Curs Studiul Lemnului

STUDIUL LEMNULUI Curs pentru învăţământul la distanţă

STUDIUL LEMNULUI

CURS PENTRU ÎNVĂŢĂMÂNTUL LA DISTANŢĂ

Şef lucrări ing. drd.Marius Miron – Onciul

1


OBIECTIVE OPERAŢIONALE

Lucrarea de faţă a fost concepută cu scopul de a răspunde nevoilor didactice, pentru învăţământul la distanţă (ID). În consecinţă ea se adresează studenţilor ce urmează această formă, exprimarea, editarea şi tipărirea fiind caracteristice, conform standardelor de redactare în tehnologie ID.

Ceea ce însă este foarte important şi trebuie de subliniat este că informaţia, în speţă cantitatea şi calitatea conţinutului ştiinţific, este identică cu cea ce se adresează studenţilor ce urmează cursurile de zi.

Fiind o disciplină de specialitate în formarea viitorilor silvicultori, Studiul lemnului prezintă mecanismele de formare şi acumulare a masei lemnoase, proprietăţile fizice, mecanice şi tehnologice ale lemnului ca materie primă a diverselor industrii de prelucrare sau ca material de construcţii, precum şi a influenţele diferiţilor factori naturali sau silvotehnici asupra structurii şi a caracteristicilor lemnului.

Predarea materiei se limitează numai la prevederile curente ale programei analitice, lămuriri suplimentare privind speciile abordate sau alte specii din afara listei considerate obligatorii, se va face prin studiu individual a unei bibliografii ştiinţifice în acest sens. De menţionat că, la bibliografie sunt trecute numai tratatele de bază de specialitate din literatura română şi străină.

Obiectivele care au fost urmărite de-a lungul elaborării cursului sunt:

- definirea noţiunilor de bază din domeniul studiului lemnului şi al produselor accesorii ale pădurii;

- fundamentarea conceptelor de bază privind anatomia lemnului şi fiziologia plantelor lemnoase, comportamentul lemnului la acţiunea diferiţilor factori fizici, chimici, mecanici;

- explicarea pe larg a structurii anatomice a lemnului cu accent pe corelaţia dintre structura anatomică a lemnului şi proprietăţile lui fizico-mecanice;

- prezentarea legităţilor generale ale creşterii şi dezvoltării la arbori şi arborete, a modului de formare şi acumulare a lemnului în corpul plantelor lemnoase, cu explicarea modului în care acţiunilor silviculturale pot influenţa pozitiv asupra calităţii şi proprietăţilor lemnului produs;

- utilizarea corectă a termenilor de specialitate, a simbolurilor şi unităţilor de măsură a principalelor proprietăţi fizice, chimice, mecanice şi tehnologice ale lemnului şi produselor accesorii ale pădurii;

Pentru a veni în sprijinul studenţilor în a le uşura înţelegerea şi reţinerea materiei, s-a adoptat o abordare concisă, materia fiind structurată pe lecţii însoţite de teste de autoevaluare ce îşi regăsesc răspunsurile detaliate la sfârşitul cursului.

Autorul

2


CUPRINS

LECŢIA 1. RESURSELE FORESTIERE ŞI IMPORTANŢA LOR ECONOMICĂ, ECOLOGICĂ ŞI SOCIALĂ ÎN ROMÂNIA ŞI PE PLAN MONDIAL .....................................................................

1.1. Resursele forestiere şi particularităţi în valorificarea lor ........................1.2. Lemnul. Definiţii. Scurt istoric ................................................................1.3. Importanţa lemnului în viaţa oamenilor ...................................................1.4. Test de autoevaluare ................................................................................

LECŢIA 2. ARBORELE – BAZĂ PRODUCĂTOARE DE LEMN. ASPECTE ANATOMICE CU PRIVIRE LA FORMAREA LEMNULUI ŞI ALCĂTUIREA CELULEI LEMNOASE…...…

2.1. Clasificarea plantelor lemnoase ...............................................................2.2. Părţile principale ale arborelui .................................................................2.3. Activitatea cambiului şi formarea lemnului .............................................2.4. Tipuri de ţesuturi şi funcţiile acestora în arbore .......................................2.5. Alcătuirea celulei lemnoase …………………........................................2.6. Test de autoevaluare ................................................................................

LECŢIA 3. STRUCTURA GENERALĂ A LEMNULUI ..................................3.1. Elemente generale ....................................................................................3.2. Planurile fundamentale în studiul lemnului .............................................3.3. Structura macroscopică a lemnului ..........................................................3.4. Structura submicroscopică a lemnului .....................................................3.5. Test de autoevaluare .................................................................................

LECŢIA 4. STRUCTURA ANATOMICĂ A LEMNULUI DE RĂŞINOASE ŞI DE FOIOASE ......................................................

4.1. Structura anatomică a lemnului de răşinoase ..........................................4.2. Structura anatomică a lemnului de foioase ..............................................4.3. Test de autoevaluare .................................................................................

LECŢIA 5. DEFECTELE LEMNULUI. DEFECTELE DE FORMĂ ŞI ANOMALIILE STRUCTURII ANATOMICE A LEMNULUI .....

5.1. Originea, importanţa şi clasificarea defectelor lemnului .........................5.2. Defecte de formă ale trunchiului ......................... ...................................5.3. Anomaliile structurii anatomice ale lemnului ..........................................5.4. Test de autoevaluare .................................................................................

LECŢIA 6. DEFECTELE LEMNULUI. VĂTĂMĂRILE STRUCTURII ANATOMICE A LEMNULUI. ALTERAŢII. LEMNUL DE REACŢIE .........................................................................................

6.1. Vătămări ale structurii anatomice a lemnului ..........................................6.2. Vătămări traumatice ......................... ......................... .............................6.3. Alteraţiile lemnului ......................... ......................... ..............................6.4. Lemnul de reacţie ......................... ......................... .................................6.5. Test de autoevaluare .................................................................................

LECŢIA 7. COMPOZIŢIA CHIMICĂ A LEMNULUI ....................................7.1. Consideraţii generale ......................... ......................... ............................

6 6 9 11 11

12 12 13 15 17 18 21

22 22 23 24 29 31

32 32 35 39

40 40 41 43 47

48 48 50 52 56 58

59 59

3


7.2. Celuloza ......................... ......................... ...............................................7.3. Hemicelulozele ......................... ......................... ....................................7.4. Pectina ......................... ......................... ......................... .......................7.5. Ligninele ......................... ......................... ......................... ...................7.6. Substanţele extractibile ......................... ......................... ........................7.7. Test de autoevaluare .................................................................................

LECŢIA 8. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE LEMNULUI. UMIDITATEA, PERMEABILITATEA ŞI RETRACTIBILITATEA LEMNULUI.......................................................................................

8.1. Umiditatea lemnului ......................... ......................... ...........................

8.2. Permeabilitatea lemnului ......................... ......................... ....................

8.3. Retractibilitatea lemnului ......................... ......................... ...................

8.4. Test de

autoevaluare ...............................................................................

LECŢIA 9. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE LEMNULUI. DENSITATEA ŞI POROZITATEA LEMNULUI. PROPRIETĂŢILE TERMICE, ELECTRICE, MAGNETICE ŞI ACUSTICE ALE ACESTUIA .......................................................................................

9.1. Densitatea lemnului ......................... ......................... ............................

9.2. Porozitatea lemnului ......................... ......................... ...........................

9.3. Proprietăţile termice ale lemnului ......................... ................................

9.4. Proprietăţile electrice şi magnetice ale lemnului ...................................

9.5. Proprietăţile acustice ale lemnului ......................... ...............................

9.6. Test de

autoevaluare ...............................................................................

LECŢIA 10. ELASTICITATEA ŞI PLASTICITATEA LEMNULUI .............10.1. Deformaţii şi eforturi unitare în

lemn ......................... ..........................10.2. Comportamentul elastic al

lemnului ......................... ............................10.3. Plasticitatea lemnului şi elemente de

reologie .......................................10.4. Test de

autoevaluare ......................... ......................... ...........................

LECŢIA 11. REZISTENŢELE LEMNULUI ......................................................11.1. Rezistenţa la

compresiune ......................... ............................................11.2. Rezistenţa la

flambaj ......................... ......................... ..........................11.3. Rezistenţa la tracţiune

60 61 62 64 65 67

68 68 72 72 74

75 75 78 78 79 80 80

81 81 83 84 85

86 86 87 87 88 88 89 90 90 91 92 92

93 93 94 95 98 99100100

4


(întindere) ......................... ................................11.4. Rezistenţa la încovoiere

statică ......................... ....................................11.5. Rezilienţa (rezistenţa la încovoiere

dinamică) .......................................11.6. Rezistenţa la

despicare ......................... ......................... .......................11.7. Rezistenţa la

forfecare ......................... ......................... ........................11.8. Rezistenţa la torsiune

(răsucire) ......................... ...................................11.9.

Duritatea ......................... ......................... ......................... ...................11.10.Rezistenţa la oboseală ......................... ......................... ........................11.11.Test de autoevaluare ...............................................................................

LECŢIA 12. VALORIFICAREA BIOMASEI LEMNOASE. PROPRIETĂŢILE TEHNOLOGICE ALE LEMNULUI ..................

12.1. Lemnul brut ......................... ......................... ......................... ..............

12.2. Sortarea lemnului ......................... ......................... ...............................

12.3. Prelucrarea lemnului ......................... ......................... ..........................

12.4. Valorificarea energetică a lemnului ......................... .............................

12.5. Proprietăţile tehnologice ale lemnului ......................... ...........................

12.5.1. Rezistenţa lemnului la uzură ......................... ................................12.5.2. Rezistenţa lemnului la smulgerea cuielor şi a şuruburilor .............12.5.3. Stabilitatea dimensională la uscare ......................... ......................12.5.4. Durabilitatea lemnului ......................... ......................... ................12.5.5. Rezistenţa la atacul acizilor şi bazelor ......................... ..................12.5.6. Rezistenţa la tăiere cu cuţite ......................... .................................12.5.7. Curbarea ............................................ ......................... ...................12.5.8. Proprietăţile papetiere .................................... .................................

12.6. Test de

autoevaluare ...............................................................................

LECŢIA 13. CONSERVAREA ŞI AMELIORAREA LEMNULUI .................13.1. Conservarea

lemnului ......................... ......................... .........................13.1.1. Conservarea lemnului pe cale umedă ......................... .....................13.1.2. Conservarea lemnului cu substanţe chimice ....................................13.1.3. Uscarea lemnului ......................... ......................... .........................

13.2. Ignifugarea lemnului ......................... ......................... .........................

13.3. Procedee de ameliorare a lemnului ......................... .............................

13.3.1. Ameliorarea pe cale termică ......................... ..................................13.3.2. Ameliorarea pe cale chimică ......................... .................................13.3.3. Ameliorarea prin electrodializă ......................... .............................

101101102103103103104

105105105106108109110110110111111111111112112

113113114115116117120122125

126

5


13.3.4. Ameliorarea prin densificare ......................... .................................13.3.5. Ameliorarea prin stratificare ......................... .................................13.3.6. Ameliorarea prin aşchiere şi reasociere în plăci ..............................13.3.7. Ameliorarea prin defibrare şi reasociere în plăci .............................

13.4. Test de

autoevaluare ...............................................................................

LECŢIA 14. VARIABILITATEA LEMNULUI .................................................14.1. Variabilitatea lemnului şi consecinţele

acesteia .....................................14.2. Variabilitatea în arbore şi lemnul

juvenil ...............................................14.3. Variabilitatea

intraspecifică ......................... ......................... ................14.4. Variabilitatea

interspecifică ......................... ..........................................14.5. Variabilitatea structurii anatomice şi a defectelor

lemnului ...................14.6. Variabilitatea densităţii

lemnului ......................... .................................14.7. Variabilitatea altor proprietăţi ale

lemnului ......................... .................14.8. Test de

autoevaluare ...............................................................................

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ ............................................................................

6


LECŢIA 1.

RESURSELE FORESTIERE ŞI IMPORTANŢA LOR ECONOMICĂ, ECOLOGICĂ ŞI SOCIALĂ ÎN ROMÂNIA ŞI PE PLAN MONDIAL

1.1. Resursele forestiere şi particularităţi în valorificarea lor

În lume există în prezent cca. 4592 mil ha terenuri forestiere din care suprafaţa efectiv ocupată cu păduri este de 4113 mil. ha (tabelul 2). Se face menţiunea că în trecut pădurile ocupau suprafeţe mult mai întinse având ca limite ale arealului lor de dezvoltare o biotemperatură anuală de 3oC şi un volum mediu de precipitaţii de 350 – 400 mm/an.

Aceste păduri produc anual cca. 4660 mil. m3 lemn (tabelul 3).

Tabelul 1. REPARTIŢIA PĂDURILOR PE MARI REGIUNI GEOGRAFICE

Regiunea geografică

Suprafaţa uscatului

(mil. ha)

Din care trenuri

forestiere(mil. ha)

Suprafaţa de pădure

locuitor(ha)

Păduri de răşinoase Păduri de foioaseSuprafaţ

a(mil. ha)

%Volum pe

picior(mil. m3)

%Suprafaţ

a(mil. ha)

%Volum pe

picior(mil. m3)

%

Europa 471 145 0,31 82 5,6 8100 7,1 59 2,1 5400 4,3

Fosta URSS 2144 1251 3,21 796 54,0 66000 56,9 185 6,7 13000 10,4

Asia 2700 550 0,19 90 6,1 3600 5,5 410 14,9 11400 9,1

Africa 2970 698 2,34 4 0,2 200 0,1 694 25,3 4200 3,4

America de Nord

1875 750 3,34 440 29,9 34000 29,3 273 9,9 10800 8,6

America Centrală

272 76 0,92 37 2,5 200 0,1 36 1,3 700 0,6

America de Sud

1760 867 5,28 20 1,4 600 0,5 847 30,8 76000 60,6

Zona Pacificului

842 255 5,40 4 0,2 600 0,5 249 9,0 3800 3,0

Total 13034 4592 1,83 1473 100 116000 100 2753 100 125300 100

După Annuaire des produits forestieres 1998–1999 F.A.O. – Rome, citat de Milescu I. (2002)

7


Tabelul 2. Dinamica exploatărilor de lemn pe plan mondial şi regional, în perioada 1950 - 2000

Regiunea geografică

Volumul mediu de masă lemnoasă exploatată la nivelul anului ... (mil. m3)1950 1960 1970 1980 1990 2000

TotalLemn lucru

TotalLemn lucru

TotalLemn lucru

TotalLemn lucru

TotalLemn lucru

TotalLemn lucru

Europa 286 167 317 215 382 325 374 334 390 360 400 380

Fosta URSS

329 180 370 202 472 385 465 357 480 390500

400

Asia 290 84 384 124 1100 635 1477 912 1580 1100 1720 1280

Africa 120 20 190 22 605 322 679 384 720 517 800 520

America de Nord

392 320 405 356 468 449 550 495 590 520 600 540

America de Sud

140 21 268 127 325 182 421 281 510 380 540 390

America Centrală

40 6 42 7 69 39 36 28 42 35 50 44

Zona Pacificului

20 15 25 16 35 28 38 32 46 40 50 46

Total 1617 813 2001 1069 3456 2365 4040 2823 4358 3352 4660 3600

După Annuaire des produits forestieres 1998–1999 F.A.O. – Rome, citat de Milescu I. (2002)

Valoarea producţiei forestiere mondiale este de cca. 80 mld US$, ceea ce reprezintă cca. 2,1 % din produsul intern brut mondial. Anual, statele lumii exportă produse forestiere în valoare de cca. 180 mld US$ (tabelul 4), ceea ce reprezintă cca. 3,3 % din totalul comerţului internaţional de mărfuri.

Prin urmare, resursele forestiere joacă un rol important în economia planetei, chiar dacă se iau în considerare numai beneficiile materiale pe care le oferă acestea.

Tabelul 3. Valoarea schimburilor comerciale internaţionale cu produse lemnoase în intervalul 1950 – 2000

(miliarde US $)

SpecificăriAni de referinţă

1950 1960 1970 1980 1990 2000

Lemn rotund, cherestea, traverse 10,3 13,5 13,5 34,1 55,0 61,0

Furnire, placaje, PAL, PFL 1,0 2,7 4,3 4,5 14,3 22,1

Produse papetare (celuloză, hârtie, cartoane) 8,7 12,5 18,9 49,2 66,3 72,0

Lemn de foc, cărbune de lemn, tocătură de lemn

3,9 5,3 8,9 14,6 17,6 24,8

Total 23,9 34,0 47,4 103,3 153,2 179,9

8


Din punct de vedere social activitatea forestieră ocupă o mare parte din forţa de muncă: în tările europene, în întreprinderile forestiere activează 2,4 mil. salariaţi, ceea ce reprezintă 5% din totalul forţei de muncă angajate în unităţile industriale şi agricole din Europa.

Consumul de lemn anual pe plan mondial se situează la un nivel relativ ridicat în raport cu volumul altor produse de consum (lemn - 3,0 mld tone; cereale – 1,5 mld tone; oţel – 0,7 mld tone; ciment – 0,8 mld tone; mase plastice – 0,04 mld tone). Din totalul de lemn brut consumat anual, 52 % este destinat producerii de energie, iar 48 % îl constituie lemnul industrial, destinat producerii de cherestea (25%), celuloză, panouri etc.

În ceea ce priveşte produsele accesorii, pe plan mondial se recoltează cantităţi importante de cauciuc, plută, liber, răşină. În unele ţări s-au creat plantaţii speciale în vederea realizării unui anumit produs accesoriu care constituie obiectivul principal al exploatării: plantaţii de pin pentru oleorezine (Franşa, Spania, SUA, România), plantaţii de arbori de cauciuc (India, Brazilia, Angola), plantaţii de arbori de plută (Alger, Tunis). Totuşi, în general, ţările dezvoltate importă produse accesorii în stare brută şi le prelucrează, datorită ponderii mari a cheltuielilor pentru manoperă necesare recoltării acestora.

Natura şi cantitatea produselor pădurii sunt factori variabili de la o ţară la alta. Valorificarea produselor forestiere a constituit adeseori un element important în dezvoltarea economică a ţărilor mai înapoiate, dar cu resurse forestiere importante (Asia de SE – Indonezia, Malaezia). În ţările cu o silvicultură dezvoltată, valorificarea integrală a produselor forestiere justifică aplicarea unor tratamente silvice intensive şi extinderea reţelei de drumuri forestiere.

Resursele forestiere ale României (6,2 mil. Ha) ocupă o proporţie puţin însemnată pe plan mondial (cca. 0,5 %) şi o poziţie medie pe plan european (cca. 5 %). Totuşi fondul forestier al României are o creştere însemnată, atât datorită cadrului natural favorabil, cât şi datorită proporţiei însemnate a claselor de vârstă care nu au ajuns încă la vârsta exploatabilităţii tehnice.

La noi în ţară se recoltează anual cca. 14,5 mil. m3 lemn pe picior anual, cifră care reprezintă posibilitatea calculată conform amenajamentului.

Atât în prima jumătate a acestui secol, cât şi în ultimele decenii, recolta a depăşit posibilitatea pădurilor din România (figura 1), ceea ce a dus la o sărăcire a resurselor lemnoase ale fondului forestier.

După primul război mondial (mai precis intervalul 1920 – 1930) volumul exploatărilor forestiere a atins un maxim de 21 – 22 mil. m3/an (chiar 27 mil. m3 / an după unii autori). Gravă a fost nu doar depăşirea posibilităţii pădurilor ci mai ales concentrarea tăierilor în bazinele accesibile. Majoritatea acestor supraexploatări au fost efectuate de societăţi comerciale cu capital străin (Goetz comp., Union, Foresta, Groedl, ş.a.).

Pentru perioada celui de-al doilea război mondial există puţine informaţii. Din discuţiile Adunării Generale a Societăţii „Progresul Silvic” din anul 1943 reiese că s-a exploatat un volum de 18 mil. m3 (exclusiv Ardealul de nord, Bucovina de nord şi Basarabia), foarte mult faţă de posibilitatea de 10 mil m3 apreciată pentru România în hotarele ei de atunci. În Ardealul de nord, aflat atunci sub ocupaţie hortistă, au avut loc despăduriri masive în munţii Rodnei. În Basarabia şi Bucovina ocupată de sovietici, în anii 1940 - 1941 au suferit chiar şi pădurile constituite în rezervaţii naturale (Căpriana, Scale, ş.a.).

9


Fig. 1. Dinamica volumului recoltelor legale de lemnP – posibilitatea totală, P’ – posibilitatea de produse principale

După cel de-al doilea război mondial, pentru o scurtă perioadă tăierile de lemn au scăzut din cauza evenimentelor politice intervenite. După anul 1946, exploatările forestiere au fost extinse puternic, atingând maximul în perioada 1951-1955 cînd s-a exploatat un volum de 24–27 mil. m3/an. Această creştere este explicată de intrarea în funcţiune a societăţii „mixte” SOVROM-LEMN care avea misiunea de a transfera în fosta URSS imense cantităţi de cherestea în contul exageratelor despăgubiri de război impuse României. A crescut în această perioadă şi exportul „comercial” cu fosta URSS, realizat la preţuri derizorii, impuse.

După retragerea trupelor de ocupaţie sovietice (1958) volumul lemnului recoltat a scăzut la 22 mil. m3/an. Însa în scurt timp au început să intre în funcţiune giganticele combinate de prelucrare industrială a lemnului. A urmat o perioadă cu recolte de 25 – 27 mil. m3/an care a durat mai mult (1962 – 1975) decât valul anterior de pe vremea SOVROM-ului.

Abia după anul 1985, după intervenţia Academiei Române privind efectele despăduririlor (dezechilibrarea regimului hidrologic, urmată de inundaţii catastrofale, accentuarea proceselor erozionale, colmatarea rapidă a lacurilor de acumulare etc.) a fost posibilă reducerea recoltelor anuale de lemn spre 14 mil. m3 cât este posibilitatea pădurilor României.

Totuşi, volumul creşterilor anuale este ridicat (30 mil. m3/an), dar aceste creşteri se acumulează cu precădere în arborete neexplotabile, ceea ce prefigurează o posibilă creştere a posibilităţii în deceniile viitoare.

1.2. Lemnul. Definiţii. Scurt istoric

Prin lemn înţelegem totalitatea ţesuturilor secundare de rezistenţă, conducere şi depozitare, situate între coajă şi măduvă, care constituie partea principală a trunchiului, ramurilor şi rădăcinilor plantelor lemnoase.

Lemnul a mai fost definit în diverse moduri ca:

10


- parte lemnificată a masei organice vegetale, elaborată şi acumulată de plantele lemnoase;

- un ansamblu de ţesuturi de origine secundară, cu pereţi lignificaţi, rezultând din funcţionarea către interior a stratului generator cambial;

- material organic natural de natură vegetală, constituit din celule cu membrane lignificate.

Deşi întrebuinţarea lemnului este foarte veche, studiul acestuia este o disciplină relativ nouă, primele cercetări susţinute fiind efectuate începând din secolul al XVII – lea în Franţa, în momentul în care s-au extins domeniile de valorificare a lemnului odată cu începutul erei industriale.

Studiul lemnului este o ştiinţă complexă, ce are ca obiect de studiu lemnul sub raportul modului de formare, a alcătuirii anatomice şi al proprietăţilor sale ca material folositor omului în diferite sectoare de activitate (construcţii, industria chimică, alimentară, farmaceutică, energetică).

Pentru a înţelege lemnul, pentru a-i studia proprietăţile fizice, mecanice sau chimice, pentru a şti să-i remediem inconvenientele şi pentru a-l utiliza raţional nu trebuie să se piardă niciodată din vedere originea şi rolul său în corpul arborelui.

Studiul lemnului este, din aceste motive, o ştiinţă care îmbină cunoştinţe de botanică, botanică sistematică, anatomia plantelor, dendrologie, dar şi de fizică, chimie, rezistenţa materialelor, construcţii etc. referitoare la lemn ca material de origine vegetală, cu structură anizotropă şi, de aici, cu proprietăţi speciale.

În limbile greacă şi latină, lemnul este cunoscut sub numele de xilos şi respectiv lignum, de la care provin actualii termeni xilem şi lignină.

Lemnul este o resursă naturală regenerabilă în condiţiile păstrării mediului de viaţă natural. În pădurea virgină arborii cresc, ajung la maturitate, produc seminţe şi, la limita vitalităţii fiziologice se usucă şi lasă locul altora arbori. În pădurea cultivată, creşterea arborilor este dirijată de către om, după reguli care ţin seama de legile naturii astfel încât, în momentul atingerii creşterii maxime în volum, arborii să fie extraşi pentru a lăsa loc noului arboret să se dezvolte pe acel biotop.

Activitatea din silvicultură are aşadar rolul de a valorifica această proprietate a pădurii de a se regenera natural, dar cu recoltarea lemnului produs şi utilizarea acestuia în diferite ramuri industriale. Pentru ca lemnul recoltat să corespundă cerinţelor de utilizare, proprietăţile fizice, mecanice şi chimice ale lemnului trebuie conduse prin dirijarea condiţiilor de creştere în interiorul arboretului.

În România primele cunoştinţe de studiul lemnului sunt promovate la începutul secolului XX de către prof. M. Drăcea prin cursurile pe care le ţinea la Facultatea de Silvicultură a Şcolii Politehnice din Bucureşti. Mai târziu se înfiinţează un laborator de tehnologia lemnului în cadrul Institutului de Cercetări şi Experimentări Forestiere, fiind promovate astfel primele cercetări din acest domeniu şi la noi în ţară de către Ghelmeziu, Drâmbă, pană ş. a. După al doilea război mondial, odată cu dezvoltarea industrială a ţării, se lărgesc preocupările pentru cercetarea lemnului şi a produselor pe bază de lemn. Dintre unităţile care au ca domeniu de activitate studiul lemnului se menţionează Institutul Naţional al Lemnului (fostul Institut de Proiectări şi Cercetări în Industria Lemnului) şi Facultatea de Industrializare a Lemnului din Braşov.

11


1.3. Importanţa lemnului în viaţa oamenilor

Însuşirile valoroase ale lemnului sunt ilustrate într-un mod extrem de elocvent de vechii chinezi, care îl considerau unul din cele cinci principii care stau la baza tuturor lucrurilor (pe lângă metal, apă, foc, pământ).

Se consideră că lemnul este unul dintre compuşii cei mai preţioşi pe care natura ni i-a pus la dispoziţie, în lipsa căruia, nu numai specia umană, dar nici o altă formă de viaţă nu ar fi arătat aşa cum o cunoaştem astăzi.

În vechime, pădurile ocupau suprafeţe întinse şi erau considerate ca daruri ale naturii de care putea dispune în voie oricine., iar nevoile de lemn, iarbă, fructe, scoarţă cu conţinut de tanin pentru argăsirea pieilor, ghindă şi jir pentru animale, răşină pentru confecţionarea făcliilor şi torţelor, miere de albine, ceară pentru lumânări erau satisfăcute din belşug.

Înmulţirea populaţiei şi micşorarea patrimoniului forestier pentru extinderea terenurilor agricole, cât şi teama lipsei de lemn şi a altor produse, au condus la reglementări şi restricţii de recoltare a produselor forestiere, ce se regăsesc în hrisoave, legi, coduri, cărţi de pădure şi alte ordonanţe silvice.

De-a lungul vremurilor lemnul a reprezentat materialul de bază pentru confecţionarea uneltelor, a caselor de locuit, a obiectelor de uz casnic şi a armelor de apărare, servind totodată ca sursă de energie, inclusiv în industrie la începuturile ei. Cu vremea produsele din lemn s-au diversificat continuu, astfel că şi actualmente acest material constituie o prezenţă permanentă, el fiind încorporat în obiecte dintre cele mai simple cât şi în obiecte de artă şi construcţii de dimensiuni monumentale (cupola sălii de sport de la Lillehammer, Norvegia, construită pentru Jocurile olimpice de iarnă din 1994).

Trebuie să se ia în considerare cantitatea impresionantă de masă lemnoasă exploatată anual din pădurile Terrei (4,5 – 4,7 mld. m3 în prezent) ceea ce face improbabilă posibilitatea înlocuirii sale pe scară largă cu alte materiale, cel puţin la nivelul actual al dezvoltării ştiinţei şi tehnicii.

Alături de însuşirile pozitive ale lemnului ca materie primă (densitate redusă, proprietăţi fizice, mecanice, chimice favorabile, prelucrabilitate uşoară, aptitudini psiho-senzoriale care îl impun în industria mobilei), pe fondul exigenţelor actuale de ordin ecologic trebuie de asemenea remarcate unele caracteristici ale produselor din lemn care le fac preferate sub acest aspect (provin dintr-o materie primă naturală, au caracter inofensiv pentru sănătatea oamenilor, sunt reciclabile, biodegradabile, contribuie la stocarea dioxidului de carbon). Toate acestea permit ca, în pofida concurenţei puternice a altor materiale (mase plastice, aluminiu, beton, fibră de carbon ), materiile prime lemnoase să aibă un viitor favorabil. Mai mult, se consideră că în viitor, posibilitatea autosatisfacerii cerinţelor de masă lemnoasă de către o ţară oarecare va constitui un avantaj deosebit, deoarece alte resurse vor deveni tot mai greu de procurat şi mai scumpe.

1.4. Test de autoevaluare

1. În ce constă importanţa economică a produselor forestiere?

2. Cât reprezintă valoarea producţiei forestiere din produsul intern brut internaţional?

3. Care este consumul de lemn anual pe plan mondial şi care este proporţia utilizărilor acestuia?

4. Care este definiţia actuală acceptată a lemnului şi prin ce se remarcă aceasta faţă de alte definiţii date lemnului de-a lungul timpului.

12


LECŢIA 2

ARBORELE – BAZĂ PRODUCĂTOARE DE LEMN

2.1. Clasificarea plantelor lemnoase

În funcţie de înălţime şi formă, plantele lemnoase sunt împărţite convenţional în arbori, arbuşti, subarbuşti şi liane.

Arborii sunt plante lemnoase care au în general o singură tulpină (o singură tulpină distinctă) cu înălţimea de peste 7 m la maturitate şi o coroană alcătuită din ramuri. Trebuie să se facă distincţie între arborii forestieri, al căror produs principal este lemnul, arborii ornamentali cultivaţi pentru frumuseţea lor şi pomii fructiferi de la care se recoltează în primul rând fructele.

Arbuştii sunt plante lemnoase de obicei cu mai multe tulpini atingând înălţimi de maximum 7 m şi fără o coroană bine distinctă.

Subarbuştii sunt plante lemnoase cu înălţimi până la 1 m sau mai mult; partea lemnoasă a acestora nu cuprinde însă întreaga înălţime.

Lianele lemnoase sunt plante lemnoase agăţătoare, care au tulpini cu lungime mare, răsucite în jurul lor şi în jurul suportului pe care se dezvoltă.

Pădurea reprezintă o adevărată uzină vie producătoare de biomasă, arborii, ceilalţi constituenţi ai fitocenozelor forestiere având însuşirea de a transforma energia solară, prin intermediul fotosintezei, în energie chimică, acumulată în special sub formă de lemn, dar şi sub formă de coajă, frunze, flori etc.

Deşi pot creşte şi în stare izolată, arborii reprezintă elementele constitutive de bază ale pădurii şi totodată principala componentă a acesteia în care se formează lemnul.

Arborii aflaţi în interiorul pădurii au formă forestieră, prezentând o tulpină înaltă, cilindrică, spălată în mare parte de crăci şi cu o coroană concentrată spre vârf, caracteristici care îi fac favorabili prelucrării industriale, cu un randament în produse ridicat.

Spre deosebire de aceştia, arborii crescuţi izolaţi au o formă specifică (habitus), cu tulpină scundă puternic îngroşată la partea inferioară şi cu o coroană mai bine dezvoltată, atât lateral cât şi în jos. Aceste caracteristici fac ca lemnul acestor arbori să nu-şi găsească, decât în mică măsură, întrebuinţări industriale, lemnul fiind înglobat în mare parte în crengi cu forme variate şi cu structură nefavorabilă prelucrării industriale (cherestea, mobilă, construcţii).

La un arbore se remarcă două mari părţi componente: rădăcina şi tulpina. La rândul ei, tulpina este alcătuită din trunchi şi coroană.

Rectitudinea şi zvelteţea fusului, capacitatea de elagare, forma coroanelor sunt caractere controlate genetic, deşi influenţa mediului de pădure, datorat consistenţei, structurii

13


verticale a arboretului ş. a. are de multe ori un rol foarte important asupra acestor caracteristici.

2.2. Părţile principale ale arborelui

Rădăcina arborilor este în mod normal subterană şi îndeplineşte funcţiile de absorbţie a apei şi a sărurilor minerale şi de fixare şi susţinere a părţilor aeriene ale arborilor. Masa rădăcinilor poate atinge chiar câteva zeci de tone. Ponderea volumului rădăcinii în volumul total al unui arbore variază între 5 şi 21 %, (tabelul 2.1.) în funcţie de bonitatea staţiunilor forestiere (în staţiuni de bonitate superioară fiind mai redusă decât în condiţii staţionale precare).

Pe lângă rădăcinile normale, la unele specii tropicale (tec – Tectona grandis) se întâlnesc şi rădăcini aeriene sau adventive.

O parte din rădăcină (cea mai groasă) şi porţiunea din tulpină (cioata) care rămâne după doborârea arborelui (cu înălţimea de 1/3 diametrul arborelui) formează buturuga care poate ajunge până la 10 % din volumul arborelui. În literatura de specialitate se întâlneşte termenul de buturugă industrială la care lungimea rădăcinilor este egală cu diametrul cioatei dacă cioata are diametrul sub 50 cm, respectiv este limitată la 50 cm dacă cioata este mai mare. Aceasta face, în unele cazuri, obiectul exploatării şi al prelucrării (de ex. La nuc pentru furnire estetice, la stejar pentru tananţi, la pin şi molid pentru colofoniu şi terebentină).

Tulpina este partea arborelui de deasupra solului alcătuită din trunchi şi coroană.

Trunchiul este partea din tulpină ce porneşte de la nivelul solului până la nivelul unde are loc inserţia primei crengi verzi, el servind la susţinerea coroanei, la circulaţia sevei brute şi a sevei elaborate şi la depozitarea substanţelor de rezervă. Din punct de vedere tehnologic, trunchiul prezintă o mare importanţă întrucât deţine cea mai mare parte, respectiv între 60 – 90 % din volumul de lemn al unui arbore (tabelul 5).

O altă noţiune, strâns legată de cea de trunchi, este cea de fus, prin care se înţelege partea din tulpină de la sol până la mugurele terminal, fără crăci, bine vizibilă la majoritatea speciilor de răşinoase, dar şi la unele specii foioase (de ex. mesteacăn, anin negru). Partea superioară a fusului, cu diametrul de bază mai mic de 5 cm, se numeşte vârf.

Tabelul 4. Proporţia de lemn aflată în trunchiul, coroana şi rădăcina unor specii forestiere

SpeciaProporţia de lemn conţinută în:

Trunchi Coroană RădăcinăMolid 73 – 83 8 – 11 9 – 16 Brad 74 – 86 7 – 10 7 – 16 Pin 69 – 80 8 – 10 12 – 21

Larice 78 – 88 6 – 8 6 – 14Stejar 64 – 78 10 – 20 12 – 16Fag 62 – 76 10 – 20 14 – 18 Plop 80 – 90 5 – 10 5 – 10

Salcâm 76 – 88 7 – 14 5 – 10Mesteacăn 78 – 90 5 – 10 5 – 12

Frasin 61 – 75 12 – 18 13 – 21După Beldeanu E. (1999)

14


În domeniul exploatării pădurilor este cunoscută tehnologia de exploatare sub formă de trunchiuri şi catarge, trunchiul, întâlnit la foioase, fiind partea cuprinsă între secţiunea rezultată la doborâre şi secţiunea de sub prima cracă groasă, având lungimea părţii elagate la vârsta de exploatabilitate mai mare de 12 m, în timp de catargul, întâlnit la răşinoase, este partea cuprinsă între secţiunea de la doborâre şi cea de înlăturare a vârfului.

Forma trunchiului arborilor într-o secţiune transversală este aproximativ circulară, uneori apropiindu-se de elipsă şi este controlată de factori genetici şi condiţionată de factori externi (asimetria coroanei, lumina unilaterală, spaţiul de dezvoltare disponibil unidirecţional, vântul dominant dintr-o anumită direcţie, expoziţia şi panta terenului).

Forma în secţiune longitudinală a trunchiului arborilor diferă de la specie la specie şi, în cadrul speciei, variază cu vârsta arborelui, cu consistenţa arboretului, cu condiţiile staţionale etc. În general se poate împărţi trunchiul în porţiuni cu formă asemănătoare unor corpuri geometrice, ca:

- porţiunea de la baza trunchiului cu formă de trunchi de neiloid – corp de rotaţie având curba generatoarea concavă;

- porţiunea de mijloc a trunchiului cu formă de trunchi de paraboloid – corp de rotaţie ce are curba generatoarea convexă;

- porţiunea de vârf cu formă conică.

