Il contenuto di umidità del legno si riferisce alla quantità di acqua presente come liquido o vapore all'interno del legno dopo che l' acqua libera è stata evacuata. Viene generalmente espresso come frazione, o più comunemente come percentuale, del peso del legno secco. Anche l'umidità del legno viene misurata con un igrometro .
A parte l'acqua libera - cioè l'acqua contenuta nelle cavità cellulari così come negli spazi intercellulari e che vi è trattenuta solo per capillarità - l'acqua può esistere nel legno come liquido o come vapore nel lume della cellula. , e in la forma di acqua legata , per associazione molecolare all'interno delle pareti cellulari .
Il contenuto di umidità del legno, la sua variabilità, che ha nel contempo come immediata conseguenza la variazione della densità, la densità del legno stesso, nonché la variabilità del volume , che oltre alla variabilità del il peso dipende dalla variazione del contenuto di umidità sono fattori importanti nel determinare il valore del legno.
Quando un albero viene abbattuto, viene considerato "verde": il legno verde contiene ancora acqua libera, si dice che abbia un contenuto di umidità superiore al punto di saturazione delle fibre . Il concetto di punto di saturazione delle fibre è stato sviluppato dall'ingegnere americano Harry D. Tiemann nel 1906. È solo dopo che tutta l'acqua libera è stata persa che il legno raggiunge il punto di saturazione delle fibre. . A questo punto il legno non si contrae né cambia dimensione, in quanto le fibre sono ancora completamente sature d'acqua. Questa acqua legata viene evacuata durante l'essiccazione, che provoca fenomeni di ritiro , provocando la deformazione del legno.
Diverse caratteristiche fisiche o tecnologiche del legno sono correlate al suo contenuto d'acqua (e quindi alla sua densità e peso ): durezza , resistenza meccanica , ritiro , proprietà acustiche e termiche ; la galleggiabilità del legno . La conduttività elettrica è direttamente influenzata dall'umidità. La densità del legno influenza anche il costo di trasporto dei tronchi e del legname segato, il prezzo di acquisto del legname in peso, la resa della polpa ; la densità del legno è un fattore chiave per la valutazione della biomassa forestale e della bioenergia . L'umidità influenza il potere calorifico della legna da ardere , più una legna secca, più calore. La comprensione del comportamento del legno in relazione all'umidità è di grande interesse per i settori dell'industria che sfruttano o utilizzano il legno.
L'umidità del legno è una delle condizioni per la sopravvivenza di alcuni funghi, insetti o batteri che si nutriranno del legno. . Il legno è igroscopico, cioè acquista o perde umidità a seconda delle condizioni dell'ambiente circostante; guadagnando o perdendo umidità, il legno si espande o si contrae, noto anche come "lavorazione del legno", che è di interesse per i commerci di legname .
L'umidità si esprime in percentuale in due modi:
Il più delle volte è l'umidità sulla massa anidra che si esprime.
Le cellule di legno si sono appena formate in un albero vivente nato in un ambiente saturo d'acqua, e le stesse pareti cellulari sono probabilmente anche completamente sature di acqua. Le celle lignee la cui funzione principale è quella di convogliare l'acqua dalle radici alla chioma devono essere sature di acqua, per costituire le colonne d'acqua continue ed ininterrotte che costituiscono la base del trasporto idrico nella pianta . Quando le celle di legno non funzionano più principalmente come mezzo di trasporto dell'acqua, l'acqua nella cavità della cella può essere parzialmente o completamente riempita di gas, compreso il vapore acqueo . Tuttavia, la parete cellulare stessa rimane completamente satura.
