Aspetti biologici anatomici e morfologici del legno

Il legno ha da sempre offerto un contributo decisivo per la sopravvivenza dell'uomo e lo sviluppo del suo processo di civilizzazione, basti pensare alla costruzione delle palafitte, alla scoperta del fuoco, alla realizzazione dei primi strumenti per la caccia e degli attrezzi per la lavorazione del terreno o ad innumerevoli altri esempi che evidenziano l'ineguagliabile versatilità di questo materiale nei confronti di svariati impieghi. Nella letteratura greca antica e nella bibbia il termine "legno" era sinonimo di "materiale" ed è indubbio che lo sviluppo delle attività agricole, artigianali e la stessa rivoluzione industriale siano stati possibili grazie all'uso diretto o indiretto (ovvero come fonte di energia termica) del legno e dei prodotti da esso derivati.

La sua importanza e lo stretto legame con le attività umane sono riassunti nel noto detto popolare secondo cui "il legno segue l'uomo fin dalla culla" con il quale si intende appunto esprimere la molteplicità delle possibili applicazioni cui è destinato.

Spesso, tuttavia, il legno gode di scarsa considerazione in ambito accademico e scientifico, nonostante che molti progettisti, non conoscendo in dettaglio le sue caratteristiche (sia come legno massiccio che sotto forma di prodotti derivati), lo impieghino in maniera inadeguata determinando, ad esempio, sovra-dimensionamenti delle strutture, errori nella stima delle proprietà meccaniche, ecc.. Lo studio del legno, infatti, non rientra quasi mai (in particolare nel nostro Paese) nei Corsi universitari che trattano la scienza e la tecnologia dei materiali e l'insegnamento della Tecnologia del legno è relegato a poche Università italiane.

A parziale giustificazione di tale trascuratezza, si ritiene generalmente che, oltre a costituire un materiale talmente tradizionale sul quale, almeno ad un primo approccio, non sembrerebbero esistere segreti, il legno può apparire superato da numerosi nuovi prodotti che ne farebbero relegare l'impiego ad alcuni settori specifici e marginali. A questo proposito, la messa a punto di moderni e sofisticati materiali, come ad esempio molti compositi, il cui ciclo di fabbricazione risulta controllato durante l'intero processo industriale, avrebbe dovuto accelerare ancor più la progressiva sostituzione e scomparsa del legno in molti dei principali settori in cui esso trova abituale impiego. Contrariamente alle suddette aspettative, e secondo attendibili dati statistici, il consumo globale di legno e dei prodotti derivati continua, invece, a registrare un aumento quasi proporzionale all'incremento demografico e all'evoluzione culturale della popolazione, in particolare per quanto riguarda i settori dell'arredamento e delle costruzioni.

In questo contesto, due fenomeni molto importanti sono considerati i principali responsabili del rinnovato interesse per il legno:

• il forte sviluppo della scienza dei materiali e, più in particolare, lo studio dei compositi - molti dei quali riproducono la struttura tipica dei tessuti legnosi - che hanno permesso di conoscere meglio le caratteristiche specifiche del legno e della numerosa classe dei suoi prodotti derivati;

• il recente nuovo approccio nella pianificazione delle risorse e nella valutazione della produzione industriale, da cui derivano una serie di considerazioni che hanno consentito al legno non solo di recuperare importanza ma, addirittura, di assumere una posizione privilegiata nei confronti di molti materiali ad esso alternativi.

Relativamente al primo punto, in contrapposizione ai metalli e alle loro leghe, ai polimeri sintetici ed ai materiali di origine minerale (vetro, ceramica, pietra e calcestruzzo) che, malgrado alcune diversità specifiche, costituiscono una categoria di prodotti abbastanza affini, in quanto omogenei, il legno e la gran parte dei prodotti legnosi evidenziano i seguenti aspetti peculiari:

peso volumico ridotto, i cui valori, variando da 0,1 a 1,3 risultano tra i più bassi riscontrabili nell'ambito dei materiali con potenzialità strutturali ovvero che sono in grado di svolgere una funzione portante (la gamma dei valori tipici dei metalli e delle loro leghe si situa, ad esempio, ad un livello di circa 20 volte superiore);