Factorii care ar explica forma secţiunii longitudinale a trunchiului au fost consideraţi, de-a lungul timpului:

- forţa vântului, având ca punct de aplicaţie centrul de greutate a coroanei arborilor;

- forţa vântului combinată cu greutatea proprie a arborilor, cerinţă de ordin fiziologic în conformitate cu care aria secţiunii transversale a vaselor lemnoase, la o înălţime oarecare pe trunchi, trebuie să fie proporţională cu suprafaţa frunzelor aflate deasupra acestui nivel;

Relaţiile de calcul adoptate în baza acestor ipoteze nu au dat însă rezultatele scontate decât numai parţial, în cazuri particulare, dovedindu-se astfel că forma trunchiului arborilor se datorează unei multitudini de factori ce acţionează în strânsă interdependenţă.

Pentru practica silvică sunt pe deplin satisfăcătoare rezultatele utilizării statisticii matematice pentru determinarea curbei de contur a trunchiului, stabilite astfel pentru fiecare specie prin intermediul unei ecuaţii de regresie proprie. În biometrie, pentru caracterizarea formei fusului arborilor se apelează la coeficienţi de descreştere (artificiali, naturali, absoluţi) calculaţi ca raport între un diametru la o înălţime specifică pe fusul arborelui (d i) şi diametrul la o înălţime de referinţă, care poate fi diametrul de bază (d1,3) sau diametrul situat la o anumită înălţime relativă a fusului (d0,ih).

Cu cât forma trunchiului este mai apropiată de cilindru pe o lungime mai mare, cu atât lemnul este apt pentru mai multe utilizări şi cu randamente mai mari.

Coroana este partea tulpinii, alcătuită din vârful acesteia şi din ramurile de diferite ordine, împreună cu frunzele, florile şi fructele aferente. Proporţia de lemn ce revine coroanei din volumul total al arborilor de diferite specii este cuprinsă între 5 şi 20 % (tabelul 5).

Volumul ramurilor variază în funcţie de numeroşi factori. Acesta creşte odată cu diametrul arborilor şi scade pe măsură ce creşte înălţimea acestora. De asemenea, volumul crăcilor creşte odată cu creşterea lungimii coroanei şi cu scăderea consistenţei arboretului. Volumul crengilor este mai mare la arborii proveniţi din lăstari faţă de cei proveniţi din sămânţă.

15


2.3. Activitatea cambiului şi formarea lemnului

Lemnul primar îşi are originea în procambiu, meristem primar localizat în vârfurile de creştere (apical), în timp ce lemnul secundar este generat de cambiu.

Cambiul este situat între scoarţă şi lemn, determină creşterea în grosime a arborilor. Celulele sale vii, mereu tinere, sunt de două tipuri: unele sunt turtite şi alungite în sensul axei organului, numindu-se iniţiale fusiforme, iar altele sunt mici, mai mult sau mai puţin izodiametrice şi se numesc iniţiale de rază. Prin diviziunea iniţialelor fusiforme se formează spre interior elementele lemnoase secundare, iar spre exterior elementele liberiene secundare, ambele diferenţiindu-se apoi radial şi constituind lemnul (xilemul) secundar şi respectiv liberul (floemul) secundar.

Fig. 2. Tipuri de celule provenite din celulele cambiale şi modul de formare a acestora

Iniţialele fusiforme stau la originea celulelor alungite (prosenchimatice). La răşinoase şi la foioasele neevoluate, ele prezintă o lungime variabilă şi au capetele ascuţite, ceea ce le permite să se acopere unele pe altele ca nişte solzi. Lungimea iniţialelor fusiforme este de 1 – 4 mm la răşinoase, de 1–2 mm la foioasele primitive şi de 0,3–0,6 mm la foioasele evoluate, lăţimea lor fiind de 30 m.

Iniţialele fusiforme formează următoarele elemente constitutive ale lemnului:

- la răşinoase: traheide longitudinale, celule de parenchim longitudinal, celule ale canalelor rezinifere longitudinale;

- la foioase: fibre, fibrotraheide, traheide vasicentrice, traheide vasculare, elemente de vase, celule de parenchim longitudinal, celule ale canalelor secretoare longitudinale.

16


Iniţialele de rază generează raze medulare lemnoase şi liberiene, deci elemente perpendiculare pe direcţia longitudinală. Din iniţialele izodiametrice rezultă celule alungite (culcate) în sens radial, atât la răşinoase cât şi la foioase. La acestea din urmă mai pot fi pătratice sau alungite axial.

Elementele constitutive ale lemnului care provin din iniţialele izodiametrice sunt:

- la răşinoase: celule de parenchim radial, traheide radiale, celulele canalelor rezinifere radiale;

- la foioase: celule ale parenchimului radial, celule ale canalelor secretoare orizontale.

Celulele cambiale posedă toţi constituenţii celulari obişnuiţi (membrană, protoplasmă, nucleu, aparat Golgi), iar membranele lor sunt subţiri şi nelignificate.

Celulele cambiale se divid periclinal (figura 2) generând celule fiice (celule din zona cambială) care sunt capabile de câteva diviziuni ulterioare. Pentru a se păstra continuitatea cambiului odată cu sporirea circumferinţei plantei, are loc o diviziune anticlinală, alternant faţă de cea periclinală.

După fiecare diviziune, una din celule rămâne meristematică, iar cealaltă se alipeşte alternativ de lemnul şi respectiv de liberul secundar. De obicei se generează mai mult lemn decât liber, raportul fiind de 3 / 1 la gimnosperme şi de 10 / 1 la angiosperme.

La răşinoase şi la foioasele primitive (mesteacăn, fag, platan) noile iniţiale fusiforme se formează prin diviziuni anticlinale ce nu sunt strict longitudinale, urmând un contur în formă de S sau Z, numite diviziuni pseudotransverse, în urma cărora noile celule ce se dezvoltă independent şi sunt mai mult sau mai puţin decalate axial în raport cu celelalte. La foioasele evoluate, diviziunea anticlinală este foarte simetrică în raport cu planul radial, celulele derivate se dezvoltă simultan şi păstrează aceeaşi înălţime, ceea ce duce la o structură etajată în planul lemnos sau liberian.

Diviziunile anticlinale sunt, de asemenea, la originea apariţiei unor noi insule de celule izodiametrice, prin diviziuni transversale ale iniţialelor fusiforme, astfel încât planta va avea o densitate aproape constantă a razelor medulare în masa ţesuturilor sale.

Celulele de liber sau de lemn derivate dintr-o iniţială fusiformă sunt aliniate radial. Această dispoziţie liniară subzistă în lemnul de răşinoase, dar se pierde în general la lemnul de foioase, ca urmare a dezvoltării postcambiale a elementelor de vase, care provoacă distorsiuni în ţesuturile lemnoase. Aceasta este explicaţia rezistenţei mici la despicare a lemnului de răşinoase spre deosebire de cel de foioase.

La speciile forestiere din zona temperată, datorită climei, activitatea cambiului prezintă periodicitate, acesta funcţionând din primăvară până toamna. Aceeaşi situaţie se întâlneşte şi în regiunile în care perioadele umede alternează cu cele secetoase. Acesta este motivul diferenţierii inelelor anuale de creştere în corpul arborelui. Cambiul este reactivat după un sezon de repaus vegetativ prin acţiunea hormonilor de creştere (auxine) care sunt produşi mai întâi în mugurii care se desfac, apoi în zonele de creştere apicală şi în frunzele noi.

Funcţionarea foiţei cambiale este programată genetic, dar este totodată puternic influenţată de condiţiile externe de temperatură şi lumină, de rezervele de apă din sezonul de vegetaţie, de tehnicile silvice, de concurenţa dintre arbori şi de vârsta acestora. Această sensibilitate a cambiului determină variabilitatea proprietăţilor fizice, chimice, mecanice şi tehnologice ale lemnului.

17


Ansamblul ultimelor creşteri constituie o zonă activă şi funcţională, care asigură conducerea sevei brute şi este sediul activităţii celulelor de parenchim, numită alburn. Creşterile anuale mai depărtate de cambiu suferă modificări importante de ordin anatomic, fizic şi chimic, provocate şi controlate de către celulele de parenchim, proces cunoscut sub numele de duramenificare. Prin acest proces, alburnul se transformă în duramen (lemn perfect, lemn de inimă, lemn matur) care nu mai joacă rol de conducere a sevei brute, dar îşi conservă rolul său mecanic, de schelet de rezistenţă al arborelui.

2.4. Tipuri de ţesuturi şi funcţiile acestora în arbore

Lemnul este un ansamblu de ţesuturi de origine secundară, cu pereţi lignificaţi, rezultat din funcţionarea ţesutului generator cambial spre interior. Acest ansamblu de ţesuturi îndeplineşte funcţii bine determinate în arbore:

- funcţia de conducere sau alimentare, prin care se realizează circulaţia sevei brute către “laboratoarele” de prelucrare (frunze) – funcţie îndeplinită de ţesuturi de conducere ;

- funcţia de susţinere, de asigurare a rezistenţei mecanice a trunchiului arborelui - funcţie îndeplinită de ţesuturi de susţinere (sclerenchim) – “scheletul de rezistenţă”;

- funcţia de depozitare, de elaborare şi transformare a substanţelor – funcţie îndeplinită de ţesuturile de parenchim (înmagazinarea substanţelor nutritive, mai ales amidon, săruri minerale, taninuri, gome, răşini etc.).

Ţesuturile de conducere sunt alcătuite din celule lungi care se unesc între ele formând vase de conducere a sevei. Acestea sunt de două tipuri: unele care conduc seva prelucrată sau seva descendentă de la frunze în jos, în interiorul arborilor în cadrul scoarţei, denumite vase liberiene, iar altele, în cilindrul lemnos, care conduc seva brută sau seva ascendentă, de la rădăcină spre frunze, denumite trahee la foioase şi traheide la răşinoase.

Ţesuturile de parenchim îşi păstrează activitatea celulelor tot timpul vieţii arborilor, din care cauză sunt denumite ţesuturi vii, în timp ce cele de conducere şi susţinere nu se modifică în timp, numindu-se ţesuturi moarte.

Celulele lemnoase generate prin activitatea cambiului se diferenţiază şi se dispun spaţial după un plan de organizare specific, controlat genetic, astfel încât să formeze ţesuturile care vor îndeplini diferitele funcţii.

La toate speciile de arbori, vasele liberiene se formează prin unirea cap la cap a celulelor liberiene şi dispariţia membranelor dintre ele. La foioase, traheele (vase perfecte) care formează ţesuturile de conducere ascendentă, se formează în acelaşi fel: unirea cap la cap a celulelor, dispariţia membranei celulare transversale şi încrustarea pereţilor laterali cu lignină dispusă inelar. Ţesuturile de sclerenchim se formează, în schimb, prin alipirea şi întreţeserea în ele a celulelor lemnoase mult alungite, cu pereţi îngroşaţi şi lignificaţi, cu partea inferioară mult îngustată.

La răşinoase, celulele cu pereţi lignificaţi, foarte subţiri şi ciuruiţi în unele zone (punctuaţii) se unesc între ele permiţând sevei ascendente să circule de la o celulă la alta prin punctuaţiile situate pe pereţii laterali; celulele astfel transformate formează traheidele sau vasele imperfecte ce alcătuiesc ţesuturile mixte (de conducere şi susţinere).

18


2.5. Alcătuirea celulei lemnoase

Celula vegetală este constituită dintr-o cavitate înconjurată de un înveliş numit perete celular. Peretele celular conservă forma parenchimatică (izodiametrică) sau prosenchimatică (alungită) a celulei. La celulele tinere cavitatea este umplută cu o masă microgranulară, numită protoplasmă, constituită din citoplasmă, nucleu şi organite celulare. Acestea constituie partea vie a celulei, sediul unui complex de reacţii ce asigură îndeplinirea funcţiilor celulei.

Odată cu maturizarea celulelor, apar spaţii libere în protoplasmă, numite vacuole, umplute cu suc celular rezultat din activitatea celulei. Celulele bătrâne conţin o vacuolă unică, rezultată în urma reunirii tuturor vacuolelor existente în celulele tinere.

Citoplasma – substanţa fundamentală a celulei vii – este incoloră, amorfă şi de natură coloidală, alcătuită din apă, protide, glucide, lipide acizi nucleici şi săruri organice şi minerale şi prezintă procese de nutriţie, respiraţie, mişcare şi excitabilitate.

Nucleul este un corpuscul sferic, oval sau lenticular, situat în centrul celulelor tinere sau la periferia celulelor bătrâne, unde este împins datorită dezvoltării vacuolelor. Nucleul se deplasează în celulă în locurile în care procesele de sinteză organică sunt mai intensă, iar schimbul de substanţe cu citoplasma este asigurat de reticulul endoplasmatic. Nucleul joacă un rol esenţial în creşterea, diviziunea şi vindecarea celulelor, precum şi în formarea membranelor şi dirijarea eredităţii.

Principalele organite celulare sunt reprezentate de reticulul endoplasmatic, plastidomul şi condriomul celular. Reticulul endoplasmatic este alcătuit dintr-o reţea de canalicule fine, cu rol în schimbul de substanţe între părţile componente ale celulei.

Plastidomul celular este alcătuit din cloroplaste, cu rol principal în fotosinteză, leucoplaste cu rol în transformarea glucozei în amidon şi cromoplaste care conţin pigmenţi ce dau culoarea specifică florilor şi fructelor.

Condriomul este constituit din totalitatea mitocondriilor şi constituie centrul respirator al celulei, asigurând un rol energetic.

Vacuolele sunt constituite din membrană vacuolară şi sucul celular ce conţine apă, diverse săruri disociate, acizi organici şi joacă rol în reglarea presiunii osmotice din celulă.

După diferenţierea din celulele zonei cambiale în vederea îndeplinirii unor funcţii diferite, în celulele lemnoase protoplasma este împinsă către periferie, luând aspectul unui strat subţire care căptuşeşte peretele celular, spaţiul din interiorul celulei fiind ocupat de o vacuolă unică. Acest spaţiu poartă numele de lumen.

O celulă lemnoasă complet diferenţiată prezintă, dinspre exterior spre interior (figura 3):

- un strat intercelular (lamela mijlocie), care sudează celula de vecina sa;

- un perete primar, care căptuşeşte stratul intercelular;

- un perete secundar, format deasupra peretelui primar;

- lumenul (golul celular), care ia locul protoplasmei consumată pentru producerea materialului intrat în componenţa peretelui celular;

- un strat cu verucozităţi ce apare la unele specii la partea internă a peretelui secundar.

Stratul intercelular apare după diviziunea nucleilor, ca o membrană fină situată între celulele fiice, pe care le leagă. Acest strat este constituit la început din substanţe pectice

19


care fixează calciul, apoi se încarcă în timpul diferenţierii celulare cu lignine (lignificarea începe întotdeauna cu acest strat). Prin tehnici de maceraţie sau atac chimic stratul intercelular poate fi distrus, iar celulele se separă unele de altele. Acest procedeu stă la baza fabricării celulozei pe cale chimică. Uneori, distrugerea acestui strat este provocată de către ciuperci, ceea ce duce la scăderea rezistenţei mecanice a ţesuturilor lemnoase.

Peretele primar este alcătuit din mai multe straturi de microfibrile de celuloză întreţesute, în care se încrustează ligninele, substanţele pectice şi hemicelulozele.

Fig. 3. Reprezentarea schematică a straturilor din peretele celulei lemnoase (α – unghiul microfibrilelor în stratul S2)

Peretele secundar se formează după atingerea dimensiunilor definitive ale celulei lemnoase, prin depunerea pe peretele primar a unui strat mai gros, dens şi rigid, care conţine o mare proporţie de celuloză (celuloza este cea mai rezistentă din punct de vedere mecanic). Acest perete este structurat în straturi succesive, cu microfibrile de celuloză orientate, ceea ce conferă o textură paralelă în cadrul straturilor. În afară de celuloză, în peretele secundar se găsesc substanţe pectice, hemiceluloze şi lignine, care se depun ca substanţe încrustante.

Peretele secundar este alcătuit din trei straturi şi anume:

Stratul extern S1 este alcătuit din microfibrile de celuloză dispuse în elici a căror unghi de orientare în zona cea mai internă atinge 60 – 80 o în raport cu axa celulei. Structura este lamelară, având aspectul unei reţele formate din 3 – 6 lamele încrucişate, ceea ce conferă acestui strat o rezistenţă foarte mare la tracţiune transversală. În acest strat variaţiile dimensionale datorate fixării sau pierderii apei se fac aproape numai în sens longitudinal. Grosimea stratului S1 este de 0,1 – 0,35 μm, ceea ce reprezintă 5-10 % din grosimea peretelui celular;

Stratul central S2 constituie partea cea mai voluminoasă a peretelui celular, iar orientarea şi grosimea acestuia sunt preponderente pentru definirea comportamentului fizic şi mecanic al celulei lemnoase. Este alcătuit dintr-o succesiune de lamele constituite din microfibrile de celuloză, care formează un unghi de 5 – 30 o în raport cu axa celulei. Grosimea totală a stratului S2 este de 1 – 10 μm, reprezentând 75 – 85% din din grosimea peretelui celular;

Stratul intern S3 (numit şi perete terţiar de unii autori) este alcătuit din microfibrile de celuloză, însă mai puţin paralele în raport cu cele din stratul S2. unghiul acestora este cuprins între 60 – 90o, dar sunt posibile multe alte configuraţii. La unele specii stratul S3 prezintă îngroşări spiralate sau protuberanţe ce formează aşa–numitul strat verucos.

Pe parcursul formării peretelui secundar şi a lignificării sale, se diferenţiază zone de întrerupere a continuităţii sale şi de comunicare între celule, numite punctuaţii (figura 4). Acestea servesc la trecerea substanţelor dintr-o celulă într-alta. De remarcat că numai peretele secundar este întrerupt, stratul intercelular şi peretele primar rămânând întregi. De obicei punctuaţiile sunt complementare (se deschid în acelaşi loc în pereţii celulelor adiacente). Se deosebesc trei tipuri de punctuaţii:

20


punctuaţiile simple, caracterizate printr-o deschidere în peretele secundar de formă cilindrică, circulară, eliptică sau sub forma unor simple crăpături în peretele fiecărei celule, cu orientări diferite în celulele adiacente;

punctuaţiile areolate, caracterizate printr-o dezlipire a peretelui secundar de cel primar, din care rezultă o bombare a peretelui secundar spre interiorul celulei, iar între peretele secundar şi cel primar se formează camera punctuaţiei;

- la răşinoase ele prezintă o formă mai ales circulară. Prin îngroşarea peretelui primar se formează un torus situat în centrul unei membrane constituite din stratul intercelular şi peretele primar, prin care trec substanţele dintr-o celulă într-alta. Datorită elasticităţii membranei, torusul se poate placa pe deschiderile din peretele secundar şi poate întrerupe tranzitul substanţelor.

- la foioase se întâlnesc punctuaţii areolate tipice în pereţii fibrotraheidelor şi al traheidelor. La vase şi alte tipuri de celule ele nu prezintă torus şi pot avea diferite forme (eliptice, alungite, scalariforme, poligonale) ce constituie criterii de evoluţie şi de identificare a speciilor lemnoase.

Punctuaţiile semiareolate ce apar în câmpul de încrucişare dintre celulele cu funcţii diferite (de ex. ele sunt simple de partea parenchimului şi areolate de partea ţesutului conducător – traheide, elemente de vase)

Fig. 4. Punctuaţiuni: a – simplă, b – areolată, cu pereţi celulari subţiri, c – areolată, cu pereţi celulari groşi, d – semiareolată; 1 – lamela mijlocie, 2 – perete primar, 3 – perete secundar, 4 – membrana (diafragma), 5 – cavitate, 6 – deschidere, 7 – torus, 8 – inel, 9 – membrană marginală, 10 – cameră, 11 – canal, 12 – deschidere interioară, 13 – deschidere exterioară.

Perforaţiile din elementele de vase sunt deschiderile de la extremităţile celulei (figura 5). Ele pot fi unice (totale) caz în care straturile peretelui celular lipsesc în totalitate, iar diametrul lor este apropiat de cel al lumenului vasului, sau parţiale, caz în care persistă elemente de perete în formă de grilă (perforaţii scalariforme) sau reţea.

Fig. 5. Perforaţii ale elementelor de vase:

21


1 – perforaţii, 2 – punctuaţiuni laterale, 3 – puctuaţiuni ale câmpului de încrucişare


1. Cum se clasifică plantele lemnoase?

2. Ce se înţelege prin buturugă industrială?

3. Cum se poate modela geometric forma trunchiului arborilor?

4. Ce se înţelege prin catarg şi la ce specii se întâlneşte?

5. Ce procent din volumul total de biomasă lemnoasă se găseşte în coroană?

6. Unde este situat cambiul în organele plantelor lemnoase şi ce dimensiuni are?

7. Care sunt tipurile de celule ce intră în alcătuirea cambiului?

8. Ce tipuri de celule lemnoase se formează la răşinoase şi la foioase din diviziunea diferitelor tipuri de celulele cambiale?

9. Prin ce mecanisme se asigură menţinerea continuităţii foiţei cambiale odată cu creşterea plantei în diametru?

10. Cum funcţionează cambiul în zonele temperate şi cele tropicale şi ce implicaţii are această funcţionare asupra structurii lemnului?

11. Enumeraţi tipurile de ţesuturi care intră în alcătuirea organelor lignificate ale plantelor lemnoase.

12. Descrieţi succint straturile componente ale peretelui celulei lemnoase.

13. Ce sunt punctuaţiile şi de câte tipuri sunt?

14. Cum se formează perforaţiile?

22


LECŢIA 3

STRUCTURA GENERALĂ A LEMNULUI

3.1. Elemente generale

Lemnul este un material natural de provenienţă organică extrem de complex, cu o structură de ţesuturi fibroase alcătuite din celule vegetale, în alcătuirea căruia intră părţi mari, vizibile cu ochiul liber şi formaţiuni anatomice ce pot fi puse în evidenţă doar prin examinare microscopică.

Structura lemnului reprezintă ansamblul părţilor mari componente, ca şi al elementelor şi formaţiunilor anatomice din care acesta este alcătuit, toate având caracteristice anumite forme, mărimi, proporţii şi moduri de asociere.

Cunoaşterea structurii lemnului este deosebit de importantă întrucât oferă indicii preţioase privind calitatea lemnului. Studiul modificărilor de ordin structural produse în urma intervenţiilor silviculturale permite să se stabilească cele mai adecvate căi de conducere a arboretelor pentru realizarea unei producţii de masă lemnoasă cu însuşiri cât mai valoroase.

Spre deosebire de materialele anorganice de construcţii (metale, betoane), lemnul este un material neomogen şi anizotrop. Altfel spus, proprietăţile fizico-mecanice, modul de comportare la diverse acţiuni externe şi durabilitatea lemnului diferă în funcţie de micro şi macrostructura lui, variabilă de la o specie la alta şi, în cadrul aceleiaşi specii, în funcţie de poziţia de unde se prelevează proba studiată de pe trunchiul arborelui şi de direcţia considerată.

Din acest motiv, toate metodele de încercare ale lemnului trebuie să ţină seama de particularităţile structurii lui. Cunoaşterea structurii lemnului permite, de asemenea, elaborarea celor mai eficiente tehnologii de prelucrare a acestuia.

În funcţie de mijloacele de observare a elementelor structurale, se deosebesc următoarele categorii de structură a lemnului:

- structura macroscopică, pusă în evidenţă prin examinarea cu ochiul liber sau cel mult cu o lupă care măreşte de 10 ori;

- structura microscopică, observată prin examinarea lemnului cu microscoape optice (imagini mărite de câteva sute de ori) cu puterea de rezoluţie de 0,15 – 0,20 μm;

- structura submicroscopică (fină) observată numai cu microscopul electronic cu puterea de rezoluţie 1-2 Å (1 Å = 0,1 nm = 10 -4μm = 10-10m) sau cu alte metode fizice (de exemplu rontgenografia) şi chimice, moderne.

Xilotomia este ştiinţa care se ocupă cu studiul anatomiei sistematice (diagnostice) a lemnului. Aceasta oferă indicii de natură anatomică care servescdrept criterii pentru explicarea raporturilor dintre specii, genuri, familii şi pot fi folosiţi în scopuri taxonomice. De

23


asemenea, aceşti indici servesc în studiile paleobotanice (asupra lemnului fosilizat) sau în studiul variaţiei indicilor anatomici cu vârsta arborilor sau cu staţiunea.

Xilotomia tehnică este o componentă a xilotomiei care studiază legătura dintre structura lemnului şi proprietăţile fizico-mecanice, tehnologice şi chimice ale acestuia. Studiul lungimii traheidelor şi a fibrelor, al structurii şi permeabilităţii pereţilor celulari permite înţelegerea fenomenelor fundamentale ce au loc în timpul uscării, impregnării, tăierii şi încleierii lemnului, la obţinerea celulozei şi a hârtiei, etc. Capacitatea lemnului speciilor răşinoase de a intra în rezonanţă (de a intensifica sunetele fără a le denatura tonul) este de asemenea în strânsă legătură cu structura lemului. Xilotomia tehnică ne ajută totodată să evaluăm însuşirile decorative, la formarea acestora participând inelele anuale, precum şi diferite elemente anatomice componente.

3.2. Planurile fundamentale în studiul lemnului

Ca urmare a modului specific de formare a lemnului, aspectul structurii sale diferă, atât pentru trunchiul cât şi pentru crăcile şi rădăcinile arborilor, în raport cu orientarea planului după care se face secţionarea; de aici şi anizotropia lemnului.

Se deosebesc, în acest sens, trei secţiuni fundamentale şi câteva secţiuni derivate, prezentate în continuare.

Secţiunile fundamentale ale lemnului (figura 6) sunt considerate secţiuni de referinţă, obligatorii pentru descrierea aspectului natural al elementelor şi formaţiunilor sale anatomice şi respectiv pentru cunoaşterea structurii lui.

Fig. 6. Secţiuni fundamentale prin trunchi Fig. 7. Secţiuni fundamentale (a) şi derivate (b) prin lemn

Se încadrează în categoria secţiunilor fundamentale:

- secţiunea transversală (figura 7.A), perpendiculară pe axa centrului fiziologic;

24


- secţiunea longitudinală radială sau, simplu, secţiunea radială (figura 7.B), rezultată prin secţionarea după un plan care conţine axa centrului fiziologic;

- secţiunea longitudinală tangenţială sau, simplu, secţiunea tangenţială (figura 7.C), după un plan paralel cu axa centrului fiziologic şi care este situat la o anumită distanţă de acesta. Numele acestei secţiuni provine de la faptul că ea este tangentă într-un punct oarecare la unul din inelele anuale.

Structura lemnului se studiază folosind eşantioane (epruvete) astfel confecţionate încât să prezinte toate aceste trei secţiuni fundamentale.

Examinarea celor trei secţiuni dă o vedere de ansamblu a structurii lemnului şi pune în evidenţă caracterele morfologice specifice: constante pentru o specie dată, cu analogii pentru specii înrudite şi generale pentru o familie sau o grupă de specii.

Secţiunile derivate se întâlnesc în prelucrărea lemnului. Ele întregesc imaginea structurii lemnului, scoţându-i totodată în evidenţă complexitatea. Se încadrează în această categorie:

- secţiunile semiradiale (fig. 7.D), rezultate prin secţionarea lemnului după planuri longitudinale paralele între ele şi dispuse sub unghiuri mici faţă de direcţia razelor;

- secţiunea oblică tangenţială (fig. 7.E), după un plan oblic faţă de linia măduvei;

- secţiunea circulară (fig. 7.F), rezultată prin secţionarea după o curbă sub forma curbei lui Arhimede, care se înfăşoară de la periferia trunchiului către măduvă – acest tip de secţionare este întâlnit la fabricarea furnirelor prin derulare.

Datorită particularităţilor de ordin structural proprii anumitor specii forestiere, secţionarea după direcţii judicios alese poate conduce la obţinerea de suprafeţe cu aspecte estetice deosebite.

Structura normală a lemnului suferă modificări din cauza prezenţei anumitor defecte ca noduri, devieri ale fibrelor ş. a. ajungându-se astfel la o structură anormală acestuia.

3.3. Structura macroscopică a lemnului

Structura macroscopică a lemnului poate fi observată pe o secţiune transversală, cu ochiul liber şi, eventual cu lupa. Pornind de la exterior spre axa cilindrului lemnos se disting următoarele zone concentrice caracteristice (figura 8):

- scoarţa sau coaja, formată dintr-un strat exterior, numit ritidom, alcătuit din ţesuturi moarte şi dure, având rolul de a proteja cilindrul lemnos de căldură, razele solare şi ger şi un strat situat imediat sub coajă, numit liber, format în special din vase de conducere descendentă (prin care circulă în jos seva elaborată, prelucrată);

25


- sub scoarţă se găseşte un strat, numit strat generator sau cambiu, format dintr-un inel de celule cu o mare putere de înmulţire, care, în perioada de vegetaţie, produc prin diviziune spre exterior celulele liberului, iar spre interior, celulele lemnoase ale inelelor anuale;

- cilindrul lemnos sau lemnul propriu – zis, format din totalitatea ţesuturilor şi celulelor situate sub stratul generator, este alcătuit din inele anuale concentrice.

Fig. 8. Secţiunea transversală a trunchiului

În cilindrul central al arborilor mai vârstnici se deosebesc două regiuni:

- regiunea inelară exterioară, de obicei de culoare mai deschisă, numită alburn, formată din ţesuturi lemnoase neduramenificate, prin care circulă seva brută ascendentă şi

- o regiune circulară centrală, de obicei de culoare închisă, formată din ţesuturi duramenificate, numită duramen; în centrul duramenului se găseşte măduva.

Deoarece în cazul multor specii, lemnul din duramen nu se diferenţiază coloristic de alburn, pentru stabilirea graniţei dintre aceste zone există diferite tehnici de laborator bazate pe utilizarea unor reactivi.Astfel, albastrul de bromfenol colorează, la brad, alburnul în brun şi lemnul matur în albastru. Verdele de bromcresol colorează alburnul în verde, iar duramenul îşi menţine culoarea.

Din acest punct de vedere, cele mai importante specii forestiere de la noi se grupează în:

- specii forestiere cu duramen;- specii forestiere fără duramen.

Uneori, în duramenul unor specii (deseori la stejari) se observă unul sau mai multe inele colorate mai deschis, aproape ca alburnul, din care cauză se numeşte alburn dublu sau lunură care este de fapt stadiul iniţial al unui putreziri provocate de ciuperci.

La unele specii lemnoase cu duramen, limita dintre lemnul mai puţin umed din duramen coincide cu cea de separaţie coloristică a alburnului (pin, larice, tisă) în timp ce la altele (cireş, stejari, salcâm) nu se remarcă o deosebire prea mare de umiditate între cele două zone.

În cazul unor specii fără duramen (molid, fag, arţar tătărăsc, frasin, mesteacăn, plop tremurător) apar coloraţii centrale de forme neregulate numite duramen fals colorat în brun – roşiatic sau verzui, care este provocat de ciuperci xilofage sau de geruri.

În procesul duramenificării se desfăşoară transformări chimice în care nu sunt însă antrenate modificări cantitative privind celuloza şi lignina. Dispare în schimb amidonul, iar zaharurule prezente în alburn, în duramen rămân în cantităţi foarte mici. Pereţii celulari se

26


impregnează cu o serie de substanţe organice (taninuri, oleorezine, gume, fenoli, alcaloizi, etc.). lemnul duramenificat nu mai conduce seva brută, la răţinoase punctuaţiunile fiind închise, iar la foioase vasele fiind obturate cu tile.

Duramenificarea se produce în zona îngustă dintre alburn şi duramen.

Întregul duramen, inclusiv celulele de parenchim şi elementele anatomice din cuprinsul razelor, este lipsit de viaţă, dar ca urmare a substanţelor pe care le conţine, acesta este foarte rezistent la diversele alterări. Prin aceasta, planta lemnoasă îşi asigură stabilitatea în poziţie verticală pe o perioadă îndelungată. Acesta este motivul pentru care unii autori consideră duramenificarea lemnului ca un factor deosebit de important în supravieţuirea speciilor lemnoase.

Apariţia duramenificării arborilor este variabilă în funcţie de specie şi de factorii staţionali: foarte timpuriu la salcâm (1–2 ani) şi la 10–20 ani la celelalte specii.

Lăţimea alburnului depinde de vârsta la care se formează duramenul, respectiv lemnul matur. Se consideră specii cu alburn îngust salcâmul (2-5 inele), nucul negru (7 inele), ulmul de câmp (8-10 inele). Specii cu alburnul lat sunt plopul alb (18-20 inele), ulmul de munte (20-25 inele), pinul silvestru (30–35 inele), frasinul (18 – 20, după unii autori 50-70 inele).

Proporţia de alburn scade odată cu înaintarea în vârstă a arborilor, dar în acelaşi arbore proporţia de alburn creşte în raport cu cea a duramenului de la baza trunchiului spre vârf. De asemenea, proporţia de alburn scade odată cu scăderea bonităţii solului în favoarea duramenului.

În cercetarea calităţii lemnului se fac în mod curent referiri la lemnul juvenil şi la lemnul adult sau lemnul matur.

Lemnul juvenil (figura 8.) este zona de lemn din imediata vecinătate a axului longitudinal al tulpinii (15–20 inele, în funcţie de specie) şi care prezintă o serie de caracteristici anatomo – morfologice, chimice şi fizico - mecanice particulare, de regulă inferioare, comparativ cu lemnul din restul tulpinii. Denumirea sugerează corect vârsta fiziologică a respectivei zone de lemn, indicând atât un lemn format în primii ani de existenţă a arborelui, cât şi lemnul rezultat din activitatea cambiului tânăr, generat în tot cursul vieţii arborelui de meristemele apicale (din vârful tulpinii, al ramurilor etc.).

În opoziţie cu lemnul juvenil, se vorbeşte despre lemnul adult (lemn matur, lemn exterior).

Fig. 8. Poziţia lemnului juvenil şi adult în trunchi: 1- lemn juvenil, 2- lemn adult, 3 - duramen

Atât zona de lemn juvenil cât şi cea de lemn adult pot fi duramenificate sau nu. Lemnul juvenil neduramenificat este caracteristic arborilor tineri, pe când cel duramenificat se găseşte situat în zona centrală a tulpinii arborilor bătrâni. Lemnul adult neduramenificat constituie alburnul, iar cel duramenificat, împreună cu lemnul juvenil, formează duramenul arborilor bătrâni.

Inelele anuale apar în secţiune transversală concentrice, în cea radială ca nişte benzi longitudinale aproximativ paralele, iar în cea tangenţială ca suprafeţe cu contur curb, parabolic sau ondulat. Conturul inelelor anuale în secţiune transversală, la cele mai multe specii

27


corespunde unei curbe regulate, la altele apare un contur ondulat (ex. carpen, ulm, anin, ienupăr) sau un contur retras în dreptul razelor medulare (ex. fag, stejar).

Indiferent de specie, în inelul anual se disting două zone:

- zona interioară, a lemnului timpuriu sau a lemnului de primăvară, care se formează la începutul sezonului de vegetaţie, cu ţesuturi mai poroase, cu canale de conducere şi cu celule cu lumen mare şi pereţi subţiri, foarte bogate în apă;

- zona exterioară a lemnului târziu sau a lemnului de toamnă, cu ţesuturi mai compacte, formate din celule cu cavităţi interioare mai mici şi pereţi mai groşi.

Lemnul de primăvară este mai deschis la culoare decât cel de toamnă, mai puţin rezistent şi mai uşor atacat de bacterii şi ciuperci.

Detectarea limitei dintre lemnul timpuriu şi cel târziu se poate face prin mai multe metode:

- colorarea lemnului cu coloranţi specifici pentru lignină şi celuloză, ştiut fiind faptul că lemnul târziu conţine mai multă lignină şi se colorează diferit faţă de cel timpuriu;

- analiza durităţii lemnului în cuprinsul inelului anual;

- măsurarea absorbţiei de raze β, intensitatea procesului variind în funcţie de deansitatea absorbantului;

- măsurarea variaţiei luminozităţii la examinarea microscopică a secţiunilor subţiri;

- executarea de măsurători la speciile de răţinoase asupra traheidelor (când dublul grosimii pereţilor celulari este mai mare decât lumenul celulelor ne aflăm în zona de lemn târziu).

Trecerea de la lemnul timpuriu la cel târziu este bruscă la unele specii (gorun, larice, etc.) sau treptată la altele (cireş, brad, molid etc.).

Grosimea inelelor anuale şi raportul între dintre cantitatea de lemn de primăvară şi cel de toamnă variază cu specia, regiunea de creştere, microclimat, intervenţii silviculturale, etc. Se consideră că modificările de lăţime a inelului anual se produc pe seama modificărilor lăţimii lemnului timpuriu, lăţimea lemnului târziu rămânând cvasiconstantă.

Uneori inelele anuale nu sunt concentrice în jurul măduvei, ci mai dezvoltate într-o parte, excentric, datorită activităţii inegale a cambiului din cauza asimetriei coroanei sau a iluminării diferenţiate.

În alte cazuri când în cursul sezonului de vegetaţie au loc întreruperi accidentale de creştere cauzate de geruri târzii, defolieri prin atacuri de insecte, secete puternice prelungite etc., se formează un inel anual fals care se deosebeşte de cel normal prin faptul că nu are un contur distinct sau chiar dispare pe unele sectoare.

