01 – Antiquaria: il legno

Fonte:Sergio Salomone collaboratore esterno della ditta Studio Laboratorio di Antichità s.a.s.

Le conferenze di Sergio Salomone: Il legno chimica-fisica-degrado

Cenni di chimica e fisica – Costituenti del legno

Per legno dobbiamo intendere la materia fornita da quella parte del tronco o dei rami che si trova sotto lo strato di corteccia ed è un insieme di tessuti strutturalmente complessi, che comprende diversi tipi di cellule.

Il legno é composto soprattutto di cellulosa e lignina; contiene inoltre resine, cere, grassi, oli, amido, zucchero, svariati minerali, sostanze tanniche e pigmenti, nonché alcaloidi.

La Lignina è uno dei componenti fondamentali del legno, del quale costituisce il 20-30 % del peso secco, seconda quantitativamente soltanto alla cellulosa (che può raggiungere il 60%). La Lignina è la sostanza responsabile della lignificazione del tessuto vegetale; circonda le fibrille di cellulosio costituenti lo scheletro della parete della cellula vegetale e riempie gli spazi tra le cellule stesse.

Parti del tronco

Ma vediamo, per meglio intenderci, nel dettaglio le varie parti costituenti il tronco:

• Il ritidoma é lo strato di protezione piú esterno di un tronco.
• Il libro serve all’albero come sistema di trasporto per l’acqua e le sostanze nutritive.
  Ritidoma e libro insieme formano la corteccia.
• Il cambio é la parte più importante del tronco, poiché a partire da esso l’albero cresce. Le cellule di questo strato hanno la capacità di moltiplicarsi, originando il libro nella parte esterna e il legno in quella interna.
  Annualmente il cambio forma un nuovo strato di legno, un anello annuale.

• L’alburno é la parte viva del legno. In esso acqua e sostanze nutritive vengono trasportate fino alla chioma. Con l’ispessimento delle pareti cellulari, le cellule più interne dell’alburno muoiono originando il durame.
• Il durame é la struttura portante del tronco. Esso é composto da cellule che erroneamente sono dette morte perché non sono più oggetto di crescita, ma nella realtà permane una certa attività chimica attiva. Al suo interno vengono immagazzinate svariate sostanze (pigmenti, sostanze tanniche, gomme, resine), che rendono il legno duraturo. Nel durame non viene trasportata acqua, per questo é molto più asciutto rispetto all’alburno.
• Nel centro del tronco si trova il midollo. Il fusticino della giovane piantina, crescendo in lunghezza, forma un canale ininterrotto dalle radici alla cima dell’albero. Questo canale midollare pieno di aria non é utilizzabile nella lavorazione del legname.
• I raggi midollari attraversano in direzione radiale il tronco. Essi mettono in comunicazione il midollo con la corteccia e servono al trasporto di sostanze e all’immagazzinamento.

Meccanismi di crescita

Gli alberi rappresentano la forma di vita vegetale più importante per l’uomo. Essi forniscono ossigeno per respirare, frutti da mangiare, legna da ardere e legname per costruire. Il rapporto tra il genere umano e gli alberi è antico quanto l’umanità stessa.

E’ nelle foglie che gli alberi pongono i presupposti per la loro crescita, e precisamente attraverso un fenomeno biochimico chiamato fotosintesi. Grazie alla presenza della clorofilla, la sostanza verde che dà alle foglie il loro colore caratteristico, l’energia ottenuta dalla luce del sole viene utilizzata per trasformare l’anidride carbonica dell’aria, combinata con l’acqua ricavata dal terreno, in zuccheri.

Anelli annuali

Ogni albero racconta la propria storia attraverso la struttura del proprio legno e la si può leggere chiaramente nel disegno degli anelli annuali. Gli anelli annuali di un tronco sono composti di esili fasce di colore scuro che rappresentano la lenta crescita invernale/primaverile, e di più ampie fasce di colore chiaro che rappresentano la rapida crescita estiva. Le caratteristiche stagionali diverse di anno in anno, influiscono sulla larghezza degli anelli e sono presenti su tutti gli alberi della stessa area geografica. Questa constatazione ha permesso di datare eventi climatici di grande portata storica. Il legno, grazie ai suoi caratteristici anelli, ha infatti contribuito a una lettura più chiara di alcune antiche pagine della storia dell’uomo.