L'acqua rappresenta dal 70% al 90% nella composizione della pianta e durante il metabolismo la pianta contiene più del 50% di acqua in movimento: la linfa nascente o grezza , contenente i nutrienti, e la linfa elaborata , in quantità minuscola rispetto alla prima . Il flusso di linfa grezza nello xilema è continuo e ascendente: l'albero si comporta come una pompa , il cui potente motore si trova nella sua parte verde, e che dissipa grandi quantità di acqua nell'atmosfera, per decomposizione chimica , guttazione e soprattutto sudorazione . La traspirazione vegetale è un fenomeno di notevole importanza (ad esempio un acero argentato adulto singolo di 14,50 m , può perdere fino a 225 litri d'acqua all'ora). Di notte la portata è bassa, nei giorni importanti, con un picco a mezzogiorno , la traspirazione ha l'effetto di ridurre il contenuto d'acqua dell'albero. In inverno invece, almeno per le angiosperme dei paesi nordici , l'albero va in letargo , la linfa è rallentata. I forestali si sono affidati alla temperatura per determinare la fine e l'inizio del periodo vegetativo, il periodo di crescita dell'albero: esiste una soglia, al di sotto della quale l'acqua non è utilizzabile dall'albero, in cui la pompa è disattivata o non si avvia: nelle regioni temperate tra 6 e 8°C.
La variazione del contenuto di umidità delle diverse specie arboree a seconda della stagione è nota, in quanto è un fattore importante preso in considerazione dai commercianti che vendono regolarmente legname a peso. È stato considerato anche in relazione alla galleggiabilità del legno nel contesto del trasporto con galleggiante., ma anche la deriva dei boschi sui fiumi ( grossi detriti legnosi ).
L'esperienza ha dimostrato che, a seconda della specie, il contenuto di umidità variava all'interno dell'albero, dal nocciolo alla corteccia e dal tronco alla chioma , e che variava anche in base alla stagione (in Populus tremuloides , Betula papyrifera per esempio, ma non nelle conifere settentrionali) . Le variazioni stagionali sono principalmente localizzate a livello dell'alburno ; l'umidità del durame appare relativamente costante durante tutto l'anno. Il contenuto di umidità aumenta dalla base del tronco verso la chioma . Una grande variazione nel contenuto di umidità dell'alburno nella regione della corona è apparentemente correlata alla variazione dell'intensità dei processi di traspirazione . Il contenuto di umidità di alcune varietà arboree può variare a seconda della loro età; per la quercia, questa interdipendenza è spiegata dai cambiamenti nella struttura anatomica del legno dovuti all'età.
Tipo di legno | Contenuto di acqua | |
---|---|---|
Alburno | Duramen | |
legno tenero | dal 150 al 200% | dal 40 all'80% |
legno duro | dall'80 al 120% | dal 60 al 100% |
In Populus tremuloides e Betula papyrifera il contenuto d'acqua è massimo in primavera appena prima del germogliamento ; diminuisce durante l'estate fino alla caduta delle foglie , poi aumenta fino a dicembre . A gennaio c'è una leggera diminuzione ma non tanto quanto in estate . La maggior parte delle variazioni del contenuto di umidità sono state osservate nel legno più vicino alla corteccia. In Populus tremuloides , il contenuto di umidità generalmente diminuisce con l'altezza. In generale, il peso di un carico di Populus tremuloides o Betula papyrifera , tagliato in estate ( giugno - luglio ) può essere stimato assumendo che metà del peso sia acqua. La legna tagliata a gennaio o febbraio contiene più acqua e può essere del 6% più pesante rispetto allo stesso volume tagliato in estate. Il contenuto di umidità varia di anno in anno. Questo è vero nella tremula tremula , l'albero contiene più umidità durante la dormienza (durante la siccità il tronco dell'albero si restringe di diametro).