fortissima anisotropia (prerogativa, peraltro, tipica anche dei compositi fibrosi artificiali), che si traduce nella presenza di una direzione preferenziale lungo cui si registra una correlazione particolarmente elevata tra la massa volumica (un tempo detta "densità”) del materiale e le sue caratteristiche di resistenza meccanica;

struttura cellulare, che appare porosa ad un primo livello di osservazione macro e microscopica e fibrosa se si considera la sua ultrastruttura;

forte igroscopicità, dovuta alla natura chimica dei componenti la parete delle cellule legnose ed indotta dalle variazioni di temperatura e della tensione di vapore dell'ambiente esterno, i cui effetti influenzano notevolmente sia le sue caratteristiche fisiche (massa volumica, ritiro, resistività) che le sue proprietà meccaniche (resistenza, rigidezza, deformabilità);

natura biodegradabile, che si manifesta tramite l'azione di molti organismi del regno vegetale (batteri e funghi) ed animale (insetti e molluschi), mentre i comuni agenti abiotici della corrosione dei metalli non determinano, in genere, un'influenza particolarmente negativa;

composizione chimica di base, costituita essenzialmente da carbonio, idrogeno e ossigeno (nelle proporzioni del 40-50% di carbonio, 5-6% di idrogeno e 40-46% di ossigeno) riuniti a formare vari polimeri organici, che rende il legno una materia prima fondamentale per la produzione di cellulosa, una fonte di carboidrati per la sintesi chimica nonché un buon combustibile;

caratteristiche estetiche particolari, legate ad alcuni aspetti cromatici e morfologici dei tessuti, per cui il legno di molte specie presenta ampie varietà di colore, venatura, tessitura e figure decorative unitamente ad un fascino ed un calore naturale che costituiscono, molto spesso, il fattore determinante nella sua scelta per svariati impieghi e lo rendono uno dei materiali più apprezzati in molte applicazioni nel settore dell'arredamento e dell'industria del mobile.

Questo insieme di proprietà fa sì che, a seconda dei casi, il legno risulti insostituibile per certi impieghi di ebanisteria e liuteria, molto interessante come materiale strutturale per numerosi sistemi costruttivi, inadatto per gli usi in cui sono richieste elevate caratteristiche di rigidezza o di durabilità o, ancora, una totale incombustibilità

Al di là di una miglior conoscenza delle sue caratteristiche tecnologiche, conseguente ad alcune ricerche di base condotte, in particolare, nei Paesi ove tale risorsa naturale è più abbondante ed in cui l'economia forestale riveste un'importanza preminente (Finlandia, Stati Uniti, Giappone, Germania e Francia), il rinnovato interesse per il legno è stato stimolato soprattutto dall' esigenza di definire una più razionale politica delle materie prime e dei materiali disponibili

A questo proposito, dal momento che le specifiche tecniche richieste per un determinato impiego sono generalmente soddisfatte da varie tipologie di prodotti tra le quali risulta possibile effettuare una scelta (è il caso dei materiali per l'edilizia nel cui ambito è, ad esempio, lecito progettare una trave in acciaio, in cemento armato, in legno massiccio o in lamellare), gli argomenti di tipo economico sono risultati, finora e quasi sempre, discriminanti e decisivi. La recente evoluzione della società industriale obbliga, invece, i diversi settori produttivi a tenere in maggior considerazione alcuni fattori che in passato erano stati completamente trascurati; tra questi si sottolineano in particolare:

- il rischio crescente di esaurimento delle materie prime;

- il costo energetico del materiale;

- l'impatto ambientale dei processi di produzione e riciclaggio;

In considerazione dell'enorme quantitativo di materiali utilizzati e del continuo incremento dei consumi che si registra di pari passo con l'aumento della popolazione e del suo tenore di vita medio, è apparso, infatti, subito evidente che alcuni prodotti di sintesi, seppure utili e particolarmente adatti in specifici settori di impiego, non possono sostituire completamente quelli tradizionali e più abbondanti.