Durezza

Le classificazioni in durezza tra i vari legnami possono essere molteplici ma noi le semplificheremo in due sole categorie: legni cosiddetti dolci e legni cosiddetti duri.

Tra i legni duri più usati in falegnameria, ebanisteria e carpenteria potremo ricordare: noce, ciliegio, olmo, pero, larice, frassino, faggio, quercia, castagno, palissandro, mogano, bois de rose, bosso, albicocco, ecc…ecc…; tra quelli dolci spiccano principalmente: abete, pioppo, tiglio e cirmolo.

Utilizzo strutturale

Per le sue peculiarità, il legno rappresenta un eccellente materiale da costruzione.

Un ottimo rapporto tra il suo peso e le sue proprietà meccaniche, l’estrema facilità con cui può essere lavorato, la semplicità con cui è possibile collegare i vari elementi di una struttura: queste sono le principali caratteristiche vincenti del legno.

La capacità della struttura di sostenere immediatamente il carico di esercizio, senza inutili tempi tecnici d’attesa e senza la necessità di utilizzare armature provvisorie ausiliarie; eccellenti proprietà termoisolanti e igroscopiche e, se correttamente dimensionato, un’ottima resistenza al fuoco: questi sono altri requisiti che rendono il legno unico e insostituibile.

I pregi esclusivi del legno sono tali da farne un materiale da costruzione d’assoluta elezione, vediamone per punti le caratteristiche:

• alta resistenza a compressione e a trazione, specie se rapportata al basso peso; la tensione di rottura a compressione supera quella dei normali calcestruzzi mentre quella a trazione è ancora maggiore;
• leggerezza e facilità di lavorazione che consentono un notevole livello di prefabbricazione, un agevole trasporto ed un rapido montaggio;
• ottime prestazioni termiche ed acustiche: a parità di spessore la resistenza termica del legno di abete, ad esempio, è sette volte superiore a quella del laterizio e solo tre volte inferiore a quella della lana di vetro;
• buon comportamento al fuoco: il legno è il materiale da costruzione con la migliore resistenza al fuoco, non è mai la causa prima di un incendio e non sviluppa gas tossici;
• ridottissima sensibilità agli sbalzi di temperatura: il coefficiente di dilatazione termica lineare è circa un quarto di quello dell’acciaio, inoltre la dilatazione risultante è sempre inferiore al valore teorico perché parzialmente compensata dal ritiro dovuto alla diminuzione di umidità;
• inattaccabilità da parte dell’aggressione chimica e ambientale: il legno, infatti, contrariamente ai metalli, trovandosi in totale equilibrio con l’ambiente, è dotato di un’ottima resistenza alla corrosione e alle variazioni climatiche;
• validità per l’impiego in zona sismica: il legno, con una massa volumica mediamente cinque volte inferiore a quella del calcestruzzo ma con una resistenza alla compressione praticamente simile, consente la realizzazione di strutture leggere, dotate di una notevole risposta all’azione dinamica; ottimo impatto ambientale e risultato estetico. Le molte specie legnose che si possono usare in edilizia garantiscono una grande varietà di tonalità e colore, con una tessitura organica che nessun prodotto industriale può eguagliare;
• non genera ponti termici per la sua natura di materiale da costruzione con ottime caratteristiche isolanti.

Storia della lavorazione

Soprattutto dai reperti lignei rinvenuti nelle tombe egizie possiamo constatare come le tecniche esecutive avessero già allora raggiunto un ottimo grado di perfezione; di questo periodo però conosciamo meno gli strumenti che venivano utilizzati anche se alcune iconografie giunte sino a noi dimostrano chiaramente la presenza di strumenti di lavorazione evoluti, simili a quelli ancora oggi usati.