Inelele anuale sunt bine delimitate la unele specii (molid, brad, pin, larice, tisă, stejari, frasin, ulm, castan, salcâm, dud), iar la altele sunt puţin vizibile (fag, paltin, tei, anin, carpen, mesteacăn, plop, salcie, măr, păr, castan porcesc etc.).

Unele specii prezintă inele late (plopi, oţetarul etc.), iar altele, chiar în cele mai favorabile condiţii formează inele înguste (tisa, cornul, ienupărul etc.).

La arborii crescuţi în masiv, în condiţii optime, lăţimea inelelor anuale creşte de la bază spre coroană, realizându-se o formă cilindrică a trunchiului, în timp ce la arborii izolaţi această lăţime scade, rezultând forma conică a trunchiului.

28


Condiţiile climatice influenţează dezvoltarea inelului anual. Astfel, secetele prelungite, gerurile, verile reci provoacă reducerea lăţimii; la fel şi latitudinea nordică şi altitudinile ridicate, uscăciunea solului ca şi excesul de umiditate din sol.

Porii (vasele) lemnului unor specii, în secţiune transversală apar ca nişte orificii mici, vizibile cu ochiul liber sau cu lupa, denumite “porii lemnului” la foioase, răşinoasele prezentând “lemn fără pori”. Aceste expresii nu se referă la porozitatea lemnului ci doar la aspectul şi distribuţia vaselor în secţiunea de identificare. Se ştie că şi lemnul de răşinoase este poros, mai ales în lemnul timpuriu, unde lumenul traheidelor este mai mare chiar decât porii unor specii de foioase.

În secţiune longitudinală (radială sau tangenţială) vasele mari apar ca zgârieturi, striaţii fine, continue sau întrerupte.

După diametrul lor, porii se împart în:

- mari, vizibili cu ochiul liber şi- mici, vizibili doar cu lupa şi uneori cu ochiul liber dacă sunt grupaţi în zone.

Porii mari sunt de regulă în lemnul timpuriu, caz în care formează un inel de pori (ex. stejari, ulm, frasin) sau pot fi împrăştiaţi în întregul inel anual (ex. nuc). Porii mici pot fi împrăştiaţi uniform în tot inelul sau neuniform (lemn cu pori împrăştiaţi) sau se pot grupa în lemnul târziu sub formă de benzi sau linii tangenţiale, continue sau întrerupte (figura 9.).

Fig. 9. Tipuri de distribuţie a porilor: a–difuză, b–inelară, c–semiinelară, d–în şiruri radiale, e–în şiruri tangenţiale

Prezenţa porilor, mărimea şi aşezarea lor constituie criteriu de clasificare şi identificare a lemnului diferitelor specii de foioase.

În secţiune transversală porii pot fi circulari (stejari), ovali (frasin) sau poligonali cu colţuri rotunjite (ulm de munte).

Există pori unitari sau izolaţi, individuali, singulari (cer, stejar, ulm de munte) şi pori multipli, respectiv în grupe de 2 – 3 separaţi prin pereţi plaţi, pereţii dinspre exterior rămânând curbi (plop alb şi tremurător, anini).

La orice esenţă de lemn se mai disting razele medulare care pornesc radial dinspre liber spre măduvă. Unele dintre acestea ajung la măduvă şi se numesc raze medulare principale, altele se opresc într-un inel anual, numindu-se raze medulare secundare.

Razele medulare se observă sub forma unor linii radiale lucioase şi subţiri, deosebite de culoarea lemnului ce le înconjoară. În secţiune longitudinală radială apar ca benzi cu înălţimi de 0,2 – 160 mm şi lucioase, denumite “oglinzi” (stejar, fag, paltin, ulm, cireş). În lemnul unor specii (anin, carpen, alun) mai multe raze medulare înguste se apropie foarte mult astfel încât, cu ochiul liber, se observă o singură rază medulară lată şi mată “falsă” sau “compusă”.

Razele medulare pot fi:

- late, vizibile cu ochiul liber în toate secţiunile (stejar, fag, ulm, paltin, cireş etc.)

29


- înguste sau fine, vizibile în secţiune transversală şi radială (tei, paltin)- foarte înguste – vizibile doar în secţiune radială sau abia distincte cu lupa

(răşinoase, păr, măr, mesteacăn, carpen etc.).

La răşinoase se observă şi canale rezinifere în care se formează şi prin care circula răşina.

Petele medulare, apar în lemnul unor specii de foioase, în special la cele cu pori împrăştiaţi (arţar, anin, jugastru, măr, păr, mesteacăn, paltin, plopi, sălcii, scoruş, vişin etc.). se observă în secţiunea transversală ca pete rare, mici, mate şi de forme neregulate, semicirculare sau patrulatere, cu lungimea în direcţie tangenţială de 1 – 5 şi chiar mai mult, de culoare, de obicei, mai închisă (brună sau cenuşie), iar în cele longitudinale ca linii drepte sau curbe, de la 2 mm până la câţiva centimetri.

Petele medulare sunt formaţiuni patologice constând din celule de parenchim afânate şi împrăştiate dezordonat produse de cambiul vătămat de insecte sau de ger. Prezenţa acestor pete în număr mare reduce proprietăţile mecanice ale lemnului şi calitatea furnirului.

Zonele de fibre. În general fibrele lemnoase nu sunt izolate în lemn ci sunt grupate în zone de forme şi mărimi variate care se observă cu ochiul liber, mai ales în lemnul cu pori aşezaţi în inel (stejari, ulm, salcâm etc.). sunt porţiuni dure, compacte şi de culoare mai închisă decât zonele înconjurătoare, dispuse cu precădere în lemnul târziu al inelului anual. În lemnul timpuriu, fibrele se intercalează printre vase şi parenchimul lemnos.

Zonele de fibre se disting bine şi în secţiunile longitudinale ale lemnului tot prin aspectul lor de material dens şi prin diferenţa de culoare şi de luciu.

Zonele de parenchim. La lemnul speciilor foioase şi rareori la unele răşinoase celulele de parenchim se grupează şi apoi se intercalează între celelalte ţesuturi constitutive ale lemnului, alcătuind zone de parenchim care se deosebesc de restul lemnului prin culoarea lor mai deschisă şi aspectul lor mai afânat.

3.4. Structura submicroscopică a lemnului

Structura submicroscopică a lemnului poate explica o serie din proprietăţile lemnului prin observarea unor elemente de dimensiuni atât mici, care nu sunt vizibile cu microscopul optic.

Microscopul electronic foloseşte fascicule de electroni în locul fasciculelor luminoase de la microscopul optic. Funcţionând tot prin transparenţă, necesită secţiuni ultrasubţiri, cu grosimea de 0,025 – 0,07 μm. Unele microscoape electronice dau imagini tridimensionale, punând în evidenţă elemente structurale în adâncime.

Cele mai multe cercetări la nivel submicroscopic s-au efectuat pentru observarea şi descrierea alcătuirii pereţilor celulelor lemnoase. Din acest motiv, majoritatea autorilor se referă la structura fină (submicroscopică) a lemnului ca reprezentând modalităţile de dispunere în peretele celular a catenelor macromoleculare de celuloză.

Mijloacele moderne de cercetare au condus la concluzia că cele mai mici formaţiuni structurale ale peretelui celular sunt microfibrilele (figura 10.). O microfibrilă se prezintă ca un fascicul de macromolecule de celuloză. Diametrul mediu al microfibrilelor este de cca. 60Å, dar poate ajunge la 100 Å, un factor de influenţă fiind specia.

30


Într-o microfibrilă se întâlnesc domenii cu ordonare ridicată a macromo-leculelor de celuloză (zone cristaline) numite micele sau cristalite, ce alternează cu domenii de dispunere haotică a acestora în spaţiul tridimensional (zone amorfe).

Zonele cristaline (micelele) au o formă prismatică cu secţine pătratică şi înălţime (lungime) de 600 Å (uneori 1000 Å). Distanţa dintre două micele succesive este de 10 - 100 Å. Zonele amorfe au lungimea de 300 – 400 Å.

Fig. 10. Structura submicroscopică (fină) a peretelui celular1 – cub de lemn, 2 – fibră libriformă, 3 – fibrile, 4 – microfibrile, 5 – micele, 6 – celuloză

amorfă, 7 – macromolecule de celuloză, unitatea elementară a reţelei cristaline

Într-o microfibrilă, zonele cristaline ar putea deţine o pondere de până la 66%.

Microfibrilele se caracterizează printr-o foarte bună coeziune longitudinală, ca urmare a faptului că unele şi aceleaşi macromolecule de celuloză participă la formarea atât a zonelor cristaline cât şi a zonelor amorfe din cuprinsul lor, prezentând continuitate de la o micelă la alta.

Mai multe microfibrile, reunite sub influenţa unor forţe de coeziune laterală puternice, formează o fibrilă, a cărei lăţime este de cca. 1000 Å.

Unităţile structurale ale peretelui celular, superioare ca mărime şi organizare fibrilelor, sunt lamelele. Numărul de lamele din stratul peretelui celular depinde de grosimea acestuia. Astfel în stratul S1 al peretelui secundar s-au identificat 3 – 6 lamele, în stratul S2 30 – 150 lamele, iar în stratul S3 0 – 6 lamele.

Spaţiile intercristaline, intermicrofibrilare, interfibrilare şi interfibroase sunt umplute parţial cu substanţe de încrustare amorfe (pectină, lignine), hemiceluloze, apă, diverse substanţe dizolvate.

31


Microfibrilele constituie un adevărat schelet al pereţilor celulari. Îndepărtarea celorlalte componente (hemiceluloze, lignină) nu conduce nici la modificări importante ale formei celulelor şi nici modificări semnificative ale proprietăţilor mecanice ale pereţilor celulari.

Structura submicroscopică a lemnului explică de asemenea o serie de proprietăţi fizico – mecanice ale lemnului. Astfel, micelele celulozice, datorită formei prismatice, cu pereţi netezi, au proprietatea de a fixa fizic pe feţele lor laterale, prin atracţie moleculară, anumite cantităţi de apă sub formă de peliculă. Prezenţa filmului lichid dintre micele şi variaţiile grosimii lui în funcţie de umiditatea mediului explică marea higroscopicitate a lemnului, contragerea şi umflarea lui.


1. După ce se diferenţiază tipurile de structură ale lemnului? Daţi exemple.

2. Ce este xilotomia tehnică?

3. Care sunt planurile fundamentale în studiul lemnului?

4. Care sunt secţiuile derivate în studiul lemnului?

5. Care sunt componentele macroscopice ale unei secţiuni transversale prin trunchi?

6. Care sunt diferenţele dintre lemnul juvenil şi alburn? Dar între duramen şi lemnul adult?

7. Care sunt zonele principale ale unui inel anual?

8. Ce sunt porii lemnului şi cum se grupează ei?

9. Care sunt diferenţele dintre razele medulare şi petele medulare?

10. Prin ce se deosebesc zonele cristaline şi zonele amorfe din celuloză?

32


LECŢIA 4

STRUCTURA ANATOMICĂ A LEMNULUI DE RĂŞINOASE ŞI DE FOIOASE

4.1. Structura anatomică a lemnului de răşinoase

Răşinoasele prezintă o organizare a lemnului relativ simplă, uniformă şi regulată, întrucât celulele ce rezultă din cambiu sunt bine aliniate în sens radial. Principalele elemente anatomice constitutive ale lemnului de răşinoase sunt: traheidele longitudinale, razele medulare, parenchimul longitudinal şi canale rezinifere.

Traheidele longitudinale (figura 11) numite şi axiale sau verticale formează circa 90-95 % din masa lemnului de răşinoase. Ele sunt celule lemnoase lungi de 1-8 mm, cu grosimea de 25-75μm, pătratice sau rectangulare în secţiune transversală, aplatizate şi efilate (ascuţite) la capete. Cu cât grosimea lor este mai mare, cu atât lemnul prezintă o textură mai grosieră.

Se consideră că la speciile răşinoase, în cuprinsul inelelor anuale zona de lemn târziu începe de la punctul din care dublul grosimii pereţilor celulari ai traheidelor longitudinale este egal sau mai mare decât lăţimea lumenului.

Traheidele pierd rapid protoplasma după diferenţierea lor, devenind celule moarte, cu rol în conducerea sevei, fiind dotate cu numeroase punctuaţii areolate, dispuse mai ales pe feţele radiale şi spre capete. Fig. 11. Tipuri de traheide longitudinale la răşinoase

Punctuaţiile areolate de pe feţele radiale sunt dispuse fie într-un singur şir, fie în două şiruri de punctuaţii opuse sau alterne.

Diminuarea dimensiunii radiale a traheidelor la trecerea de la lemnul timpuriu la cel târziu este acompaniată de o creştere a grosimii pereţilor celulari - adaptare la funcţia de rezistenţă mecanică a lemnului târziu. Trecerea poate fi progresivă (molid) sau relativ bruscă (brad, larice, duglas). Îngroşările elicoidale sunt prezente la genurile Pseudotsuga şi Taxus.

Caracteristicile morfologice ale traheidelor longitudinale influenţează proprietăţile pastelor şi produselor papetare. Lungimea şi dimensiunea traheidelor în secţiune transversală, dimensiunea lumenului, grosimea pereţilor celulari se numesc indici morfologici papetari.

33


Fig. 12. Reprezentarea schematică a lemnului de pin

Razele medulare lemnoase sunt benzi radiale continue de celule de parenchim, uneori asociate cu traheide radiale şi canale secretoare (rezinifere).

Parenchimul razelor medulare este format din celule alungite în sens radial aproape întotdeauna de lăţimea unei singure celule (nu se vede cu ochiul liber) şi înălţimea de 1-40 celule. Pereţii orizontali şi tangenţiali ai celulelor poartă punctuaţii simple, iar pereţii radiali, aflaţi în contact cu traheidele longitudinale, poartă tot punctuaţii simple, dar care au o talie şi o formă caracteristică şi specifică, numite punctuaţii ale câmpurilor de încrucişare.

După conturul deschiderii lor – criteriu de recunoaştere a genurilor– forma lor generală şi configuraţia deschiderii lor interioare, punctuaţiile câmpului de încrucişare pot fi (figura 13):

- piceoid, cu două contururi eliptice de dimensiuni diferite, fie tangente, fie secante (Picea, Larix, Tsuga, Pseudotsuga);

34


- cupresoid, cu un contur eliptic interior mai mic decât cel exterior, fără contact cu acesta, sau cu un contact slab (Araucaria, Cupressus, Juniperus, Taxus);

- taxodioid, conturul interior este vecin cu cel exterior şi vizibil tangent la nivelul axei mari a elipselor (Abies, Cedrus, Taxodium, Sequoia, Cryptomeria);

- pinoid, fie cu punctuaţie mare unică (tipul fenestriform), fie cu mai multe punctuaţii cu un contur simplu (Pinus).

Diversele tipuri de punctuaţii ale câmpurilor de încrucişare tind să ia forma tipului piceoid în lemnul târziu.

Traheidele radiale sunt celule relativ scurte în comparaţie cu traheidele longitudinale, de formă uneori destul de neregulată, dispuse Fig. 13. Tipuri de punctuaţii ale câmpului cu dimensiunea mare orizontal şi care intră în de încrucişarecomponenţa razelor.

Ele acompaniază, la unele specii, celulele de parenchim şi sunt dispuse în şiruri radiale la marginea razelor medulare lemnoase şi foarte rar în cuprinsul acestora. Traheidele radiale sunt celule moarte, au punctuaţii areolate şi servesc la transportul radial al substanţelor nutritive. Pereţii pot fi netezi (zâmbru, pin strob) sau, datorită îngroşărilor elicoidale neregulate, aceştia sunt dinţaţi. Speciile lipsite de traheide radiale au un număr sporit de punctuaţii areolate pe pereţii tangenţiali ai traheidelor longitudinale, ceea ce permite un flux rapid al apei în sens radial.

Canalele rezinifere (balsamifere) îndeplinesc funcţii de secreţie şi e înmagazinare a oleorezinelor (balsamurilor), substanţe cu rol de apărare a plantei împotriva factorilor dăunători. La unele specii, canalele rezinifere sunt produse de cambiu în mod obişnuit, iar la alte specii, canalele rezinifere se formează ca urmare a reacţiilor arborilor la diferitele vătămări suferite prin rănire, datorită temperaturilor scăzute, incendiilor (canale rezinifere traumatice). Prezenţa, modul de grupare şi diametrul canalelor rezinifere, precum şi grosimea pereţilor acestora constituie caractere de recunoaştere a lemnului diferitelor specii de răşinoase.

Canalele rezinifere radiale sunt constituite din grupe de celule parenchimatice şi epiteliale, organizate sub forma unui canal, în care sunt deversate substanţele oleorezinice secretate de plantă. Ele sunt întotdeauna incluse în razele medulare, care se lărgesc pentru a le îngloba şi devin pluriseriate. Ele sunt prezente doar la genurile Picea, Larix, Pseudotsuga şi Pinus. La alte genuri, cum sunt Abies, Cedrus, Taxus, Juniperus, ele lipsesc. La genurile Picea, Larix, şi Pseudotsuga celulele epiteliale au pereţii groşi, iar la genul Pinus, din contra, pereţii sunt subţiri.

Canalele rezinifere longitudinale au o structură şi funcţii identice cu cele radiale, cu care se pot anastomoza. În acest fel, balsamul poate parcurge în înălţime distanţe mai mari decât lungimea unui singur canal rezinifer vertical şi poate totodată ocoli locurile în care canalele longitudinale sunt întrerupte din cauza vătămării arborilor. Dacă lemnul unei specii conţine canale rezinifere, atunci în mod sigur există atât canale radiale, cât şi canale longitudinale.

35


Canalele longitudinale provin din iniţialele fusiforme şi îşi conservă rolul secretor până la duramenificare. Uneori celulele epiteliale formează proliferări parenchimatoase în canal, constituind tiloidele sau tilosoizii.

În afara canalelor rezinifere traumatice, răşinoasele dezvoltă uneori ţesuturi speciale de cicatrizare, sub forma unor zone de parenchim. De asemenea, ca urmare a solicitărilor mecanice şi a acţiunii auxinelor, răşinoasele dezvoltă lemn de compresiune, cu caracteristici diferite faţă de lemnul normal. La genurile Larix, Abies, Picea şi Pinus s-a mai observat prezenţa unor traheide gelatinoase nelignificate şi incomplet diferenţiate, care seamănă cu celulele lemnului de tracţiune la foioase, dar care au proprietăţi diferite de cele ale lemnului de reacţie de la foioase.

Parenchimul longitudinal este prezent într-o foarte mică proporţie şi are aspectul unor fire axiale, celule cu punctuaţii simple, rezultate în urma diviziunii iniţialelor cambiale fusiforme septate orizontal. Aceste celule rămân în viaţă atâta timp cât lemnul este funcţional şi au rolul de a acumula diferite substanţe (mai ales oleorezine, ce imprimă lemnului un miros specific).

Celulele de parenchim longitudinal grupate în jurul canalelor rezinifere poartă numele de celule de parenchim lemnos însoţitor.

Firele de parenchim prezintă de regulă o distribuţie în secţiune transversală, cu o tendinţă de aliniere în direcţie tangenţială (Juniperus, Cupressus, Sequoia), dar pot prezenta şi o aşezare terminală, în lemnul târziu (Tsuga).

4.2. Structura anatomică a lemnului de foioase

Speciile de foioase, fiind specii mai evoluate din punct de vedere botanic, prezintă elemente anatomice mai diversificate în raport cu speciile de răşinoase. Astfel, în timp ce la răşinoase traheidele longitudinale au o dublă funcţie, la foioase există elemente specializate pentru transportul sevei (elementele de vase) şi pentru asigurarea funcţiei de rezistenţă mecanică (fibrele). Apar şi alte elemente noi în raport cu răşinoasele: traheidele vasculare, traheidele vasicentrice şi fibrotraheidele.

Elementele de vase - ocupă 5-30% din volumul lemnului de foioase (la speciile din zona temperată, obişnuit 10-20%). Sunt constituite din celule moarte, mai mult sau mai puţin lungi, cu lumen mare, cu pereţi laterali relativ subţiri şi pereţi transversali resorbiţi parţial sau total şi care prin fuzionare, cap la cap, în direcţia longitudinală, formează traheele sau vasele lemnoase perfecte, ce servesc la circulaţia sevei brute. Prezintă punctuaţii areolate lipsite de torus. Stratul S3 din peretele secundar este uneori căptuşit cu îngroşări spiralate.

Pereţii transversali resorbiţi ai elementelor de vase apar ca plăci perforate, perforaţiile acestora fiind de următoarele tipuri:

- unice (simple) de formă circulară, ovală, cu o mică strangulare în sensul de joncţiune a două elemente vecine (stejari, frasin, ulm, plop);

- parţiale, sub forma unor grile - perforaţii scalariforme (fag, anini, mesteacăn, platan);

- reticulare – sub formă de reţea deasă (reticule);

- perforaţie forominată (efredoidă)- formată din goluri numeroase, mici, circulare sau ovale.

Comunicarea vaselor cu elementele anatomice vecine se face prin punctuaţii laterale. Prezenţa perforaţiilor incomplete, înclinarea mare a planului perforaţiei în raport cu axa vaselor sunt considerate drept caractere arhaice pe scara evoluţiei.

36


Lungimea elementelor de vase este de 0,15 – 1,9 mm; aceasta se micşorează odată cu înaintarea speciilor pe scara evoluţiei botanice şi este puţin mai mare în lemnul târziu în raport cu lungimea corespunzătoare lemnului timpuriu. Grosimea pereţi-lor vaselor variază în funcţie de specie, dar şi de poziţia vasului în cadrul inelului anual. Conturul lor în secţiune transversală poate fi circular, eliptic, oval sau relativ poligonal. Traiectoria vaselor prin masa lemnului este relativ sinuoasă (figura 14). Proporţia de vase pe unitatea de suprafaţă este un criteriu important al aprecierii calităţii lemnului.

Dispunerea, gruparea şi diametrul vaselor în secţiune transversală constituie criterii importante pentru identificarea speciei din care provine acesta. Fig. 14. Traiectoria vaselor prin

masa lemnului

În secţiune transversală, vasele apar sub formă de pori ce pot fi: izolaţi (lemnul timpuriu de la cer, stejar, ulm de munte, paltin şi mesteacăn) grupaţi – în şiruri radiale, tangenţiale sau oblice sau diseminaţi.

După mărimea porilor, se deosebesc două categorii principale şi două secundare:

- pori mari, vizibili cu ochiul liber (cu d≥0,2 mm)- din lemnul timpuriu de stejar, ulm, frasin;

- pori mici, vizibil cu lupa (d = 0,05…0,2 mm)- cei de la paltini, anini, carpen, mesteacăn;

- pori abia vizibili cu ochiul liber ( d = 0,1…0,2 mm)- la cătina albă;- pori abia vizibili sau greu de distins cu lupa ( d ≤ 0,05 mm) - păr şi măr pădureţ.

În funcţie de distribuţia porilor în cuprinsul inelului anual lemnul de foioase se împarte în:

a. Lemn cu distribuţia porilor inelară (cu zona iniţială poroasă)-la care porii lemnului timpuriu au un diametru mult mai mare decât cei ai lemnului târziu. La începutul perioadei de vegetaţie se formează una sau mai multe benzi inelare de pori mari, mult mai deschise la culoare , apoi se formează pori mici, aşezaţi dispersat: în grupe mici (frasin, salcâm), în şiruri radiale cu aspect de flăcări (stejari), în şiruri radiale oblice (castan bun) sau în şiruri tangenţiale ondulate (ulm).

Acest tip de lemn prezintă o textură grosieră, deoarece porii se evidenţiază cu uşurinţă prin debitare. Lemnul acestor specii este neomogen, puternic vărgat.

b. Lemn cu distribuţia porilor difuză (împrăştiată), la care porii de mărimi relativ asemănătoare sunt distribuiţi aproape uniform în întregul inel anual, zonele de lemn timpuriu şi de lemn târziu nu sunt evidente nici pe secţiunea transversală şi nici pe secţiunile longitudinale. Porii sunt distribuiţi fie izolat, fie grupaţi în şiruri sau mici plaje. Lemnul este omogen, nevărgat. Acest tip de distribuţie a porilor poate fi întâlnit la: plopi, nuc comun, mesteacăn, fag, tei, platan, anini, etc.

c. Lemn cu distribuţia porilor semiinelară (cu zona iniţială semiporoasă), la care mărimea porilor din lemnul timpuriu nu diferă cu mult de mărimea porilor din lemnul târziu, în schimb numărul porilor din lemnul timpuriu este mai ridicat (cireş, mălin). În secţiune transversală zonele de lemn timpuriu sunt relativ bine distincte, iar pe secţiunile longitudinale, zonele de lemn timpuriu sunt vizibile datorită striaţiilor fine, paralele, ceva mai dese decât pe restul lemnului, lemnul este omogen, slab vărgat.

37


Pereţii laterali ai vaselor prezintă numeroase punctuaţii, permiţând desfăşurarea schimbului de substanţe în direcţie radială.

În cazul stejarului, lemnul cu o proporţie ridicată de vase prezintă o bună prelucrabilitate. Lemnul de fag cu porii având lumenul mare, bine vizibili se caracterizează printr-o bună aptitudine pentru derulaj. La nucul comun s-a observat corelaţia directă între porozitatea ridicată şi uşurinţa cu care lemnul speciei se poate sculpta. Lemnul castanului şi al stejarului este uşor expus crăpării faţă de cel de ulmi, deoarece dispunerea porilor la ulm este în benzi tangenţiale faţă de benzile oblice şi radiale de la castan şi stejar.

Fig. 15. Reprezentarea schematică a lemnului de fag

Tilele sunt excrescenţe ale celulelor de parenchim din jurul traheelor, pătrunse în interiorul acestora şi au aspectul unor plăcuţe mici de culoare albă, argintie, verzuie sau violacee. Ele pot fi lucioase (la salcâm) sau mate (la frasin) şi pot obtura toţi porii, începând de la un anumit inel anual (salcâm) sau doar o parte din pori (cer). În raport cu prezenţa tilelor, se deosebesc specii cu pori cu tile (stejar, salcâm, nuc negru, nuc comun, ulmi, salcie) şi specii cu pori fără tile (mesteacăn, paltini). La unii stejari şi la salcâm tilele se dezvoltă în mod normal în duramen, pe când la fag, ele apar în mod excepţional, odată cu formarea inimii roşii.

Fibrele (fibrele libriforme, fibrele simplicipunctate) sunt celule lungi şi subţiri cu pereţi în general groşi, cu lumen mic, aproape liniar, închise la capete, ce constituie elemente

38


de rezistenţă mecanică. Ocupă 50-80 % din masa lemnului (obişnuit 50-60 %). Sunt celule moarte şi vide.

Capetele fibrelor sunt ascuţite, uneori zimţate sau ramificate. Pe secţiunea transversală a lemnului, în cuprinsul inelului anual, fibrele au un contur obişnuit poligonal.

Distribuţia fibrelor în cuprinsul inelului anual poate fi uniformă, dar deseori ele formează grupări caracteristice (zone de fibre) sub formă de benzi, zone cu aspect de flăcări sau de zone insulare, cu contur neregulat.

Uneori se întâlnesc fibre cu forme particulare, ca de exemplu fibrele gelatinoase, prezente în lemnul normal de salcâm şi dud, ca şi în lemnul de tensiune (plop), caracterizate prin prezenţa unui strat special gelatinos (G), cu un conţinut mare de celuloză.

Fibrotraheidele reprezintă o formă de trecere între traheidele lemnului de răşinoase şi fibrele foioaselor întâlnindu-se la mesteacăn, castan bun, fag, scoruş de munte şi platan. Sunt celule cu pereţi groşi şi lumen mic, cu capetele ascuţite, prevăzute cu punctuaţii areolate, mici, cu deschidere oblică, având rol de susţinere, pe care uneori îl pot combina cu cel de conducere al sevei.

La unele specii există fibrotraheidele gelatinoase, ai căror pereţi, foarte groşi, se contrag puternic prin uscare şi totodată se alterează, reţinând apa în mod diferit de celelalte fibrotraheide.

Traheidele din lemnul de foioase pot fi de două tipuri:

Traheidele vasculare - constituie elemente de tranziţie între traheidele longitudinale şi elementele de vase, fiind asemănătoare acestora din urmă în ceea ce priveşte forma şi mărimea. Au un lumen larg, sunt neperforate şi au numeroase punctuaţii areolate. Ele se dispun în şiruri axiale, jucând rolul unor vase cu diametrul mai mic. Prezintă frecvent îngroşări elicoidale (genul Ulmus); în afară de ulm traheidele vasculare se mai întâlnesc la mesteacăn, fag.

Traheide vasicentrice (circumvasculare, juxtavasculare) - sunt celule de formă oarecum neregulată, mai lungi ca elementele de vase, dispuse în jurul vaselor lemnoase perfecte, fără a forma şiruri longitudinale, la specii cu porii aşezaţi inelar - stejar, castan bun, frasin. Fac legătura între vasele lemnoase şi fibre.

Parenchimul longitudinal - constituie circa 10% din masa speciilor în zona temperată (10-20 % la speciile tropicale, 75 % la balsa). În lemnul funcţional, celulele de parenchim longitudinal pot acumula rezerve sau pot transforma şi restitui diferite substanţe chimice. Pereţii sunt subţiri şi au punctuaţii simple. Ei se lignifică odată cu duramenificarea.

În funcţie de poziţia sa în cuprinsul inelului anual, de raportul faţă de alte elemente şi formaţii anatomice, precum şi de forma şi dimensiunile aglomerărilor pe care le formează pe secţiunea transversală, parenchimul longitudinal poate fi de două tipuri: apotraheal şi paratraheal. Parenchim apotraheal (independent de vase) – poate fi dispus în mod difuz printre fibre (fag, mesteacăn, paltini) sau în benzi tangenţiale. Acestea pot fi marginale (iniţiale - la începutul inelului anual, finale - la limita exterioară a inelului)- la salcâm, tei, plopi, mesteacăn, salcie albă - sau aşezate în interiorul creşterii anuale (metatraheal - la cer, nuc comun, carpen)

Parenchimul paratraheal (asociat cu vasele)- poate fi:

- circumvascular - înconjoară vasele în mod parţial (castan, cireş, nuc);- aliform - înconjoară vasele total cu prelungiri laterale, asemănător

unor aripi (frasin);

39


- confluent - înconjoară vasele total cu prelungiri de forma unor benzi de legătură între pori (ulm).

La unele specii (mesteacăn, anin, salcie, alun, corn) apare un parenchim de cicatrizare ca urmare a rănirii cambiului de către insecte, ce are aspectul unor pete de culoare brună, numite pete medulare. Ele apar cu preponderenţă spre baza trunchiului şi mai cu seamă în partea centrală a secţiunii transversale. În secţiune transversală, când sunt mici, petele medulare se prezintă ca linii drepte şi scurte, paralele cu inelele anual, când sunt mari, sub formă de arce de cerc, orientate la fel. În secţiune radială apar ca linii drepte, îngroşate, paralele cu direcţia fibrei, iar în secţiune tangenţială au forma de pată cu contur neregulat.

Razele medulare – sunt formaţii anatomice ale lemnului perpendiculare pe axa arborelui, alcătuite cu precădere din celule parenchimatice şi având ca funcţie principală conducerea în direcţia radială a apei, substanţelor nutritive. Dispunerea lor este constantă şi relativ regulată pentru o anumită specie, însă variaţia este mai mare la foioase decât la răşinoase. În funcţie de numărul de şiruri verticale de celule detectabile pe secţiunea tangenţială se deosebesc: raze uniseriate (castan porcesc, salcie, plop), raze biseriate (mesteacăn) sau raze pluriseriate (stejar). În câmpurile de încrucişare între celulele parenchimului de rază şi elementele de vase se găsesc punctuaţii, ale căror formă, număr şi dimensiuni constituie criterii de identificare a speciilor.

În secţiune radială se formează aşa-numitele oglinzi (raze înalte şi lucioase) specifice speciilor de stejar, paltin, cireş, fag, ulm şi solzii (razele joase, des întrerupte) în secţiune tangenţială, razele se prezintă ca linii verticale fusiforme sau lenticulare.

Unele specii (stejar, fag) au raze medulare de două dimensiuni: late şi înguste. La unele specii (carpen, anin, alun), razele vizibile cu ochiul liber sunt doar aparent late, ele fiind de fapt alcătuite din grupări de raze înguste, strâns alipite şi se numesc raze late false.

Celulele de parenchim de rază pot fi alungite radial (culcate), pătratice sau alungite axial. Dacă toate celulele sunt culcate, raza medulară este omogenă, iar dacă există mai multe tipuri de celule, raza medulară este eterogenă (salcie).

Prezenţa în număr mare a razelor în cazul unor specii (ulm, cireş, paltin) constituie un important factor de calitate al lemnului. Uneori însă, la alte specii, precum stejarul şi fagul, abundenţa razelor şi a oglinzilor constituie un impediment în debitarea furnirului.

Razele medulare contribuie la creşterea modulului de elasticitate radială, la creşterea rezistenţei la încovoiere statică şi compresiune. Totodată, razele constituie unul din factorii ce explică anizotropia contragerii, datorită lor contragerea radială fiind mai mică decât contragerea tangenţială.


1. Unde se consideră că are loc trecerea de la lemnul timpuriu la cel târziu la răşinoase?

2. Ce sunt punctuaţiile câmpului de încrucişare şi de câte tipuri sunt?

3. În cadrul căror formaţiuni anatomice se găsesc canalele rezinifere radiale?

4. Ce sunt tilosoizii? Dar tilele?

5. Câte tipuri de perforaţii cunoaşteţi?

6. Prin ce se caracterizează distribuţia semiinelară a porilor?

7. Care dintre traheidele foioaselor au rol în conducerea sevei?

8. Câte tipuri de parenchim asociat cu vasele cunoaşteţi?

40


9. Ce formaţiuni anatomice formează în secţiune radială oglinzile sau solzii?

10. Cum explicaţi că specii precum carpenul sau aninul nu formează oglinzi, cu toate că pe secţiunea radială pot fi observate raze medulare destul de late?

41


LECŢIA 5

DEFECTELE LEMNULUI. DEFECTELE DE FORMĂ ŞI ANOMALIILE STRUCTURII ANATOMICE A LEMNULUI

5.1. Originea, importanţa şi clasificarea defectelor lemnului

Sub acţiunea diferiţilor factori externi şi interni, care acţionează în timpul creşterii arborilor sau după doborârea acestora, lemnul prezintă adeseori abateri sau neregularităţi ale structurii sale anatomice şi ale compoziţiei sale chimice normale, numite anomalii ale lemnului. Unele anomalii pot ridica valoarea lemnului, de exemplu gâlmele la nuc şi fibra creaţă la paltin de munte – furnire estetice. Cel mai des însă aceste anomalii reduc utilizările şi valoarea lemnului, prin modificarea proprietăţilor acestuia. În acest caz anomaliile reprezintă defecte ale lemnului. În categoria defectelor intră nu numai devierile de la structura normală a lemnului ci şi vătămările acestuia provocate de diverşi agenţi.

Prezenţa defectelor în lemn este legată de însăşi structura acestuia. Astfel, nu se pot imagina trunchiuri fără noduri, iar discuţia cea mai importantă priveşte proporţia acceptării diferitelor defecte pentru stabilirea claselor de calitate ale diverselor sortimente lemnoase.

Prin urmare, defectele prezintă un caracter relativ, legat de întrebuinţarea lemnului. De exemplu, proprietatea unui lemn de a fi moale este un defect pentru întrebuinţări ce presupun rezistenţă mare la uzură, dar este o calitate importantă dacă acel lemn este utilizat în pirogravură sau metalurgie.

Clasificarea defectelor lemnului se poate face după mai multe criterii:

după scara la care se manifestă: defecte de formă ale trunchiului şi defecte ale structurii şi proprietăţilor lemnului;

după natura materialului lemnos afectat: defecte la arbori în creştere (defecte la arborilor pe picior) şi defecte ale lemnului doborât;

după natura factorilor ce cauzează defectele: defecte de natură parazitară (cauzate de factori biologici paraziţi ai lemnului–bacterii, ciuperci, insecte, moluşte) şi defecte cauzate de alţi factori, neparazitari (factori de mediu, ereditatea provenienţelor, omul).

Clasificarea defectelor după cauzele care le produc este totuşi foarte dificilă, întrucât de multe ori cauze diferite produc defecte asemănătoare (de exemplu, excrescenţele pot fi provocate de factori de natură parazitară sau neparazitară), iar cauzele multor defecte nu s-au elucidat până în prezent (de exemplu rolul eredităţii şi al mediului în apariţia fibrelor anormale, a canelurii, cauzele apariţiei cancerului la arbori, etc.).

42


5.2. Defecte de formă ale trunchiului

Sunt anomalii de creştere a arborilor datorate condiţiilor şi a funcţionării anormale a cambiului.

a) Conicitatea trunchiului (figura 16) este o descreştere anormală şi continuă a diametrului dinspre bază către vârf. Defectul este mai accentuat la răşinoase, la arborii din arboretele claselor de producţie inferioară, la arborii ce cresc izolaţi. Acest defect scade randamentul la ecarisare, debitare şi derulaj.

