni di popoli primitivi può essere utilmente applicata agli equivalenti preistorici. In genere la classificazione è in quattro categorie generali: semplici ripari aperti contro il vento; costruzione di pali in un’opera aperta e leggera; costruzione con un minimo di intelaiatura fatta da pali ravvicinati; costruzione solida fatta di assi di legno, di zolle erbose, di fango, mattoni crudi o di pietre accostate.
Da ciò si intuisce come il legno sia stato il primo materiale da costruzione per le abitazioni per gli uomini che uscivano dalle caverne o vivevano in luoghi privi di caverne.
In Egitto il legno aveva un importante sostituto nelle canne e nella palma, che sono stati usati come materiali per la costruzione di case fino agli albori dell’epoca moderna. I legni venivano legati fra loro mediante nastri di tessuto vegetale o di cuoio.
Le prove di un utilizzo molto più avanzato del legno nel costruire case lo troviamo nell’Egitto attorno al 1350 a.C. nella città Akhenaten, vicina all’odierna El-Amarna, dove troviamo resti di costruzioni complesse, fornite di colonne di legno dipinto, sostegni di legno per le pareti, supporti lignei per scale e addirittura preziosi lavori di intarsio.
La mancanza o la scarsità di legname in alcune zone desertiche o paludose ne promosse il commercio fin dai primi tempi della nostra civiltà.
Costruzione di barche e navi
Dopo un periodo iniziale in cui zattere e vari natanti ebbero lo scopo di aiutare l’uomo nel nuoto, apparvero le prime barche vere e proprie.
La loro nascita seguì un percorso abbastanza lineare: in una prima fase si aveva un semplice galleggiante (di canne intrecciate o di papiro, di corteccia, di tronco scavato); in una seconda fase si ebbe la riunione strutturale di più unità galleggianti per migliorare stabilità e capacità di carico. In una terza fase il natante viene sagomato per ottenere una migliore navigabilità. Infine in una quarta fase compare la barca vera e propria con una pronunciata concavità che ne aumenta la galleggiabilità e la capacità di caricare al sicuro persone e merci.
Le prime navi di legno apparvero in Egitto. Non si sa precisamente quando ma certamente nel corso della IV dinastia, attorno al 2.600-2.500 a.C., esistevano navi in legno.
Le prime navi, naturalmente imitavano forme e proporzioni delle barche di canna o papiro e piccoli elementi di legno venivano tenuti assieme con legacci o incastri a coda di rondine. Mancava ancora una vera ossatura interna o chiglia che apparve successivamente con un impiego stavolta importante del materiale ligneo.
A quel punto, e per secoli fino all’introduzione del ferro nella costruzione di navi, cosa che accadde relativamente tardi e molto vicino a noi, il legno rimase il materiale base per la costruzione di imbarcazioni.
L’uso del legno in edilizia. Il Timber Frame
Dopo i primi tempi nei quali il legno fu il materiale base per a costruzione di abitazioni, l’uomo passò all’uso di pietre e poi mattoni legati fra loro da materiali cementizi (vedi sezioni ad essi dedicate), relegando il legno o a strutture edilizie non sostituibili da pietre e mattoni come per esempio le travi dei soffitti e alla costruzione di mobilio.
Tuttavia nell’America del nord i primi coloni imitarono le tecniche di costruzione dei nativi locali, utilizzando il legno in maniera assai più importante che in Europa e questa tradizione continua ancora oggi per due motivi fondamentali: da una parte la maggiore disponibilità di legname nel nord America rispetto all’Europa moderna e dall’altra la tradizione costruttiva, che è una cosa assai difficile da mutare se non per ragioni economiche stringenti.
E così ancora oggi negli Stati Uniti, ma anche in altri Paesi anglosassoni come l’Australia, la Nuova Zelanda, il Canada, il Timber Frame, ovvero il telaio strutturale di legno è ancora oggi la tecnica base per costruire case.
I ponti
I primi ponti furono probabilmente un insieme di barche tenute assieme da cordame. Successivamente si passò a ponti in legno ottenuti conficcando pali resistenti e appuntiti sul fondo dei fiumi e infine alla copertura con pietre e mattoni di queste strutture lignee. Il legno è dunque alla base della storia della costruzioni di ponti.
Alcuni esempi famosi di ponti di legno ancora esistenti includono il "Capilano Suspension Bridge" in Canada, il "Kintai-kyo" in Giappone e il "Chapel Bridge" a Lucerna, in Svizzera.
Ancora oggi i palazzi di Venezia si reggono su pali di legno conficcati nelle sabbie della laguna dove la carenza di ossigeno evita l’immarciscimento del legno.
Il materiale legno
Il legno è un materiale complesso. Le sue principali proprietà ai fini del suo utilizzo quale materiale da costruzione sono la resistenza, la durezza, la rigidezza e la densità.