Nel medioevo sappiamo tutti che buona parte delle conoscenze acquisite nel periodo dell’antichità classica, tra cui dobbiamo includere tutte le tecniche di lavorazione, coloritura, laccatura e decorazione in genere del legno, vennero, per così dire, dimenticate. Dallo studio del periodo medievale emerge che fino ai primi anni del sec.XIV° per ottenere delle tavole adatte alla costruzione, si usava un sistema alquanto rozzo: diversi cunei di ferro venivano piantati lungo l’asse esterno del tronco più o meno sulle linee dei raggi midollari; il successivo approfondimento verso il centro dell’albero dei suddetti cunei ne provocava la separazione lungo l’asse longitudinale. Applicando più volte lo stesso metodo sulle due metà fino al raggiungimento dello spessore voluto, portava ad ottenere delle tavole con sezione a cuneo che prima di venire usate subivano una squadratura con l’ascia.

Con l’avvento del taglio con la sega, poterono ricavarsi assi più sottili di quelle ottenute col metodo dei cunei.

La tecnica consisteva nell’appoggiare il tronco da lavorare, parallelamente al lato lungo, sopra ad una fossa rettangolare; due uomini alternativamente facevano forza su una sega a due manici, uno, verosimilmente il padrone della segheria, posto sopra il tronco, l’altro sul fondo della fossa. Questo tipo di segheria manuale sopravvisse nei piccoli centri per un certo periodo, anche dopo l’avvento di macchine mosse dall’acqua o verso la metà dell’ottocento dal motore a vapore.

Metodi di taglio

Essenzialmente due erano e sono i metodi di taglio usati per trasformare i tronchi in tavole:

la segatura a taglio semplice con cui il tronco era segato in tagli paralleli nel senso della lunghezza; la segatura a quarti con cui il tronco veniva dapprima sezionato in quattro parti, ognuna di queste parti veniva poi trasformata in assi con tagli radiali o tangenziali alla circonferenza. A seconda del taglio adottato si ha una diversa stabilità e un diverso aspetto delle tavole.

Stagionatura

Il legno nell’albero contiene una quantità di acqua che in taluni casi può arrivare al 75% del suo peso umido. Dopo il taglio e la riduzione in tavole, esso perde gradatamente la sua umidità iniziale fino a equilibrarla con quella dell’ambiente in cui viene a trovarsi permanentemente. Durante questo processo di essiccazione il legno subisce notevoli variazioni di volume per cui è impossibile usarlo come materiale da lavoro prima della sua adeguata stagionatura. L’essiccazione del legno è la somma di due fenomeni: la prima, la circolazione dell’acqua al suo interno fino a equilibrarsi in tutte le sue fibre; la seconda, l’evaporazione dell’acqua influenzata dai fattori ambientali. L’essiccamento all’aria aperta dei legnami è la pratica più semplice e più antica, essa consiste nell’esporre all’aria libera, riparato dalla pioggia e dal sole, il legno fino al raggiungimento di quel tasso di umidità per cui risulta in equilibrio medio con l’ambiente circostante. Il buon esito di questa pratica dipende: dalla cura con cui viene accatastato il tavolame, dalla disposizione delle cataste nel deposito e dal terreno sul quale queste vengono erette. Oggigiorno esistono particolari forni per accelerare la stagionatura in qualunque periodo dell’anno, però presentano qualche inconveniente: una eventuale leggera modifica nel colore e il pericolo di rovinare una forte quantità di pezzi per errori di condotta del processo di essiccamento.

In genere gli alberi vengono abbattuti d’inverno quando la percentuale di umidità è al minimo e molti ritengono altresì importante rispettare le fasi lunari per cui non abbattono il fusto in periodo di luna crescente. In realtà si è potuto osservare scientificamente che alcuni enzimi presenti all’interno delle cellule si modificano a seconda della fase lunare; questo, ma non è stato provato scientificamente, permetterebbe al legname frutto di abbattimento in luna calante, di essere maggiormente protetto nei confronti di attacchi da parte di funghi ed insetti lignicoli.

