Fasi di lavorazione di LVL (legno microlamellare) di faggio (Fagus sylvatica)

Fasi di lavorazione di LVL (legno microlamellare) di Faggio (Fagus sylvatica) L'innovazione presentata in questa pubblicazione è stata selezionata nell'ambito del progetto FOREST4EU. Questo progetto ha raccolto le innovazioni generate negli ultimi anni da diversi gruppi operativi nel settore forestale a livello europeo. Attraverso diversi processi di prioritizzazione con esperti del settore, 20 innovazioni sono state selezionate come quelle di maggiore interesse per rafforzare il trasferimento dei loro risultati nel contesto forestale. All'interno di questo processo, l'innovazione "LVL (Laminated Veneer Lumber) of beech wood", sviluppata nell'ambito del gruppo operativo GO FAGUS, è stata selezionata come prodotto di particolare rilevanza per la sua comunicazione in Spagna. Per ulteriori informazioni, visitare il sito web del progetto https://www.forest4eu.eu/. Che cos’è la sfogliatura e qual è il suo processo? LVL è un prodotto costituito dalla sovrapposizione di sfogliati sottili di legno (Fig. 1), ottenuti per sfogliatura. Ottenere il materiale in qusto modo ha la seguenti implicazioni: Figura 1 - Impiallacciature di faggio utilizzate per la fabbricazione del LVL. Figura 2. Schema della sfogliatura. Fonte: Madera Hermanos Guilen La materia prima per la fabbricazione di questo prodotto deve essere costituita da tronchi di alta qualità. Diametro grande, fusto diritto, con poca rastremazione e pochi nodi per ottenere efficienza, volume e qualità adeguati. Per questo motivo, è prevedibile che la produzione di prodotti strutturali con sfogliati da legno tondo offra proprietà superiori rispetto al legname segato della stessa specie. Innanzitutto, i tronchi vengono scortecciati per rimuovere la corteccia e detriti o impurità della foresta (sassi e terra). Successivamente, i tronchi vengono scansionati con un metal detector, in quanto la presenza di metallo all'interno dei tronchi potrebbe rovinare i macchinari utilizzati in questo processo. I tronchi vengono poi immersi in acqua bollente o scaldati a vapore per ottenere un’ammorbidimento del legno. Questo ha lo scopo di raggiungere diversi obiettivi: evitare che il legno si spezzi sotto la tensione della La sfogliatura consiste nello “srotolare” il tronco, trasformando un cilindro di legno in un lungo foglio. La miglior esemplificazione per comprenderlo è confrontarlo con un rotolo di carta, dove il tronco è il rotolo e il foglio di carta è l'impiallacciatura (Fig. 2). Per raggiungere questo obiettivo il processo procede come segue: José Luis Villanueva, Cesefor, Spain sfogliatura, ridurre la resistenza alla lama e prolungare la vita utile degli utensili da taglio. Infine, avviene l'operazione di sfogliatura, dove, per prima cosa il tronco deve essere centrato sull'asse dei mandrini e, tramite l’azione del coltello, portato al tondo, come mostrato in Figura 2. Per questo progetto sono stati fabbricati due tipi di campioni: 125x30x2500mm³ travi. 500x500mm² pannelli da cui sono stati ricavati piccoli provini. Una volta raggiunta questa forma, il coltello si avvicinerà al cilindro centrale e si otterrà uno sfogliato dello spessore richiesto (Fig. 3) fino a raggiungere il diametro minimo di lavoro, generando così 3 prodotti finali: i trucioli della messa al tondo, lo sfogliato (Fig. 4) e il tondello da cui non è stato possibile ricavare altro materiale (Fig. 5). E così si ottiene la materia prima utilizzata per produrre i provini testati in questo progetto. All'arrivo degli sfogliati presso gli stabilimenti di Cesefor, questi sono stati lasciati acclimatare per alcuni giorni per evitare problemi di umidità del legno dovuti alle differenze climatiche tra la segheria e gli impianti. L'umidità è stata controllata per mezzo di uno igrometro elettrico (Fig. 6). Figura 3. Toppo pronto per la sfogliatura Figure 4. Sfogliato