Il costo energetico di un materiale, calcolato nei diversi stadi della sua produzione, posa in opera e riciclaggio, che in passato era quasi sempre stato trascurato o considerato marginale (anche in ragione dei limitati costi dell'energia), sta diventando sempre più di fondamentale importanza.

Da varie parti, inoltre, viene ormai suggerito, quando non addirittura imposto, che i costi indiretti legati ai danni di qualsiasi tipo provocati da ciascun processo industriale vengano contabilizzati nel prezzo finale del prodotto che ne deriva (vedasi, ad esempio, l'obbligo per le società che gestiscono le cave di sostenere le spese di ripristino ambientale allo scadere della concessione). Di conseguenza, le scelte future non saranno più falsate dal profitto derivante dalla produzione di materiali di per sé poco costosi ma che richiedono alla collettività di sopportare un costo addizionale indiretto a volte molto elevato.

E' fuor di dubbio che, in relazione ai suddetti fattori decisionali, il legno evidenzi alcuni considerevoli vantaggi. Innanzitutto è un materiale molto abbondante in vari Paesi ed interamente rinnovabile, a condizione che vengano attuate le necessarie pratiche colturali previste da appositi piani di gestione e, ove possibile, siano seguiti i principi dettati dall'assestamento forestale.

Il suo costo energetico è particolarmente contenuto, tanto che l'energia richiesta per produrre una massa unitaria di legname (1000 kWh/t) è molto ridotta se confrontata a quella necessaria per altri materiali potenzialmente concorrenti (l'acciaio, ad esempio, richiede circa 4000 kWh/t e l'alluminio fino a 70000). La lavorazione del legno, inoltre, può essere eseguita con un consumo energetico limitato sia manualmente, mediante attrezzature semplici e rudimentali come accetta e sega, sia industrialmente, tramite impianti tecnologicamente sofisticati.

L'impatto ambientale delle attività produttive, di posa in opera o riciclaggio risulta parimenti tra i più ridotti (la produzione iniziale della materia prima legno, che si realizza attraverso l'attività fotosintetica delle piante arboree, ha addirittura un impatto nettamente positivo).

Nell'ottica di un più razionale impiego delle risorse e delle diverse tipologie di materiali disponibili, il legno non può quindi che ricoprire un ruolo di primaria importanza.

E' però indispensabile conoscere a fondo le sue caratteristiche specifiche, al fine di prevederne un impiego ottimale in funzione dei requisiti richiesti e riconsiderare a brevissimo termine l'intera politica e programmazione forestale mondiale e nazionale con l'obiettivo di conseguire una produzione più adeguata ed una migliore utilizzazione della risorsa esistente. Il nostro Paese, infatti, è notoriamente impegnato sullo scenario internazionale per la sua rilevante e qualificata attività di trasformazione industriale (è, ad esempio, all'avanguardia nella produzione delle macchine per la lavorazione del legno, così come in molti settori dell'arredamento e del design ove la creatività degli ingegneri ed architetti italiani si esprime ai livelli più elevati) ma è, purtroppo, notevolmente carente di materia prima, tanto che l'importazione di legname e dei materiali legnosi costituisce la terza voce nel passivo della nostra bilancia commerciale dopo l'energia ed i prodotti agro-alimentari.

Secondo una definizione di un certo effetto, il nostro Paese è, infatti "ricco di boschi poveri" per cui, a causa degli elevati costi di utilizzazione o della minor qualità degli assortimenti ritraibili, risulta spesso conveniente importare il legname dall'estero piuttosto che usare quello di produzione interna e ciò, ovviamente, non in un'ottica di accumulo delle risorse finalizzata a garantirne una maggiore disponibilità futura. Anzi, a questo proposito, è opportuno sottolineare che, qualora non sia specificamente previsto da un razionale piano di gestione, il mancato taglio dei soprassuoli forestali provoca un loro invecchiamento biologico cui può conseguire una maggior instabilità ecologica ed una minor funzionalità a cui la natura è in grado di porre rimedio con le proprie risorse solo in tempi lunghissimi e con cicli evolutivi secolari.