Difetti del legno

I difetti del legno si possono suddividere in due categorie:

difetti naturali del tronco: dovuti alla costituzione dei tessuti legnosi.

difetti indotti dalla lavorazione: si manifestano sulle assi già tagliate e dipendono dalla modalità del taglio adottate che comportano un diverso ritiro del legno nelle tre direzioni (assiale, radiale e tangenziale). Questi difetti sono maggiormente riscontrabili sui legni che hanno subito una rapida stagionatura. Durante una stagionatura naturale, i difetti possono essere in parte corretti caricando, opportunamente, con pesi le cataste di assi.

difetti naturali del tronco

Oltre a questi difetti, l’albero porta i segni dell’ambiente in cui vive. Deformazioni del tronco possono essere provocate da un forte vento che soffia costantemente in una direzione, da neve o acqua che scende periodicamente lungo un pendio. Anche l’albero colpito da un fulmine può continuare a vivere  e  crescere, ma la ferita rimarginata lascerà  il suo segno all’interno del tronco.

Oltre agli agenti atmosferici, anche gli animali possono causare danni ai tronchi. Molti uccelli ed insetti ne forano lo spessore per ricercare le larve o altro cibo. Scavano nei tronchi lunghe gallerie per raggiungere i vasi linfatici più interni.

Alcuni roditori usano l’albero come tana o deposito per le provviste.

Varie specie di mammiferi sottopongono gli alberi ad urti più o meno volontari.

difetti indotti dalla lavorazione

I difetti indotti dalla lavorazione o da una cattiva stagionatura si possono riassumere in:

a – Arcuatura: curvatura del segato in direzione della lunghezza, semplice o multipla, in un piano perpendicolare alla faccia

b – Falcatura: curvatura del segato in direzione della lunghezza, in un piano parallelo alla faccia

c – Imbarcamento: curvatura del segato in direzione della larghezza

d – Svergolamento: deformazione elicoidale del segato in direzione della lunghezza

Il legno è igroscopico per cui assorbe e cede acqua a seconda dei valori presenti in atmosfera. Come già detto prima, gli anelli annuali di un tronco sono composti di esili fasce di colore scuro che rappresentano la lenta crescita invernale, e di più ampie fasce di colore chiaro che rappresentano la rapida crescita estiva. Dato che le maggiori dilatazioni o contrazioni avvengono maggiormente lungo gli anelli che rappresentano la crescita estiva, rispetto a quelli invernali, in media di due volte, le variazioni delle condizioni atmosferiche contribuiranno a maggiori problemi di deformazione e curvatura, sulle tavole segate tangenzialmente che per la distribuzione disomogenea degli anelli, subiranno dilatazioni o contrazioni più irregolari rispetto a quelle segate radialmente.

Il legno praticamente non si muove lungo le venature che indicano nell’albero vivo, la direzione di scorrimento della linfa.

Alla luce di quanto premesso, è evidente l’importanza che può assumere una corretta stagionatura, operazione durante la quale si riduce gradualmente l’umidità per tutto lo spessore del legno fino a raggiungere il punto di equilibrio con l’umidità ambientale.

Degrado naturale

Degrado atmosferico

Nei manufatti di legno a contatto con agenti atmosferici, la superficie originalmente rifinita diviene ruvida al gonfiarsi delle fibre. In questo modo si creano fessure nel materiale, che s’ingrossano col tempo; inoltre la grana si può allentare, oppure le assi si flettono e distorcono causando la rottura degli incastri, o lo strappo di viti e chiodi. La superficie irruvidita cambia colore e diviene ricettacolo antiestetico per sporco e muffa. Inoltre il legno perde la sua coesione superficiale, diventa friabile, si scheggia, e frammenti saltano via.