ricavata dal toppo Figura 6. Controllo dell’umidità degli sfogliati con igrometro elettrico. Figure 5. Tondelli residui al termine della sfogliatura PROCESSO DI PRODUZIONE Umidità di equilibrio Attenzione alla posizione del foglio Assemblaggio dei campioni Considerazioni sull’adesivo Poiché il prodotto da fabbricare è LVL e tutti i fogli devono avere lo stesso orientamento della fibratura, è stata prestata attenzione a garantire questa caratteristica durante la fabbricazione, specialmente nei piccoli campioni da 500x500 mm² dove è molto più facile commettere l’errore di ruotare alcuni fogli di 90° e fabbricare un pannello compensato (Fig. 7). Dopo il condizionamento e la preparazione del materiale e delle strutture (facilities), è iniziato il processo di produzione. Questo processo è identico per campioni grandi e piccoli, l'unica differenza è la dimensione del campione risultante e la pressa utilizzata. A causa della natura prototipativa degli impianti e dell'assenza di un sistema per applicare colla e indurente in modo indipendente con un rapporto regolato, le dosi sono state preparate per mescolarle appena prima della loro applicazione per garantire il tempo aperto della colla. Una volta miscelato, è stato riempito il serbatoio del rullo manuale con cui è stato applicato l'adesivo. In questo modo sono stati ottenuti due diversi prodotti: travi LVL di dimensioni strutturali 125x30x2500mm³ (Fig. 8) e campioni di piccole dimensioni realizzati nella pressa a caldo per pannelli che produce pezzi da 500x500mm² (vedi Figure 9 e 10) per confrontare le loro proprietà con quelle dei segati e delle travi strutturali prodotte negli stabilimenti. Il faggio è una specie complicata in termini di incollaggio, in quanto è difficile per le linee di colla soddisfare i requisiti delle normative, anche se questo potrebbe essere dovuto anche all'elevata resistenza di questo legno, come commentano alcuni autori. In questo caso, è stato utilizzato un adesivo MUF bicomponente con il nome commerciale GripPro™ Design di Azko novel. L'utilizzo dell'adesivo è stato determinato dalla scheda tecnica del produttore, tenendo conto dell'umidità e della temperatura del legno e della ambiente di pressatura, del tempo di permanenza dell'adesivo all'aria, del rapporto di miscelazione, della pressione da esercitare e del tempo minimo di presa. Alcuni dei parametri utilizzati per la produzione sono inclusi nella tabella 1. Figura 7. Incollaggio e posizionamento degli sfogliati Tabella 1. Alcuni parametri considerati per la produzione Figura 8. Travi di dimensioni strutturali Figura 9. 500x500 mm pannello, utilizzato per produrre piccoli esemplari. Figura 10. Piccoli campioni per prove di flessione (in alto) e per prove di trazione perpendicolari alla fibra (in basso). FASE DI COLLAUDO Sulla base dei due prodotti precedentemente sviluppati, verranno effettuati 3 diversi test per valutarne le caratteristiche di resistenza: 1.Prove di flessione con le 10 travi di dimensioni strutturali prodotte. 2.Prove di flessione con 50 campioni di piccole dimensioni. 3.Prove di trazione perpendicolari alla fibratura su 60 piccoli campioni. Prova di flessione La prova di flessione (indipendentemente dalle dimensioni del provino) viene eseguita appoggiando il pezzo alle sue estremità (due punti di appoggio) e per mezzo di un pistone che esercita una forza verticale applicata in due punti, in modo che nel tratto tra i punti di carico (tratto centrale), la trave sia soggetta solo a flessione pura e non a taglio. Quando si verifica una rottura in questa sezione della trave, la sollecitazione di rottura è dovuta solo alla flessione. Tali prove sono state effettuate secondo la metodologia della norma EN 408 proposta per i segati e il legno lamellare incollato, come indicato nella norma EN 14374. La Figura 11 mostra una prova di flessione eseguita su travi di dimensioni strutturali e nella