Se exprimă prin numărul de centimetri ai diferenţei (D-d) pe metru de lungime sau prin raportul procentual între mărimile măsurate în metri

, respectiv [%]

unde D este diametru la capătul gros,

d – diametru la capătul subţire

l – lungimea totală a piesei

Fig. 16. Conicitatea

Este considerat defect când depăşeşte 1 cm/m sau 1%.

b) Lăbărţarea este îngroşarea pronunţată a trunchiului în zona coletului datorită

înrădăcinării. Este întâlnită la numeroase specii indigene şi poate căpăta o dezvoltare excesivă la unele specii exotice şi poate fi rotunjită sau stelată. Pentru determinarea lăbărţării rotunjite (figura 18) se măsoară diametrul secţiunii transversale de la baza lemnului (D) şi diametrul secţiunii situate la distanţa de 1 m (d). Se exprimă în unităţi de lungime prin diferenţa dintre aceste mărimi. În cazul lăbărţării stelate (figura 17) se măsoară diametrul cercului circumscris punctelor extreme ale lobilor lăbărţării de la capătul gros (De) şi diametrul cercului asemănător situat la distanţa de 1 m (de). Se măsoară şi diametrul cercului înscris adânciturilor de la capătul gros (Di) ; se exprimă prin diferenţa De-de, fie prin diferenţa De – Di .

Fig. 17. Lăbărţarea stelată Fig. 18. Lăbărţarea rotunjită

c) Curbura este devierea curbă a trunchiului de la axa longitudinală. Cauzele producerii curburii pot fi de natură climatică (vânt, zăpadă, chiciură), de natură orografică (pantă) sau de natură silviculturală (reducerea consistenţei, asimetria coroanelor).

Defectul influenţează negativ posibilităţile de utilizare reducând randamentul prelucrării (sortimente scurte) calitatea pieselor(fibră înclinată, inele anuale tăiate), precum şi proprietăţile mecanice(apar tensiuni şi se deformează). Curbura poate fi simplă (figura 19) sau multiplă (figura 20). Arborii tineri prezintă deseori curburi multiple acestea menţinându-se şi

43

D

l

d

D

d 1

1m m m


la arborii maturi (chiar dacă tulpinile sunt rectilinii) dând „inima ondulată” a lemnului şi micşorarea randamentului de derulare.

Curbura simplă Se măsoară săgeata maximă (S) în centimetri, lungimea porţiunii curbate (l), în metri şi diametrul capătului subţire (d) în centimetri. Se poate exprima:

- prin raportul procentual între săgeata maxi-mă (S) şi lungimea porţiunii curbate (l):

[%]

- în părţi din diametrul (d) al capătului subţire: Fig. 19. Curbura simplă

Curbura multiplă Se măsoară săgeţile (s1, s2) în dreptul încovoierii maxime în centimetri, porţiunile curbate (l1, l2) în metri şi diametrul capătului subţire (d) în centimetri. Se indică numărul de curburi şi dacă acestea sunt în acelaşi plan sau în planuri diferite. Se poate exprima: prin raportul procentual între săgeata maximă şi lungimea porţiunii curbate sau prin părţi din diametrul capătului subţire luând în considerare săgeata maximă:

S2S1, respectiv

d) Însăbierea - un caz particular de curbură constând în devierea curbă a axei trunchiului în partea dinspre colet. Apare la arbori situaţi la limita superioară altitudinală, pe pante mari (laricele).

Fig. 20. Curbura multiplă

e) Înfurcirea trunchiului constă în despărţirea acestuia la o anumită înălţime în două sau mai multe ramificaţii principale, ca urmare a creşterii mugurilor laterali în locul celui terminal. Lemnul din zona înfurcirii prezintă creşteri neregulate şi este exclus de la majoritatea utilizărilor. În plus apar porţiuni alterate datorită stagnării apei şi instalării ciupercilor. Este frecvent întâlnită în arboretele de răşinoase păşunate în tinereţe, dar şi la foioase (frasin, salcâm). Cu cât înfurcirea este mai jos pe trunchi cu atât materialul se declasează mai mult.

f) Ovalitatea trunchiului – forma ovoidală a secţiunii transversale a trunchiului (figura 21).

Ea reduce randamentul de debitare a lemnului şi favorizează apariţia deformaţiilor după prelucrare. Se exprimă în procente cu relaţia:

[%] sau Ov= D-d,

unde: D – diametrul maxim, d – diametrul minim Fig. 21. Ovalitatea

44


g) Canelura reprezintă conturul sinuos al secţiunii transversale a trunchiului, respectiv vălurarea suprafeţei laterale a acesteia (figura 22).

Se întâlneşte mai frecvent la carpen, anin, ienupăr, corn, tisă, fag reducând randamentul de debitare şi derulare şi mărind totodată rezistenţa la despicare. Canelura se măsoară prin raportul dintre adâncimea maximă a canelurii şi diametrul secţiunii transversale, ambele măsurate la capătul gros.

Fig. 22. Canelura

5.3. Anomaliile structurii anatomice ale lemnului

Sunt în general o consecinţă a defectelor de formă ale trunchiului şi apar datorită acţiuni factorilor externi în timpul procesului de creştere.

a) Fibra anormală sau fibra deviată – anomalia structurii lemnului prin care fibrele nu sunt paralele cu axa trunchiului

- fibra torsă (răsucită) – devierea elicoidală a fibrelor în jurul axei longitudinale (figura 23), aceste rămânând paralele între ele. Când are mărimi peste 3% influenţează rezistenţele lemnului (cu excepţia rezistenţei de despicare), iar cheresteaua prezintă ondulaţii şi se finisează greu.

Cauzele apariţiei fibrei torse sunt: ereditatea, vântul, solul, etc. La arborii bătrâni răsucirea fibrei este mai accentuată decât la cei tineri astfel încât devierea la periferia secţiunii este mai mare decât la interior. De asemenea unghiul fibrei creşte de la bază spre vârful tulpinii.

Fibra torsă alternantă, denumită şi fibră împletită rezultă prin suprapunerea unor zone de lemn cu direcţii opuse de deviere a fibrei şi contribuie la creşterea valorii estetice.

Acest defect este mai des întâlnit la: molid, pin silvestru, brad, stejar, carpen, castan porcesc.

Fig. 23. Fibra torsă

Fibra răsucită se determină prin raportul procentual dintre mărimea devierii de la o linie paralelă cu axa trunchiului şi lungimea de 1m (se precizează şi direcţia de răsucire).

- fibra înclinată – este devierea dreaptă a fibrelor în acelaşi plan cu axa trunchiului, datorită conicităţii (figura 24). Aceasta atrage înclinarea inelelor anuale faţă de ax, iar piesele rezultate prezintă suprafeţe aspre şi greu de finisat. Totodată scad şi rezistenţele lemnului.

Mărimea fibrei înclinate se determină prin raportul procentual de la o linie paralelă cu axa longitudinală a piesei şi lungimea corespunzătoare acestei devieri.

45


Fig. 24. Fibra înclinată

- fibra creaţă (ondulată) – dispunerea fibrelor după linii uşor sinuoase, relativ regulate, în plan radial şi tangenţial.

Cauzele apariţiei se presupune că sunt fie de matură ereditară fie de natură mecanică (presiunea coroanei şi a trunchiului).Lemnul cu fibră ondulată este mai rezistent, mai dur dar se prelucrează mai greu.

Prin desenul pe care îl creează, fibra ondulată conferă lemnului valori estetice mari. Se întâlneşte mai des la paltin şi frasin dar uneori se întâlneşte şi la mesteacăn, fag, nuc, pin.

Fibra ondulată se exprimă prin dimensiunile zonei ocupate în cuprinsul pieselor.

- fibra încâlcită – devierea neregulată şi întreţeserea fibrelor pe anumite porţiuni. Prelucrarea mecanică este greoaie rezultând suprafeţe aspre. În unele situaţii imprimă lemnului un aspect estetic deosebit.

Defectul este întâlnit la toate speciile lemnoase însă mai frecvent la anin, mesteacăn, nuc şi ulm. Determinarea mărimii sale se face prin aprecierea extinderii sale.

- buclele – devieri locale ale fibrelor şi inelelor anuale în jurul nodurilor, cojii înfundate, rănilor cicatrizate (figura 25).

Datorită buclelor apar dificultăţi la prelucrare, scad rezistenţele mecanice, iar piesele de cherestea suferă deformaţii.

Mărimea buclelor se obţin raportând lăţimea maximă a zonei cu inele retezate la lăţimea piesei (în procente).

Fig 25. Bucle nestrăpunse

b) Excentricitatea – exprimă poziţia laterală a măduvei faţă de centrul secţiunii transversale a trunchiului.

Cauzele manifestării defectului sunt: asimetria coroanei, acţiunea unilaterală a vântului şi zăpezii, dezvoltarea arborilor pe soluri umede şi mlăştinoase. Specific este creşterea inegală în lăţime a inelelor anuale prezentând deseori şi lemn de reacţie. Defectul este destul de frecvent la molid. Excentricitatea provoacă deformarea pieselor rezultate din prelucrarea lemnului, precum şi o slăbire a rezistenţei mecanice. Defectul se exprimă ca raport între distanţa de la centrul geometric al secţiunii la centrul măduvei şi diametrul secţiunii.

c) Neregularitatea inelelor anuale – variaţia lăţimii unuia sau mai multor inele de creştere faţă de lăţimea medie a acestora pe secţiune transversală. Defectul apare ca urmare a: lucrărilor silviculturale (rărituri), condiţiilor de vegetaţie deosebite, defolierilor produse de insecte, secetă, fructificaţiilor etc. Se provoacă astfel variaţii ale densităţii, durităţii, contragerii şi umflării cu repercusiuni asupra proprietăţilor mecanice şi tehnologice.

d) Excrescenţele şi gâlmele (figura 26) – umflături localizate pe trunchi, crăci şi ramuri, provocate de aglomerările de muguri dorminzi sau ca urmare a unor cauze patologice sau traumatice. Excrescenţele globuloase se numesc gâlme.

Cunoscute şi preţuite sunt gâlmele de tulpină de plop negru, ulm, mesteacăn şi gâlmele de rădăcină de nuc comun.

Se disting excrescenţe netede (mai ales la pin şi mesteacăn) şi excrescenţe noduroase mai ales la nuc şi mesteacăn dar şi la paltin, anin, ulm, plop, tei, etc.

46

d


Se estimează determinând proporţia ce le revine din cir-cumferinţa lemnului rotund (g/d), precum şi înălţimea zonei afectate (a/l).

e) Inimi concrescute (inimă multiplă, inimă dublă)– concreşterea a două sau mai multe tulpini sau datorită înfurcirii trunchiului. Cauza este fie înfurcirea unei tulpini, fie alăturării a două tulpini vecine. Între tulpinile concrescute adeseori se poate găsi coajă înfundată. Piesele obţinute sunt de calitate inferioară având proprietăţi mecanice reduse şi deseori alteraţii.

Defectul lemnului rotund se estimează ca distanţa de la o măduvă la cealaltă, iar pentru cherestea, lungimea cu inimi concrescute.

Fig. 26. Gâlmă

f) Lunura – prezenţa în duramen a unuia sau mai multe inele anuale cu proprietăţi asemănătoare alburnului (figura 27). Se întâlneşte mai ales la stejar, gorun, frasin, etc. Cauzele sunt de natură abiotică, geru-rile mari din timpul iernii duc la degerarea inelelor anu-ale, acestea pierzându-şi capacitatea de duramenificare.

Lunura poate fi centrală sau excentrică, la arborii bătrâni fiind deseori atacată de ciuperci. În unele situaţii există mai multe lunuri la acelaşi arbore.

Fig. 27. Lunura

Lemnul de lunură are proprietăţi inferioare duramenului (se contrage mai puţin, uşor permeabil pentru lichide, uşor putrescibil), şi este eliminat în procesul de industrializare a lemnului.

În cazul lemnului rotund lunura se estimează prin diferenţa dintre diametrul pieselor şi lăţimea inelelor anuale afectate.

g) Nodurile – sunt consecinţa existenţei ramurilor, respectiv parte din ramură înglobată în lemn. Pot proveni din lujerii mugurilor axiali, pornesc din măduvă şi pot trăi toată viaţa arborelui (defecte importante) sau din lujerii mugurilor proventivi sau adventivi (deprecierea este redusă).

Clasificarea nodurilor lemnului rotund:

După legătura cu masa lemnului nodurile pot fi:

- concrescute (aderente) – legate total sau parţial de elementele lemnului.

- parţial concrescute – aderente numai pe o porţiune.

- căzătoare (neaderente).

După mărime:

- noduri punct (până la 3 mm) - noduri ochi (4-5 mm)- noduri foarte mici (6 – 10 mm)- noduri mijlocii (11 – 20 mm) - noduri mari (21 – 40 mm)- noduri foarte mari (peste 40 mm) Fig. 28. Nod mustaţă Fig. 29. Nod în cuib

47


După poziţia pe care o au în trunchi:

- noduri aparente (vizibile).

- noduri ascunse (acoperite de lemn).

După gradul de sănătate:

- noduri sănătoase (al cărui lemn nu prezintă urme de putregai),

- noduri vicioase (putrezite pe cel mult o treime din secţiune) şi

- noduri putrede (putrezite pe mai mult de o treime din secţiune).

După coloraţie:

- noduri normal colorate (culoare apropiată de cea a lemnului înconjurător),

- noduri intens colorate (în general brun - roşcate) şi

- noduri negre

După duritate: nod tare, nod moale

Clasificarea nodurilor sortimentelor de cherestea:

După forma secţiunii: noduri rotunde, ovale, alungite

După locul din piesă unde apar: noduri pe faţă, pe cant, pe muchie, longitudinale, transversale, străpungătoare, nestrăpungătoare.

După poziţia relativă pe suprafaţa piesei: noduri izolate, noduri mustaţă sau duble (figura 28), grupate în verticil, în cuib (figura 29), etc.

Nodozitatea pieselor de cherestea reprezintă suma mărimii nodurilor grupate pe o anumită lungime a unei piese, în porţiunea de concentrare de noduri maximă.

Distribuţia nodurilor în cuprinsul arborilor este influenţată de specie şi condiţiile de vegetaţie. Răşinoasele au noduri mai multe dar mai mici decât foioasele, grupate în verticil. Arborii crescuţi în masiv datorită elagajului au noduri mici şi mai puţine decât arborii izolaţi.

Diametrul nodurilor se micşorează de la periferie către axa arborelui. Se remarcă şi o variaţie cu înălţimea arborelui.

Prezenţa nodurilor reduce rezistenţa la compresiune, întindere, încovoiere, flambaj etc. uneori în proporţie de 50-80% faţă de rezistenţele medii ale lemnului fără noduri.

În funcţie de prezenţa nodurilor un material lemnos poate fi apreciat sub trei aspecte:

- după felul nodurilor;

- după numărul lor pe unitatea de măsură;

- după mărimea lor.

Piesele prelucrate din lemn cu multe noduri sunt supuse deformaţiilor datorită contragerilor inegale.

Fig. 30. Zonele de noduri din arbore

48

Zonă fără noduri

Zonă cu noduri neaderente

Zonă cu noduri aderente

Zonă inimii


În cea ce priveşte nodurile, calitatea materialului lemnos se poate ameliora prin elagaj natural (silvicultorul menţine o desime corespunzătoare) şi elagaj artificial (corect executat).

Mărimea nodurilor se estimează prin distanţa între tangentele la conturul acestora duse paralel cu axa longitudinală a pieselor de lemn rotund.

Fig. 31. Nod aparent

h) Lemnul juvenil sau inima lemnului. Inima – porţiunea centrală a sortimentelor rotunde cuprinzând măduva şi inelele anuale din imediata apropiere, de calitate inferioară duramenului.

i) Acumulările de substanţe (depunerile anormale) - substanţe ce se depun în exces în anumite porţiuni ţi afectează calitatea lemnului.

zona îmbibată cu răşină – o porţiune din lemn, mai închisă la culoare, îmbibată cu răşină ca urmare a secreţiei în exces a acestor substanţe pentru vindecarea rănilor arborilor de răşinoase. Aceste zone au capacitate de absorbţie şi permeabilitate la apă mult inferioare, densitate şi rezistenţă la putrezire sporită.

pungile de răşină sunt cavităţi umplute cu răşină situate între inelele anuale sau în cuprinsul acestora. Cauzele apariţiei acestora ar fi: înţepăturile insectelor, în-călzirea locală a cojii pe timp geros, expunerea la lumină în liziera pădurilor etc.

zone îmbibate cu tanin – zone pătate datorită acumulării de taninuri.

zonele umede – se caracterizează printr-un exces de apă şi o culoare mai închisă. Se întâlneşte în partea inferioară a trunchiului, 4 – 5 m (uneori 10 – 11 m) înălţime, în secţiune transversală sub formă de pată, iarna sticloase datorită îngheţului.

Cauzele nu s-au stabilit cu precizie însă unii autori iau în considerare: bacteriile (ulm, plop, brad), ciupercile (plop), apa din precipitaţii pătrunsă în cioturile necicatrizate, umiditatea în exces a solului. Se distinge o inimă udă normal (formă circulară) şi o inimă udă patologic (formă neregulată).Dimensiunea inimii ude patologic pe secţiune transversală ar putea da indicaţii cu privire la starea de sănătate. Defectul se exprimă prin lăţimea minimă a suprafeţei în care se înscrie, sau în părţi din diametrul capătului pe care se găseşte.


1. Ce înţelegeţi prin anomalii ale lemnului?

2. Câte tipuri de lăbărţare cunoaşteţi şi cum se măsoară aceste defecte?

3. Câte tipuri de fibră deviată cunoaşteţi şi prin ce se deosebesc acestea între ele?

4. Ce este lunura şi cum influenţează ea randamentul la debitare?

5. Care sunt principalele zone de noduri din arbore?

49


LECŢIA 6

DEFECTELE LEMNULUI. VĂTĂMĂRILE STRUCTURII ANATOMICE A LEMNULUI. ALTERAŢII. LEMNUL DE REACŢIE

6.1. Vătămări ale structurii anatomice a lemnului

Vătămările structurii anatomice a lemnului sunt produse în urma acţiunii agenţilor exteriori care provoacă degradări locale ale ţesuturilor lemnului.

Crăpăturile sunt discontinuităţi în ţesuturile lemnului rezultate prin desprinderea sau ruperea elementelor anatomice pe direcţia fibrelor (longitudinale) pe conturul inelelor anuale (circulare) sau perpendiculare pe fibre (transversale).

Cauzele apariţiei sunt: evaporarea mai mult sau mai puţin rapidă a apei din lemn, solicitările produse de vânturi sau exploatarea – transportul lemnului, factorilor climatici (gerurile etc.).

Crăpături apărute la arborii în picioare

Gelivurile (crăpături de ger) – sunt orientate pe direcţie longitudinală (uneori elicoidal), cu feţele deschizăturii în primă fază netede apoi luând aspectul unor caneluri (ţesuturi de protecţie) datorită activităţii cambiului (figura 32).

Defectul este mai prezent la speciile de foioase (cvercinee, nuc, frasin, paltin etc.), mai rar la răşinoase, fiind produs iarna din cauza tensiunilor generate de contragerea lemnului la scăderea puternică a temperaturii. Gelivurile pot fi închise (nu ajung la periferia secţiunii transversale) şi deschise (vizibile la exterior). În cazul gelivurilor deschise se creează condiţii favorabile dezvoltării ciupercilor xilofage şi deci a deprecierii lemnului. Gelivura este mai frecventă la arbori cu creşteri neregulate, excentrice şi mai ales la speciile care se găsesc la limita lor nordică de vegetaţie sau la arborii situaţi în “găuri de ger”.

Estimarea defectului:

- se măsoară adâncimea de pe capăt (a) sau lăţimea (b) sau lungimea (c) pe faţa laterală.

- se exprimă în unităţi de lungime sau părţi din dimensiunile corespunzătoare ale lemnului.

Fig. 32. Crăpătură de ger

Crăpătura de secetă – este asemănătoare gelivurii însă nu prezintă crestele de cicatrizare. Cauza este contragerea puternică a lemnului datorită scăderii umidităţii.

Este frecvent întâlnită la exemplarele tinere de molid. Se exprimă în funcţie de adâncimea (b), pe capăt (a) sau lungimea ei (c), în unităţi de lungime sau părţi din dimensiunile lemnului.

Crăpăturile de vânt–deschideri interne ale trunchiurilor datorate ruperii fibrelor ca urmare a acţiunii vântului. Sunt frecvent întâlnite la molid şi încep la circa 2 m de la colet

50


şi se menţin până la aproximativ 10 m pe trunchi. Ele apar şi dacă lemnul este slăbit datorită atacului insectelor.

Crăpăturile transversale pot să apară şi în timpul doborârii arborilor, în momentul contactului cu pământul.

Fig. 33. Crăpătură de uscare

Crăpăturile de trăsnet – discontinuităţi mai mult sau mai puţin înguste cu mers în spirală în jurul trunchiului.

Uneori o bună parte din trunchi este distrusă, alteori se provoacă numai o desprindere a cojii sau o crăpătură mai mult sau mai puţin profundă, sub coaja arborelui.

Rulura (crăpătură inelară) – este o crăpătură de capăt ce rezultă în urma desprinderii parţiale (rulură parţială) sau complete (rulură inelară), a două inele anuale consecutive (figura 34). Defectul poate să apară la orice specie dar mai frecvent la molid, brad, stejar, ulm, frasin, nuc etc.

Fig. 34. Rulura

Cauzele apariţiei defectului sunt legate de regulă la unii arbori, de prezenţa neuniformităţilor de structură, şi de proprietăţi fizico - mecanice cauzate de prezenţa putregaiului interior, fie de modificarea bruscă a lăţimii inelelor anuale, ca urmare a solicitărilor produse de vânt. Crăpăturile inelare se produc şi cu ocazia doborârii arborilor fiind cunoscute sub denumirea de “detunare”.

Rulurile situate în zona centrală a trunchiului sunt mai puţin importante decât cele situate în restul secţiun9ilor transversale deoarece pot fi eliminate prin debitare.

Rulura totală (Rt) inelară, se exprimă prin raportul dintre diametrul corespunzător inelului anual pe care se găseşte (d) şi diametrul piesei de lemn rotund (D).

Rulura parţială (Rp) se exprimă prin raportul dintre dimensiunea minimă a suprafeţei în care se înscrie (b) şi diametrul capătului unde apar (D).

Crăpăturile de inimă (crăpături radiale) - ansamblu de crăpături radiale ce pornesc de la măduvă şi merg spre periferia trunchiului.

Defectul apare la toate speciile dar mai cu seamă la pin, larice, fag (îndeosebi la arboretele trecute de vârsta exploatabilităţii) şi se produce sub acţiunea vântului şi datorită tensiunilor interne ce iau naştere la reducerea umidităţii.

Fig. 35. Crăpătură de Fig.36. Crăpătură deinimă multiplă inimă simplă

Crăpăturile de inimă pot fi simple (figura 36) când se dezvoltă pe rază sau pe diametru şi multiple (figura 35) când apar două sau mai multe crăpături situate în planuri diferite.

51


Cadranura – este un tip de crăpătură de inimă cu aspectul unui cadran de ceas cu mai multe ace. Crăpăturile de inimă simplă se măsoară determinându-i lăţimea maximă (b) la suprafaţa sortimentului cu precizie de 1 mm.

La crăpăturile de inimă multiple se măsoară dimensiunea (b) a suprafeţei în care se înscriu. Exprimarea se face în părţi din lungime sau părţi din diametru (D) al capătului pe care apar.

Crăpături ale lemnului doborât şi debitat

Sunt încadrate toate crăpăturile ce s-au produs la arborii în picioare şi care se pot accentua, precum şi crăpăturile noi apărute ca urmare a uscării materialului şi tensiunilor interne. Se pot clasifica în raport cu proporţia ocupată precum şi cu dimensiunile şi adâncimea de pătrundere în lemn. După poziţia ocupată se distinge crăpături pe faţă, pe cant şi crăpături la capete.

Crăpăturile pe faţă şi pe cant se estimează prin adâncimea (mm) şi lungimea lor (cm). Crăpăturile la capete se estimează prin lungimea (mm) sau părţi din latura piesei pe care proiecţia lor este mai mare. Crăpăturile în solzi sunt un caz particular de crăpături pe faţă şi care constau în proeminenţe lamelare scurte ale inelelor anuale desprinse din planul feţei sau cantului.

După dimensiunea de pătrundere şi dimensiunile pe care le au se deosebesc: crăpături mici (fisuri cu lăţimea de 0,5 mm. şi adâncimea până la 5 mm), crăpături superficiale (lăţimea până la 1 mm şi adâncimea până la 10 mm fără a depăşi o treime din grosimea piesei, crăpături profunde, crăpături nepătrunse (nu ajung pe partea opusă), crăpături pătrunse (trec de la o faţă la alta a piesei).

La arborii pe picior, crăpăturile constituie porţi de intrare pentru ciupercile xilofage şi insecte. De asemenea, ele afectează calitatea lemnului brut, precum şi rezistenţele mecanice ale lemnului.

6.2. Vătămări traumatice

Vătămările traumatice sunt degradări ale ţesuturilor lemnoase provocate de diferiţi agenţi care rănesc arborii şi duc la deprecierea lemnului.

a) Rănirile – leziuni locale ale ţesutului lemnos produse de: vânt grindină, marcare arborilor, exploatarea pădurilor, rezinaj, turism etc. Rănile por să afecteze atât coaja cât şi lemnul.

Cicatricele – zone alcătuite din ţesuturi nou apărute în locurile de rănire, ca urmare a acţiunii cambiului şi parenchimului. În prima fază se formează un val de acoperire care evoluează spre centrul rănii dând în final inele anuale continui. În locul rănii se formează ţesutul de cicatrizare.

Cicatricele pot fi situate la suprafaţa lemnului sau pot fi înglobate parţial sau total în lemn. Chiar dacă rana se acoperă cu lemn mort se poate să închidă în interior un început de putregai.

În cazul cojirii de către oameni sau vânt lemnul dezgolit se poate colora până la măduvă, iar când cojirea se face de jur împrejur viaţa arborelui încetează.

Defectul se exprimă prin dimensiunile zonei infectate în valori absolute sau părţi din dimensiunile sau aria laterală piesei, precizându-se numărul lor pe unitatea de lungime ori suprafaţă.

52


Coaja înfundată – înglobarea unei porţiuni de coajă moartă în masa lemnului ce poate provoca apariţia putregaiului şi reducerea rezistenţelor mecanice.

Lemnul mort – zonă necrozată cu lemn nealterat de culoare închisă cu numeroase fisuri, înconjurată de numeroase ţesuturi de cicatrizare apărut ca urmare a pârlirii puternice de soare ori de foc, lovirii sau jupuirii cojii (figura 37).

Defectul produce deformări locale ale trunchiului precum şi coloraţii anormale şi putregai.

Se estimează prin adâncimea, lăţimea şi lungimea porţiunii afectate în unităţi de lungime sau în părţi din dimensiunile corespunzătoare.

Fig. 37. Lemn mort

Cancerul – rană necicatrizabilă, cu scobituri sau umflături provocate în arborele viu prin acţiunea ciupercilor sau bacteriilor, uneori şi a gerurilor târzii repetate. În porţiunea respectivă lemnul prezintă anomalii de structură care la răşinoase este îmbibat cu răşină.

Pârlirea lemnului – apare ca o consecinţă a pârlirii scoarţei. Apare mai ales la arborii lipsiţi de ritidom crescuţi în masiv şi apoi expuşi radiaţiei solare directe. Supusă insolaţiei scoarţa se usucă, crapă şi cade iar lemnul suferă degradări. Este mai des întâlnită la fag, tei, carpen, stejar roşu etc.

Mitraliile – incluziuni de corpuri străine cum ar fi: schije, gloanţe, obuze, etc. Defectul este important şi greu de înlăturat deoarece este greu detectabil. Ele pot pro-duce deteriorarea utilajelor de prelucrare a lemnului şi constituie porţi de intrare a insectelor şi ciupercilor xilofage.

b) Găurile - vătămări rezultate în urma acţiunii agenţilor biologici.

Galeriile de insecte – găuri produse de insectele xilofage cu diferite mărimi, forme şi adâncimi (figura 38). În funcţie de localizarea lor se disting: galerii în alburn sau în duramen. În funcţie de adâncimea de pătrundere: galerii superficiale (maxim 3 mm), puţin profunde (3 – 15 mm) şi profunde (peste 15 mm). În raport cu diametrul pe care îl au: galerii mici (maxim 3 mm) sau galerii mari (peste 3 mm). După forma în secţiune transversală se întâlnesc galerii circulare şi galerii ovale.

După direcţia de pătrundere în lemn galeriile pot fi drepte (pe direcţie perpendiculară) sau galerii piezişe (pe direcţie oblică). După prezenţa sau absenţa dăunătorului în interiorul galeriei aceasta poate fi activă sau inactivă. Alte clasificări pot fi făcute după prezenţa sau absenţa în interior a particulelor de lemn sau după eventuala tapisare cu materii negricioase sau brune. Galeriile de insecte reduc rezistenţa lemnului depreciază aspectul lemnului şi constituie porţi de intrare pentru ciupercile xilofage.

Găurile se estimează determinând diametrul şi adâncimea de pătrundere a galeriilor, numărul de găuri pe unitatea de lungime sau suprafaţă indicându-se dacă este posibil direcţia acestora şi dăunătorul care le-a produs.

Insectele xilofage aparţin următoarelor ordine: Coleoptera (gân-daci), Lepidoptera (fluturi), Hymeno-ptera (viespi, furnici).

Fig. 38. Galerii de insecte

53


Dintre acestea genurile cele mai importante sunt: Anobium, Ips, Monochamus, Cerambix, Saperda, Cossus, Zeuzera, Sirex, Campanotus etc. Uneori galeriile provocate de insecte sunt însoţite de atacuri de ciuperci.

Găuri cauzate de plante parazite Defectele produse de plante ce duc o viaţă parazită sau semiparazită pe corpul arborilor, care folosesc seva elaborată respectiv cea brută. Cele mai mari defecte produc vâscul alb (Viscum album) şi vâscul de stejar (Loranthus europaeus). Aceste plante îşi înfig haustorii până la cambiul plantei gazdă şi chiar dacă nu pot să perforeze lemnul sunt incluşi în acesta, ca urmare a creşterii în diametru, provocând ciuruirea lemnului sub scoarţă. Mai mult, ca o reacţie are loc o îngroşare a inelelor anuale, şi uneori datorită dimensiunilor atinse se produce ruperea şi căderea ramurilor, vârfurilor şi chiar a părţii de coroană de deasupra locului atacat.

Găuri cauzate de dăunători animali – sunt canale săpate de unele moluşte sau crustacee. Cel mai cunoscut reprezentant este molusca Tereda navalis. Unele cavităţi pot fi produse de păsări.

c) Vătămări produse de plante neparazite Unele plante neparazite cum ar fi curpenul de pădure (Clematis vitalba) şi iedera (Hedera helix) încolăcindu-se în jurul arborilor producând gâtuiri care se observă atât la suprafaţă cât şi în structura lemnului.

d) Vătămări prin acţiuni mecanice – alterare a lemnului datorită rezinajului, utilizării uneltelor şi maşinilor de recoltat, transport şi depozitare a lemnului.

Alterarea prin rezinaj - alterare rezultată în urma operaţiei de rezinaj având drept consecinţă o creştere a conţinutului de răşină din lemn.

Crestătura de topor – alterare a suprafeţei lemnului rotund datorată utilizării unui topor, fierăstrău sau cablu.

Plesnitură - vătămare mecanică pusă în evidenţă la capătul lemnului rotund prin crăpătură laterală străpungătoare sau prin absenţa unui fragment de lemn produsă prin acţiunea uneltelor de tăiere sau prin doborârea arborelui.

6.3. Alteraţiile lemnului

Reprezintă modificări ale compoziţiei chimice a lemnului din cauza agenţilor fizici, biotici sau ciuperci şi care se modifică prin schimbări de culoare şi de structură.

a. Coloraţiile anormale – schimbarea culorii lemnului în raport cu cea normală.

Cauzele apariţiei coloraţiilor anormale pot fi de natură fiziologică (reacţia celulelor la acţiunea unui agent fizic) sau de natură micologică (datorate atacului diferitelor ciuperci xilofage).

Modificarea culorii naturale spre diferite nuanţe mai deschise se numeşte decolorare în timp ce modificarea culorii naturale spre nuanţe mai închise se numeşte discolorare.

Duramenul fals al fagului (inima roşie a fagului) – o pată centrală uneori cu contur regulat, alteori neregulat, de culoare roşu deschisă până la rosu-brun închisă. Conturul este mărginit de o linie mai închisă. Defectul prezintă în structura sa vase cu tile şi un conţinut mai mare de lignină.

Fig. 39. Inima roşie a fagului

54


Cauzele apariţiei defectului sunt neelucidate. Unii consideră că s-ar datora ciupercilor pătrunse prin cioturile ramurilor uscate. Alţii consideră că ciupercile ar accelera procesul de duraminificare, iar cauzele primare ar fi diferiţi factori interni (îmbătrânirea arborilor) sau externi (factori climatici, edafici, dăunători). Altă cauză ar fi creşterea presiunii oxigenului în trunchi.

Lemnul de inimă roşie prezintă rezistenţe mecanice mai mari, densitate sporită, rezistenţă la atacul ciupercilor însă permeabilitatea sa este scăzută, fapt ce îngreunează impregnarea.

Defectul se estimează în cazul lemnului rotund măsurând pe capătul la care apare, diametrul celui mai mic cerc în care acesta se poate înscrie. Se exprimă în unităţi de lungime sau părţi din diametrul piesei. În cazul pieselor ecarisate se măsoară adâncimea, lăţimea şi lungimea zonei afectate, exprimându-se în procente din suprafaţa corespunzătoare.

Inima de ger a fagului o coloraţie a zonei centrale a trunchiului, ce înconjoară inima roşie sau este înglobată în aceasta, de culoare mai deschisă, ce începe de la bază (coborând în rădăcinile groase) şi se prelungeşte către vârf. Lemnul cu acest defect are mai puţine tile şi substanţe de duraminificare decât cel de inimă roşie, dar o umiditate mai ridicată. Cauza apariţiei defectului este acţiunea temperaturilor scăzute ce acţionează asupra celulelor din centrul trunchiului, celule mai sensibile datorită conţinutului redus de amidon. În timp, inima de ger se transformă în inimă roşie.

Inima stelată a fagului o coloraţie brun-roşiatică până la cenuşiu- negricioasă cu contur stelat, delimitată de linii închise la culoare. Defectul reprezintă un stadiu incipient de alterare a lemnului produs de către ciupercile xilofage.

Inima brună a frasinului – o coloraţie brun-negricioasă a porţiunii centrale a trunchiului, fără afectarea densităţii şi a rezistenţelor mecanice. Defectul constă în reacţia arborelui la pătrunderea ciupercilor în interiorul lui.

Inima roşie a stejarului – o coloraţie roşu-brună ce afectează partea inferioară a trunchiului arborilor bătrâni cu vegetaţie lâncedă de pe soluri superficiale uscate. Defectul este provocat de ciuperca Fistulina hepatica, a cărei corpuri fructifere sunt depuse pe arbori în consolă. Lemnul atacat putrezeşte mult mai repede, iar scândurile crapă în formă de solzi, deşi rezistenţa la despicare este mai mare. Şi celelalte rezistenţe sunt reduse, lemnul fiind impropriu pentru construcţii.

Inima negricioasă a paltinului – coloraţie negricioasă din partea anterioară a trunchiului cu contur neregulat, uneori stelat.

Inima roşie a teiului şi inima cenuşie a plopului – coloraţii cenuşii ale zonei centrale a trunchiului fără afectarea proprietăţilor.

Încingerea şi răscoacerea sunt considerate două faze ale procesului de degradare ce apare la lemnul de fag doborât, precum şi la alte specii ca: mesteacăn, carpen, paltin, tei, plop, salcie etc., primăvara şi vara pe timp cald şi în atmosferă umedă.

În faza de încingere care apare imediat după pătrunderea aerului în celule, se observă o coloraţie anormală gălbui-roşiatică până la brună, ce se propagă pe direcţie longitudinală de la capetele buştenilor, sub forma unor fâşii, precum şi pe direcţie radială, din părţile laterale către centru.

Încingerea este urmată imediat de răscoacere (sufocare) caracterizată prin pete albicioase pe fond brun-roşcat, delimitate prin linii negricioase care îi dau aspect marmorat.

Răscoacerea este provocată atât de speciile de ciuperci intrate in cazul încingerii, cât şi a unor noi specii (ex. Stevum purpureum). Care în final duce la putrezirea lemnului.

55


Succesiunea celor două faze este rapidă determinată de condiţiile favorabile dezvoltării ciupercilor xilofage.

Încingerea apare după 5–7 zile de la secţionarea buştenilor, iar răscoacerea după 30–40 zile.

Vărgarea lemnului de paltin – apare la lemnul prelucrat, depozitat necorespunzător şi precede descompunerea lemnului prin putrezire.

