Resistenze

Rottura a compressione assiale

La resistenza (o tensione di rottura) a compressione assiale viene definita come il rapporto fra il carico ultimo e l'area della sezione trasversale. Le modalità di rottura dei provini (di legno netto e stagionato) sottoposti a compressione assiale, sono sostanzialmente due:

- il legno cede con una sorta di scivolamento secondo piani inclinati di circa 60° rispetto alla direzione longitudinale, in corrispondenza dei quali le cellule del legno evidenziano una doppia piegatura; questo scivolamento può avvenire secondo uno o più piani ed a seconda dei casi la rottura può assumere aspetti diversi da essere accompagnata o meno da fessurazioni longitudinali; in ogni caso, lo scivolamento tende ad avvenire in direzione tangente agli anelli di accrescimento;

- il provino non manifesta rotture evidenti, ma esaminando attentamente si potrà notare una sorta di sfrangiatura sul perimetro di una delle due testate; anche questa modalità di rottura deriva dal ripiegamento per instabilità laterale ad alcuni fasci di cellule.

Una elevata resistenza a compressione assiale è utile negli elementi presso-inflessi (colonne, controventature) e negli appoggi degli imballaggi (pallets, casse).

Il metodo di prova è descritto nella norma UNI ISO 3787, “Legno. Metodi di prova. Determinazione della resistenza a compressione parallela alla fibratura.”

Rottura a compressione trasversale

In questo caso all'aumentare del carico F non si arriva mai ad un limite netto di rottura, poiché il legno si schiaccia quasi subito e cede in modo progressivo, ripiegandosi quasi a fisarmonica su se stesso. Pertanto viene definita una resistenza limite convenzionale (detta anche resistenza al limite di proporzionalità) che viene determinata in base alla variazione di forma della curva carico-deformazione.

Una elevata resistenza a compressione trasversale è utile agli appoggi trave-colonna e alle tavole nei pallets.

Il metodo di prova è descritto nella norma UNI ISO 3132, “Legno. Determinazione della resistenza a compressione perpendicolare alla fibratura”.

Rottura a trazione

Le prove a trazione assiale ed a trazione trasversale non presentano aspetti teorici sostanzialmente differenti da quelli a compressione: si inverte soltanto il segno della sollecitazione.

I provini per la prova di resistenza a trazione hanno forma molto diversa a seconda che si voglia procedere a determinare la resistenza assiale oppure quella trasversale.

Una buona resistenza a trazione è importantissima per le catene delle capriate.

Il metodo di prova è descritto nelle norme UNI ISO 3345 e 3346, “Legno. Determinazione della resistenza a trazione parallela alla fibratura”, e “Legno. Determinazione della resistenza a trazione perpendicolare alla fibratura”.

Rottura a flessione statica

La sollecitazione di flessione può essere indotta ad esempio applicando uno o più carichi verticali su una trave verticale appoggiata agli estremi o incastrata ad una sola estremità. Essa è sempre associata ad una deformazione curvilinea del provino, ove si può senz'altro dire che dalla parte della concavità si è verificato un accorciamento del corpo, mentre dalla parte della convessità esso si è allungato.

Tenuto conto che la flessione può essere sempre ricondotta ad un'opportuna combinazione di sollecitazioni di trazione e compressione, nel legno privo di difetti sottoposto a flessione statica, è il lembo compresso a cedere per primo, ma la rottura visibile e decisiva avviene con inizio dal lato teso.

Orientativamente, il limite di proporzionalità è all'incirca pari al 25% del limite di rottura, mentre il limite di elasticità è pari a circa il 50% del limite di rottura.

La resistenza a flessione è importante, in generale, dove il rapporto luce libera/spessore del pezzo è elevato.

Il metodo di prova è descritto nella norma UNI ISO 3133, “Legno. Determinazione della resistenza a flessione statica”.