Figura 12 una eseguita su provini di piccole dimensioni. Figura 11. Prova di flessione su provini di dimensioni strutturali. Figura 12. Prova di flessione su provini di piccole dimensioni. Figura 13. Prova di trazione perpendicolare alla fibratura. Tabella 2. Risultati del test di flessione della trave LVL di dimensioni strutturali Prova di trazione perpendicolare RISULTATI Prove di flessione su provini di dimensioni strutturali Prove di flessione di provini di piccole dimensioni Questa prova viene eseguita per determinare il comportamento del LVL nelle sollecitazioni di trazione perpendicolari alla fibratura (la sollecitazione più sfavorevole a cui il legno può essere sottoposto) per mezzo di un dispositivo metallico appositamente progettato per la prova. Questo dispositivo è costituito da due afferraggi metallici che trattengono il provino senza danneggiarlo, per poi allontanarli l'uno dall'altro, generando una sollecitazione di trazione. Nella Figura 13 viene illustrato uno di questi test in esecuzione. *I valori tra parentesi corrispondono al coefficiente di variazione U (%)- Umidità 𝜌𝑚 (kg/m³) - Densità media 𝜌𝑘 (kg/m³) - Densità caratteristica corrispondente al 5%. 𝑓𝑚,𝑚 (MPa)- Resistenza alla flessione, valore medio. 𝑓𝑚,𝑘 (MPa) - Resistenza alla flessione, valore caratteristico. 𝐸𝑚,𝑔 (MPa) - Modulo di elasticità globale (con effetto del taglio). 𝐸𝑚,𝑙 (MPa) - Modulo di elasticità locale (senza effetto del taglio). Sono stati effettuati dieci test e sono state ottenute le proprietà caratteristiche desiderate, in conformità alla norma EN 14358. Sono stati determinati la densità media e caratteristica del campione, la resistenza alla flessione media e caratteristica e il modulo di elasticità locale e globale. Il valore della resistenza alla flessione è stato corretto per un'altezza di riferimento di 300 mm secondo EN 14358. Questi test devono essere eseguiti entro l'intervallo di tempo previsto dalla norma, poiché il legno si comporta in modi diversi a seconda della durata della sollecitazione. Inoltre, la norma indica anche la velocità con cui deve essere applicato il carico, potendo variare il suo controllo tra forza o spostamento per unità di tempo (kg/min o mm/min). I risultati ottenuti dalle prove effettuate su travi di piccole dimensioni sono riportati nella Tabella 3. Sono state testate travi con una sezione trasversale di 25x20 mm², con una distanza tra gli appoggi di 450 mm. Sono stati effettuati cinquanta test e sono state ottenute le proprietà caratteristiche desiderate, in conformità alla norma EN 14358. In questo caso sono state ottenute la resistenza a flessione media e caratteristica e il modulo di elasticità complessivo. Il valore della resistenza alla flessione è corretto per un'altezza di riferimento di 300 mm secondo EN 14358. In questa sezione verranno presentati i risultati ottenuti dai diversi test eseguiti. I risultati ottenuti dalle prove effettuate su travi di dimensioni strutturali sono presentati nella Tabella 2. Sono state testate travi con una sezione trasversale di 120x30 mm², con una distanza tra gli appoggi di 2160 mm. * I valori tra parentesi corrispondono al coefficiente di variazione 𝑓𝑚,𝑚 (MPa) - Resistenza alla flessione, valore medio. 𝑓𝑚,𝑘 (MPa) - Resistenza alla flessione, valore caratteristico. 𝐸𝑚,𝑔 (MPa) - Modulo di elasticità globale (con effetto del taglio) Tabella 3. Risultati delle prove di flessione di travi LVL di piccole dimensioni Prove di trazione perpendicolari DISCUSSIONE DEI RISULTATI I risultati ottenuti dalle prove effettuate su piccoli campioni sono riportati nella Tabella 4. Sono stati testati provini con una sezione trasversale di 55x50 mm², con uno spessore di 20 mm. Sono stati effettuati trenta test e sono state ottenute le proprietà caratteristiche richieste, in conformità alla norma EN 14358. Si è ottenuta la resistenza alla trazione perpendicolare alla fibratura media e