Albăstreala – o coloraţie albăstruie până la negricioasă a alburnului ce apare la lemnul doborât umed în special la răşinoase (molid şi pin) şi mai rar la foioase (paltin, tei, fag) ca urmare a acţiunii ciupercilor (ex. Ceratostomella ophiostoma). În primele faze apar în alburn pete izolate sub formă de sectoare de cerc, iar ulterior alburnul este cuprins de albăstreală în întregime. Sunt afectaţi în special arborii slăbiţi fiziologic, cei situaţi pe soluri superficiale în timpul secetelor prelungite etc.

Dezvoltarea ciupercilor de albăstreală presupune existenţa unei umidităţi ridicate a lemnului şi în acelaşi timp o concentraţie suficientă de oxigen. Lemnul afectat nu prezintă rezistenţele mecanice afectate însă nu se poate vopsi bine şi utilizat în scop decorativ.

Roşeaţa lemnului de molid – apare în zona centrală a trunchiului şi marchează începutul unei putreziri cauzate de ciuperci. Este mai frecventă la arborii bătrâni crescuţi pe soluri sărace precum şi la cei cu diferite răni.

Petele de mucegai – alteraţii sub formă de depuneri alb-verzui, albastre, verzi, negre etc., cauzate de specii de ciuperci inferioare lemnului de răşinoase şi foioase aflat în stare umedă în locuri neaerisite. Lemnul rămâne pătat după uscare iar mucegaiul distruge cleiul folosit la îmbinări. Genurile care produc mucegai sunt: Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Alternaria, Poecillomyces, Cladosporium, Mucor, Neurospora, etc.

Defectul se estimează în cazul lemnului ecarisat şi al furnirului prin dimensiunile sau suprafaţa zonei ocupate.

Coloraţia de plutire – este o coloraţie superficială, gălbuie, cauzată de transportul lemnului pe apă. Este un defect de suprafaţă nedepăşind 1 – 3 mm.

Petele de tanin – au o culoare roşiatică-brună sau albăstrui-brună rezultată prin oxidarea substanţelor tanante.

Coloraţiile anormale se estimează fie prin suprafaţa zonei afectate, fie prin dimensiunea minimă a suprafeţei în care se înscrie (b), fie prin adâncimea maximă a zonei afectate (a) sau lungimea ei (c).

Se exprimă fie prin raport procentual între suprafaţa afectată şi suprafaţa capătului unde apare, fie în părţi din diametrul sau lungimea pe care se găseşte.

Fig. 40. Coloraţii anormale ale alburnului

56

Lemn necojit Lemn cojit


b. Putregaiurile

Prin putrezire se înţelege modificarea profundă a compoziţiei chimice a lemnului, însoţită de schimbarea culorii, consistenţei şi proprietăţilor sale. Putregaiurile sunt provocate în deosebi de ciupercile superioare (Hymenomicete) care dizolvă pereţii celulari cu ajutorul unor enzime ca: hidrolaze, oxidaze, peroxidaze, catalaze etc.

În prima fază lemnul îşi schimbă exterior culoarea (care se închide), iar ciupercile produc numai perforaţii în pereţii celulari fără a modifica indicii fizico-mecanici. În faza următoare coloraţia este mai intensă, cu vine şi dungi negricioase (marmorare) iar pereţii celulari sunt parţial distruşi. În ultima fază culoarea se schimbă, bucăţile de lemn devin casante.

Putregaiurile de clasifică în funcţie de localizarea pe arbore în putregai de rădăcină (situat la baza arborelui, în rădăcină şi în imediata apropiere a trunchiului), putregai al vârfului şi putregai de tulpină. În funcţie de localizarea în lemnul brut rotund se întâlneşte putregai interior şi putregai exterior (in partea exterioară a secţiunii transversale).

După stadiul atacului, putregaiul este incipient sau avansat.

După culoarea pe care o prezintă putregaiul poate fi:

- Putregai alb (de coroziune) rezultat prin degradarea mai intensă a ligninei, fără a ataca celuloza. Din cauza cavităţilor conţinând resturi de celuloză defectul poartă numele de putregai de coroziune. Lemnul capătă adesea aspect alveolar şi se desface în lamele după conturul inelelor anuale şi al razelor medulare.

- Putregai brun (putregai roşu, distrucţie) – rezultat prin degradarea mai cu seamă a celulozei şi hemicelulozei şi păstrarea nedescompusă a ligninei. Lemnul atacat crapă longitudinal şi transversal, fragmentându-se în bucăţi prismatice. Defectul este întâlnit mai des la răşinoase.

- Putregaiul pestriţ - rezultat din descompunerea atât a celulozei cât şi a ligninei. Culoarea generală este brun-roşcată cu pete albicioase, mici, dese. Lemnul se desprinde atât după linia de demarcaţie a inelelor anuale, cât şi în prisme producându-se fărmiţarea lui.

În funcţie de textura pe care o capătă lemnul atacat:

- Putregai cu structură cubică, caracterizat prin crăpături transversale, radiale şi tangenţiale, care se divid în bucăţi prismatice, structura fibroasă dispărând.

- Putregai fibros – lemnul îşi păstrează structura fibroasă, dar îşi schimbă culoarea şi se înmoaie.

- Putregai alveolar – distrugerea materialului se produce în zone cu aspect alveolar de culoare albicioasă.

După umiditate şi consistenţa lemnului atacat putregaiul poate fi uscat (specific ciupercii de casă Merulius lacrimans) şi umed (produs de alte ciuperci decât ciuperca de casă).

Putregaiul moale (mucilaginos) se dezvoltă pe lemnul permanent udat cu apă sau aflat multă vreme în contact cu pământul umed. Lemnul atacat devine la exterior moale şi crapă, iar la interior structura rămâne intactă. Lemnul de răşinoase precum şi lemnul târziu de la răşinoase este mai expus la propagarea putregaiului moale.

Fig. 41. Putregaiul duramenului

57


În cazul sortimentelor de lemn rotund putregaiul interior se estimează raportând diametrul sau aria piesei atacate la diametrul sau aria secţiunii transversale. Putregaiul exterior se exprimă prin adâncimea radială de pătrundere şi sau părţi din diametrul secţiunii transversale.

În cazul sortimentelor prelucrate se măsoară adâncimea, lăţimea, lungimea sau aria zonei afectate sau cel puţin o dimensiune, şi se exprimă în valori absolute sau procente din dimensiunile sau aria suprafeţei pe care apare.

6.4. Lemnul de reacţie

Termenul de lemn de reacţie se atribuie tipului particular de lemn ce se produce în parte cu creşterea cea mai mare din trunchiurile sau ramurile supuse unor forţe de compresiune sau de întindere. În timp ce rădăcinile menţin arborele ancorat în sol trunchiul controlează echilibrul acestuia. Dacă echilibrul este deranjat se declanşează la nivelul trunchiului un mecanism intern prin care arborele încearcă să restabilească acest echilibru. Aceste mecanisme de natură fiziologică (diferite la foioase decât la răşinoase) produc excentricitatea trunchiului determinând creşteri în grosime mai mari.

Aceste mecanisme presupun combinarea mai multor fenomene:

mărirea vitezei de creştere radială în partea inferioară a trunchiului de conifere şi superioară a celor de foioase;

sporirea lungimii traheidelor de răşinoase şi scurtarea lungimii fibrelor la foioase;

diminuarea creşterii radiale în partea opusă lemnului de reacţie;

scurtarea lungimii traheidelor de răşinoase de pe partea opusă lemnului de reacţie.

Lemnul de reacţie al răşinoaselor este numit lemn de compresiune deoarece partea mai lată a secţiunii corespunde porţiunii supuse compresiunii. Lemnul de reacţie al foioaselor este numit lemn de tracţiune şi este localizat în partea superioară a trunchiurilor sau ramurilor curbate.

a. Lemnul de compresiune

Se recunoaşte în secţiune transversală excentrică, în zona de creştere mai rapidă (figura 42) având o coloraţie mult mai roşie decât lemnul normal (“lemn roşu” sau de vână). Proprietăţile mecanice în raport cu densitatea sunt mai scăzute, este mai dens şi mai greu de prelucrat.

La o analiză microscopică se observă unele diferenţe faţă de lemnul normal:

traheidele au contur rotunjit (lemnul normal are traheide cu contur poligonal); spaţii intracelulare uneori cu lignină şi substanţe pectice; diametre mai mici ale traheidelor. Unghiul microfibrilelor din stratul celular S2 este

mai mare (aproximativ 450); În peretele secundar sunt prezente crăpături

elicoidale; Traheidele sunt cu 10 – 40 % mai scurte şi prezintă

capete răsucite.

Fig. 42. Poziţia lemnului de compresiune

58


Compoziţia chimică diferă faţă de lemnul normal: conţinut în lignină şi galactoză ridicat, conţinut de celuloză scăzut (cu 10 %), grad de cristalizare a celulozei mai scăzut.

Proprietăţile fizice de asemenea sunt modificate: densitate mai mare cu aproximativ o treime, umflarea şi contragerea sunt mai mari pe direcţie axială, umiditatea de echilibru cu aerul este puţin mai ridicată dar umiditatea de saturaţie a fibrelor este mai scăzută.

Şi unele proprietăţi mecanice sunt diferite: rezistenţă mai mare la flexiune, compresiune şi rezilienţă, rezistenţa la tracţiune şi modul de elasticitate mai mici, proprietăţi elastice inferioare, etc.

Defectul este mai frecvent la arborii cu creştere viguroasă, la arborii strâmbi, aplecaşi şi se dezvoltă mai ales în vecinătatea nodurilor. De asemenea Adelges piceae prin atacurile sale induce formarea unui lemn cu aspect de compresiune la unele specii de brad.

b. Lemnul de tracţiune (tensiune)

Este apropiat de cel de compresiune şi se formează în zona superioară de întindere prin încovo-iere a trunchiului şi ramurilor în partea superioară a trunchiurilor şi ramurilor curbate (figura 43).

Se recunoaşte după aspectul catifelat al suprafeţelor debitate, ale lemnului în stare verde şi suprafeţele rugoase ale fusului obţinut din acesta.

La lemnul de fag culoarea lemnului de tracţiune este mai deschisă cu nuanţe argintii sau sidefii. În contact cu aerul şi lumina aceste zone capătă o culoare brun închis.

Fig. 43. Poziţia lemnului de tracţiuneîn trunchiul de foioase

În raport cu lemnul normal unele caractere anatomice sunt diferite:

- Vasele sunt mai puţin numeroase şi cu diametru mai mic;- Razele medulare sunt mai reduse iar parenchimul longitudinal mai rar;- Procentul de fibre este mai ridicat, diametrul acestora mai mic iar lungimea mai mare;- Se dezvoltă un strat gelatinos G în pereţii fibrelor;- În stratul G lignina lipseşte;- Fibrele situate în partea opusă lemnului de tracţiune sunt mai scurte, mai puţine şi cu

pereţii mai lignificaţi în raport cu lemnul normal.

Şi compoziţia chimică diferă:

- Conţinutul mai ridicat de celuloză (cu 40 – 50 %);- Celuloza are un grad mai ridicat de cristalizare;- Conţinut de lignină mai ridicat în straturile S1 şi S2;- Cantitate mai mică de amidon şi zaharuri.

Din aceste considerente şi randamentul în pastă de hârtie este mai ridicat.

Proprietăţile fizico-mecanice diferă şi ele:

- Densitate mai mare (cu 5 – 10 %, chiar până la 30 %);- Contragere longitudinală mai mare (de circa 3 – 5 ori );- Adeseori se manifestă fenomenul de colaps;- Rezistenţă la compresiune axială inferioară;- Compresiunea transversală, încovoierea statică şi forfecarea longitudinală au valori

inferioare;

59


- La genul Populus rezistenţa la tracţiune paralelă cu fibrele este mai redusă în stare umedă şi mai ridicată în stare anhidră.

Prezenţa lemnului de reacţie este considerată defect deoarece duce la dificultăţi de prelucrare, proprietăţile sale fiind în general mai puţin favorabile diferitelor utilizări. De asemenea acest fenomen uzează foarte repede suprafeţele tăietoare ale uneltelor de prelucrare.

Defectul se exprimă prin raportul procentual dintre aria suprafeţei pe care o ocupă efectiv şi aria suprafeţei pe care apare.


1. Prin ce se deosebeşte gelivura de crăpătura de secetă?

2. Ce este rulura şi cum se măsoară?

3. Ce sunt mitraliile şi ce neajunsuri provoacă?

4. Ce plante parazite produc vătămări lemnului arborilor de la noi?

5. Care este diferenţa dintre decolorare şi discolorare?

6. Care este cauza apariţiei inimii roşii a fagului?

7. Descrieţi succint încingerea şi răscoacerea.

8. Ce dă culoarea putregaiurilor albe şi roşii?

9. Unde se găseşte lemnul de compresiune la răşinoase? Dar cel de tracţiune la foiase?

60


LECŢIA 7

COMPOZIŢIA CHIMICĂ A LEMNULUI

7.1. Consideraţii generale

Primele încercări de determinare a compoziţiei chimice a lemnului au fost legate de compoziţia elementară şi au fost făcute la începutul secolului al XIX-lea. Lemnul era considerat pe atunci o simplă hidrocarbură, formată din carbon şi hidrogen în diferite proporţii. După anii 1916 – 1919, prin punerea la punct a unor metode de analiză din ce în ce mai adecvate şi astfel s-a determinat compoziţia chimică a lemnului, atât sub aspect elementar cât şi molecular şi s-au putut explica unele proprietăţi ale lemnului.

Totodată, cunoaşterea compoziţiei chimice a lemnului poate permite stabilirea celor mai adecvate tehnologii de conservare, ameliorare şi prelucrare a lemnului.

Compoziţia elementară a lemnului este C (48-51%), O (6-7%), H (6-7%), N(0,04-0,2%) şi substanţe minerale precum K, Ca, Na, Mg, Fe, Si şi mici cantităţi de P şi S. Variaţia cantitativă de la o specie la alta a acestor elemente, la lemnul sănătos, este foarte mică. Se constată însă variaţii mari faţă de valorile normale ale proporţiei diferitelor elemente chimice atunci când lemnul a suferit o alterare a structurii chimice provocate de ciuperci (putregaiuri).

Cenuşa rezultată la arderea lemnului conţine calciu, potasiu, sodiu, magneziu, fier, siliciu şi în cantităţi mici fosfor, sulf, aluminiu, mangan, bor, thaliu, plumb, zinc, cupru, mangan, ş. a. Analizele spectrale ale cenuşii de pin strob au evidenţiat existenţa a 27 de elemente.

Din punct de vedere molecular lemnul este alcătuit din componenţi chimici principali şi componenţi chimici secundari, formaţi în arbore ca urmare a activităţii fotosintetizante, dar şi a transformării substanţelor organice primare sintetizate.

Dacă sub raportul compoziţiei elementare lemnul speciilor forestiere este relativ omogen, sub raportul participării diferiţilor compuşi chimici lemnul speciilor diferă destul de mult şi, de aici, variabilitatea proprietăţilor fizico – mecanice şi tehnologice ale lemnului în raport de specie.

Compoziţia chimică moleculară arată existenţa atât a unor molecule cu masă moleculară redusă, dar mai bine reprezentate sunt macromoleculele (polimeri), ajungând să constituie până la 90-98% din masa lemnului. Aceşti polimeri au primit numele de constituenţi principali şi sunt: holoceluloza şi lignina.

Holoceluloza reprezintă un complex de hidraţi de carbon (polizaharide), cu grade de polimerizare diferite, în alcătuirea căreia intră: celuloza, hemiceluloza şi pectina.

Lignina este un polifenol (unităţile elementare conţinând în molecula lor inele benzenice).

Ceilalţi constituenţi, aflându-se într-o proporţie mai mică în masa lemnului, au primit numele de constituenţi secundari (taninuri, terpene, substanţe pectice, acizi graşi, ceruri, stolbenele, flavonoidele, glicozidele, alcaloizi).

61


Tabelul 6. Proporţia diferiţilor constituenţi chimici ai lemnului

Specia Celuloză Hemiceluloză LignineSubstanţe extrase cu apă caldă

Substanţe minerale (cenuşă)

Molid 40 30 27 2 0,3Brad 48 20 27 3,7 0,8Pin silvestru 47 25 24 1,7 0,4Stejar 44 19 20 13,5 0,5Castan 40 16 22 15 0,5Fag 43 34 20 1,8 0,5Carpen 42 33 19 3,9 0,5Mesteacăn 49 30 18 1,5 0,5Plopi 51 21 23 2,4 0,5

7.2. Celuloza este un component chimic principal, cu o participare de aproximativ 40-50% din masa uscată a lemnului. Este un polimer omogen al unui stereoizomer ale glucozei, respectiv anhidro--D-glucopironoza (figura 44), cu formulă empirică (C6H10O5)n, unde n este gradul de polimerizare.

Unitatea de repetiţie este formată din două molecule de glucoză rotite la 1800, unite prin legături de tip β1-4-glicozidice (figura 45) şi cu un grad de polimerizare de ordinul sutelor până la cel al miilor (3300 la molid după Mark H., 3050 la carpen după Mark H, 2500 la plop tremurător).

Din analiza elementară a celulozei rezultă următoarea compoziţie: 44,45% carbon, 6,17% hidrogen şi 49,38% oxigen.

Macromoleculele de celuloză sunt unite între ele prin punţi de hidrogen sau prin legături de tip Van der Walls ambele fiind legături fizice mai slabe decât legătura chimică 1-4

glicozidică (dintre unităţile de -D-glucopironoză).

Fig. 44. Structura β-D glucopiranozei

Fig. 45. Celobioza – unitatea structurală a celulozei

62


Mai multe molecule de celuloză se asociază în microfibrile care dau caracterul cristalin al celulozei (grad de ordonare ridicat). Însă macromoleculele nu sunt unite prin legături fizice pe întreaga lor lungime, porţiunile pe care nu sunt unite având un caracter amorf, iar porţiunile pe care macromoleculele sunt unite au un caracter cristalin. Raportul dintre celuloza cristalină şi cea amorfă se numeşte de grad de cristalinitate. Proporţia zonelor cu caracter cristalin ajunge la maxim 90% în firele de bumbac şi 65-70% în celulozele tehnice obţinute din lemn.

Celuloza este o substanţă solidă de culoare albă cu aspect fibros, fără gust şi miros. Substanţa are proprietăţi coloidale, celuloza caracterizându-se prin hidrofilie, semipermeabilitate, putere de adsorbţie a apei şi umflare (până la 20-30% din volum) mai ridicată în soluţie alcalină (NaOH 5%). Elasticitatea este ridicată ca şi rezistenţa la tracţiune sensul fibrelor. Are un slab caracter conducător şi este insolubilă în apă sau solvenţi organici. În condiţii de obscuritate şi la adăpost de oxigenul din aer, celuloza rezistă la încălzire până la 120oC, după care apare o degradare lentă a structurii sale (nu are punct de topire bine definit). Se precizează că celuloza, în calitate de component chimic, diferă de celuloza tehnică, aceasta din urmă obţinându-se pe cale industrială prin dezincrustarea (fierbere) lemnului şi conţinând şi unele din substanţele cu care celuloza este asociată în pereţii celulari.

Legăturile chimice mult mai puternice pe direcţie longitudinală decât legăturile laterale contribuie la comportarea anizotropă a lemnului.

În arbori, celuloza este principala substanţă chimică structurală care joacă rolul de schelet, alături de aceasta găsindu-se restul componenţilor lemnului, care au funcţii de substanţe liante, de cimentare sau de încrustare. Proporţia celulozei creşte din ramuri spre trunchi, iar în trunchi din centru spre exterior; în inel, de la lemnul timpuriu la cel târziu, de la lemnul de compresiune spre cel normal la răşinoase şi de la lemnul normal la cel de tracţiune la foioase.

Celuloza poate fi degradată de unele microorganisme şi în stomacul unor categorii de animale (erbivore) însă organismul uman nu poate hidroliza celuloza deoarece nu are enzima necesară – celobiaza.

7.3. Hemicelulozele sunt componente chimice principale ale lemnului, în proporţie de 16-37% din masa uscată.

Ca şi celuloza, hemice-lulozele sunt tot polimeri formaţi din oze simple eventual cu acizi uronici însă sunt eterogene (figura 46). Denumirea de hemiceluloze a dat-o Schulze în 1891 cu semnifi-caţia că spre deosebire de celuloza, pe care o însoţeşte în pereţii celu-lari ele sunt mai uşor hidrolizate de acizi şi pot dizolva în soluţii diluate de alcooli.

În prezenţa unor soluţii alcaline ele se umflă puternic separându-se de scheletul celulozic.

Fig. 46. Hemiceluloze liniare şi ramificate

63


Ozele care intră în alcătuirea poli-merilor hemicelulozici sunt (fig. 47):

- hexoze (manoză, galactoză, glucoză),

- pentoze (xiloză, arabinoză) şi

- acizi urici (acid galacturonic) formând polimeri ca:

- hexozani (manani, galatani, glucozani) respectiv,

- pentozani (xilani, arabani, arabinoxilani).

După modul de formare polimerii pot fi de tipul :

- homopolizaharidelor (au la bază o singură oză şi sunt polimeri liniari, asemănători celulozei),

-heteropolizaharidelor (au mai multe tipuriFig. 47. Unităţi monomere constituente ale

mcaromoleculelor hemicelulozice

de oze şi au o structură ramificată sau liniară).

Hemicelulozele sunt prezente atât în peretele primar, asociate cu substanţe pectice, cât şi în cel secundar al celulei lemnoase, ca substanţe încrustante ale microfibrilelor de celuloză.

Datorită structurii lor chimice asemănătoare cu a celulozei, hemicelulozele sunt greu de separat atunci când se urmăreşte obţinerea celulozei pure din lemn. De asemenea ele provoacă degradarea lemnului dacă uscarea acestuia se face la temperaturi foarte ridicate ca urmare a oxidării rapide a diferitelor oze din lanţuri de polimeri.

7.4. Pectina este un complex coloidal de polizaharide neomogene, având drept component principal acidul pectic, legat de obicei de hemiceluloze prin legături de natură fizică şi chimică. Acidul pectic are forma unei catene macromoleculare constituită din unităţi elementare de acid D-galacturonic. Alături de acesta, prin hidroliză se mai obţin oze ca: galactoza, glucoza, xiloza, ramnoza şi arabinoza (figura 48).

Substanţă amorfă, pectina este foarte hidrofilă conducând la umflarea lemnului în prezenţa apei. În prezenţa alcaliilor se umflă puternic separându-se de fracţiunea celulozică. Datorită excepţionalei lor capacităţi de imbibiţie (mai ales în prezenţa ionului de calciu) substanţele pectice, în contact cu apa se transformă în geluri transparente. În raport cu solubilitatea lor în apă, în cadrul substanţelor de natură pectică se disting:

- pectozele (protopectinele) care formează legături moleculare cu celuloza în ţesuturile tinere şi care sunt insolubile în apă;

- pectinele, rezultate prin transformarea pectozelor; ele sunt solubile în apă şi precipită cu alcool (se găsesc mai cu seamă în ţesuturi maturizate şi în fructe coapte).

64


Fig. 48. Componentele şi structura substanţelor pectice

Conţinutul lemnului în pectină este de aproximativ 1% . Substanţele pectice se găsesc mai ales în compoziţia lamelei mijlocii (figura 49) şi în cantităţi mici în compoziţia matrixului din pereţii celulari. Acestea au un rol deosebit de important în sudura straturilor celulozice şi în reglementarea permeabilităţii celulare.

Fig. 49. Model de reţea a acidului poligalacturonic din lamela mijlocie a peretelui celular

65


7.5. Ligninele sunt polimeri tridimensionali reticulaţi formaţi prin condensarea unor alcooli aromatici: alcool p-cumarilic, alcool coniferielic, alcool sinapilic (figura 50).

Aceştia derivă din fenilpropan şi conţin grupări hidroxilixe (-OH) şi metoxilice (–O-CH3). Numărul şi tipul unităţilor structurale primare şi secundare ce intră în constituţia ligninelor este variabil în funcţie de grupe de specii din care face parte planta (în lemnul răşinoaselor predomină alcoolul coniferiliciar în lemnul foioaselor se găseşte o propor- Fig. 50. Alcoolii ce stau la baza ligninelorţie mare de alcool sinapilic).

Fig. 51. Biosinteza componentelor ligninei

66


Structura ligninelor este lipsită de regularitatea caracteristică altor polimeri naturali. Ea are caracteristică o polidispersie însemnată. Ligninele sunt insolubile în solvenţi şi nu hidrolizează până la unităţile monomere constitutive. Din punct de vedere chimic este mai puţin rezistentă decât celuloza. Sub raportul compoziţiei elementare, lignina este mai bogată în carbon (cca. 64%) şi, respectiv, mai săracă în oxigen (cca. 30%) decât celuloza. Culoarea ligninei naturale este asemănătoare cu cea a lemnului de origine.

Lignina constituie un produs final al metabolismului arborilor jucând un rol extrem de important în viaţa acestora. Ea joacă un rol primordial în formarea structuri lemnului asigurând o coeziune înaltă între microfibrilele celulozice şi hemicelulozice, prin învelirea şi întrepătrunderea acestora, după formarea lor. Pereţii celulari lignificaţi sunt rigizi şi, întrucât lignina are un caracter puţin hidrofil, sunt mai rezistenţi la pătrunderea umidităţii fapt care face ca legătura dintre celule să devină mai puternică. După lignificare lemnul capătă durabilitate şi rezistenţă sporită la solicitările mecanice în special la compresiune şi tracţiune. Totodată este îmbunătăţită stabilitatea dimensională, biosinteza ligninei nu se produce în acelaşi timp cu cea a hidraţilor de carbon cu care o găsim asociată în pereţii celulari (celuloze, hemiceluloze, pectina ce se formează concomitent cu edificarea acestora). Lignificarea este un proces ireversibil având loc în perioada maturizării celulelor şi mai intens în al doilea an. Terminarea procesului de lignificare coincide de obicei cu moartea celulelor, rămânând vii numai ţesuturile alcătuite din celule parenchimatice şi razele care permit continuarea activităţilor fiziologice vitale în cuprinsul arborilor .

Conţinutul de lignină creşte în proporţie astfel: este mai mare la răşinoase decât la foioase; în cadrul arborelui în ramuri mai mult decât în trunchi, în lemnul timpuriu mai mult ca în lemnul târziu; creşte de la bază spre vârf, în lemnul de compresiune mai mult decât lemnul normal, iar cel normal mai mult decât cel de tracţiune.

Ligninele prin fenolii componenţi joacă un rol important în formarea humusului.

7.6. Substanţele extractibile se găsesc în cantitate relativ mică în lemnul speciilor forestiere (excepţie fac stejarul şi castanul) şi sunt alcătuite din componenţi chimici solubili în apă sau substanţe organice ca benzen sau acetonă. Macromoleculele de tipul celulozei, hemicelulozei şi ligninei nu sunt solubile nici în apă, nici în substanţe organice.

Principalele substanţe extractibile sunt: taninurile, stilbenele, lignanele, flavonoidele, terpenele, acizii alifatici şi esterii lor, fitosterolii, alcaloizii, lecitinele şi substanţele minerale. Aceşti compuşi chimici sunt substanţe cu rol important în desfăşurarea metabolismului arborilor sau în protecţia împotriva factorilor dăunători. Ei sunt depozitaţi în spaţiile intermicelare şi interfibrilare ale pereţilor celulari precum şi în golurile celulare. Cunoaşterea lor prezintă un interes deosebit în practică, ei putând face obiectul valorificării (taninurile) sau influenţând desfăşurarea operaţiilor tehnologice ori însăşi calitatea produselor. Culoarea, mirosul şi gustul lemnului se datorează în mare măsură compuşilor chimici secundari.

Taninurile reprezintă în esenţă compuşi fenolici şi se clasifică în taninuri hidrolizabile şi taninuri condensate, diferenţa principală fiind condiţia de extracţie. Taninurile condensate şi alte substanţe polifenolice cum sunt flavonoidele sunt în mod natural compuşi coloraţi sau se pot colora de exemplu prin oxidare. Cantităţi mari de taninuri au castanul bun (Castanea sativa ) 7-17% şi lemnul de stejar (Quercus sp.) 3-13% duramenul fiind mai bogat decât alburnul. Taninurile pot fi folosite în tăbăcit (datorită grupărilor -OH care reacţionează cu grupările –NH2 din colagenul pieilor animale crude transformându-le în produse imputrescibile, elastice, impermeabile, rezistente), dar şi la vopsitorie ca mordant (fixează vopselele pe fibrele textile) în industria farmaceutică, la fabricarea cernelurilor.

67


Terpenele au la bază izoprenul (2-metrilbutadienă) şi sunt substanţe volatile cu rol încă necunoscut în viaţa plantelor. Acestea se găsesc în compoziţia uleiurilor eterice, balsamurilor şi răşinilor şi dau mirosul lemnului. În plante s-au identificat peste 4000 de astfel de compuşi, printre cele mai cunoscute terpene din arbori numărându-se: - pinenul, limonenul, - terpineul (betuliana), citrolul, geraniolul, ş. a.

Acizii graşi fac parte din categoria lipidelor şi joacă un rol important în principal ca substanţă de rezervă şi mai apoi constitutivă. Ei pot fi saturaţi sau nesaturaţi şi se găsesc de regulă ca gliceride (mono-, di- sau trigliceride) cre sunt esteri ai glicerolului cu acizi graşi.

Cerurile sunt esteri naturali ai acizilor graşi cu alcooli superiori (grei). În constituţia lor pot intra şi acizii rezinici.

Lignanele sunt constituite din două unităţi fenilpropan legate în diferite moduri asemănători unităţilor dimere ale ligninelor. Ex. pinoresinol, conidendrina (la răşinoase) siringa – rezinolul (la foioase).

Stilbenele sunt substanţe de natură difenolică ce sunt responsabile de înnegrirea lemnului sub acţiunea luminii.

Flavonoidele sunt o grupă de substanţe din categoria fenolilor caracterizate prin prezenţa în molecula lor a unui heterociclu piranic (6 atomi) sau furanic (5 atomi) condensat cu un nucleu benzenic. De heterociclu se ataşează un alt nucleu benzenic. Din această categorie de substanţe chimice, la plantele lemnoase pot fi întâlnite: crizina, luteolina, taxifolina, quercitina. Flavonoidele sunt în marea lor majoritate substanţe colorate (pigmenţi galbeni), şi se găsesc în celulele lemnoase în stare liberă sau sub forma glicozidelor.

Glicozidele sunt substanţe formate dintr-o componentă glucidică (de obicei glucoza), şi o componetă neglucidică care poate să aparţină unor clase de substanţe diferite: alcooli , fenoli şi pigmenţi. Printre cele mai cunoscute glicozide se număra: arbutina, salicina (în lemnul sălciilor), coniferina, amigdalina (în sâmburii de prunacee), solanina (în cartofi), tomatina.

Glicozidele sunt substanţe solide, cristaline, cu gust în general amar şi uneori cu aromă specifică. Ele sunt hidrolizate cu uşurinţă în mediu acid sau bazic şi majoritatea lor sunt solubile în apă, alcool şi acetonă. Unele sunt fiziologic active asupra organismelor animale (otrăvuri, medicamente).

Alcaloizii sunt substanţe bazice, foarte toxice, caracterizate prin prezenţa unor heterocicli cu azot. Dintre aceşti compuşi se menţionează taxinina, berberina (în frunzele de tisă şi respectiv în coaja de dracilă), stricnina. Ele dau reacţii caracteristice cu unii reactivi şi sunt fiziologic active asupra sistemului nervos, muşchilor netezi, diviziunii celulare, etc. Aceştia se găsesc în plante în stare liberă sau sub forma sărurilor unor acizilor organici (oxalic, malic, etc.) sau anorganici. Unele plante lemnoase conţin cantităţi mari de alcaloizi care dau rezistenţă la atacul insectelor sau al ciupercilor.

Substanţele minerale (cenuşa) se obţin prin calcinarea lemnului şi se exprimă cantitativ prin proporţia materialului rezidual rezultat. La speciile forestiere din ţara noastră proporţia de substanţe minerale variază între 0,1 – 1,0%. Aceste valori confirmă faptul cunoscut că lemnul speciilor din zona temperată este sărac în substanţe minerale. Speciile tropicale dau la arderea lemnului o cantitate de cenuşă de până la 4%.

Substanţele minerale impregnează pereţii celulari mineralizându-i. Cel mai mare conţinut se află în coaja arborilor, după care urmează frunzele şi rădăcinile, apoi ramurile şi, în final, lemnul de trunchi.

68


Conţinutul în substanţe minerale variază cu specia, iar la aceeaşi specie, cu poziţia din arbore, fiind puternic influenţată de condiţiile staţionale.


1. Care este compoziţia elementară a lemnului?

2. Ce este holoceluloza?

3. Ce tip de legături permite asocierea macromoleculelor de celuloză în microfibrile?

4. Care este rolul celulozei în corpul plantelor lemnoase?

5. Câte tipuri de hemiceluloze cunoaşteţi şi din ce unităţi monomere sunt alcătuite?

6. Unde se găseşte cea mai mare cantitate de pectină în ţesuturile lemnoase şi ce rol are?

7. Ce alcooli predomină în macromoleculele ligninelor la răşinoase? Dar la foioase?

8. Ce culoare are lignina?

9. Ce utilizări au taninurile?

10. Enumeraţi câţiva din cei mai cunoscuţi alcaloizi întâlniţi la plante şi precizaţi rolul lor în corpul plantelor.

69


LECŢIA 8

PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE LEMNULUI

UMIDITATEA, PERMEABILITATEA ŞI RETRACTIBILITATEA LEMNULUI

Pe lângă caracteristicile care definesc aspectul fizic al lemnului – culoare, textură, miros, gust – lemnul diferitelor specii de răşinoase sau foioase poate fi caracterizat de o serie de proprietăţi fizice, mecanice şi tehnologice care, împreună cu însuşirile legate de compoziţia chimică, condiţionează gama de utilizări ale lemnului.

Proprietăţile fizice ale lemnului ce prezintă o deosebită importanţă în cunoaşterea comportării lemnului pus în operă sau supus prelucrării sunt: umiditatea, higroscopicitatea, permeabilitatea, umflarea şi contragerea, densitatea şi porozitatea, proprietăţi termice, acustice, electromagnetice şi fonice.

8.1. Umiditatea lemnului

Lemnul este în permanentă relaţie cu apa. În arborii vii, pentru a se produce o tonă de lemn, este necesară o cantitate de apă de 600 – 1000 t. După doborârea arborilor şi încorporarea sa în diverse produse, lemnul păstrează o cantitate reziduală de apă, aflată sub influenţa continuă a mediului înconjurător. Având în vedere că apa constituie un factor fizic care influenţează aproape toate proprietăţile lemnului, este necesar ca la comparaţiile privind diversele însuşiri ale acestuia, datele analizate să fie stabilite în condiţii de umiditate egală.

Lemnul conţine apă în compoziţia substanţelor din care este alcătuit, în spaţiile dintre microfibrilele pereţilor celulari – spaţii intermicelare – şi în cavităţile celulelor. În funcţie de locul în care se găseşte, apa este reţinută cu forţe diferite în masa lemnului şi se clasifică în: apă de constituţie, cea care participă în compoziţia chimică a substanţelor din care este constituit lemnul, apa de higroscopicitate sau legată, adsorbită de către pereţii celulari şi apa liberă, din lumenul celulelor.

În funcţie de umiditatea lemnului, acesta se clasifică astfel:

- lemn verde sau umed, este cel provenit din arborii doborâţi şi care mai conţine sevă în cavităţile celulare (umiditate de peste 30 %);

- lemnul ud, conţine mai multă apă decât în momentul doborârii, surplusul datorându-se păstrării în bazine cu apă, plutirii sau altor cauze;

- lemnul uscat în aer liber, conţine apă de constituţie şi o cantitate de apă de higroscopicitate corespunzătoare condiţiilor de păstrare în aer liber, variabilă în funcţie de temperatura şi umiditatea mediului (cuprinsă între 12–15 %);

- lemnul uscat artificial, este lemnul supus uscării într-o instalaţie specială pentru atinge o umiditate de 7 – 12 %, mai mică decât cea realizată în aer liber;

70


- lemnul anhidru sau absolut uscat nu mai conţine decât apa de constituţie, după ce în prealabil a fost uscat în etuve la 103 2oC.

Umiditatea lemnului este dată de proporţia de apă din masa acestuia şi se exprimă de obicei în procente. Dacă raportarea se face la masa lemnului anhidru (Mo), se obţine umiditatea absolută (Wa), iar dacă raportarea se face la masa lemnului umed se obţine umiditatea relativă (Wr).

Wa = 100 x (Mu – Mo) / Mo Wr = 100 x (Mu – Mo) / Mu

unde Mu – masa lemnului umed

Mo - masa lemnului uscat

Umiditatea absolută poate fi obţinută din cea relativă şi invers, utilizând relaţiile:

Wa = 100Wr / (100 – Wr); Wr = 100Wa / (100 + Wa);

Celuloza (în special din porţiunile amorfe) şi mai ales hemiceluloza din pereţii celulari sunt higroscopice, adică au capacitatea de a adsorbi vapori de apă din atmosferă. Apa este fixată prin forţe fizice, datorită faptului că moleculele de apă se prezintă sub forma unui dipol, al cărui pol pozitiv (hidrogenul din molecula de apă) este atras electric de grupele –OH libere, încărcate cu sarcini electrice negative. De reţinut că apa nu pătrunde în interiorul micelelor (cristalitelor celulozice) şi nici nu intră în reacţie chimică cu acestea. La legarea apei disociate dipolic se degajă o mare cantitate de căldură (căldură de umflare).