Rottura a flessione dinamica

La prova ad urto trasversale o flessione dinamica tende a determinare il lavoro necessario alla rottura di un provino mediante una speciale macchina fornita di un pesante martello a pendolo, chiamata "pendolo di Charpy".

La resistenza a questo tipo di sollecitazione è importante, soprattutto, per i pezzi sottoposti ad urti come le tavole sul fondo di un camion.

Rottura a taglio

La spiccata anisotropia del legno fa si che in tale materiale le rotture per taglio possano avvenire soltanto secondo superfici parallele alla fibratura (taglio longitudinale): sottoponendo un provino a sollecitazioni di taglio trasversale, esso si deforma vistosamente per compressione trasversale e non si rompe a taglio.

La resistenza a questo tipo di sollecitazione assume particolare importanza per:

- i pannelli di legno compensato in cui possono sorgere sollecitazioni, dette di "scorrimento trasversale", ove una sorta di rotolamento delle fibre del legno (le une sulle altre), può portare alla rottura;

- le travi che presentano cipollature, o intrinseca debolezza a taglio del legno (ad es. in presenza di grossi raggi parenchimatici), quindi suscettibili a rottura per taglio longitudinale;

- gli elementi dove il rapporto fra luce libera/spessore è basso ed i carichi sono elevati, caso tipico: i pannelli compensati sul fondo dei camion.

Il metodo di prova è descritto nella norma UNI ISO 3347, “Legno. Determinazione della resistenza al taglio parallelamente alla fibratura”.

Cedimento per carico di punta

Quando si comprime assialmente un elemento strutturale avente forma prismatica molto snella ed allungata (in pratica quando il rapporto fra la lunghezza assiale l e la minima dimensione trasversale d è maggiore di 11) anche se la sollecitazione viene mantenuta perfettamente centrata rispetto alla sezione trasversale, in corrispondenza di un certo carico critico l'elemento si inflette e si rompe ben prima che sia stato raggiunto il limite di rottura a compressione assiale del materiale.

Questo tipo di comportamento riveste un notevole interesse poiché è tipico di molti degli elementi strutturali tradizionali, quali i puntoni di una capriata, i pilastri di un edificio, ecc.

Rottura per spacco (fissilità)

La fissilità del legno esprime la tendenza del legno a spaccarsi in seguito all'azione di un cuneo spinto nel materiale in direzione assiale. La lavorazione a spacco viene utilizzata per ottenere legna da ardere, doghe per botti, ecc. La fissilità è legata alla presenza di una struttura cellulare ben ordinata, alla rettilineità della fibratura ed all'eventuale presenza di grossi raggi midollari; ad es. legni molto fissili sono il Larice e la Querce.

Durezza

La durezza è un indice della resistenza che il legno oppone alla penetrazione da parte di un punzone di acciaio di forma appropriata. Questa definizione dipende quindi dal metodo di prova usato e rende sostanzialmente non confrontabili i risultati ottenuti con metodi di prova diversi. Comunque, la durezza è una proprietà che sintetizza in sé caratteristiche importanti per vari impieghi del legno, quali pavimentazioni, attrezzi sportivi, ecc.

I metodi di prova più usati sono:

1) durezza Brinnel: per la quale si osserva l'impronta lasciata da una sfera di acciaio (di 10 mm di diametro) sotto l'azione di un carico diverso per legni teneri, normali o durissimi;

2) durezza Janka: è data dal carico necessario per fare penetrare nel legno, per una profondità pari al suo raggio, una sfera di acciaio avente area diametrica pari a 1 cm²;

3) durezza Chalais-Meudon: detta anche "durezza di fianco", consiste nel trasmettere al legno, attraverso un cilindro coricato sul fianco un carico costante per ogni cm di lunghezza del provino e per la durata di 5 secondi; la durezza viene espressa in funzione della profondità t di penetrazione del cilindro, che per motivi pratici viene calcolata in base alla larghezza dell'impronta lasciata sulla superficie del provino, in modo da avere valori crescenti al crescere della durezza.

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