Contenuto idrico delle betulle del New Brunswick (Clarks, 1957;)
Pertanto, il legno verde contiene generalmente acqua in tre forme: acqua liquida che riempie parzialmente o completamente le cavità cellulari (a volte chiamata " acqua libera " per distinguerla dall'acqua intrappolata nella parete cellulare); del vapore acqueo nel lume della cella ( lume ); e l'acqua nella parete cellulare detta " acqua legata ", trattenuta nel legno con forze molto più forti di quelle che trattengono l'acqua libera. I termini "libero" e "legato" sono relativi, in quanto l'acqua nelle cavità cellulari è soggetta a forze capillari , e quindi non è nello stesso stato termodinamico dell'acqua liquida ordinaria in un grande contenitore . “Inoltre, l'acqua nel lume della cellula può contenere anche materiali solubili in acqua che ne riducono lo stato termodinamico e la rendono meno libera della normale acqua liquida senza soluti. " .
Quando il legno verde viene essiccato, perde prima la sua acqua libera. Una cella che ha perso tutta la sua acqua libera, e che quindi contiene solo vapore acqueo nel suo lume, per pareti cellulari completamente sature, fu caratterizzata per la prima volta dal " punto di saturazione della fibra ", da Harry D. Tiemann nel 1906.
Il contenuto di umidità (TH) è solitamente espresso in percentuale e può essere calcolato dalla formula:
dove è la massa d'acqua nel legno ed è la massa del legno anidro. Operativamente, il contenuto di umidità di un dato pezzo di legno può essere calcolato con la formula
dove è la massa del campione ad un dato contenuto di umidità ed è la massa del legno anidro.
Per calcolare il contenuto di umidità di un ceppo, si preleva un campione rappresentativo (sezione di tronco o nocciolo prelevato con una trivella Pressler ) dalla parte centrale del ceppo ; il campione verde viene pesato; il campione viene essiccato in stufa a 105°C per 16-18 ore; posto in un contenitore su un essiccante per 30 minuti e pesato a temperatura ambiente; il campione viene nuovamente posto in stufa per 2 ore, quindi posto in un contenitore sopra un essiccante e ripesato a temperatura ambiente per assicurarsi che il peso si sia stabilizzato. Applichiamo la formula alla formula sopra dove è la massa iniziale del campione (peso verde) ed è la massa del campione essiccato (TH in%). La formula può dare un contenuto di umidità superiore al 100% perché a volte il peso dell'acqua in un campione supera il peso del legno stesso.
Il legno verde è spesso definito come il legno appena tagliato in cui le pareti cellulari sono completamente sature d'acqua e l'acqua aggiuntiva può risiedere nella luce . Il contenuto di umidità del legno verde può variare da circa il 35% al 120% (200% per il pioppo). Nei legni teneri verdi, il contenuto di umidità dell'alburno è generalmente superiore a quello del durame ; nei legni duri verdi, la differenza di umidità tra durame e alburno dipende dalla specie.
In base al suo contenuto di umidità un legno si dice:
La densità del legno essendo dipendente dalla sua umidità, è possibile identificare le nozioni di densità anidro, della densità allo stato secco in aria; di densità allo stato verde. Queste misurazioni della densità sono utilizzate principalmente dai forestali per facilitare i confronti tra le specie. Per la densità allo stato secco dell'aria (SG) deve essere specificato il contenuto di umidità: 8, 12 e 15%, variabile secondo consuetudine a seconda della regione geografica, differenze dovute al fatto che i forestali avevano storicamente richiesto un valore per l'opera di legno essiccato all'aria per uso locale, e con un contenuto di umidità di equilibrio (EMC, a contenuto di umidità di equilibrio ) determinato dalla temperatura e dall'umidità locali dell'aria.
La densità ( densità assoluta) del legno è anche data in relazione ad un contenuto di umidità.
Le proprietà fisiche come durezza del legno (metodo Chalais-Meudon ), compressione e flessione sono date per una determinata umidità del legno (12%).