Reţinerea apei sub formă de vapori şi pelicule lichide se face prin sorbţie moleculară şi sorbţie capilară. Până la atingerea umidităţii de cca.15 % are loc sorbţia moleculară sub formă de vapori, ca urmare a forţelor intermoleculare, după care, la valori mai mari intervine sorbţia capilară, prin care apa sub formă de vapori condensează în pelicule în spaţiile dintre microfibrilele de celuloză.

În contact cu aerul, lemnul acumulează sau pierde vapori de apă în permanenţă, tinzând spre un echilibru higroscopic între umiditatea sa şi cea atmosferică, echilibru care depinde de temperatura atmosferei. După cum creşte sau scade umiditatea atmosferică are loc fie fenomenul de sorbţie până la atingerea umidităţii stabile de sorbţie (Wss), fie cel de desorbţie, până la atingerea umidităţii stabile de desorbţie (Wsd). Cele două procese nu se desfăşoară identic în sensuri diferite ci după curbe diferite, lemnul umed reţinând mai puternic umiditatea în cadrul procesului de desorbţie decât cel uscat. Acest fenomen poartă numele de histerezis al sorbţiei şi desorbţiei.

Fenomenul de histerezis se explică prin tensiunile şi deformările care apar în pereţii celulari ai lemnului, datorită variaţiei forţelor de presiune a vaporilor de apă din timpul umflării, provocate de sorbţia moleculară şi cea capilară în faza sa iniţială (când apa din lemn este în stare de vapori).

Maximul de umiditate datorat apei de higroscopicitate se numeşte umiditate de saturaţie a fibrei (Ws). Acest maxim se realizează într-o atmosferă saturată cu vapori de apă (umiditate atmosferică > 100%). Valoarea medie a umidităţii de saturaţie a fibrei este de cca. 30 % şi se constată o variaţie a acesteia în funcţie de structura anatomică a lemnului (dimensiunile capilarelor, proporţia de participare a diferitelor componente chimice, etc.). Astfel, o umiditate de saturaţie a fibrei mai mare o prezintă lemnul speciilor de foioase cu pori împrăştiaţi şi fără duramen (tei, salcie, plop, mesteacăn, anin, fag, carpen - 32 – 35 %),

71


precum şi alburnul speciilor cu duramen (salcâm, castan, stejari, frasin, nuc, cireş), iar în cazul duramenului speciilor cu distribuţie inelară şi semiinelară a porilor umiditatea de saturaţie a fibrei este mai mică (22 – 24 %). Limita de higroscopicitate este mai mare la speciile cu densitate mai redusă datorită proporţiei sporite a spaţiilor în care are loc sorbţia capilară.

Întrucât în mod normal atmosfera nu este saturată cu vapori de apă, lemnul care se păstrează la aer prezintă o umiditate, corespunzătoare echilibrului higroscopic, de 12 – 15 % în zona temperată, de 18 % în zonele tropicale şi ecuatoriale şi de 8 – 9 % în încăperile încălzite iarna. Micşorarea şi creşterea umidităţii sunt însoţite de umflare şi contragere, procese care atrag după ele deformarea şi crăparea lemnului, ca şi desfacerea îmbinărilor şi exfolierea peliculelor de lac, se impune cerinţa de a se folosi material lemnos uscat până la nivelul echilibrului higroscopic cu mediul de folosinţă (tabel 7).

Tabelul 7. Umiditatea corespunzătoare echilibrului higroscopic al lemnului (produse din lemn) în funcţie de destinaţie

Destinaţia lemnului (produselor din lemn)Umiditatea corespunzătoare

echilibrului higroscopic,(%)

- Lemn pentru construcţii în apă (piloţi)- Lemn destinat impregnării cu substanţe

antiseptice şi ignifuge- Lemn destinat a fi utilizat exclusiv în exterior

(împrejmuiri, şoproane); lemn pentru lăzi de ambalaj

- Şarpante- Lemn pentru construcţii în localuri închise- Doage pentru butoaie- Lemn pentru caroserii de camioane şi vagoane

de marfă- Lemn pentru lucrări de tâmplărie aflate în

contact cu aerul exterior (uşi şi ferestre exterioare)

- Mobilă, tâmplărie interioară, în camere încălzite cu sobe

- Mobilă, tâmplărie interioară, în camere cu încălzire centrală

- Parchet, duşumele- Lemn pentru instrumente muzicale

Peste 30

20 – 25

15 – 2015 – 1813 – 1714 – 16

8 – 16

12 – 15

10 – 12

8 – 108 – 126 – 8

Apa care pătrunde în lemn, după ce acesta a atins umiditatea de saturaţie a fibrei (cazul lemnului imersat), se localizează în golurile celulare şi spaţiile intercelulare şi este în stare de lichid. Aceasta constituie apa liberă din lemn, este reţinută de forţe capilare, se îndepărtează uşor din lemn şi manifestă o mică influenţă asupra proprietăţilor acestuia. Când toate cavităţile celulare sunt umplute cu apă, lemnul atinge umiditatea maximă numită umiditatea de saturaţie a lemnului.

Umiditatea lemnului în arbore variază în funcţie de specie, zona de vegetaţie, anotimp (mai mare primăvara), vârsta arborelui (mai mare la arborii tineri) şi poziţia lemnului în arbore (scade dinspre scoarţă spre măduvă şi creşte spre vârful arborilor), fenomene ce pot fi asociate cu raportul lignină / celuloză din diferitele poziţii în arbore. Se observă, de asemenea,

72


că lemnul timpuriu din alburn este mult mai umed decât cel târziu, iar în duramen umiditatea lor este relativ egală.

Metode de determinare a umidităţii

A. Metoda prin uscare (gravimetrică)

Metoda constă în determinarea masei lemnului în stare umedă (imediat după extragere) şi apoi în stare absolut uscată (în laborator, în etuve, la 105oC – până când între două cântăriri nu se mai înregistrează diferenţe mai mari decât toleranţa). Metoda este precisă, dar are un randament scăzut din cauza duratei mari de uscare a probelor.

Regula generală ce trebuie respectată pentru asigurarea preciziei determinării este evitarea contactului prelungit cu aerul al probelor după prelevare deoarece se produc pierderi rapide de apă imediat după extragere (7 – 10 % putând ajunge chiar la 40 % în primele 15 minute după extragere).

B. Metoda prin extracţie se bazează în principiu pe tratarea probelor de lemn, într-un extractor, cu un solvent nemiscibil cu apa. Apa din probă va fi antrenată de către vaporii de solvent şi se va condensa separat de acesta, datorită diferenţei de densitate, putând fi măsurată direct într-o biuretă gradată. Încălzirea amestecului de lemn cu solvent se face până când se constată că nivelul apei în biuretă nu se mai modifică.

Metoda este criticată datorită necesităţii segmentării lemnului analizat, operaţie greoaie şi în cursul căreia se pierde o oarecare cantitate de apă. Totuşi, este apreciată pentru avantajul determinării relativ exacte a apei din lemn, deoarece metoda anterioară, la încălzire provoacă şi volatilizarea substanţelor eterice din lemn, producând o pierdere de masă (care este pusă pe seama apei evaporate).

C. Metode electrice

La baza acestor metode stau:

- dependenţa între umiditatea lemnului şi rezistenţa sa electrică;

- variaţia permitivităţii lemnului cu umiditatea sa;

- atenuarea undelor electromagnetice odată cu creşterea umidităţii lemnului;

- variaţia absorbţiei radiaţiilor în infraroşu cu umiditatea lemnului.

Metodele electrice pentru măsurarea umidităţii lemnului au ca avantaje: rapiditatea determinării, posibilitatea automatizării şi faptul că determinarea umidităţii se realizează fără distrugerea piesei.

C.1. Metoda rezistivă se bazează pe variaţia rezistenţei electrice a lemnului în funcţie de umiditatea sa după relaţia:

R = a / Wk

unde R – rezistenţa electrică a lemnului ()

W – umiditatea (%)

a, k – constante ce depind de material şi de condiţiile de măsurare

Prin această metodă se poate determina umiditatea lemnului în intervalul 5 – 30%.

Rezistenţa electrică a lemnului este influenţată de temperatură, de valorile tensiunilor aplicate şi ale curenţilor ce străbat proba umedă, de fenomenul de polarizare, de structura materialului, de forma şi gradul de tasare a probei, de caracteristicile constructive ale traductoarelor şi de poziţia acestora faţă de planele principale.

73


Diversitatea speciilor şi structura neomogenă a lemnului fac ca metoda rezistivă să prezinte o precizie mai mică în comparaţie cu alte materiale.

C.2. Metoda capacitivă se bazează pe faptul că permitivitatea lemnului şi a materialelor pe bază de lemn creşte odată cu creşterea umidităţii.

Permitivitatea se determină prin raportul dintre capacitatea C a unui condensator având ca dielectric piesa din lemn şi capacitatea Co a aceluiaşi condensator în vid. = C / Co

Dielectricul lemn are în stare uscată o permitivitate scăzută (1 – 6). Odată cu majorarea umidităţii creşte şi permitivitatea, apa având la 18oC permitivitatea 81,1.

Pentru o frecvenţă de lucru dată, acest procedeu este afectat de pierderi în dielectric, de temperatură, de densitatea probei şi de prezenţa electroliţilor.

C.3. Metoda bazată pe folosirea undelor electromagnetice (de ordinul GHz) oferă posibilitatea măsurării continue şi fără contact cu proba a umidităţii acesteia. Principiul metodei constă în faptul că undele electromagnetice se atenuează direct proporţional cu conţinutul de apă din proba de lemn. Aparatele care utilizează acest principiu de măsurare determină umiditatea în intervalul 0–100% cu erori de 0,2 – 1 %.

C.4. Metoda de măsurare bazată pe spectroscopie în infraroşu.

După principiul de lucru, spectrometrele pot fi cu unul sau două fascicule. În primul caz, energia radiantă a unei surse cunoscute se măsoară după ce a fost trecută prin proba de lemn care absoarbe o parte din această energie. Spectrometrele cu două fascicule compară energia radiaţiei trecute prin probă cu energia radiaţiei directe.

Măsurătorile sunt influenţate de factori externi ca temperatura şi presiunea.

C.5. Metode de măsurare bazate pe efecte nucleare.

Umidimetrul cu neutroni este un echipament alcătuit dintr-o sursă de neutroni rapizi, un detector şi un contor de particule. Umiditatea se determină în baza unei curbe de calibrare.

8.2. Permeabilitatea lemnului

Permeabilitatea lemnului este însuşirea acestuia de a permite trecerea unui lichid sub presiune prin masa lui. Datorită acestei proprietăţi seva brută ajunge la frunze. Permeabilitatea cea mai mare se înregistrează pe secţiunea transversală şi ce mai mică pe secţiunea tangenţială.

Permeabilitatea scade cu cât creşte densitatea lemnului şi depinde de structura sa anatomică, lăţimea inelului anual, raportul dintre lemnul târziu şi cel timpuriu, etc.

Această însuşire este importantă pentru stabilirea diferitelor procedee de impregnare a lemnului şi utilizarea lui pentru ambarcaţiuni, conducte sau ambalaje.

8.3. Retractibilitatea lemnului

Retractibilitatea lemnului este proprietatea acestuia de a-şi modifica dimensiunile şi volumul în funcţie de umiditatea lui. Variaţiile dimensionale au loc numai în limita conţinutului de apă legată. Datorită higroscopicităţii, vaporii de apă pătrund în pereţii celulari şi condensează printre microfibrilele de celuloză, pe care le îndepărtează unele de altele, ceea

74


ce duce în final la o mărire a dimensiunilor exterioare a lemnului. Acest proces este cunoscut sub numele de umflare lemnului.

Reducerea dimensiunilor lemnului datorită pierderii de apă legată se numeşte contragere. Aceasta are loc atunci când s-a evaporat întreaga cantitate de apă liberă şi începe evaporarea apei legate, în condiţiile unei atmosfere sărace în vapori de apă.

Fenomenele de umflare şi contragere sunt permanente în condiţiile variaţiilor frecvente de temperatură şi umiditate din atmosferă, iar modificarea dimensiunilor sub influenţa higroscopicităţii poartă numele de jocul lemnului. Această caracteristică este unul din cele mai mari dezavantaje ale materialului lemnos producând deformarea şi crăparea lemnului, desfacerea îmbinărilor şi exfolierea peliculelor de lac.

Valorile umflării şi contragerii depind de specie, zona de vegetaţie, densitatea lemnului şi direcţia fibrelor. Determinarea contragerii se face cu ajutorul coeficienţilor de contragere liniară pe direcţie longitudinală (l), radială (r), tangenţială (t) şi în volum (v):

l, r, t = 100 x (l – l1) / l; v = 100 x (v – v1) / v

iar determinarea umflării se face în mod similar, cu ajutorul coeficienţilor de contragere:

l,r,t = 100 x (l2 – l) / l; v = 100 x (v2 – v) / v

unde l şi v corespund dimensiunii iniţiale ale epruvetei; l1 şi v1 corespund dimensiunii epruvetei după uscare;

l2 şi v2 corespund dimensiunii epruvetei după umezire.

Coeficienţii calculaţi pe baza dimensiunilor sau volumelor extreme (lemn în stare anhidră şi peste punctul de saturaţie a fibrei) se numesc coeficienţi de contragere totală şi se determină astfel:

L = 100 x (Lu – Lo) / Lu V = 100 x (Vu – Vo) / Vu

Umflarea şi contragerea sunt două fenomene fizice inverse ca sens de manifestare, însă nu se caracterizează prin reciprocitate valorică perfectă: la aceeaşi modificare a umidităţii, umflarea este mai puternică decât contragerea. Acest fenomen este cunoscut sub numele de histerezis al umflării şi contragerii lemnului.

Determinarea umflării şi contragerii lemnului se face utilizând epruvete cu dimensiuni de 20x20x100 mm care permit măsurători pe cele trei direcţii (longitudinală, tangenţială şi radială).

Coeficienţii de umflare şi contragere în volum se pot deduce din cei liniari. Neglijând valorile coeficienţilor de umflare şi de contragere pe direcţie longitudinală, întrucât valorile acestora sunt nesemnificative în comparaţie cu ceilalţi, se pot determina coeficienţii de umflare şi de contragere în volum, cu o precizie satisfăcătoare după următoarele relaţii:

v = r + t; v = r + t

În practică se mai folosesc şi coeficienţi unitari de contragere şi umflare liniară şi în volum, corespunzători unei variaţii a umidităţii lemnului cu 1%:

’l, r, t = 100 x (l2 – l1) / W l2 ’v = 100 x (v2 – v1) / W v2

’l, r, t = 100 x (l2 – l1) / W l1 ’v = 100 x (v2 – v1) / W v1

unde W = W2 – W1 este variaţia de umiditate (W2 > W1)l1, v1 sunt dimensiunile epruvetei la umiditatea W1;l2, v2 sunt dimensiunile epruvetei la umiditatea W2.

75


Valorile umflării şi contragerii sunt minime în direcţie longitudinală (axială) şi maxime în direcţie tangenţială. Pentru diferite specii lemnoase, coeficienţii de contragere prezintă următoarele valori: l = 0,1 – 0,6 %; r = 2 – 7 %; t = 6 – 12 %; v = 8 – 20 %. Unele specii (teiul) prezintă valori apropiate ale contragerii pe direcţiile radială şi tangenţială, ceea ce determină deformaţii neînsemnate la uscarea lemnului acestor specii.

Umflarea are un efect pozitiv numai în cazul folosirii lemnului la confecţionarea butoaielor şi ambarcaţiunilor. Prin umflare pe dezvoltă presiuni foarte mari. Acest fenomen a fost valorificat de egipteni care foloseau pene din lemn udate periodic pentru dislocarea stâncilor.

Contragerea este cauza principală atât a crăpăturilor lemnului, cât şi a deformării acestuia. Prin uscare, dimensiunile diferitelor elemente din structura anatomică a lemnului se micşorează în mod neuniform ceea ce generează tensiuni în masa lemnului şi acesta se deformează. Razele medulare, de exemplu, se contrag mai puţin pe direcţie longitudinală în raport cu cea radială. Piesele debitate sau ecarisate se deformează diferenţiat în raport cu poziţia lor în buştean.

O contragere bruscă poate să producă fenomenul de colaps al lemnului datorită tensiunilor mari ce se înregistrează la nivelul pereţilor celulari. Lemnul cu colaps are celulele complet lipsite de lumen, astfel încât, la microscop acestea apar turtite.


1. Cum se clasifică lemnul în funcţie de umiditatea lui?

2. Cum este reţinută apa de către moleculele de celuloză şi hemiceluloză?

3. Ce este umiditatea de saturaţie a fibrei? Dar umiditatea de saturaţie a lemnului?

4. Care sunt metodele electrice de determinare a umidităţii lemnului?

5. Ce este permeabilitatea lemnului şi ce implicaţii tehnologice are?

6. Ce este „jocul lemnului” şi prin ce parametri se exprimă?

7. Care sunt implicaţiile umflării şi contragerii lemnului asupra utilizărilor acestuia?

76


LECŢIA 9

PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE LEMNULUI.

DENSITATEA ŞI POROZITATEA LEMNULUI. PROPRIETĂŢILE TERMICE, ELECTRICE, MAGNETICE ŞI ACUSTICE ALE ACESTUIA

9.1. Densitatea lemnului

Densitatea lemnului constituie unul dintre cei mai importanţi indici ai lemnului, atât în privinţa proprietăţilor fizice şi mecanice pe care le influenţează, cât şi pentru industrializarea acestuia pe cale mecanică sau chimică. Densitatea, cunoscută şi sub denumirile de masa volumică sau greutatea specifică a lemnului, este numeric egală cu masa unităţii de volum a acestuia. Dat fiind faptul că lemnul este un corp neomogen, raportul dintre masa şi volumul său reprezintă o densitate medie şi se calculează cu relaţia:

= m / V, [g/cm3 sau kg/m3]

Lemnul este un material poros ai cărui pori sunt umpluţi cu apă (în stare verde sau proaspăt doborât), cu apă şi aer (când este uscat la aer) sau numai cu aer (în cazul lemnului anhidru). Proporţia membranelor celulare şi cea a porilor variază de la o specie la alta, dar şi în cadrul aceleiaşi specii, în funcţie de factorii care determină formarea lemnului. Densitatea se poate referi la substanţa lemnoasă singură - densitatea materiei lemnoase - sau la substanţa lemnoasă împreună cu spaţiile libere - densitatea lemnului masiv aparent sau prescurtat densitatea lemnului.

Din aceste motive, în practică se determină mai multe tipuri de densitate:

- densitatea lemnului anhidru (o = mo / Vo) se calculează pentru situaţia în care lemnul are cea mai mică masă şi cel mai mic volum şi se foloseşte numai pentru studii comparative, deoarece lemnul poate fi păstrat în această stare numai artificial. Pentru speciile autohtone, densitatea lemnului anhidru variază între 410 kg/m3 la pin şi brad şi 990 kg/m3 la corn. La speciile exotice, valorile sunt cuprinse între 60 kg/m3 la Alstonia spatulata şi 1300 kg/m3 la Guajacum officinale;

- densitatea lemnului cu o anumită umiditate se determină cu aceeaşi relaţie, însă se iau în calcule masa şi volumul corespunzătoare aceleiaşi umidităţi: u – densitatea lemnului verde (cu cele mai mari valori ale masei şi volumului), 15 – densitatea la echilibru higroscopic şi 30 – densitatea la umiditatea de saturaţie a fibrei. Pe bază de relaţii şi nomograme se poate determina densitatea lemnului la o umiditate oarecare în funcţie de densitatea acestuia în stare anhidră.

Excepţie de la definiţia generală a densităţii se face în cazul densităţii convenţionale a lemnului c = mo / Vmax (numită şi infradensitate) exprimată ca raport între masa unei epruvete în stare anhidră şi volumul acesteia la o umiditate mai mare decât umiditatea de saturaţie a fibrei. Această densitate este un indice mai precis, rezultat din doi factori determinaţi în stări

77


certe. Ea este densitatea minimă teoretică a lemnului. Cunoscând această mărime se poate determina biomasa (substanţa uscată) produsă de un arbore sau un arboret, măsurând volumul.

În relaţie cu densitatea convenţională se află şi densitatea parţială determinată ca raport între masa probei complet uscată şi volumul acesteia la o anumită umiditate.

- densitatea materiei lemnoase (ml) reprezintă media densităţilor componentelor chimice, având valoarea de 1,53 g/cm3, între densitatea celulozei (1,58 g/cm3) şi cea a ligninei (1,46 g/cm3).

- la lemnul în steri şi cel sub formă de rumeguş sau aşchii, densitatea se calculează prin raportul dintre masa acestora şi volumul lor spaţiat, utilizându-se noţiunea de densitate în grămadă.

Densitatea lemnului variază în funcţie de umiditatea acestuia şi de specie. În cadrul aceleiaşi specii, densitatea lemnului variază în funcţie de talia celulelor şi grosimea pereţilor acestora, prezenţa incluziunilor organice şi minerale în celulele lemnoase, factorii genetici şi condiţiile de creştere. În Europa, densitatea lemnului de răşinoase scade odată cu creşterea altitudinii.

La foioasele cu distribuţia porilor inelară, densitatea medie a lemnului creşte odată cu creşterea lăţimii inelului anual. La răşinoase, acest fenomen se manifestă numai până la lăţimi ale inelului de 1 – 2 mm, după care densitatea scade. Valorile densităţii lemnului pot fi mult influenţate prin lucrările de îngrijire a arboretelor (rărituri, elagaj).

În arbore, densitatea lemnului scade de la bază spre vârf şi de la centru spre periferie. Densitatea lemnului de ramură este mai mare decât cea a lemnului de trunchi. Prezenţa lemnului de compresiune, a tilelor şi răşinii duce la creşterea densităţii lemnului.

În tabelul 8 sunt prezentate densităţile aparente ale principalelor specii forestiere.

Tabelul 8. Densităţile lemnului diferitelor specii din România

Specia lemnoasăDensitatea aparentă (minimă – medie – maximă), în g / cm3

δ0 δ15 δu

BradLariceMolidPin silvestruCarpenFagFrasinGorunMesteacănPlop tremurătorTeiSalcie albă

0,32 – 0,41 – 0,710,40 – 0,55 – 0,820,30 – 0,43 – 0,640,30 – 0,49 – 0,860,50 – 0,79 – 0,820,49 – 0,68 – 0,880,41 – 0,65 – 0,820,33 – 0,65 – 0,930,46 – 0,61 – 0,800,37 – 0,41 – 0,520,32 – 0,49 – 0,560,33 – 0,52 – 0,59

0,35 – 0,45 – 0,750,44 – 0,59 – 0,850,33 – 0,47 – 0,680,33 – 0,52 – 0,890,54 – 0,83 – 0,860,54 – 0,72 – 0,910,45 – 0,69 – 0,860,57 – 0,75 – 0,960,51 – 0,65 – 0,830,43 – 0,44 – 0,500,35 – 0,53 – 0,600,36 – 0,56 – 0,62

0,77 – 1,00 – 1,230,52 – 0,81 – 1,000,40 – 0,74 – 1,070,38 – 0,70 – 1,030,92 – 1,09 – 1,250,90 – 1,01 – 1,120,70 – 0,92 – 1,140,87 – 1,02 – 1,160,80 – 0,95 – 1,090,61 – 0,80 – 0,990,61 – 0,74 – 0,87

0,78

Determinarea densităţii lemnului se poate face prin metode diverse, distructive sau nedistructive, direct, prin determinarea masei şi a volumului sau prin metode care nu implică determinarea volumului în mod direct. Măsurarea masei se face cu balanţe analitice de precizie pentru proba aflată în condiţii de umiditate impuse.

78


Metoda stereometrică se bazează pe determinarea volumului epruvetei care are o formă geometrică regulată cu o relaţie geometrică adecvată. Această metodă supraestimează volumul prin neluarea în considerare a neregularităţilor inevitabile de pe suprafaţa laterală a probei.

Pentru determinări mai precise sunt cunoscute numeroase procedee de determinare a volumului prin măsurarea cantităţii de lichid dezlocuit de proba scufundată în el. Există procedee care folosesc ca mediu de imersie substanţe hidrofobe (benzen, toluen, xilen, petrol lampant, etc.) dintre care cea mai utilizată a fost metoda volumetrului cu mercur. În prezent această metodă se foloseşte din ce în ce mai rar datorită deficienţelor sale.

Pentru determinarea volumului la o umiditate mai mare decât umiditatea de saturaţie a fibrei, probele se scufundă imediat după prelevare şi se păstrează până la efectuarea măsurătorilor în apă distilată, iar determinarea volumului precede determinarea masei anhidre sau umede.

Metoda saturaţiei este folosită pentru determinarea densităţii convenţionale a lemnului. Această metodă nu necesită determinarea volumului probei. Aceasta consideră că, după eliminarea substanţelor extractibile din lemn şi saturarea acestuia cu apă distilată, volumul probei (Vmax) este compus din volumul materiei lemnoase Vml (pereţii celulari în stare anhidră) şi volumul apei incluse în pereţi şi golurile celulare – Vapă, respectiv: Vmax = Vml + Vapă

[cm3].

Considerând densitatea apei distilate la 20oC constantă şi egală cu 1,0g/cm3 se obţine:

c = mo / (Vml + Vapă); Vml = mo / ml; Vapă = mapă / apă;

Rezultă, după simplificare cu mo, , [g/cm3],

în care mmax - masa probei saturată cu apă distilată,

mo – masa lemnului anhidru,

ml – densitatea materiei lemnoase.

Metodele densitometrice se bazează pe absorbţia diferenţiată a radiaţiilor , şi X. Aceste metode presupun prelevarea probelor, radiografierea lor simultan cu alte materiale etalon, de densitate cunoscută, înregistrarea cu ajutorul microdensimetrului a variaţiilor de densitate optică a imaginilor radiografice şi prelucrarea automată a acestor date. Principiul utilizat este cel conform căruia densitatea optică a radiografiei, definită ca logaritmul zecimal al opacităţii, este proporţională cu logaritmul dozei de iradiere, rezultând o relaţie liniară între aceasta şi densitatea lemnului.

Dintre metodele mecanice de suprafaţă de determinare a densităţii se menţionează: - metoda torsiometrului se bazează pe existenţa unor corelaţii strânse între cuplul de

torsiune, estimat cu ajutorul unei chei dinamometrice şi densitatea lemnului. Este utilizată pentru determinarea densităţii la lemnul pe picior, fiind o metodă nedistructivă;

- metoda pilodinei. Pilodina este un instrument cu ajutorul căruia se măsoară adâncimea de pătrundere în lemn a unui ac mobil cu diametru se 2,5 mm şi lungime de 15 – 25 mm, sub acţiunea unui resort care îi imprimă, în mod obişnuit, o forţă de impact de 80 kJ/m2. Adâncimea de pătrundere a acului este funcţie de densitatea şi umiditatea lemnului;

- dinamostratigrafia constă în rotirea cu viteză constantă a unei freze specială cu diferite lungimi şi cu posibilitatea degajării integrale a aşchiilor, sincronizată cu o deplasare

79


axială de viteză impusă astfel încât să pătrundă uniform în lemn. Un captor de forţă măsoară rezistenţa la înaintare, în funcţie de profunzimea penetrării, rezistenţă care este funcţie de densitatea lemnului.

Datorită diversităţii metodelor existente, la indicarea diferitelor valori ale densităţii, trebuie să se menţioneze şi metoda utilizată pentru a exista comparabilitatea acestor date.

9.2. Porozitatea lemnului

Pentru diferite tehnologii şi lucrări interesează mai ales porozitatea volumetrică, adică proporţia volumului de pori din volumul total al lemnului anhidru şi mai puţin porozitatea superficială, adică proporţia suprafeţei ocupate de pori din suprafaţa totală a secţiunii transversale a lemnului. Porozitatea lemnului este influenţată de specie şi de densitate. Cu cât densitatea aparentă a lemnului anhidru (o) este mai mare, cu atât porozitatea este mai mică. Prin cunoaşterea porozităţii se poate calcula cantitatea de apă sau alt lichid care poate fi introdusă în lemn prin diferite tratamente.

Proporţia în volum a golurilor celulare (c) se determină cu relaţia:

c = (1 – 0,667o) x 100, [%]

Porozitatea superficială se determină prin planimetrarea porilor din suprafaţa transversală studiată, pe imagini preluate cu ajutorul microscopului.

9.3. Proprietăţile termice ale lemnului

Dilatarea lemnului se caracterizează prin coeficientul de dilatare liniară (d) care indică mărirea unităţii de lungime pentru creşterea temperaturii cu 1oC şi se exprimă în mm / m oC. La temperaturi peste 1oC lemnul se dilată. Acest fenomen este aproape insesizabil deoarece se produce în sens invers contragerii datorate pierderii apei prin încălzire.

Coeficientul de dilatare termică este de 5 – 18 ori mai mare pe direcţia perpendiculară pe fibre decât pe cea paralelă cu fibrele şi mai mare pe direcţie tangenţială decât pe cea radială, însă mult mai mic decât în cazul altor materiale de construcţie.

Conductibilitatea termică se exprimă printr-un coeficient în kcal/mhoC. Conductibilitatea termică a lemnului este redusă deoarece acesta prezintă un conţinut mare de aer (aer = 0,0126 kcal / m h oC). Coeficientul de conductibilitate termică este de 1,8 ori mai mare pe direcţie paralelă cu fibrele decât pe direcţie perpendiculară (0,155 – 0,301 faţă de 0,090 – 0,155). Valoarea coeficientului creşte odată cu creşterea densităţii lemnului, cât şi odată cu creşterea umidităţii acestuia, apropiindu-se de coeficientul de conductibilitate al apei (0,505).

Arderea sau combustia lemnului este proprietatea acestuia de a se descompune în prezenţa căldurii şi a oxigenului din aer, cu degajare de căldură. Din acest motiv lemnul poate fi folosit drept combustibil şi este caracterizat prin faptul că gazele de ardere sunt lipsite de sulf.

Reacţia chimică care are loc este:

lemn + O2 = CO2 + H2O + cenuşă + căldură

80


Mecanismul este complex, având loc două tipuri de combustie: o combustie rapidă a gazelor, cu flacără şi o combustie lentă a cărbunilor (jarul).

Pentru iniţierea reacţiei este nevoie de o sursă de căldură, iar proprietatea lemnului de a intra în combustie prin încălzire se numeşte inflamabilitate. Lemnul se aprinde şi arde atunci când este încălzit la 260 – 290oC, aprinderea fiind mai rapidă la speciile cu densitate mică.

După aprindere are loc arderea care se produce treptat, odată cu încălzirea exteriorului lemnului şi propagarea căldurii în interiorul său şi odată cu eliminarea apei (mai întâi cea liberă şi apoi cea legată). Pentru întreţinerea arderii, lemnul are nevoie de cca. 0,6 kg aer pentru fiecare kg de lemn. În lipsa aerului, lemnul suferă un proces de piroliză rezultând cărbune de lemn, gudron, acizi organici, uleiuri volatile. Prin ardere, lemnul se descompune în C, O, H şi N.

Puterea calorică a lemnului reprezintă cantitatea de căldură, exprimată în kcal, degajată prin ardere de unitatea de greutate sau de volum a lemnului. Lemnul absolut uscat asigură cca. 4500 kcal/kg, iar cel cu umiditatea de 30% are o putere calorică de doar 2870 kcal/kg.

Puterea calorică variază de la specie la specie fiind mai mare la speciile cu un conţinut mai mare de lignină (răşinoase), cunoscându-se că puterea calorică a ligninei este de 6000 kcal/kg, iar cea a celulozei şi hemicelulozei, mai sărace în carbon, este de 4150 kcal/kg.

Căldura specifică caracterizează capacitatea lemnului pentru schimburile de căldură. Această mărime reprezintă cantitatea de căldură pe care trebuie să o acumuleze un corp pentru ca temperatura sa să crească cu 1oC. Lemnul are o căldură specifică mare (cca. 0,324 kcal/kg oC) în comparaţie cu alte materiale, ceea ce îi conferă calitatea de material izolator termic. Căldura specifică a lemnului creşte odată cu creşterea umidităţii sale.

Coeficientul de difuzibilitate termică este o altă mărime fizică folosită pentru caracterizarea proprietăţilor termice ale lemnului şi exprimă viteza cu care se răspândeşte căldura şi se modifică temperatura corpului. Valorile acestui coeficient sunt cuprinse între 0,0004 şi 0,0007 m2/h, în funcţie de specie şi umiditate. Aerul prezintă un coeficient de difuzibilitate termică mai mare decât apa, deci difuzibilitatea lemnului uscat este mai mare decât a lemnului umed.

9.4. Proprietăţile electrice şi magnetice ale lemnului

Lemnul în stare uscată este un bun izolator electric, având o conductibilitate electrică redusă, din care cauză este utilizat ca material de construcţii (stâlpi), de izolaţie (pene pentru transformatoare, generatoare) şi pentru cutii, lăzi, mânere.

Rezistenţa electrică a lemnului este influenţată de umiditate: scade puternic şi liniar până la punctul de saturaţie a fibrei, urmând o scădere uşoară până la punctul de saturaţie al lemnului. Rezistenţa electrică este mai mare perpendicular pe fibre (la molid 18-20 ) decât paralel cu fibrele (la molid 10 ). La aceeaşi umiditate a lemnului, rezistenţa electrică scade pe măsura creşterii temperaturii. Impregnarea lemnului cu săruri metalice micşorează rezistenţa electrică; în schimb impregnarea cu parafină, creozot, etc. o măresc.

Din punct de vedere al proprietăţilor magnetice, susceptibilitatea acestuia de magnetizare este practic neînsemnată, fiind apt pentru confecţionarea carcaselor pentru radio, televizoare, etc.

81


9.5. Proprietăţile acustice ale lemnului

Lemnul are o capacitate mare de absorbţie, de transmisie şi de reflexie sonoră, fapt pentru care este un material preţuit pentru confecţionarea instrumentelor muzicale şi construcţia sălilor cu acustică superioară (căptuşirea sălilor de concerte nu are ca scop izolarea lor fonică – lemnul nu este un bun izolator acustic – ci realizarea unui timp de reverberaţie normal). Fenomenul de persistenţă a unui sunet după ce sursa sa a încetat să mai emită se numeşte reverberaţie.

Sunetele pătrunse în lemn provoacă vibraţii, în urma cărora se produc frecări interne care dau naştere fenomenului de rezonanţă. Recepţia energiei sonore se face în funcţie de mai mulţi factori: dimensiunile şi coeziunea fibrelor, prezenţa unor substanţe chimice, etc.

Vitezele de propagare longitudinală şi transversală a sunetelor în lemn sunt în funcţie de densitatea lemnului şi de modulele de elasticitate (E sau G) şi depind de specie. Viteza de propagare paralelă cu fibrele este mai mare decât cea perpendiculară pe fibre şi scade cu creşterea umidităţii.

Rezistenţa pe care o opune lemnul transmiterii sunetului în masa sa se numeşte rezistenţă acustică specifică a lemnului (Ra)şi este dată de relaţia:

Ra = ( x E)0,5

în care este densitatea lemnului, iar E reprezintă modulul de elasticitate (Young).

Rezistenţa acustică specifică a lemnului este de 10 - 20 ori mai mică decât a metalelor cu toate că densitatea sa este mult mai mică.

Rezonanţa lemnului reprezintă proprietatea acestuia de a amplifica sunetele de o anumită frecvenţă (frecvenţa de rezonanţă a lemnului) şi depinde de viteza de propagare a sunetului, de dimensiunea piesei şi de modul de vibraţie (longitudinal sau transversal).

Speciile al căror lemn este folosit pentru construcţia instrumentelor muzicale sau a unor părţi ale acestora sunt: molidul, pinul silvestru, bradul, paltinul de munte, părul, castanul porcesc, platanul. În construcţia instrumentelor cu coarde cele mai bune rezultate le asigură lemnul de molid cu inele anuale de 1 – 2 mm (viori), 2 – 3 mm (violoncel) şi 4 – 5 mm (contrabas). Lemnul de molid se foloseşte pentru capace, cel de paltin pentru funduri, pernambucul pentru arcuşuri, abanosul pentru cordare şi cuie de întindere a strunelor. Rezultate bune dă şi lemnul de brad.


1. Ce este densitatea convenţională a lemnului?

2. Cum variază densitatea la răşinoase şi la foioase în raport cu lăţimea inelului anual?

3. În ce constă metoda stereometrică de determinare a densităţii lemnului şi care sunt avantajele şi dezavantajele acesteia?

4. Cum variază porozitatea în raport cu densitatea lemnului?

5. Descrieţi combustia lemnului.

6. Cum este influenţată rezistenţa electrică a lemnului de umiditatea acestuia?

7. Ce implicaţii practice au proprietăţile magnetice ale lemnului?

8. Ce este rezonanţa lemnului şi care sunt speciile folosite pentru confecţionarea instrumentelor muzicale?

82


LECŢIA 10

ELASTICITATEA ŞI PLASTICITATEA LEMNULUI

10.1. Deformaţii şi eforturi unitare în lemn

Lemnul are capacitatea de a se opune forţelor exterioare ce tind să-i schimbe forma, să îl rupă sau să provoace pătrunderea unui alt corp în masa lui. O piesă de lemn supusă unor solicitări (forţe sau momente) suferă un complex de fenomene ce se petrec în acelaşi timp şi care depind de direcţia solicitării (paralelă cu fibrele sau perpendiculară pe fibre), de umiditate şi temperatură.