La resistenza comprende un numero di caratteristiche eterogenee e varia con il grado di stagionatura o di umidità del legno e con la direzione della venatura: il legno risulta infatti molto resistente se viene tagliato lungo la venatura piuttosto che perpendicolarmente ad essa.
Il legno possiede una grande resistenza alla compressione: in alcuni casi, proporzionalmente al peso, è superiore a quella dell'acciaio; ha inoltre bassa resistenza a trazione e una discreta resistenza al taglio.
Il legno usato come materiale da costruzione nell'edilizia (ad esempio per fare pali di fondazione) deve risultare molto resistente alla compressione.
La resistenza alla curvatura è invece essenziale per la maggior parte degli elementi strutturali quali montanti e travi varie. Molti tipi di legno solitamente possiedono grande resistenza sia alla curvatura sia alla compressione; altri, come la quercia, sono molto resistenti alla curvatura e relativamente poco alla compressione, oppure come per la sequoia, si verifica la situazione inversa.
La durezza indica la capacità di resistere a sollecitazioni improvvise e ripetute. Il faggio e il frassino possiedono grande durezza e vengono utilizzati per fare manici di asce, martelli e un tempo ruote di carri. In particolare il faggio è più rigido del frassino e viene preferito per i manici sottili.
Altre proprietà meccaniche meno importanti possono essere fondamentali per determinati usi; ad esempio, l'elasticità e la risonanza dell'abete rosso lo rendono insostituibile per la cassa dei pianoforti.
Il legno appena tagliato contiene una grande quantità di acqua, che può variare da un terzo a più della metà del suo peso.
L'essiccazione, detta anche stagionatura, viene effettuata per numerose ragioni: il legno stagionato è molto più resistente al deterioramento di quello fresco, è molto più leggero e quindi diventa meno costoso effettuarne il trasporto e inoltre ha un potere calorifico notevolmente superiore.
La stagionatura può avvenire all'aria o in forno. La prima dura parecchi mesi, mentre per la seconda sono sufficienti alcuni giorni; in entrambi i casi, il legno deve essere accatastato con cura per evitarne la curvatura. Il grado di essiccazione deve essere accuratamente controllato.
I segni tipici del legno, detti venature, sono dovuti alla particolare struttura di questo materiale. Esso, infatti, consiste essenzialmente di piccoli vasi conduttori, nei quali fluiscono in senso verticale, dal fusto verso le foglie, acqua e sali minerali.
Quando il legno viene tagliato parallelamente all'asse del tronco, le venature appaiono diritte. In alcuni tipi di albero, tuttavia, i condotti sono spiraliformi e di conseguenza le venature si intersecano; un effetto simile si ottiene anche eseguendo un taglio non parallelo nelle piante comuni.
In alcune varietà di legno sono molto visibili i caratteristici anelli stagionali.
Un albero, dopo aver raggiunto una certa altezza, si ingrossa soprattutto nel tronco. La parte che cresce si chiama cambio e si forma annualmente tra il legno e il libro, la membrana vicino alla corteccia. Negli alberi delle zone temperate, il cambio nuovo cresce durante la primavera e l'estate, e solitamente il primo legno è più poroso e quindi più chiaro di quello prodotto in seguito.
Sebbene lo strato sottile di cambio sia l'unica parte del tronco interessata alla crescita attiva, le cellule vitali sono disseminate in tutto il tessuto. La parte vegetale attiva, cellule, fibre e vasi del legno, è chiamata xilema. Quando l'albero ha raggiunto una certa età, la parte centrale del fusto muore, e i condotti si riempiono di gomma o resina, o semplicemente di aria; questa parte centrale si chiama durame. Le modifiche che avvengono all'interno del tronco sono accompagnate da variazioni di colore tipiche delle varie specie di alberi, con il durame di solito più scuro dell'alburno, che rappresenta invece la parte più giovane, con funzioni conduttrici.
Da un punto di vista composizionale, le cellule di cui è composto il legno sono fatte essenzialmente di cellulosa (circa 50%), di emicellulosa (23/26%) e di lignina (24/27%).
La cellulosa è un idrato di carbonio a struttura polimerica costituito da vari monomeri di glucosio; al suo interno troviamo inoltre fasci di fibrille che si orientano in modo vario conferendo alla parete cellulare una resistenza meccanica.
L’emicellulosa è polimero con struttura simile alla cellulosa ma oltre a contenere glucosio contiene anche altri tipi di zuccheri come monomeri.
La lignina infine è un polimero aromatico di un monomero detto fenilpropano. La sua funzione è quella di irrigidire le pareti della cellula e dare consistenza meccanica al legno.
