Analysis of the mechanical properties of Caixeta wood in relation to moisture content variations: Implications for ABNT NBR 7190:2022

Il legno è un materiale da costruzione straordinario, apprezzato per la sua capacità di sostenere carichi pesanti pur rimanendo abbastanza leggero da poter essere sollevato a mano. Questo elevato rapporto resistenza-peso lo rende ideale per la costruzione di tutto, dai semplici telai alle complesse travi ingegnerizzate. Tuttavia, il legno non è una sostanza statica come l'acciaio o il calcestruzzo; è un materiale vivo, che respira e che scambia costantemente acqua con l'aria circostante. Questa capacità di assorbire e rilasciare umidità, nota come igroscopicità, significa che la struttura interna del legno cambia al variare delle condizioni meteorologiche. Quando il legno assorbe acqua, le sue fibre si gonfiano e la sua capacità di resistere alla rottura o alla flessione generalmente si indebolisce. Gli ingegneri devono tenere conto di questo comportamento per garantire che un ponte o un edificio in legno rimanga sicuro durante la sua vita utile, regolando i propri calcoli in base a quanto il legno sia previsto essere umido o secco.

In Brasile, un insieme specifico di regole noto come ABNT NBR 7190:2022 guida il modo in cui gli ingegneri progettano con il legno. Queste regole forniscono un punto di riferimento standard, assumendo che il legno venga utilizzato con un contenuto di umidità del 12 percento. Se il legno è più umido o più secco di questo, il codice offre un metodo matematico per stimare quanto il legno sarà più forte o più debole. Il codice agisce essenzialmente come un traduttore, convertendo le misurazioni effettuate in laboratorio in valori che possono essere utilizzati in sicurezza nella costruzione. Ma affinché questa traduzione funzioni perfettamente, le regole devono riflettere accuratamente il modo in cui i diversi tipi di legno si comportano realmente. Sebbene il codice funzioni bene per molte specie, vi è una crescente necessità di verificare se questi aggiustamenti standard siano validi per i diversi e unici legni tropicali dell'Amazzonia e di altre regioni del Brasile.

Questo è il quesito che Nicolas Freitas e Francisco Rocco, dell'Università di San Paolo, si sono posti di risolvere. Si sono concentrati su una specifica specie di albero tropicale chiamata caixeta, scientificamente nota come Simarouba amara. Questa specie sta guadagnando attenzione per il suo potenziale uso in applicazioni strutturali, inclusa la produzione di legno lamellare incollato, un tipo di legno ingegnerizzato realizzato incollando insieme degli strati. I ricercatori volevano vedere se il codice brasiliano standard prevedesse correttamente il comportamento del legno di caixeta quando è umido, specificamente quando si trova vicino al suo punto di saturazione delle fibre. Questo punto di saturazione è il momento in cui le pareti cellulari del legno sono completamente piene d'acqua, ma non esiste acqua libera negli spazi aperti tra le cellule. Per la caixeta, il team ha scoperto che questo punto si attesta intorno al 24,25 percento di contenuto di umidità.

Per testare questo, il team ha raccolto tredici grandi travi di legno di caixeta da un fornitore di San Paolo, che erano state raccolte nello stato del Mato Grosso. Hanno tagliato queste travi in pezzi di prova più piccoli, assicurandosi che per ogni singolo pezzo di legno creassero due set di campioni: un set essiccato fino al livello di umidità standard del 12 percento, e un altro set mantenuto umido al 25 percento, ovvero poco sopra il punto di saturazione. Questa configurazione accurata ha permesso loro di confrontare esattamente lo stesso legno in due diverse condizioni, eliminando ogni incertezza sul fatto che le differenze fossero dovute al legno stesso o alla naturale variazione tra gli alberi. Hanno poi sottoposto questi campioni a una serie di rigorosi test, misurando tutto, dalla durezza del legno a quanta forza potesse sopportare prima di spezzarsi in tensione, compressione o flessione.

I risultati hanno rivelato un modello chiaro: all'aumentare del contenuto di umidità, le proprietà meccaniche del legno di caixeta generalmente diminuivano. Il legno più umido era effettivamente più debole e meno rigido del legno più secco. Tuttavia, la storia è diventata più complessa quando i ricercatori hanno confrontato le loro misurazioni reali con i numeri predetti dal codice ufficiale. Le regole standard suggerivano che la resistenza del legno sarebbe diminuita di una certa quantità man mano che diventava umido, ma i test nel mondo reale hanno raccontato una storia diversa. In molti casi, il legno umido reale era più forte di quanto il codice prevedesse. Ad esempio, osservando la capacità del legno di resistere alla flessione, il valore sperimentale era circa il 16,66 percento superiore al valore stimato. Allo stesso modo, la rigidità del legno in compressione era circa il 12,75 percento superiore rispetto a quanto calcolato dalla formula standard.

Forse il reperto più significativo riguardava la classificazione che il legno dovrebbe ricevere per scopi costruttivi. Basandosi sui loro test al livello di umidità standard del 12 percento, i ricercatori hanno calcolato un valore di resistenza specifico che collocava questo lotto di caixeta in una categoria di resistenza superiore, nota come D30. Questo è stato un cambiamento notevole, poiché l'attuale codice brasiliano elenca la caixeta come una specie D20, il che implica che sia più debole. Questa discrepanza evidenzia una realtà cruciale: il legno della stessa specie può variare significativamente a seconda di dove è cresciuto e di quale lotto specifico viene utilizzato. La classificazione standard potrebbe sottostimare il potenziale di questo particolare legname, o potrebbe semplicemente riflettere una mancanza di dati recenti e specifici per questa specie.

Lo studio conclude che, sebbene i fattori di correzione standard nel codice brasiliano forniscano una base utile, essi non catturano perfettamente il comportamento del legno di caixeta quando è umido. Il codice tende a essere conservativo, prevedendo una maggiore perdita di resistenza rispetto a quanto avviene realmente in laboratorio. Ciò suggerisce che, per questa specifica specie, gli ingegneri potrebbero essere in grado di utilizzare il legno in modo più efficiente rispetto a quanto consentito dalle regole attuali, a condizione di avere accesso a migliori dati. Tuttavia, gli autori sottolineano con cautela che i loro risultati derivano da un singolo lotto di legno di una specifica località. Essi enfatizzano che queste scoperte non debbano essere applicate immediatamente a tutti gli alberi di caixeta ovunque. Al contrario, il loro lavoro serve come un invito all'azione per espandere il database dei risultati sperimentali per le specie tropicali autoctone. Raccogliendo più dati da diverse origini e lotti di legname, la comunità scientifica può perfezionare queste regole, garantendo che l'uso del legno tropicale nella costruzione sia sia sicuro che ottimizzato per il suo vero potenziale.