Il contenuto di umidità del legno dipende dall'umidità relativa e dalla temperatura dell'aria in cui si trova. Se il legno rimane abbastanza a lungo in un'atmosfera per la quale l'umidità relativa e la temperatura rimangono costanti, anche il contenuto di umidità diventerà costante al valore noto come bilancio dell'umidità (HME). Quindi ogni combinazione di umidità relativa e temperatura ha un EMC associato. L'EMC aumenta con l'aumento dell'umidità relativa e con la diminuzione della temperatura. Gli EMC deboli accelerano l'essiccazione all'aria, che è spesso vantaggiosa, ma può anche essere dannosa per le specie, come la quercia, che sono suscettibili di spaccatura superficiale all'inizio del processo di essiccazione, quando l'essiccazione avviene troppo rapidamente. Quando si conosce l'EMC della potenziale posizione di un prodotto in legno finito, è teoricamente possibile asciugare con questo contenuto di umidità.
Il legno appena abbattuto grazie all'elevato tasso di umidità (95% rispetto al peso a secco per le latifoglie e 150% per le conifere) è preservato dall'attacco di funghi. Perché si sviluppino, il contenuto di umidità del legno non deve essere né troppo alto (satura d'acqua e quindi povero di ossigeno) né troppo basso (umidità inferiore al 20%). L'umidità molto alta o molto bassa è quindi la migliore protezione contro l'attacco fungino.
Il volume del legno varia in base al tasso di umidità: il legno si restringe man mano che si asciuga quello che viene chiamato ritiro . Il ritiro dallo stato verde allo stato anidro varia da circa il 4% (teak, Tectona grandis ) al 20% ( ebano africano , Diospyros spp .).
I scolitidi e Platypes tunnel nel legno o appena macellati per deporre le uova. La loro azione viene definitivamente interrotta non appena l'umidità del legno scende al di sotto del 30-35%. L'attacco è quindi terminato quando si utilizza il legno.
C'è sempre interesse a segare tronchi il più verdi possibile; o tronchi da stoccaggio umido : il coefficiente di attrito legno-acciaio è più basso su legno crudo che su legno secco, con conseguente riduzione dell'usura dei denti di sega , per attrito e riscaldamento ; l'umidità nei ceppi aiuta anche a raffreddare la lama. La soluzione più semplice è esercitarsi a segare subito dopo l' abbattimento . Il legno viene anche immagazzinato nell'acqua ( stagno di tronchi ); L'irrigazione permanente viene praticata anche sui depositi di tronchi adiacenti alla segheria.
Negli arsenali navali, il legno veniva spesso utilizzato subito dopo l'uscita dalle clavicole : quando era saturato d'acqua. Gli studi archeologici sui mobili e le cornici del Medioevo , d'altra parte, mostrano che i boschi erano per lo più lavorati e posti a verde o ressuyé.
Nei grandi cantieri permanenti, i costruttori erano costretti a rifornirsi con largo anticipo di varie specie legnose, in modo da avere sempre un vasto assortimento di pezzi di ogni configurazione e dimensione che rispondessero a tutte le esigenze anticipate e agli imprevisti. Abbiamo praticato lo stoccaggio a secco sotto capannone, interramento ma soprattutto enclavation .
L'enclavazione, che è un metodo di stoccaggio umido dei tronchi, viene praticato in grandi bacini, chiamati pozzi dell'albero. Lo stato di saturazione, invece, è lo stato abituale di buona parte dei boschi marini , almeno delle opere morte ; costruttori navali sanno (anche se i meccanismi di degrado, in particolare il secco marciume loro sono sconosciuti al XIX ° secolo), questi partiti sono meno propensi a marcire alcune parti emerse. Le navi stoccate a fianco sono zavorrate in modo che lo scafo affondi nell'acqua, garantendone così la conservazione. La vita di una nave, tuttavia, raramente superava i 15 anni e il marciume era quasi sempre la diagnosi finale che portava alla demolizione della nave.
L'invaso ha preservato i boschi dagli insetti che brulicavano nei capannoni di stoccaggio.