La struttura molecolare del legno è caratterizzata da una disposizione altamente ordinata di catene di cellulosa e emicellulosa, intrecciate e legate dalla lignina. Questa struttura contribuisce alle proprietà meccaniche del legno.
Il legno è un materiale igroscopico, il che significa che può assorbire e rilasciare acqua in risposta alle variazioni di umidità nell'ambiente circostante. Questa capacità può influenzare le dimensioni e la stabilità del legno.
Il legno ha una bassa conducibilità termica, il che significa che è un isolante termico naturale. Questa caratteristica rende il legno adatto per l'isolamento termico in edilizia.
La resistenza del legno è influenzata dalla sua struttura a fibra. La cellulosa fornisce resistenza in tensione, mentre la lignina contribuisce alla resistenza in compressione. La flessibilità del legno è legata alla disposizione delle fibre.
A causa della sua natura igroscopica, il legno può subire cambiamenti dimensionali, come la contrazione e l'espansione, in risposta alle variazioni di umidità e temperatura.
La decomposizione del legno può verificarsi a causa di fattori come l'azione dei funghi, l'esposizione agli agenti atmosferici e l'attacco di insetti. La durabilità del legno può variare a seconda delle specie e delle condizioni ambientali.
Oggi per migliorare la durabilità e la resistenza del legno, vengono utilizzati trattamenti chimici come la creosotazione, l'impregnazione con preservativi del legno e l'uso di sigillanti.
La creosotazione
La creosotazione è un processo chimico che coinvolge l'applicazione del creosoto, un composto chimico ottenuto durante il processo di distillazione della tarella (un tipo di catrame) proveniente dalla lavorazione del legno o del carbone. Questo processo è utilizzato principalmente come metodo di conservazione per prolungare la durata e la resistenza del legno, proteggendolo dagli agenti atmosferici, dall'attacco di insetti, e dalla decomposizione causata da funghi e batteri.
Il creosoto è una miscela complessa di composti organici che può contenere fenoli, cresoli, naftalene e altri composti aromatici. La sua composizione può variare in base alle fonti e ai processi di produzione.
La creosotazione è stata storicamente utilizzata per il trattamento di legno destinate a essere utilizzate in ambienti esterni, come ponti, traversine ferroviarie, pali telegrafici e altre strutture esposte agli agenti atmosferici.
Il processo di creosotazione implica l'immersione o il rivestimento del legno con il creosoto. Il legno viene spesso sottoposto a pressione per favorire l'assorbimento del composto nei pori del legno.
Il creosoto è noto per le sue proprietà preservative, che aiutano a proteggere il legno dalla decomposizione causata da funghi, insetti xilofagi e altri microrganismi.
Il legno trattato con creosoto diventa più resistente agli agenti atmosferici, all'umidità e alla luce solare, aumentandone così la durata nel tempo.
L'uso del creosoto è stato oggetto di attenzioni ambientali e sanitarie a causa della sua tossicità. Il creosoto è classificato come un agente cancerogeno e può rappresentare rischi per la salute umana e l'ambiente.
A causa delle preoccupazioni per la salute e l'ambiente, l'uso del creosoto è regolamentato in molti paesi. In alcuni luoghi, il suo utilizzo è stato vietato o limitato, specialmente per applicazioni che potrebbero portare al contatto diretto con le persone, come parco giochi o strutture residenziali.
Per questo sono state sviluppate alternative più sostenibili per il trattamento del legno, utilizzando preservativi a base d'acqua o altre sostanze più sicure.
In sintesi, sebbene la creosotazione abbia fornito una soluzione efficace per la protezione del legno in passato, le preoccupazioni relative alla sua tossicità hanno portato a regolamentazioni più strette e alla ricerca di alternative più sicure e sostenibili.
Torrefazione del legno
Una tecnica tradizionale, conosciuta nell’antico Giappone ma utilizzata in maniera intensiva anche in Europa (si pensi ai vecchi pali per la luce o il telefono) è la parziale combustione (o torrefazione) del legno per renderlo impermeabile e resistente a funghi e agenti atmosferici.
La parziale combustione del legno, nota anche come termo-trattamento o torrefazione del legno, è un processo che coinvolge il riscaldamento del legno in assenza o con limitata quantità di ossigeno. Questo trattamento termico può migliorare alcune proprietà del legno, tra cui la resistenza agli agenti atmosferici e l'idrorepellenza.
Tuttavia, è importante notare che il termine "combustione" è usato in modo improprio in questo contesto, poiché il processo non mira a bruciare il legno.
Ecco come funziona generalmente il processo di termo-trattamento del legno:
Il legno viene riscaldato in un ambiente controllato, solitamente a temperature comprese tra 160°C e 240°C. La presenza limitata di ossigeno impedisce la combustione completa del legno.