Un volum de materie limitat de suprafeţe închise şi cu o formă invariabilă, în absenţa unor acţiuni exterioare se numeşte solid deformabil. Sub efectul unor acţiuni exterioare, punctele consecutive ale unui solid deformabil pot suferi deplasări ce pot fi cuantificate prin vectori. Dacă vectorii deplasării punctelor sunt paraleli şi au acelaşi modul, atunci corpul suferă o translaţie. Dacă vectorii subîntind arce de cerc concentrice, atunci corpul suferă o rotaţie. În afara acestor două cazuri particulare, solidul suferă o deformaţie.

Pentru studierea deformaţiilor se imaginează că solidul este constituit din volume elementare cubice: dV = dxxdyxdz.

Dacă în urma eforturilor aplicate cubul elementar se transformă în paralelipiped (deplasări după direcţii perpendiculare pe feţele cubului) se spune că au rezultat deformaţii normale.

Fig. 52. Tipuri de deformaţii

Determinarea deformaţiilor normale este posibilă prin luarea în considerare a deplasărilor du, dv şi dw după cele trei direcţii:

; ;

Dacă în urma eforturilor unitare aplicate rezultate nu sunt normale pe feţele cubului elementar, iar ca urmare a alunecării punctelor situate pe feţele paralele rezultă o prismă, se vorbeşte de deformaţii de alunecare (de glisare, de forfecare, tangenţiale). Există două moduri posibile de glisare a fiecărei perechi de feţe ale cubului şi deci în total şase tipuri de deformaţii de alunecare: Ele se desemnează cu un indice dublu, care reprezintă normala la faţa cubului ce va rămâne pe loc şi respectiv direcţia de alunecare.

83


Dacă se grupează deformaţiile normale şi de alunecare se obţine o matrice care reprezintă tensorul deformaţiilor, în care deformaţiile normale se găsesc pe prima diagonală:

O forţă exterioară ce acţionează asupra unui solid este întâmpinată de rezistenţa sa internă. Dar o forţă nu poate fi aplicată într-un singur punct (cu excepţia idealizărilor matematice) ci numai pe o suprafaţă a cărei dimensiuni depind de sistemul de aplicaţie al forţei. Ca urmare, se poate defini acţiunea forţei F asupra unui solid prin presiunea pe care o exercită această forţă pe suprafaţa de aplicaţie S. Această presiune se numeşte efort unitar şi

se scrie: ;

pentru cubul elementar:

Prin descompunerea forţei după axele cubului elementar şi având în vedere că suprafeţe elementare se pot scrie:

; sau ,

se pot defini eforturile unitare normale, corespunzătoare feţelor normale la suprafaţa asupra cărei acţionează:

; ; Fig. 53. Aplicaţia unei forţe asupra cubului elementar

Forţele care sunt paralele la suprafaţa luată în considerare au o acţiune de forfecare, iar eforturile corespunzătoare se numesc eforturi unitare tangenţiale:

; ; ; ; ;

Grupând eforturile unitare normale şi tangenţiale rezultă tensorul eforturilor unitare:

Orice deformaţie sau rupere sub sarcină este precedată de o mişcare interioară a elementelor din care sunt constituiţi pereţii celulari.

Variaţiile umidităţii şi ale temperaturii pot provoca scăderea coeziunii dintre cristaliţii de celuloză, ceea ce duce la micşorarea frecării interioare. Rezultatul este creşterea calităţilor elastice şi plastice ale lemnului şi scăderea rezistenţelor sale mecanice.

Frecarea interioară se defineşte astfel:unde: - vâscozitatea filmului de apă de higroscopicitate;

n – numărul de cristaliţi de celuloză;a – coeficient ce exprimă umiditatea pereţilor celulari;d – densitatea lemnului;f - forţele de atracţie intermicelară.

10.2. Comportamentul elastic al lemnului

84


Dacă la încetarea solicitării dispare şi deformaţia, atunci se spune că materialul prezintă calităţi elastice. La încetarea solicitării deformaţia poate să dispară total (materiale perfect elastice, care nu există în realitate), parţial (materiale elastice) sau poate să persiste (materiale plastice). Deformaţiile ce rămân după înlăturarea forţelor care le-au cauzat se numesc deformaţii remanente.

Dacă se măsoară deformaţiile unei epruvete sub influenţa unei solicitări, relaţia dintre eforturile unitare şi deformaţie reprezintă curba caracte-ristică a materialului. Pe această curbă se pot observa mai multe puncte caracteristice:

limita de proporţionalitate (P), până la care deformaţiile variază linear în funcţie de valorile efortului unitar;

limita de curgere (C), corespunzătoare momentului în care au loc deranjamente serioase în structura materialului;

limita de elasticitate (E);

Fig. 54. Curba caracteristică a unui material

limita de rupere (R), la care începe procesul de rupere.

Întrucât elasticitate perfectă nu există, se consideră o limită convenţională a comportării elastice a materialului. Astfel, pentru oţel se consideră valoarea corespunzătoare apariţiei unei deformaţii permanente de 0,02%, iar pentru lemn la compresiune perpendiculară pe fibre (tangenţială) s-a adoptat o valoare de 0,3–0,5%. În mod obişnuit se consideră că limita domeniului elastic se suprapune cu limita de proporţionalitate.

Considerând lemnul rotund ca fiind un material ortotrop se poate defini comportamentul elastic al lemnului prin 9 constante:

trei module ale lui Young – EL , ER şi ET – pe direcţiile longitudinală, radială şi respectiv tangenţială;

trei module ale lui Coulomb – GRT, GTL şi GLR

– corespunzătoare celor trei planuri fundamentale de studiu ale lemnului ;

trei coeficienţi ai lui Poisson – νRT, νTL şi νLR

Din punct de vedere practic, EL este constanta cea mai importantă. Celelalte sunt folosite mai ales pentru rezolvarea unor probleme inginereşti sau academice de un nivel înalt.

Fig. 55. Axele de ortotropie

cilindrică în trunchi

Cea mai mare deformabilitate o prezintă lemnul pe direcţie tangenţială, apoi pe direcţie radială. Deformabilitatea cea mai mică se înregistrează pe direcţie longitudinală (EL

>> ΕR > ET). Lemnul mai uşor, respectiv mai puţin dens, este mai elastic. Elasticitatea depinde în mare măsură şi de umiditatea lemnului, unghiul fibrei şi temperatură.

10.3. Plasticitatea lemnului şi elemente de reologie

85


Materialul care nu are capacitatea de a reveni la forma iniţială după încetarea acţiunii exterioare care l-a deformat este plastic. În studiul plasticităţii lemnului trebuie luate în considerare următoarele aspecte:

în partea amorfă a celulozei va apărea întotdeauna o deformare plastică, indiferent de ce se întâmplă în zona cristalină;

după încetarea acţiunii exterioare, elementele ce formează structura anatomică a lemnului vor tinde să se regrupeze din nou, mai repede sau mai încet (lemnul nu este un material plastic prin excelenţă, deformaţiile plastice în lemn apar mai mult ca fenomene reologice decât ca fenomene de sine stătătoare);

pentru a caracteriza capacitatea plastică a lemnului trebuie să se ţină cont de următoarele fenomene: fenomenul deformaţiilor ascunse şi remanente, fenomenul de curgere şi elasticitate întârziată şi fenomenul de relaxare.

Lemnul prezintă întotdeauna deformaţii ascunse şi remanente. Deformaţiile elementelor din structura anatomică a lemnului nu sunt întotdeauna traduse prin deformaţii proporţionale ale piesei studiate. Aceste deformaţii din interiorul său ce nu se pot determina se numesc deformaţii ascunse.

Deformaţiile remanente apar atunci când solicitarea atinge o aşa-numită valoare de cedare, care este în strânsă legătură cu umiditatea şi temperatura lemnului. La valori mari ale umidităţii, proprietăţile plastice ale lemnului devin mai importante, iar temperaturile mari coboară nivelul de cedare (punctul critic este la 160oC, când începe descompunerea celulozei), deci vor mări posibilitatea de apariţie a deformaţiilor remanente.

Atunci când mărimea forţei ce acţionează asupra lemnului rămâne constantă, iar deformaţia continuă să crească, se spune că a apărut starea de curgere, care este asociată cu deranjamente serioase în structura materialului. Curgerea lemnului este diferită de cea a materialelor izotrope.

În cazul lemnului apar două fenomene asociate:

o curgere intercristalină (intermicelară, interfibrilară) a zonelor cristaline de celuloză şi hemiceluloze;

o curgere plastico – vâscoasă a ligninelor, substanţelor pectice şi a celulozei amorfe.

La creşterea constantă a forţei, deformaţia nu creşte nelimitat, ci ajunge la o valoare limită, iar după înlăturarea forţei, părţile deformate elastic îşi revin instantaneu, pe când cele care au suferit o oarecare curgere, fără să-şi fi pierdut total proprietăţile elastice, îşi vor reveni cu întârziere din starea de deformare creată. Acesta este fenomenul elasticităţii întârziate, care se manifestă într-un mod foarte evident la lemn. În lemn nu se pot produce stări perfect elastice, care să nu deranjeze deloc structura sa anatomică. Prin urmare, orice deformaţie în lemn se va găsi între limitele fenomenului de elasticitate întârziată.

Deformarea lemnului sub acţiunea unei forţe se produce neproporţional în timp, manifestând o tendinţă de creştere dacă mărimea forţei a depăşit o anumită limită. Pentru a se menţine lemnul într-o stare de deformaţie constantă este necesară micşorarea continuă a forţei. Descreşterea tensiunilor din material pentru a-l menţine într-o stare de deformaţie constantă poartă numele de relaxare.

86


Fenomenul elasticităţii întârziate şi al relaxării arată că în procesele de deformare a lemnului factorul timp joacă un rol important şi este necesară abordarea acestui material din punct de vedere reologic.

Reologia este ramura ştiinţei materialelor cu proprietăţi elastice, plastice şi vâscoase (în rândul cărora se încadrează şi lemnul) ce se ocupă de determinarea legilor care guvernează dezvoltarea deformaţiilor în timp, sub acţiunea sarcinilor.

Lemnul, cu structura sa cristalină şi amorfă, cu părţi afânate aşezate în mod diferenţiat, prezintă un fenomen de suprapunere a deformaţiilor elastice cu cele plastice, iar fenomenul deformării elastice şi curgerea variază în timp.

Explicarea şi înţelegerea proprietăţilor reologice se bazează pe modele reologice, care în cazul lemnului trebuie să ţină cont că sub acţiunea sarcinilor se produc 3 feluri de deformaţii: elastice (εel), cu elasticitate întârziată (εei) şi plastice (εpl). Deformaţia totală va fi compusă din suma acestora:

ε = εel+εei+εpl.

Fig. 56. Un model reologic al lemnului

În cazul pieselor din lemn masiv, datorită neuniformităţii structurii anatomice în cadrul inelului anual, situaţia se complică. Porii (vasele) cu diametru mare reduc valoarea modulului de elasticitate. Un lemn cu diametrul porilor variabil sau cu grosimi diferite ale pereţilor celulari în cuprinsul inelului anual este greu de caracterizat prin modele reologice simple.

Cunoaşterea proprietăţilor reologice ale lemnului este importantă la uscare (studiul dezvoltării tensiunilor în timp, care poate duce la fenomenul de colaps), la fabricarea produselor compozite pe bază de lemn (de exemplu la plăcile din aşchii de lemn, adezivii folosiţi trebuie să aibă proprietăţi plastice şi elastice corelate cu cele ale lemnului), dar şi în calculele de rezistenţă pentru piesele de lemn folosite în construcţii de lungă durată.

Fig. 57. Model reologic al lemnului cu diametrul porilor variabil


1. Ce sunt deformaţiile normale? Dar cele de alunecare?

2. Ce este tensorul eforturilor unitare?

3. Ce este curba caracteristică a unui material şi ce puncte importante prezintă o astfel de curbă?

4. Ce sunt deformaţiile ascunse?

5. Prin ce se diferenţiază curgerea lemnului de cea a materialelor izotrope?

6. Descrieţi un model reologic al lemnului.

87


LECŢIA 11

REZISTENŢELE LEMNULUI

În funcţie de tipul solicitărilor (statice sau dinamice) şi de direcţia forţelor în raport cu structura lemnului (paralele cu fibrele sau perpendiculare pe fibre) se disting mai multe categorii de rezistenţe ale lemnului.

11.1. Rezistenţa la compresiune

Dacă asupra unei piese din lemn acţionează a sarcină crescătoare, la un moment dat se va produce ruperea materialului. Atunci când sarcina acţionează pe direcţie longitudinală se vorbeşte de compresiune paralelă cu fibrele, iar atunci când sarcina este orientată pe direcţie radială sau tangenţială, se vorbeşte de compresiune perpendiculară pe fibre, radială sau tangenţială.

Rezistenţa la compresiune se deter-mină cu relaţia:

unde: P – sarcina la care se produce ruperea;

A – aria secţiunii pe care acţionează sarcina P.

Fig. 58. Posibilităţi de rupere la compresiune paralelă cu fibrele

Ruperea la compresiune paralelă cu fibrele se produce după planuri de alunecare paralele sau înclinate în raport cu secţiunea transversală, după planuri longitudinale (desprinderea bruscă a fibrelor dacă planul este radial), sau sub forma unor combinaţii ale celor două tipuri (figura 58).

În cazul compresiunii perpendiculare pe fibre are loc o turtire succesivă a elementelor anatomice ale lemnului, însoţită de ruperi ale pereţilor celulari. Valorile rezistenţei la această solicitare depind de direcţia de acţiune şi de grupa de specii. Raportul dintre rezistenţa la compresiune perpendiculară pe fibre tangenţială şi cea radială este de 1,1–1,5 la răşinoase şi 0,6–0,95 la foioase (datorită faptului că au raze medulare late şi înalte, pluriseriate). Raportul dintre rezistenţa la compresiune paralelă cu fibrele şi cea perpendiculară pe fibre ia valori de 6 – 12.

Rezistenţa lemnului la compresiune creşte odată cu mărirea procentului de lemn târziu. Odată cu creşterea temperaturii, această rezistenţa a lemnului scade, dar valorile sunt mai ridicate pentru lemnul anhidru. Epruvetele pentru încercarea rezistenţei la compresiune se confecţionează din lemn sănătos, lipsit de defecte, sub forma unor prisme de 60 x 20 x 20 mm.

88


11.2. Rezistenţa la flambaj

O bară din lemn supusă la compresiune paralelă poate trece de la un echilibru stabil la un echilibru instabil (flambează), chiar dacă efortul unitar este mai mic decât rezistenţa la rupere. Determinarea rezistenţei la flambaj se face cu relaţia:

unde: P este sarcina de compresiune,

φ este coeficientul de flambaj,

A este aria secţiunii epruvetei.

Rezistenţa lemnului la flambaj este dependentă de forma şi mărimea secţiunii transversale a barei, excentricitatea sarcinii, zvelteţea barei, umiditatea lemnului şi prezenţa defectelor.

11.3. Rezistenţa la tracţiune (întindere)

Şi în acest caz se vorbeşte de o rezistenţă la tracţiune paralelă cu fibrele şi de o rezistenţă la tracţiune perpendiculară pe fibre (radială sau tangenţială). Rezistenţa lemnului la tracţiune se determină cu relaţia:

unde:

P este sarcina la care se produce ruperea,

A este aria secţiunii pe care acţionează sarcina P.

Ruperea lemnului se produce mai ales pe seama dezlipirii fibrelor celulozice din pereţii celulari. Se pot produce şi ruperi ale pereţilor celulari.

Fig. 59. Epruvete utilizate la determinarea rezistenţelor la tracţiune

Ruperile aşchiate se corelează cu o rezistenţă sporită la tracţiune paralelă cu fibrele.

Rezistenţa lemnului la tracţiune paralelă cu fibrele este în medie de două ori mai mare decât rezistenţa la compresiune paralelă.

Rezistenţa la tracţiune perpendiculară pe fibre în raport cu cea pe direcţie paralelă cu fibrele este de 20 – 45 ori mai mică la răşinoase şi de 5 – 15 ori mai mică la foioase. La speciile cu raze medulare mari, rezistenţa la tracţiune pe direcţie tangenţială este inferioară celei radiale.

Rezistenţa la tracţiune scade în general odată cu creşterea lăţimii inelului anual. Totuşi, la foioasele cu distribuţia porilor inelară situaţia se prezintă invers: un procent mai mare de lemn târziu este asociat cu rezistenţe la tracţiune mai ridicate. Prezenţa fibrelor înclinate reduce foarte mult rezistenţa la tracţiune paralelă cu fibrele. La speciile cu raze

89


medulare mari, rezistenţa la tracţiune perpendiculară radială este superioară celei perpendiculare tangenţiale. Prezenţa nodurilor reduce foarte puternic valorile rezistenţelor lemnului la tracţiune. Creşterea umidităţii duce şi ea la reducerea acestei rezistenţe.

Pentru determinarea rezistenţei la întindere, epruvetele au forme diferite în funcţie de direcţia solicitării (paralelă sau perpendiculară pe fibre), prezentate în fig. 59.

11.4. Rezistenţa la încovoiere statică

În cazul încovoierii statice, în urma acţiunii forţelor perpendicular pe fibre, apare o solicitare combinată la compresiune şi tracţiune. Paralel cu fibrele sunt apar eforturi de forfecare.

Rezistenţa la încovoiere se determină cu relaţia:

unde:P – sarcina la care se produce ruperea;

l – distanţa dintre reazeme;

b – baza secţiunii transversale a secţiunii;

h – înălţimea secţiunii transversale.

Fig. 60. Repartizarea tensiunilor la încovoierea statică

Între zona întinsă şi zona comprimată apare o zonă neutră care, în raport cu axa de simetrie, datorită faptului că lemnul din zona comprimată intră mai repede în curgere (rezistenţa la compresiune este mai mică decât rezistenţa la tracţiune), se va deplasa spre partea întinsă.

Sub influenţa sarcinilor de încovoiere, la început apare curbarea piesei, apoi ruperea acesteia. Zona de rupere se poate prezenta netedă (lemnul este mai puţin rezistent la încovoiere) sau sub formă de aşchii.

În cadrul aceleiaşi specii, scăderea densităţii detrermină o micşorare a rezis-tenţei la încovoiere statică. Creşterea umi-dităţii şi a temperaturii, prezenţa nodurilor şi a fibrelor anormale influenţează negativ această rezistenţă. Epruvetele pentru deter-minarea rezistenţei la încovoiere statică au forma unor prisme de 300x20x20 mm.

Fig. 61. Epruvetă utilizată pentru încercarea la încovoiere statică

11.5. Rezilienţa (rezistenţa la încovoiere dinamică)

Rezilienţa este capacitatea pieselor de lemn de a rezista forţelor de încovoiere în mişcare, ce produc eforturi care cresc foarte rapid în timp.

Determinarea rezilienţei se face cu ajutorul ciocanului pendul, iar energia de deformaţie este dată de energia potenţială consumată pentru ruperea epruvetei.

Raportând lucrul mecanic absorbit de lemn la suprafaţa secţiunii transversale se obţine indicele de rezilienţă:

90


unde:

L – lucrul mecanic absorbit de lemn;

b – baza secţiunii transversale a epruvetei;

h–înălţimea secţiunii transversale a epruvetei.

Fig. 62. Aşezarea epruvetei pe suportul ciocanului pendul

Dacă în urma ruperii epruvetei rezultă aşchii relativ mici, se concluzionează că lemnul este rezilient. Lemnul greu, umed şi fără anomalii ale fibrei prezintă în general un indice de rezilienţă mai mare.

Rezilienţa pe direcţie radială este mai mare decât cea pe direcţia tangenţială, raportul lor fiind de 1,2 – 1,5 la răşinoase şi 1,1 – 1,3 la foioase.

Speciile lemnoase rezistente la eforturile dinamice se numesc reziliente (frasin, molid, brad), iar cele mai puţin rezistente se numesc fragile (plop, castan porcesc).

11.6. Rezistenţa la despicare

Rezistenţa lemnului la despicare este capacitatea acestuia de a se opune eforturilor ce tind să desprindă ţesuturile lemnului în sens longitudinal, prin distrugerea coeziunii elementelor anatomice. Unealta sub formă de pană, cu ajutorul căreia se realizează despicarea, pătrunde în lemn, dar nu taie fibra acestuia. Mărimea inversă a rezistenţei la despicare se numeşte fisibilitate.

Rezistenţa la despicare se determină cu relaţia:

unde: P – efortul maxim de rupere;A–aria secţiunii longitudinale de despicare Fig. 63. Epruvetă utilizată pentru determinarea rezistenţei

la despicare a lemnului

Mărimea efortului care face posibilă pătrunderea uneltei în lemn este dependentă de coeziunea fibrelor, de frecarea dintre pană şi lemn şi de starea acestuia. Astfel, se despică mai uşor lemnul cu fibre lungi, cu raze medulare mari şi numeroase şi cel lipsit de defecte. Temperaturile foarte joase favorizează o fisibilitate ridicată a lemnului. Rezistenţa la despicare tangenţială este mai mare decât cea radială.

După gradul de fisibilitate se poate deosebi lemn perfect fisibil (bambusul), uşor fisibil (molid, brad, anin, fag), greu fisibil (jugastru, salcâm, pomaceele, pin negru) şi nefisibil (palmier, guaiac).

91


11.7. Rezistenţa la forfecare

Rezistenţa la forfecare este capacitatea lemnului de a se opune forţelor exterioare ce caută să rupă piesa prin deplasarea unei părţi ale ei faţă de cealaltă. Planul după care se produce ruperea materialului se numeşte plan de forfecare.

Rezistenţa la forfecare se determină cu relaţia:

unde: P – sarcina la care se

produce ruperea;

A–aria secţiunii pe care se produce forfecarea. Fig. 64. Tipuri de forfecare a lemnului

În funcţie de poziţia planului în care sunt situate forţele şi a planului de forfecare, în raport cu piesa, se deosebesc următoarele tipuri de forfecare: transversală, la care planul de forfecare este perpendicular pe fibre şi longitudinală, la care planul de forfecare este paralel cu fibrele; forfecarea longitudinală poate să fie paralelă cu fibrele sau perpendiculară pe fibre în funcţie de direcţia eforturilor unitare. La fiecare din aceste cazuri, în funcţie de direcţia sarcinii faţă de inelele anuale, forfecarea este radială sau tangenţială.

În raport cu rezistenţa la compresiune paralelă cu fibrele, rezistenţa la forfecare longitudinală este de 5–10 ori mai mică. Rezistenţa la forfecare longitudinală perpendiculară este în medie de două ori mai mică decât cea la forfecare longitudinală paralelă.

Creşterea valorilor umidităţii şi a temperaturii duce la reducerea rezistenţei la forfecare. La unele specii, valorile rezistenţei la forfecare cresc odată cu creşterea densităţii şi a lăţimii inelelor anuale.

Epruvetele ce se folosesc pentru determinarea rezistenţei la forfecare transversală a lemnului sunt paralelipipede de 50x20x5 mm. Pentru determinarea rezistenţei la forfecare longitudinală epruvetele au o formă specială, prezentată în fig.65. Epruvetele se confecţionează din lemn sănătos, fără defecte. Fig. 65. Epruvete pentru determinarea

rezistenţei la forfecare longitudinală

11.8. Rezistenţa la torsiune (răsucire)

Rezistenţa la torsiune este capacitatea lemnului de a se opune forţelor ce tind să răsucească fibrele. Determinarea acestei rezistenţe prin calcule teoretice este dificilă datorită anizotropiei lemnului, de aceea sunt preferate determinările experimentale.

Pentru piese cu secţiunea transversală pătratică, rezistenţa la torsiune se determină cu relaţia:

92


unde:

Mt – momentul de torsiune la rupere;

a – latura secţiunii transversaleFig. 66. Epruvete pentru determinarea

rezistenţei la torsiune

În raport cu direcţiile fundamentale ale lemnului, efortul de torsiune poate fi longitudinal sau perpendicular pe fibre. Rezistenţa la torsiune longitudinală este de cca. 2 – 3 ori mai mare decât cea la torsiune perpendiculară pe fibre.

Umiditatea ridicată reduce rezistenţa lemnului la torsiune. În raport cu răşinoasele, foioasele au în general o rezistenţă la torsiune mai mare.

Epruvetele folosite pentru determinarea rezistenţei la torsiune (figura 66) se confecţionează dintr-un material lipsit de orice defecte, cu fibrele paralele cu axa longitudinală. Forma lor este prismatică (400x20x20 mm) sau circulară.

11.9. Duritatea

Duritatea lemnului este proprietatea acestuia de a rezista la pătrunderea în interiorul său a unui corp metalic, care este apăsat sau cade pe suprafaţa acestui material. Duritatea prezintă o importanţă practică deosebită pentru prelucrarea lemnului cu unelte mecanice. Pentru determinarea durităţii se poate folosi procedeul Brinell sau procedeul Janka.

Procedeul Brinell utilizează o bilă din oţel ce are un diametru de 10 mm şi o maşină de compresiune. După presarea bilei pe suprafaţa epruvetei se măsoară pe două direcţii perpendiculare urma pe care o lasă bila în lemn. Duritatea Brinell se calculează cu relaţia:

unde: P – sarcina cu care se apasă bila;

A – aria calotei sferice de pe supra-faţa lemnului, rezultată în urma presării bilei.

Procedeul Janka utilizează o bilă ce are diametrul de 11,284 mm şi o suprafaţă de proiecţie de 1 cm2. Aceasta se apasă perpen-dicular pe suprafaţa epruvetei până când adâncimea de pătrundere devine egală cu raza bilei.

Fig. 67. Procedeul Janka de determinare a durităţii lemnului

Duritatea Janka este egală cu sarcina aplicată pentru a se realiza această pătrundere. Faţă de primul procedeu, procedeul Janka permite cuprinderea mai multor inele anuale, prin pătrunderea bilei mai adânc în lemn se realizându-se o mai bună apreciere a durităţii din masa lemnului.

Lemnul fiind un material anizotrop, duritatea lui este diferită după cele trei secţiuni fundamentale. Duritatea lemnului scade odată cu creşterea umidităţii, până la punctul de saturaţie a fibrei, după care rămâne constantă. Cu cât lemnul este mai dens şi conţine o proporţie mai mare de lemn târziu, cu atât duritatea lui este mai mare, iar raportul dintre

93


duritatea perpendiculară pe fibre şi cea paralelă cu fibrele (cu valori de 0,5 – 0,6 la speciile de la noi) este mai mare.

În funcţie de duritate se diferenţiază lemn foarte moale (pin strob), lemn moale (anin, molid, plop, tei, pin silvestru, pin negru), lemn potrivit de tare (castan platan, stejar roşu, ulm), lemn tare (alun, carpen, frasin, stejar, gorun, cer, măr, păr, salcâm, nuc, scoruş, sorb, tisă) şi lemn foarte tare (corn, liliac, glădiţă,stejar pufos, frasin american).

11.10. Rezistenţa la oboseală

Rezistenţa la oboseală este proprietatea materialelor de a se rupe atunci când sunt supuse unor sarcini variabile în timp, chiar dacă efortul unitar este sub limita de rupere. Oboseala apare mai ales la piesele supuse unor eforturi ce variază sinusoidal, de aceea este importantă cunoaşterea comportării lemnului supus unor sarcini repetate şi alternative, cu aplicaţii directe în cazul lemnului din construcţii (poduri, avioane) sau cuprins în diverse organe de maşini.

Solicitările pot fi de întindere, compresiune, încovoiere sau torsiune şi pot varia oscilant, pulsatoriu sau alternant (figura 68). De reţinut faptul că prin oboseală lemnul cedează (se rupe brusc) înaintea atingerii limitei de rezistenţă statică corespunzătoare solicitării la care este supus.

De exemplu, limita de oboseală la încovoiere este de cca. 20 – 40 % din rezistenţa la încovoiere statică, iar în cazul torsiunii lemnul se rupe când este acţionat cu forţe repetate, dar cu o mărime de numai 40–80% din forţele la care rezistă atunci când acestea se aplică static.

Efortul maxim pe care îl poate suporta lemnul fără a se rupe la un număr mare de sarcini repetate se numeşte limită de oboseală.

Rezistenţa la oboseală creşte cu densitatea lemnului şi scade cu creşterea umidităţii şi a temperaturii, fiind influenţată negativ de prezenţa defectelor.

Fig. 68. Tipuri de solicitare la oboseală

11.11. Test de autoevaluare1. Cum se produce ruperea lemnului la compresiune?

2. Cum este rezistenţa la întindere faţă de cea la compresiune?

3. Ce este zona neutră la încovoiere şi cum se situează ea faţă de axa epruvetei?

4. Ce se înţelege prin specii fragile?

5. Ce se înţelege prin fisibilitate?

6. Câte tipuri de forfecare se pot întâlni la lemn?

7. Care sunt avantajele procedeului Janka de determinare a durităţii lemnului?

94


LECŢIA 12

VALORIFICAREA BIOMASEI LEMNOASE

PROPRIETĂŢILE TEHNOLOGICE ALE LEMNULUI

Valorificarea complexă şi superioară a biomasei lemnoase presupune găsirea soluţiilor prin care arborele, în totalitatea sa, să poată fi utilizat industrial, cu valori de întrebuinţare cât mai mari.

Lemnul poate fi valorificat (integrat în circuitul economic) prin transformarea lui pe cale mecanică, chimică sau energetică, rezultând produse cu o valoare superioară celei a lemnului brut. Fiecare procedeu de prelucrare a lemnului face obiectul diferitelor discipline de studiu pentru specialiştii din industria de prelucrare a lemnului.

12.1. Lemnul brut

Lemnul brut rezultă în urma operaţiilor de recoltare. În general, lemnul brut se clasifică astfel:

- după specie: lemn de răşinoase, lemn de foioase (tari sau moi);

- după duritate: lemn tare, lemn moale;

- după locul de provenienţă din arbore: lemn de rădăcină, lemn de buturugă, lemn de trunchi şi lemn de cracă;

- după forma secţiunii transversale: lemn rotund (catarg – trunchi întreg de răşinoase fără vârf, buştean – diametrul la capătul subţire > 14 cm şi lungimea > 2,5 m, butuc – lungime < 2,5 m) şi lemn despicat (lobdă – rezultată prin despicare radială, cu feţe cu lăţimi de 5 – 30 cm);

- după destinaţie: lemn de lucru şi lemn de foc.

Prin sortimente de lemn brut se înţeleg produsele lemnoase care, sub formă naturală sau puţin modificate (prin secţionare, ecarisare, despicare) sunt destinate consumului sau transformării industriale. Ele mai sunt numite sortimente de materii prime din lemn.

Prin sortimente de produse lemnoase se înţeleg toate produsele silviculturii, exploatărilor forestiere şi industriei de prelucrare a lemnului.

Sortimentele de lemn brut sunt definite prin destinaţia, forma de prelucrare, dimensiunea şi calitatea lor. Sortimentele care se aseamănă între ele după unul din aceste criterii constituie o clasă de sortimente.

Lemnul brut se clasifică:

- după destinaţie: lemn pt. industria mecanică, lemn pt. industria chimică, lemn pt. construcţii, lemn pentru sectorul agricol şi lemn pentru foc;

- după dimensiune : lemn gros, mijlociu şi subţire;

- după prezenţa defectelor: mai multe clase de calitate (numărul este variabil în funcţie de sortiment);

- după forma de fasonare: lemn brut nefasonat şi lemn brut fasonat în figuri.

95


12.2. Sortarea lemnului

Sortarea lemnului brut se face având în vedere următoarele principii:

- mărirea procentului de lemn de lucru;

- reducerea consumurilor specifice;

- valorificarea superioară a masei lemnoase;

- realizarea sortimentelor cerute pe piaţă.

Sortarea silvică se face odată cu punerea în valoare a arborilor pe picior destinaţi vânzării şi exploatării. Rezultatul sortării arborilor în picioare se regăseşte în actul de punere în valoare. Arborii pe picior se sortează în 4 clase de calitate, apoi se stabileşte cantitatea de lemn de lucru (gros, mijlociu şi subţire), precum şi cea de lemn de foc.

Sortarea silvică aplică criteriul calitativ şi dimensional, dar nu apelează explicit la criteriul utilizării viitoare a lemnului, decât în măsura în care fiecărui sortiment dimensional îi corespund anumite utilizări.

Sortarea industrială a lemnului este una din operaţiile finale ale procesului de exploatare a arborilor şi se realizează la cioată sau în platformele primare sau cele de preindustrializare. În acest caz, criteriul destinaţiei capătă o importanţă deosebită.

Descrierea fiecărui sortiment industrial de lemn brut este prevăzută în standarde.

Cea mai folosită clasificare a sortimentelor de lemn brut ţine cont de clasele de utilizări:

- lemn pentru industria mecanică: buşteni de răşinoase pentru industrializare, buşteni de stejar pentru industrializare buşteni de fag pentru industrializare, buşteni de Ca, Me, Ul, arţar şi Ju pentru industrializare, buşteni de Ci, Păr, Fr şi Pa pentru industrializare, buşteni de foioase moi pentru industrializare, lemn de foioase pentru plăci din aşchii, lemn brut de tei pentru creioane, buşteni pentru industria chibriturilor, lobde de fag pentru doage;

- lemn pentru industria chimică : lemn rotund de răşinoase pentru celuloză, rămăşiţe din lemn de răşinoase pentru celuloză, lemn rotund şi despicat de răşinoase pentru pastă chimică şi semichimică, lemn de plop şi salcie pentru celuloză, lobde pentru piroliză, lemn de stejar pentru extracte tanante, coajă de molid, salcie şi stejar pt extracte tanate, lemn pentru mangal de bocşă;

- lemn pentru construcţii: lemn rotund pentru piloţi, stâlpi pentru telecomunicaţii şi linii electrice aeriene, lemn de mină, lemn rotund de răşinoase pt construcţii (bile–Ø la capătul subţire de 12–16 cm şi lungime peste 6 m, manele - Ø la capătul subţire de 8 - 11 cm şi lungime peste 3 m, prăjini - Ø la capătul subţire de 4 - 7 cm şi lungime peste 4,5 m), lemn rotund de foioase pentru construcţii;

- lemn pentru sectorul agricol: bulumaci, araci de vie, araci de legume, tutori pentru pomi, liber de tei netopit, lemn rotund pentru spaliere de vie, lemn rotund pentru sectorul piscicol, lemn rotund pentru oişte şi inimă de căruţă, nuiele pentru vintire şi închideri pescăreşti, nuiele pentru fascine;

- lemn de foc: lemn fasonat în steri şi dublisteri, capete din retezarea supralungimilor de la fasonarea buştenilor, buturi greu despicabile, crăci legate în snopi, crăci în grămezi, resturi de exploatare.

96


Materialul lemnos brut rezultat din fasonarea masei lemnoase exploatate este evidenţiat în următoarea schemă de ansamblu:

Legendă - lemn de mici dimensiuni

Fig. 69. Schema materialului brut rezultat din fasonarea masei lemnoase exploatate

12.3. Prelucrarea lemnului

Prelucrarea mecanică a lemnului presupune modificarea formei sau mărimii sortimentelor de lemn brut pentru obţinerea cherestelei, semifabricatelor sau produselor finite, fără alterarea structurii sau a compoziţiei chimice a lemnului prelucrat. Tratarea chimică şi/sau termică a lemnului pentru extragerea diferitelor componente chimice face obiectul prelucrării chimice. Produsele obţinute sunt utilizate în continuare în diferite ramuri

97

Masa lemnoasă utilizabilă

Lemn de lucru Lemn de foc

Lemn de steri pentru industrie

Lemn rotund

Lemn pt. plăci din fibre (PFL)Lemn pt. plăci din aşchii (PAL)Lemn pentru doageLemn pentru distilare

Lemn în steriButuci greu despicabiliCrăciZoburiVreascuri

Lemn rotund pentru industrie

Lemn pentru construcţii

Lemn pentru celuloză, pastă mecanică, pastă chimică şi semichimică, lemn pentru plăci din fibre

Lemn de rezonanţăLemn pentru furnireLemn pentru cheresteaLemn pentru traverseLemn pentru doage

Lemn pentru poduriLemn de minăBile, maneleLemn pentru araci şi tutoriLemn pentru spaliere de vie


industriale pentru obţinerea unor produse cu o structură şi o compoziţie chimică total diferită de cea a lemnului brut.

Lemnul de dimensiuni mari se prelucrează cu unelte tăietoare (pânze, cuţite), prin despicare cu pene metalice, prin şlefuire cu materiale abrazive. Modul de obţinere a sortimentelor industriale de mari dimensiuni face obiectul unui alt curs de specialitate (Industrializarea primară a lemnului).

Se înţelege prin lemn de mici dimensiuni materialul lemnos având diametrul sau grosimea sub 14 cm şi lungimea variabilă (limitată uneori la 2,5m). În practică, pe lângă noţiunea de lemn de mici dimensiuni, apar şi altele cu sens asemănător: deşeuri, lemn subţire, lemn mărunt, rămăşiţe de exploatare sau industrializare, etc.