Il legname galleggiante un tempo molto diffuso, spesso ampliato dall'incavo, implementazione tecnica su legno saturo o impregnato d'acqua cresce negli arsenali navali. Il legno viene utilizzato subito dopo l'uscita dalle clavicole : quando è ancora saturo d'acqua, il legno è più tenero e più facile da lavorare, e d'altra parte c'è meno lavoro. I pezzi degli accordi possono essere assemblati anche saturati d'acqua senza causare alcun inconveniente. L'essiccazione viene poi lasciata avvenire liberamente sul telaio: dopo il sollevamento delle coppie , passa un anno prima che venga posto in opera il fasciame .
Il legno è igroscopico, cioè acquista o perde umidità a seconda delle condizioni dell'ambiente circostante. Lo scambio di umidità tra legno e aria dipende dall'umidità relativa e dalla temperatura dell'aria e dalla quantità di acqua nel legno. Nei climi temperati l'umidità del legno varia intorno al 7% -8% in inverno in ambienti riscaldati, e 19% -20% all'aperto con umidità relativa dell'80%. Guadagnando o perdendo umidità, il legno si dilata o si contrae, detta anche falegnameria o gioco del legno, che è responsabile di possibili disturbi nella messa in opera del legno o nel comportamento del legno lavorato . Legno non molto secco ed esposto all'aria, oppure legno troppo secco ed esposto in luoghi umidi, "tormenti, spaccature o coste" .
La maggior parte dei problemi con il legno utilizzato come materiale da costruzione sono problemi di umidità. La vernice scheggiata, la putrefazione, la deformazione, le crepe e il ritiro generale sono tutti correlati all'acqua associata al legno. Il legno si restringe e si gonfia solo al di sotto del suo punto di saturazione della fibra , che è di circa il 28% di umidità (MC). Il legno si restringe e si gonfia a contatto con acqua liquida e umidità relativa.
Rondelet aveva misurato la variazione dimensionale sperimentata da rovere molto secco sottoposto a diversi gradi di umidità e siccità, nella direzione della venatura da 1/6566 a 1/1377 e nella direzione perpendicolare alle fibre da 1/412 a 1/ 83. Le fibre legnose lavorano essenzialmente nei piani trasversali del pezzo, con un ritiro tangenziale maggiore del ritiro radiale, limitato dal raggio; il ritiro longitudinale è quasi nullo. Questa variabilità del comportamento del legno a seconda della direzione è chiamata anisotropia del legno .
Al giorno d'oggi il legno viene utilizzato ad un livello di umidità prossimo a quello di equilibrio della sua destinazione. Questo modo di fare le cose è relativamente recente. Gli studi archeologici sui mobili e gli insiemi di cornici del Medioevo , mostrano che i boschi erano il più delle volte lavorati e posti a verde o essiccati.
La resistenza meccanica del legno migliora con l'essiccazione, soprattutto quando l'umidità scende al di sotto del punto di saturazione della fibra . La resistenza alla trazione del legno è massima con un contenuto di umidità dal 6 al 12%. Nel dimensionamento delle strutture in legno si tiene quindi conto del contenuto di umidità del legno.
L' essiccazione del legno serve a ridurre il contenuto di umidità del legno prima dell'uso. Ci sono due ragioni principali per essiccare il legno:
Per alcuni scopi il legno non viene affatto stagionato e viene utilizzato "verde".
La cementazione descrive legname o legno che è stato essiccato in modo improprio. Il legno si asciuga troppo velocemente e si restringe fortemente in superficie, comprimendo il suo interno ancora umido. Ciò si traduce in uno stress non alleviato. Il legno cementato può deformarsi notevolmente e potenzialmente pericolosamente quando lo stress viene rilasciato dalla segatura.
L'umidità del legno potrebbe essere misurata mediante analisi gravimetrica , metodo per distillazione, misurazione elettrica, metodo Karl Fischer per titolazione , risonanza magnetica nucleare .
L'umidità relativa del legno potrebbe essere misurata con igrometro ( umidità ), condensazione igrometro, psicrometro ,.