Tutti questi effetti, causati da una azione cooperativa di luce, umidità, forze meccaniche e calore, sono descritti dall’espressione erosione atmosferica.
Una delle cause principali d’erosione atmosferica è la frequente esposizione della superficie legnosa a cambiamenti repentini di umidità.
Pioggia, nebbia, bruma mattutina, sono rapidamente assorbite dallo strato superficiale del legno non protetto e a seguito di un incremento e successivo decremento dell’umidità relativa, causano fenomeni di dilatazione e contrazione, con effetti negativi sui manufatti. Tutto ciò crea delle tensioni anomale nel legno, che si gonfia e si restringe per effetto dei gradienti di umidità che si formano tra la superficie e l’interno. Questo cambiamento dimensionale avviene, come detto prima, in forma differenziata a seconda del tipo di taglio eseguito: radiale o tangenziale.
La degradazione fotochimica del legno, indotta dalla luce solare, avviene abbastanza velocemente sulla superficie ad essa esposta.
L’iniziale cambiamento di colore del legno verso il giallo od il marrone scuro a seconda dell’essenza, precede il grigio finale. Questi cambiamenti di colore sono collegati alla decomposizione della lignina nelle cellule legnose della superficie e sono un fenomeno strettamente superficiale. Infatti avvengono soltanto fino ad una profondità tra gli 0,05 ed i 0,5 mm e sono dovute alla parte ultravioletta (UV) della luce solare che innesca la fotodegradazione. Quando gli agenti atmosferici asportano i residui della decomposizione della lignina, appare uno strato grigio argenteo di spessore tra gli 0,08 – 0,2 mm, formato dai costituenti più resistenti della cellulosa, disordinatamente arrangiati in fibre debolmente interconnesse.
È da notare che i due più importanti processi dell’erosione atmosferica, luce solare e l’umidità, tendono ad operare in tempi diversi. Legno esposto può essere irradiato dopo essere stato bagnato dalla pioggia, o quando il contenuto d’umidità della superficie si è elevato durante la notte, o per foschia. Il momento della bagnatura, perciò, è importante per mettere in relazione le condizioni climatiche all’erosione. L’azione dei due processi combinati può seguire differenti percorsi di degradazione, con l’irraggiamento accelerante l’effetto dell’umidità od il contrario.

Degrado a causa di insetti xilofagi

Ma tra i nemici del legno in opera un posto di assoluto rilievo occupano gli insetti, spesso molto comunemente definiti tarli. In realtà gli insetti xilofagi appartengono a vari Ordini, ma quelli che più danneggiano le strutture di interesse artistico sono prevalentemente di due Ordini: Coleotteri e Isotteri.

Tra i Coleotteri, Capricorno delle case e Tarlo dei mobili sono le due famiglie più conosciute e comuni all’interno delle nostre case ma nella realtà gli insetti xilofagi sono molteplici e le loro dimensioni spesso impressionanti.

L’insetto adulto è quello che direttamente produce meno danni, infatti pratica il foro di sfarfallamento (quello che notiamo sulla superficie) per poter allontanarsi e andare a morire altrove, dopo essersi accoppiato e, se femmina, dopo aver deposto le uova. Il foro visibile in realtà è solo l’apertura di una galleria lunga da 10 a oltre 50 cm.

Il danno maggiore, infatti, viene provocato dalle larve che spesso, prima di diventare insetti adulti, svolgono la loro attività scavatrice per oltre due anni. A volte, diventate insetti adulti, utilizzano, per fuoriuscire, lo stesso foro praticato in precedenza da altri adulti, per cui la semplice visione esterna non può dare una percezione completa dei danni. La durata del ciclo da uovo ad adulto non sempre è identica per una stessa specie. Essa varia col variare delle condizioni ambientali in cui tale ciclo si svolge. Luoghi riparati dai freddi invernali o addirittura riscaldati sono condizione ideale per riduzioni notevoli del ciclo evolutivo. La potenzialità riproduttiva è alta; ogni femmina può deporre diverse decine di uova. Se si tiene conto che i manufatti lignei vengono recuperati e restaurati a volte anche dopo centinaia di anni, si comprende come gli individui di molte generazioni possano cumulare la loro attività devastatrice.