caratteristica. Si può osservare come la resistenza alla flessione del LVL sia superiore a quella del campione di legname segato testato, pur avendo eseguito solo 10 prove di travi LVL (fatto che penalizza il valore caratteristico). Ciò è coerente con il fatto che i prodotti in legno ingegnerizzato come LVL migliorano le proprietà del legname segato grazie a un migliore utilizzo del materiale e alla riduzione delle singolarità negli elementi strutturali. Se analizziamo ora i risultati delle prove di flessione eseguite su provini di piccole dimensioni, si osserva, come previsto, che questi campioni sono più resistenti e più rigidi di quelli di dimensioni strutturali. In particolare, il rapporto tra le resistenze è di 1,67 e nel modulo di elasticità complessivo di 1,43. Ciò può essere spiegato dalla minore quantità di singolarità che il legno di piccole dimensioni ha rispetto al legno di dimensioni strutturali. I risultati ottenuti dalla prova di flessione su travi di dimensioni strutturali possono essere confrontati con quelli dichiarati per le classi di resistenza dei segati (EN 338) o del legno lamellare incollato (EN 14080), sebbene quest'ultimo sia applicabile al lamellare di conifera. Se confrontiamo con le classi di resistenza del legname segato, le classi di resistenza D40 e D45 potrebbero essere prese come riferimento. Allo stesso tempo, i risultati ottenuti in questo test possono essere confrontati con quelli ottenuti nell'ambito del progetto EGURALT, in cui sono stati testati in flessione 38 pezzi di legname segato di faggio di seconda qualità con sezione trasversale di 120x30 mm². La tabella 5 mostra il confronto tra le proprietà delle classi di resistenza ottenute per LVL e segati. *I valori tra parentesi corrispondono al coefficiente di variazione 𝑓𝑡,90,𝑚 (MPa) - Resistenza alla trazione perpendicolare, valore medio. 𝑓𝑡,90,𝑘 (MPa) - Resistenza alla trazione perpendicolare, 5° percentile. Tabella 4. Risultati delle prove di trazione perpendicolare alla fibratura su piccoli provini LVL. Tabella 5. Confronto delle proprietà degli indicatori delle classi di resistenza con le proprietà del LVL e dei segati. Contacts Further information https://gofagus.es/ [email protected] FOREST4EU Project FOREST4EU Project [email protected] forest4eu.eu Funded by the European Union (Grant n. 101086216). Views and opinions expressed are however those of the authors only and do not necessarily reflect those of the European Union or REA. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them. partners: Il processo di pressatura con la pressa a caldo, utilizzato per produrre i pannelli da cui sono stati ottenuti i provini di piccole dimensioni, ha invece un grado di controllo superiore a quello eseguito con la pressa di grandi dimensioni utilizzata per produrre le travi di dimensioni strutturali. Quest'ultimo può anche influenzare i migliori risultati ottenuti con i piccoli provini. Infine, rispetto ai risultati delle prove di trazione perpendicolari alla fibra, si può commentare che il valore di resistenza caratteristica ottenuto di 0,94 MPa è superiore a quello indicato per tutte le classi di resistenza D della norma EN338, che corrisponde a 0,6 MPa. Sulla base dei lavori svolti è stato possibile produrre e valutare LVL da sfogliati di faggio di seconda qualità secondo i criteri di classificazione in base all’aspetto dei segati. Sono state eseguite prove di flessione su provini di piccole dimensioni e dimensioni strutturali, nonché prove di trazione perpendicolari alla fibra. I risultati dei test sono soddisfacenti e incoraggianti, raggiungendo buone proprietà meccaniche che indicano che la materia prima è adatta alla produzione di questo prodotto. Confrontando le proprietà dell'LVL testato in flessione con quelle dei segati della stessa origine, i risultati sono migliorati sia nella resistenza alla flessione che nel modulo elastico. CONCLUSIONI