Il processo avviene in un ambiente in cui l'ossigeno è ridotto o assente per evitare che il legno si consumi completamente attraverso la combustione.
Durante il riscaldamento, l'umidità all'interno del legno viene rimossa e i composti volatili (come alcuni componenti della cellulosa e della lignina) si degradano o evaporano.
Il processo di termo-trattamento induce modifiche chimiche e fisiche nel legno. Queste modifiche possono includere la rottura di legami chimici, l'espansione delle pareti cellulari e la formazione di sostanze idrorepellenti.
Il legno sottoposto a termo-trattamento può diventare più resistente agli agenti atmosferici, alle muffe e agli insetti, grazie alle modifiche della sua struttura chimica e alle proprietà fisiche migliorate.
Il legno trattato termicamente può mostrare un miglioramento delle proprietà idrorepellenti, riducendo la sua capacità di assorbire acqua e resistendo quindi al gonfiore e al restringimento associati all'assorbimento di umidità.
Il legno trattato termicamente può essere utilizzato in una varietà di applicazioni, inclusi rivestimenti per esterni, terrazze, serramenti, pavimentazioni, traversine ferroviarie in legno (oggi sostituite da quelle in cemento) e altri prodotti in legno esposti agli agenti atmosferici.
Il termo-trattamento può rappresentare un'alternativa sostenibile ai trattamenti chimici tradizionali, poiché non richiede l'uso di sostanze chimiche potenzialmente dannose.
È importante notare che i dettagli specifici del processo possono variare a seconda delle tecnologie utilizzate e delle specifiche applicazioni. La parziale combustione, o termo-trattamento, è un approccio che mira a migliorare le prestazioni del legno senza ricorrere a trattamenti chimici più invasivi.
L’innovazione tecnologica del legno
Le innovazioni tecnologiche nel settore del legno hanno contribuito a migliorare le prestazioni, la durabilità e la sostenibilità di questo materiale in diverse applicazioni. Ecco alcune delle principali innovazioni tecnologiche nel campo del legno:
Legno Ingegnerizzato
Il legno ingegnerizzato è un prodotto ottenuto combinando legno massiccio con altri materiali, come adesivi e travi di legno lamellare. Questa tecnologia aumenta la resistenza, la stabilità e la durabilità del legno, consentendo la produzione di materiali da costruzione più efficienti e affidabili.
Legno Trattato con Acetilazione
L'acetilazione è un processo chimico che coinvolge la modifica della struttura cellulare del legno. Questo trattamento rende il legno più resistente agli agenti atmosferici, alle muffe e agli insetti, aumentandone la durabilità.
Pannelli in Legno Ricostruito
I pannelli in legno ricostruito, come il compensato e i pannelli lamellari incrociati (CLT), sono prodotti con tecnologie avanzate di incollaggio e pressatura. Questi pannelli offrono una maggiore resistenza e stabilità rispetto al legno massiccio e sono utilizzati in edilizia.
Legno Trattato con Resine Epoxy
L'applicazione di resine epossidiche al legno può migliorare la sua resistenza e durabilità. Questa tecnologia è spesso utilizzata per riparare e rinforzare le strutture in legno esistenti.
Legno Trattato con Nanotecnologia
L'uso di nanotecnologie nel trattamento del legno permette di migliorare le sue proprietà meccaniche e di resistenza. Nanoparticelle possono essere impiegate per rinforzare il legno a livello molecolare.
Costruzione Modulare in Legno
La costruzione modulare utilizza tecnologie avanzate per prefabbricare componenti in legno in ambienti
controllati. Questa metodologia accelera i tempi di costruzione e riduce gli sprechi.
Legno Fotovoltaico
Sono state sviluppate tecnologie che consentono al legno di integrare celle fotovoltaiche, trasformando le superfici in legno in generatori di energia solare.
Utilizzo di Robotica
L'impiego di robotica nella lavorazione del legno migliora l'efficienza e la precisione nella produzione di componenti strutturali complessi e dettagliati.
Legno Intelligente
Ricerca e sviluppo stanno esplorando l'idea di "legno intelligente", in cui sensori e dispositivi embedded sono incorporati nel legno per monitorare le condizioni strutturali e ambientali.
Legno Antibatterico
Tecnologie che introducono proprietà antibatteriche al legno possono migliorare la sua igiene e resistenza alla proliferazione di batteri e funghi.
Legno e Stampa 3D
La stampa 3D può essere utilizzata per creare componenti strutturali in legno con forme complesse e personalizzate.
Queste innovazioni contribuiscono a rendere il legno un materiale più versatile, sostenibile e adatto a una vasta gamma di applicazioni, dalla costruzione all'arredamento, all'energia rinnovabile. La ricerca e lo sviluppo continuano a guidare nuove scoperte nel campo del legno e delle sue applicazioni tecnologiche.
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