Gli Isotteri, comunemente conosciuti col nome di Tèrmiti, sono insetti sociali, cioè che vivono in colonie e manifestano una spiccata divisione del lavoro. In relazione al compito espletato, potremo facilmente riconoscere: riproduttori o reali, soldati e operai.

La loro potenzialità distruttiva è altissima e interessa soprattutto l’architrave dei tetti e gli stipiti degli infissi provocando spesso crolli disastrosi. Generalmente nidificano nel terreno e frequentemente raggiungono le orditure dei tetti scalando e scavando all’interno di muri alti anche sino a trenta metri. In Italia le più forti infestazioni si verificano nelle zone centro-meridionali, ma in anni recenti si sono registrati casi un po’ in tutta Italia.

Per il legno immerso in acqua di mare potremo citare l’azione devastante della Teredine. E’ un Mollusco trivellatore che si è specializzato col legno e, come tale, è nemico delle barche e dei pontili. Ritenuta a lungo un verme, ha infatti un piede vermiforme e la sua doppia conchiglia è atrofizzata e forma una sorta di piccola trivella. La storia della marina è piena dei misfatti di queste Teredini che possono causare rapidi naufragi. Nel XVIII secolo, si sono verificate in Olanda catastrofiche inondazioni provocate da Teredini che avevano danneggiato i pali delle dighe.

Degrado a causa di funghi lignicoli

Le specie lignicole sono in grado di utilizzare i componenti delle cellule legnose come fonte principale di energia per la loro crescita e riproduzione. I funghi che attaccano strutture lignee sono moltissimi e possono provocare varie alterazioni, tra cui le più importanti sono le cosiddette carie che avvengono per aggressione della lignina e della cellulosa.

I batteri possono provocare un’azione simile a quella dei funghi lignicoli e ad essi spesso si associano in azione combinata; nel particolare provocano una degradazione della cellulosa.

Lo studio degli agenti patogeni fungini, responsabili di alterazioni e carie del legno è stato molto poco indagato in Italia, contrariamente a quanto è avvenuto, negli anni passati, in altri paesi europei come ad esempio in Svezia, Finlandia, Germania, Polonia ed Austria.

Le specie fungine rinvenute in una indagine avvenuta recentemente sul solo territorio comunale di Bologna su legno vivo e non, sono 82, ma possiamo pensare che in Europa possano essere anche alcune centinaia.

La presenza di infezioni micotiche che attaccano, in maniera più o meno aggressiva e veloce, il patrimonio verde ed il legname in opera non è da sottovalutare anche se sono di solito necessari molti anni prima che gli effetti prodotti dal progredire della carie possano essere visibili e valutabili.

L’aggressività varia da una specie fungina all’altra e viene esaltata dallo stato generale e dalle condizioni di stress subite dal legno in questione (umidità, radiazioni ultraviolette ecc.). E’ intuibile quindi come legni che lottano contro le avverse condizioni ambientali, ma anche quelli esposti alla luce di potenti lampade, per esempio nei musei, sono suscettibili agli attacchi da parte dei microrganismi.

I funghi lignicoli possono essere raggruppati in due categorie a seconda dei sistemi enzimatici usati nel degradare i componenti delle cellule legnose: agenti di carie bianca e agenti di carie bruna.

I funghi più diffusi sono:
Serpula Lacrymans: provoca la carie bianca
Coniophora Puteana: provoca la carie bruna
Poria vaillantii comune su legno lavorato di Conifere
Lentinus Lepideus.
Schizopora paradoxa comune su legno lavorato di Latifoglie.
Tametes hirsuta su latifoglie
Di questi la Coniophora Puteans è quello più diffuso, ma anche il meno pericoloso, essendo sensibile a variazioni di percentuale di umidità, che ne condizionano la sopravvivenza.

Il più dannoso è il Serpula Lacrymaris che può anche penetrare nel terreno, nei mattoni e negli intonaci.