Lemnul de mici dimensiuni poate fi valorificat sub diferite forme:

sub formă de lemn brut

prin prelucrare: - fasonare sau prelucrare primară- prelucrare mecanică- prelucrare chimică

Prin fasonare sau prelucrare primară se înţelege modificarea mărimii sau formei lemnului brut prin operaţii de: despicare, cioplire, ascuţire, etc., în urma cărora se obţin diverse produse semifabricate, cele mai importante fiind:

- prin secţionare–ascuţire: arac rotund, butuc brut pt. roţi, cozi brute rotunde pt. unelte, pari de gard;

- prin despicare: şiţă (draniţă) şi araci despicaţi;

- prin spintecare: cozi brute pentru unelte, doage brute, traverse, spaliere pentru vie, etc.;

- prin cojire: coajă pentru extracte tanante, liber de tei pentru legat;

- prin împletire: împletituri din nuiele.

Prin prelucrări mecanice se realizează:

- obţinerea de şipci şi lamele pentru lăzi de ambalaj;

- fabricarea plăcilor din aşchii şi fibre de lemn;

- producerea făinii din lemnul pulverizat (prin măcinare în agregate speciale); această făină este utilizată la fabricarea dinamitei, a plăcilor de asfalt, a duşumelelor de lemn cu ciment, a cărămizilor izolatoare, a sticlei incasabile, a maselor plastice, etc.;

- obţinerea talaşului industrial (lâna de lemn) prin rindeluire în maşini speciale; utilizat pentru ambalarea sticlelor şi a fructelor, ca umplutură protectoare sau ca masă de filtrare a lichidelor (oţet, bere).

Prelucrarea chimică a lemnului se poate face prin următoarele procedee:

piroliză (carbonizare)–se obţin mangal, gaze, ape pirolignoase, gudroane, uleiuri, etc.;

hidroliză (reacţie chimică lemn + apă în prezenţa unui catalizator) – se obţin glucoză, zaharuri, alcool etilic, drojdie furajeră, furfurol;

lichefiere (distilare) – se obţine “ţiţei din lemn” folosit la prepararea unor produse chimice sau drept combustibil;

gazificare – se obţin hidrocarburi, metanol, metan, ape pirolignoase;

ardere – se obţine energie calorică;

98


defibrare şi tratare chimică sau termică – se obţin materiale celulozice (hârtie, pastă, etc) şi plăci fibrolemnoase.

Prin procedee specifice de prelucrare chimică, care ţin seama de proprietăţile chimice ale componentelor principale ale lemnului, se izolează aceste componente din care se obţin diferite produse, după cum urmează:

- din celuloză se obţin: hârtie de scris, hârtie de ambalaj, pergament, celofan, celofibră, vâscoză, mătase artificilă, lacuri şi filme neinflamabile, alcool etilic, precum şi alte produse necesare producerii apretului, sau ca aditivi pentru detergenţi, cosmetice şi în industria petrolieră

- din polizaharide se obţin: furfurol (important în sinteza coloranţilor şi fabricarea maselor plastice, a răşinilor sintetice) precum şi zaharuri care prin fermentare duc la producerea alcoolului etilic

- lignina obţinută din lemn se foloseşte în industria maselor plastice, ca material de umplutură în fabricarea cauciucului sintetic, în prelucrarea ţiţeiului, la prepararea vanilinei, a gudroanelor, a cărbunelui activ, a adezivilor, etc.

Modul de prelucrare pe cale chimică a lemnului ţine seama de proprietăţile chimice ale componentelor sale principale: celuloza, hemicelulozele şi lignina.

Celuloza în reacţie cu acizii minerali sau organici şi cu bazele suferă schimbări în funcţie de concentraţia acestora, de durata acţiunii, de temperatură şi de presiune.

a) Celuloza tratată 5 – 10 secunde cu acid sulfuric (H2SO4) în concentraţie 80% se umflă la suprafaţă şi pierde structura fibroasă, iar după uscare la 60 – 70oC devine compactă şi impermeabilă pentru apă, proces pe care se bazează fabricarea pergamentului.

b) Fierberea lemnului mărunţit cu o soluţie de sulfit acid de calciu la 135–150oC şi sub o presiune de 4–6 atm timp de 10–16 ore produce dezagregarea acestuia cu dizolvarea tuturor componentelor cu excepţia celulozei, obţinută astfel prin procedeul acid.

c) Dezagregarea lemnului cu hidroxid de sodiu (Na OH 6%) şi adaos de sulfură de sodiu (Na2S 2%) la 170–175oC şi 7–8 atm. timp de 4–6 ore conduce, de asemenea, la obţinerea celulozei, prin procedeul sulfat; aceasta este folosită la fabricarea hârtiei de ambalaj (saci) având o rezistenţă mecanică mare.

d) Prin tratare la rece cu soluţie de hidroxid de sodiu (Na OH 18%) celuloza se umflă, iar prin spălare se obţine celuloza sodată sau celuloza mercerizată; tratată în continuare cu vapori de sulfură de carbon (CS2) se transformă în xantogenat de celuloză (de culoare portocalie) care după dizolvare în (Na OH 4%) dă un lichid vâscos (vâscoza) utilizat la fabricarea mătăsii artificiale, prin procedeul alcalin. Din fire de mătase artificială tăiate scurt, uneori încreţite prin operaţii speciale şi apoi toarse, se obţine celofibra. Din vâscoza trasă sub forma unui film subţire se realizează foile transparente de celofan.

e) Sub acţiunea acidului azotic şi în prezenţa acidului sulfuric se obţin nitraţii de celuloză (nitroceluloză). Nitratul de celuloză cu conţinut mare de azot (12 – 13,5 %) este fulmicotonul care după malaxare cu eter îşi pierde structura fibroasă şi se foloseşte la fabricarea pulberii fără fum. Nitratul cu conţinut mai mic de azot (10 – 11 %) este colodiul care în amestec cu camforul se foloseşte la fabricarea celuloidului, cea mai veche masă plastică artificială; prin presare, serveşte la obţinerea suportului pentru filmele fotografice.

99


f) Prin reacţia celulozei cu un amestec de anhidridă acetică şi acid acetic, în prezenţa H2SO4 sau a clorurii de zinc, se obţin acetaţii de celuloză care dizolvaţi în acetonă şi în amestecuri de alcool şi benzen servesc la fabricarea mătăsii artificiale prin procedeul acetat, a unor lacuri şi filme neinflamabile.

g) Prin tratarea celulozei sodate cu clor-acetat de sodiu se obţine carboxi-metil-celuloza folosită ca apret, aditiv în săpunuri şi detergenţi, în cosmetică şi în industria petrolieră.

h) Sub acţiunea la rece a acidului clorhidric (HCl 40%) sau a acidului sulfuric diluat, la presiune şi temperatură ridicate, celuloza hidrolizează şi se transformă în d-glucoză (zahăr de struguri) din care prin fermentaţie se obţine alcoolul etilic.

Polizaharidele (poliozele)

a) Pentozanii (xilani şi arabani): prin fierbere cu acid clorhidric (HCl 12%) se obţine furfurolul important în sinteza coloranţilor şi fabricarea maselor plastice, a răşinilor sintetice, etc.

b) Hexozanii (manan, glucozan, galactan): prin hidroliză se transformă în zaharuri (hexoze) care supuse fermentării se transformă în alcool etilic.

Lignina obţinută din lemn se foloseşte în industria maselor plastice, ca material de umplutură în fabricarea cauciucului sintetic, în prelucrarea ţiţeiului, la prepararea vanilinei, a gudroanelor, a cărbunelui activ, a adezivilor, etc.

12.4. Valorificarea energetică a lemnului

Lemnul constituie o sursă importantă de energie. O tonă de lemn echivalează din punct de vedere energetic cu 0,33 tone de petrol. Pentru producerea de energie, lemnul poate fi folosit direct, sub formă de lemn de foc, sau în urma unei conversii termochimice (piroliză, gazeificare, lichefiere), caz în care se obţin produse care prezintă interes nu numai energetic ci şi pentru industria chimică, alimentară sau farmaceutică.

Piroliza este descompunerea prin căldură a lemnului sub vid sau în prezenţa unei atmosfere inerte. În cazul în care descompunerea sub căldură se face în prezenţa oxigenului atunci are loc combustia lemnului.

Principalele produse ale pirolizei sunt gazele, gudroanele (plus alte produse lichide) şi cărbunele de lemn. Maximum de gaze (CO, CO2, H2, CH4) se obţin la temperaturi de 350 – 400oC. Maximum de produse condensabile (metanol, acid formic, acid acetic) se obţin la 250 – 300oC, iar cel de gudroane la 300 – 400oC. Maximum de cărbune din lemn (mangal) se obţine la 400 – 600oC.

Randamentul mediu în produse de piroliză este de 43% pentru cărbune de lemn şi 9% pentru gudroane. Randamentul în cărbune de lemn, acid acetic şi metanol este mai mare la răşinoase deoarece acestea conţin mai multe lignine, bogate în carbon.

Principalii parametri ce influenţează procesul sunt: viteza de încălzire, timpul cât rămân gazele şi particulele în reacţie, temperatura şi presiunea. În general, randamentul în produse volatile (gaze şi lichide) creşte odată cu sporirea vitezei de încălzire. Pentru a se produce mai mult cărbune de lemn este necesar ca procesul de piroliză să se desfăşoare la temperatură relativ scăzută, viteza de încălzire a materialului să fie redusă, iar durata reacţiei

100


să fie mare. Procesul de piroliză este influenţat şi de mărimea particulelor, care condiţionează viteza de difuziune a căldurii.

Instalaţiile de piroliză sunt diverse, în funcţie de natura produselor a căror obţi-nere este urmărită: cărbunele de lemn se produce în bocşe de mangalizare (verticale, ori-zontale, metalice mobile sau fixe) sau în cuptoare de mangalizare; pentru gazeificare se folosesc diferite tipuri de reactoare (rotative, drepte, cu bandă transportoare, cicloane).

Cărbunele de lemn obţinut prin piroliză se utilizează în gospodărie, la tratarea tutunului, în industria alimentară, în metalurgie, în industria chimică (cărbune activ, negru de fum, sulfură de carbon, carbură de siliciu), pentru tratarea apelor uzate, ca absorbant al gazelor, în industria farmaceutică.

Produsele chimice condensabile sunt foarte variate (s-au identificat în vaporii de piroliză peste 130 constituenţi chimici). Acidul acetic obţinut se foloseşte în industria alimentară sau pentru obţinerea acetatului de sodiu cu aplicaţii medicale (dializă), iar acidul formic îşi găseşte utilizare în industria textilelor şi cea a coloranţilor. Diacetilul (acetil – propionil) dă gust de unt margarinelor (cel obţinut din lemn ocupă 20 % din piaţa mondială).

Produsele gazoase sunt importante prin capacitatea lor energetică sau pentru obţinerea altor compuşi chimici. Astfel, gazul de sinteză (CO + H2) se foloseşte la obţinerea metanului şi a amoniacului. Avantajul gazeificării în absenţa aerului constă în puterea calorică sporită a gazului, absenţa azotului şi conţinut scăzut de CO2.

Crizele de petrol au intensificat de fiecare dată cercetările pentru valorificarea lemnului. Dacă toate resursele care s-au folosit pe plan mondial pentru dezvoltarea tehnologiilor de prelucrare a petrolului ar fi fost direcţionate asupra lemnului, în prezent s-ar fi putut produce din lemn, pe cale chimică şi energetică, diverse tipuri de combustibili şi totalitatea substanţelor organice de care are nevoie industria chimică.

12.5. Proprietăţile tehnologice ale lemnului

Proprietăţile tehnologice ale lemnului descriu capacitatea lemnului de a se opune factorilor externi fizici, mecanici, chimici sau biotici care acţionează asupra însuşirilor sale atunci când este supus prelucrării sau este pus în operă (construcţii).

Aceste proprietăţi tehnologice sunt caracteristice fiecărei specii, iar pentru aceeaşi specie diferă în funcţie de poziţia în corpul arborelui de unde provine lemnul analizat şi de defectele pe care acesta le conţine.

Pentru cunoaşterea comportamentului lemnului în exploatare, cele mai impor-tante rezistenţe ale acestuia care se studiază sunt: rezistenţa la uzură, la smulgerea cuielor şi a şuruburilor în cazul îmbinărilor, durabilitatea lemnului în general şi rezistenţa la atacul ciupercilor xilofage în special, stabilitatea dimensională la uscare şi rezistenţa la atacul acizilor şi a bazelor.

Prelucrarea lemnului pe cale mecanică sau chimică necesită cunoaşterea rezistenţelor pe care le opune pătrunderii în masa sa a diferitelor obiecte tăietoare, la curbare precum şi proprietăţile papetare ale lemnului.

101


12.5.1. Rezistenţa lemnului la uzură

Rezistenţa la uzură este importantă în cazul pieselor din lemn supuse frecării: scări, duşumele, platforme de vagoane, etc. Prin uzură se înţelege fenomenul de roadere şi mărunţire a lemnului ca urmare a strivirii şi desprinderii fibrelor.

Secţiunile radiale sunt de 2-5 ori mai rezistente la uzură decât cele transversale şi de până la 2 ori mai rezistente decât cele tangenţiale. Printre speciile cele mai rezistente la uzură se numără salcâmul, nucul, stejarul, gorunul, frasinul şi carpenul, iar printre cele mai puţin rezistente se găsesc molidul, teiul, plopul şi pinul strob. Se poate observa din această clasificare legătura strânsă între densitatea şi, implicit, duritatea lemnului diferitelor specii şi rezistenţa sa la uzură.

Lemnul umed, în care microfibrilele de celuloză sunt distanţate unele de altele de peliculele de apă adsorbită, se uzează mai uşor datorită desprinderii mai uşoare a fibrelor.

Încercarea la uzură se face prin suflaj cu nisip ori folosind hârtie sau discuri abrazive, iar în final se determină modificarea dimensiunii sau a greutăţii epruvetelor.

12.5.2. Rezistenţa lemnului la smulgerea cuielor şi a şuruburilor

Această proprietate este deosebit de importantă pentru lemnul utilizat ca material de construcţii (şarpante, poduri), dar şi în cazul mobilierului îmbinat cu cuie şi şuruburi, a ambalajelor, a binalelor, etc.

Aceasta rezistenţă depinde de următorii numeroşi factori:

- densitatea lemnului: lemnul cu densitate mai mare are o capacitate mai ridicată de reţinere a cuielor şi şuruburilor;

- umiditatea lemnului: lemnul umed reţine momentan mai bine cuiele şi şuruburile, dar odată cu scăderea umidităţii în timp, situaţia se modifică; Cuiele bătute paralel cu fibrele într-un lemn verde se extrag mai uşor după ce trece o oarecare perioadă de timp şi mai greu imediat după ce au fost bătute. Cuiele bătute perpendicular pe fibre într-un lemn parţial uscat se scot mai greu dacă se extrag după câteva luni de la baterea lor şi mai uşor dacă se scot imediat. Cuiele şi şuruburile care ruginesc în lemn se smulg mai uşor.

- diametrul, forma secţiunii (circulară, pătratică) şi natura suprafeţei cuiului (netedă, striată);

- adâncimea de pătrundere în lemn a cuiului sau şurubului;

Forţa de smulgere a cuiului bătut perpendicular în lemnul uscat la aer se determină cu relaţia (empirică): P = 485 o

2,5 d l, [kgf]

iar forţa de smulgere a şurubului: P = 720 o2 d l, [kgf]

unde o – densitatea lemnului anhidru

d – diametrul cuiului

l – adâncimea de pătrundere în lemn

- poziţia de pătrundere a cuiului sau şurubului în raport cu structura lemnului: cuiele bătute paralel cu fibrele se smulg mai uşor decât cele bătute perpendicular pe fibre, iar cele bătute în direcţie radială se smulg mai uşor decât cele bătute tangenţial;

- rezistenţa lemnului la despicare, defectele lemnului, etc.;

102


Cuiele bătute în lemn se smulg mai uşor decât şuruburile, datorită rezistenţei suplimentare a lemnului la forfecare ce apare în zona filetului. Capacitatea de reţinere a cuielor şi şuruburilor variază relativ de la o specie la alta.

O situaţie aparte o constituie îmbinările lemnului cu adezivi, de la simple prelungiri sau alăturări de piese de cherestea pentru îmbunătăţirea dimensiunilor şi a rezistenţelor lemnului, până la aplicaţiile pe scară industrială (placaje rezultate din lipirea foilor de furnir, plăci de panel, plăci cu goluri din placaje şi aşchii ondulate, grinzi şi elemente compozite pentru construcţii, parchete stratificate, etc.)

Rezistenţa îmbinărilor cu adezivi se cercetează la tracţiune, despicare, forfecare, încovoiere, pe diferite direcţii, în funcţie de latura pe care s-a aplicat adezivul, depinzând foarte mult de tipul adezivilor.

12.5.3. Stabilitatea dimensională la uscare

Stabilitatea dimensională la uscare mai mare sau mai mică este dată de fenomenele de contragere şi umflare a lemnului şi depinde de direcţia fibrelor, prezenţa defectelor, etc. (vezi capitolul Proprietăţile fizice ale lemnului).

Lemnul cel mai stabil la uscare este cel cu structura anatomică fină: păr, cireş, tei.

12.5.4. Durabilitatea lemnului

Durabilitatea este însuşirea lemnului de a rezista în timp la acţiunea de distrugere a diferiţilor agenţi fizici, chimici şi biologici. Lemnul diferitelor specii are un grad diferit de durabilitate, în funcţie de structura anatomică caracteristică şi de compoziţia chimică (unele specii au capacitatea de absorbi săruri din pământ, altele conţin răşină, etc.). Mediul de utilizare a lemnului are o influenţă hotărâtoare asupra durabilităţii acestuia (tabelul 9). Astfel, mobila sau instrumentele muzicale se păstrează uscate în încăperi închise, pe când lemnul aşezat direct pe sol se degradează foarte repede. Unele specii (fag, anin, molid, brad) puţin durabile în aer se pot păstra timp îndelungat sub apă.

Cel mai nociv factor ce duce la degradarea lemnului în timp este acţiunea alternativă a uscăciunii şi umidităţii, a frigului şi a căldurii, care provoacă diminuarea proprietăţilor fizico – mecanice şi produc crăpături ce fac posibilă infectarea lemnului cu sporii ciupercilor xilofage.

În pământ, durabilitatea lemnului este dependentă de însuşirile solului. Astfel, lemnul se păstrează cel mai bine în soluri argiloase şi în nisipuri uscate. Piesele de lemn parţial îngropate se degradează cel mai repede în porţiunea situată deasupra solului, în imediata vecinătate, care este cea mai expusă variaţiilor de temperatură şi umiditate. Lemnul din galeriile de mină rezistă mai bine decât cel îngropat în sol.

În apă, datorită lipsei oxigenului necesar dezvoltării ciupercilor, lemnul rezistă mai mult timp. Sărurile marine însă produc o degradare rapidă a rezistenţelor mecanice ale lemnului.

103


Tabelul 9. Durabilitatea lemnului diferitelor specii în diverse condiţii de păstrare

SpeciaDurabilitatea (ani), în:

Aer liber

Aer liber sub şopron

Încăperi Uscăciune permanentă

Umiditate permanentă

Scufundat în apăAerisite Închise

Stejar 80 150 120 200 1800 700 500Ulm 40 70 100 180 1500 1000 300

Larice 60 120 90 150 1800 600 500Salcâm 40 100 - - - - 300Carpen - - - 30 1000 750 -

Pin 50 100 80 120 1000 500 400Molid 15 60 50 25 900 70 80Brad 10 50 45 20 900 60 60Nuc 50 70 - - - - 200

Frasin 40 80 20 3 900 60 10Fag 25 40 10 5 800 10 70

Arţar 5 15 10 5 1000 10 50Mesteacă

n8 20 5 3 500 10 40

Anin 15 20 5 2 400 800 30Plop 10 20 3 1 500 10 30

Salcie 5 10 5 4 600 20 15

S-a constatat că durabilitatea lemnului diferitelor specii scade odată cu micşorarea densităţii. În cazul răşinoaselor, conţinutul de răşină influenţează durabilitatea (pinul care are conţinutul cel mai ridicat de răşină este şi cel mai durabil dintre răşinoase).

În funcţie de vârstă, este mai durabil lemnul provenit din arbori de vârstă mijlocie decât cel provenit din arbori tineri sau bătrâni.

Speciile cu duramen sunt mult mai durabile, datorită prezenţei substanţelor de duramenificare şi a tilelor, care umplu lumenul celulelor după moartea acestora şi astupă căile de acces ale microorganismelor.

După durabilitatea lemnului lor, speciile forestiere se pot clasifica astfel:

- foarte durabile: stejar, castan, ulm, tisă, pin, salcâm, păr, cer;- mijlociu durabile: molid, brad, frasin, măr;- puţin durabile: paltin de munte, plop, mesteacăn, fag, anin, tei, platan, salcie,

carpen.

Dintre speciile autohtone, proprietăţile cele mai bune de durabilitate în diferite condiţii le prezintă stejarul dintre foioase şi pinul dintre răşinoase.

Din cele mai vechi timpuri se zice că lemnul este mai durabil dacă este tăiat iarna, când nu circula seva. Cercetările din epoca modernă au demonstrat că durabilitatea lemnului este aceeaşi, indiferent de epoca doborârii, dacă lemnul se usucă. Deosebirile semnalate în trecut se datorează utilizării lemnului în stare verde şi condiţiilor mai grele de păstrare în timpul verii.

Încercarea lemnului la durabilitate se face fie prin stabilirea pierderii de greutate, fie prin estimarea modificărilor rezistenţelor mecanice în timp, în urma atacului diferitelor ciuperci standard (Merulius lacrymans şi Stereum hirsutum – pentru foioase şi Coniophora cerebella, Merulius lacrymans şi Lentinus squamosus – pentru răşinoase).

104


12.5.5. Rezistenţa la atacul acizilor şi bazelor

Lemnul rezistă bine la acţiunea acizilor şi bazelor în concentraţii slabe. Rezistenţa bună a lemnului în medii slab alcaline este utilă pentru folosirea acestuia în industria textilă şi chimică, acolo unde alte materiale (fier, beton) sunt corodate. În medii acide lemnul este distrus dacă pH-ul coboară sub 2. Sărurile de sodiu, calciu şi potasiu duc la reducerea rezistenţelor mecanice ale lemnului, mai ales la tracţiune şi încovoiere statică.

Lemnul de foioase, în raport cu lemnul răşinoaselor, este mai puţin rezistent la acţiunea acizilor şi bazelor. Dintre speciile de răşinoase, rezistă cel mai bine lemnul de pin. Duramenul este mai rezistent decât alburnul.

12.5.6. Rezistenţa la tăiere cu cuţite

Această proprietate tehnologică a lemnului este foarte importantă pentru prelucrarea mecanică a lemnului prin tăiere plană sau prin derulare, pentru obţinerea foilor de furnir, sau în cazul finisării prin rindeluire. Această rezistenţă depinde de geometria tăişului, poziţia de atac a cuţitului asupra lemnului, gradul de ascuţire a cuţitului, viteza de tăiere, duritatea, structura anatomică, anizotropia şi umiditatea lemnului.

Cunoscând proprietatea lemnului prin care rezistenţa specifică la aşchiere se micşorează atunci când este în stare umedă şi încălzit, se poate spori randamentul cantitativ, dar mai ales calitativ, al prelucrării lemnului prin tăiere plană şi derulare. De aceea, înainte de prelucrare, buştenii sunt încălziţi prin imersie în bazine cu apă caldă.

12.5.7. Curbarea

Curbarea lemnului este o proprietate tehnologică importantă pentru realizarea unor sortimente de mobilă şi ambarcaţiuni sau a obezilor. Pentru a se determina raza minimă de curbură, până la apariţia de crăpături sau rupturi ale fibrelor, se folosesc epruvete cu secţiunea de 25x25 sau 30x10 mm, care sunt încercate pe şabloane de formă cilindrică cu raza descrescătoare (din 25 în 25 mm, pornind de la 500 mm). Încercarea la curbare se face pe direcţie tangenţială faţă de inelele anuale.

Dintre speciile cu proprietăţi bune de curbare se remarcă: frasinul, castanul porcesc, salcâmul, fagul, stejarul, paltinul de munte, ulmul. Dintre speciile de răşinoase, bradul are proprietăţi remarcabile (raza minimă de curbură 160-250 mm), iar molidul este inapt pentru curbare (raza minimă peste 500 mm).

12.5.8. Proprietăţile papetiere

Proprietăţile papetiere (papetare) ale lemnului cele mai importante sunt lungimea fibrelor şi randamentul în fibre. În industria celulozei şi hârtiei se preferă fibrele lungi, mai ales la speciile care au elemente anatomice mai scurte (foioase). Lungimea fibrelor creşte de la lemnul timpuriu la cel târziu. Fibrele sunt mai scurte, în raport cu lungimea normală, în lemnul de compresiune de la răşinoase şi mai lungi în lemnul de tracţiune de la foioase.

Determinarea lungimii fibrelor devine posibilă prin proiectarea lor pe un ecran, după ce acestea sunt în prealabil separate pe cale chimică.

105


Randamentul în fibre reprezintă raportul dintre masa anhidră a fibrelor, după ce s-au separat ligninele şi hemicelulozele, şi masa anhidră iniţială. Valoarea rezultată depinde de procedeul chimic de separare.

Lemnul juvenil are un randament în fibre mai redus cu 5-10% în raport cu lemnul adult. Prezenţa lemnului de reacţie reduce randamentul în fibre. Arborii bătrâni au un randament în fibre mai mic, datorită ponderii mai mari a substanţelor de duramenificare.


1. Cum se clasifică lemnul brut?

2. Care sunt diferenţele dintre sortarea silvică şi cea industrială?

3. Ce se înţelege prin bile şi manele?

4. Ce produse se obţin prin fasonare sau prelucrare primară?

5. Prin ce procedee se poate realiza prelucrarea chimică a lemnului?

6. Ce utilizări are cărbunele de lemn obţinut prin piroliză?

7. Care sunt utilizările lemnului care solicită rezistenţe mai mari la uzură?

8. Care sunt factorii de care depinde rezistenţa lemnului la smulgerea cuielor şi a şuruburilor?

9. Care sunt aplicaţiile industriale ale rezistenţei îmbinărilor lemnului cu adezivi?

10. Cum se determină durabilitatea lemnului?

11. Ce specii rezistă bine la atacul acizilor şi a bazelor şi ce utilizări atrage această rezistenţă?

12. Ce factori influenţează rezistenţa lemnului la tăierea cu cuţite?

13. Ce specii au proprietăţi bune de curbare?

14. Ce se înţelege prin randamentul în fibre?

106


LECŢIA 13

CONSERVAREA ŞI AMELIORAREA LEMNULUI

13.1. Conservarea lemnului

Proprietatea lemnului de a avea o durabilitate redusă şi variabilă în funcţie de condiţiile de păstrare face necesară luarea de măsuri şi aplicarea unor tratamente adecvate în scopul conservării acestuia în timp.

13.1.1. Conservarea lemnului pe cale umedă

Lemnul unor specii de foioase (fag, mesteacăn, anin, paltin, tei, plop, salcie) în stare verde şi depozitat necorespunzător în timpul verii este supus crăpării sau încingerii sau răscoacerii. Încingerea este faza iniţială a degradării lemnului, care se manifestă prin schimbarea culorii acestuia, acompaniată de un proces biochimic de fermentaţie, fără a se reduce însă proprietăţile mecanice. Răscoacerea este faza următoare, ce apare atunci când volumul porilor este ocupat în proporţie de cel puţin 20% cu aer, iar umiditatea s-a micşorat creându-se condiţii favorabile dezvoltării ciupercilor xilofage.

Degradările produse de ciupercile xilofage pot fi prevenite prin uscarea rapidă la o umiditate sub 25%, dar prin uscare rapidă lemnul crapă. De aceea este preferabil să se menţină o cantitate mare de apă în lemn care face imposibilă viaţa ciupercilor datorită lipsei de oxigen. Menţinerea unei cantităţi mari de apă în lemn pe timpul verii se poate realiza prin diverse procedee, după cum urmează:

Conservarea lemnului prin imersie totală în apă este cel mai vechi procedeu de conservare pe cale umedă, cel mai simplu şi cel mai eficient. Se pot folosi luciile de apă naturale sau se construiesc bazine de 3 – 5 m adâncime şi late se 12 – 24 m (0,5 – 0,7 m3

buşteni la 1m3 bazin). Apa din bazine se primeneşte odată la 15 – 30 zile.

Conservarea lemnului prin stropire cu apă foloseşte reţele de conducte amplasate deasupra stivelor de buşteni. Apa trebuie să ude toate părţile buştenilor, de aceea este preferabilă o stropire combinată de sus, de jos şi laterală. Stropirile se execută în perioada martie – octombrie, în timpul zilei, la circa 2 ore, fiind necesar un volum de 0,5 m 3 apă / m3 buşteni / zi. Apa utilizată este reţinută în proporţie de 5 % pe suprafaţa buştenilor, 30 % se consumă pentru umezirea aerului şi a terenului şi 65 % se scurge. Acest excedent poate fi colectat şi refolosit.

Conservarea cu rumeguş umed se bazează pe acoperirea capetelor buştenilor cu rumeguş bine compactat şi menţinut umed prin udare periodică, la 3 – 4 zile, astfel încât apă să pătrundă în întreaga masă a lui, altfel putrezeşte şi infectează buştenii. Procedeul are avantajul unui consum mai mic de apă, dar necesită stivuirea compactă, pe categorii de lungime a buştenilor şi ridică probleme evacuarea rumeguşului după dezafectarea stivelor.

Conservarea cu paste se bazează pe păstrarea apei în lemn şi împiedicare pătrunderii aerului şi a dezvoltării ciupercilor prin aplicarea pe capetele buştenilor, peste noduri şi în porţiunile laterale unde coaja lipseşte, a unor substanţe de natură diferită:

107


- paste calde realizate pe bază de bitum, păcură, parafină sau gudron de lemn, uneori cu adaos de creozot sau de fenoli;

- paste reci (emulsii) realizate pe bază de gudron sau păcură, în amestec cu argilă.

O pastă bună aderă bine la lemn, formează o peliculă izolatoare pentru apa din lemn, se aplică uşor, se topeşte greu, nu se scurge şi este ieftină. Consumul specific este de 2 kg/m 3

la pastele calde şi 3 kg/m3 la pastele reci. Ca măsură suplimentară se practică umbrirea buştenilor sau văruirea porţiunilor de buşteni acoperite cu pastă pentru a preveni topirea şi scurgerea pastelor sub acţiunea razelor solare.

Totuşi eficacitatea acestui procedeu este mai redusă întrucât varul este spălat de ploi, pastele se scurg, coaja se poate desprinde de buştean şi poate apărea răscoacerea la capete.

13.1.2. Conservarea lemnului cu substanţe chimice

Prevenirea degradării lemnului de către bacterii, ciuperci şi insecte se face cu ajutorul substanţelor chimice antiseptice (fungicide şi insecticide). Aceste substanţe trebuie să prezinte o toxicitate ridicată pentru agenţii patogeni, să nu afecteze negativ proprietăţile fizice şi mecanice ale lemnului, să aibă remanenţă în timp, să nu mărească inflamabilitatea lemnului, să fie ieftine şi să nu pericliteze sănătatea oamenilor şi a animalelor care vin în contact cu acestea. Principalele substanţe antiseptice utilizate pentru conservarea lemnului sunt:

- de natură organică: uleiuri de creozot, carbolineum, pentaclorfenol, dinitrofenol;

- de natură anorganică: florura de sodiu, clorura de zinc, clorura mercurică, sulfatul de cupru.

Conservarea lemnului cu diferite substanţe ce-i pot mări durabilitatea se poate realiza prin:

A. Tratamente de suprafaţă ce se aplică lemnului supus degradării într-o măsură relativ mică. Se poate realiza fie numai izolarea lemnului cu o substanţă fără acţiune antiseptică, fie protecţia cu substanţe antiseptice. În primul caz se folosesc substanţe hidrofuge (ulei de in, ceară, răşini, parafină, lacuri) care se aplică pentru acoperirea suprafeţelor sortimentelor prelucrate din construcţii (uşi, ferestre, căpriori), care nu vin direct în contact cu pământul. În al doilea caz se folosesc gudroane, ulei de creozot, carbolineum, care realizează o protecţie limitată contra infestării cu agenţi patogeni întrucât orice crăpătură sau degradare mecanică a stratului superficial antiseptizat permite infestarea lemnului tratat.

Substanţele antiseptice se aplică prin pensulare sau stropire şi pătrund în lemn pe direcţie longitudinală şi radială. Lemnul astfel tratat trebuie să fie sănătos şi cu umiditatea sub 30%.

B. Conservarea prin impregnare se bazează pe introducerea substanţelor antiseptice în masa lemnului prin absorbţie capilară (impregnare prin imersie), prin aplicarea unei presiuni (impregnare sub presiune) sau prin difuziune în masa lemnului ca urmare a diferenţelor de presiune osmotică.

Impregnarea prin imersie poate fi o simplă dezinfectare, prin scufundarea numai pentru 5 – 15 minute a lemnului într-o soluţie antiseptică, astfel ca aceasta să poată pătrunde bine în toate crăpăturile existente.

Procedeul se poate aplica la cald sau la rece şi este superior tratării lemnului prin stropire. Pătrunderea substanţelor antiseptice este cu atât mai profundă cu cât durata impregnării este mai mare şi temperatura mai ridicată. Procedeul este folosit la impregnarea stâlpilor pentru linii electrice aeriene şi a traverselor de cale ferată cu clorură mercurică,

108


fluorură de sodiu, clorură de zinc, pentaclorfenol. Impregnarea se realizează în bazine de beton întrucât clorura mercurică (sublimatul de mercur corodează metalele) şi la întuneric (sarea se descompune sub influenţa luminii).

Un procedeu superior de impregnare prin imersie este cel al băilor duble, calde şi reci, caracterizat prin trecerea materialului dintr-o baie caldă într-una mai rece, realizându-se astfel un vacuum parţial în celule, absorbţia antisepticului devenind mai eficientă.

Impregnarea prin vacuum – presiune este metoda cea mai utilizată pentru impregnarea stâlpilor, traverselor şi a grinzilor de lemn pentru că asigură pătrunderea controlată a soluţiilor antiseptice în masa lemnului.

Lemnul se introduce într-un cilindru închis ermetic în care se realizează o stare de vacuum (600 mmHg) după care se introduce soluţia de impregnare la temperaturi de 60 – 100 oC şi presiunea de 7 – 10 atm. Procedeul necesită cantităţi mari de soluţie, fapt pentru care se recomandă folosirea unei variante mai economice, aceea a absorbţiei limitate (Rűpping). Această variantă se bazează pe reducerea la 0 a presiunii după 30 – 40 minute, colectarea excesului de soluţie şi crearea unui vacuum final de impregnare. În urma aplicării acestui procedeu cavităţile celulelor rămân goale, se impregnează numai pereţii celulari.

Impregnarea prin osmoză se bazează pe diferenţa de presiune osmotică ce apare între lemn şi o pastă aplicată pe suprafaţa acestuia sau introdusă în masa acestuia. Pătrunderea antisepticului se realizează prin difuziune în 3 – 4 luni, după aplicarea lui pe suprafaţa buşteanului cojit.

O variantă a impregnării prin osmoză este impregnarea prin injectare (procedeul „cobra”), aplicat stâlpilor pentru linii electrice aeriene ce se îngroapă în pământ: stâlpul se înţeapă cu un ac tubular pe o adâncime de 6–7 cm prin care se introduce soluţia antiseptică. Aceasta difuzează în contact cu apa din lemn (4-6 luni) pe baza diferenţei de presiune osmotică şi astfel se poate mări durabilitatea stâlpilor cu 8–10 ani. Se pot practica găuri cu diametru de 20 mm, dar trebuie acoperite cu gudron.

Impregnarea pe cale biologică constă în introducerea substanţelor antiseptice în arborele viu sau în arborii proaspăt doborâţi (a căror coroană este încă verde) prin forţa de sugere a coroanelor.

Arborii se inelează aproape de colet, pe o lăţime de 30 – 50 cm, se execută cu burghiul câteva orificii în lemn, pe grosimea alburnului în care se introduc conductele de alimentare cu soluţie, legate de un rezervor. Soluţiile antiseptice pătrund în arbore, sunt antrenate de sevă şi răspândite în masa lemnului. Acestea trebuie să fie limpezi pentru a putea trece prin punctuaţiunile şi membranele semipermeabile ale celulelor. În 2 –3 zile lemnul întregului arbore este impregnat şi se întrerupe alimentarea cu substanţă toxică. Arborele se cojeşte pe 3 – 6 m înălţime şi se lasă circa 2 luni pentru a se usca în picioare.

Impregnarea prin înlocuirea sevei („boucherie”) se bazează pe aplicarea unei capote de impregnare pe capătul gros al buşteanului, fixată etanş, conectată la o conductă prin care soluţia se impregnare ajunge sub presiune (fie prin cădere liberă dintr-un rezervor situat la 10 – 15 m înălţime, fie prin pompare mecanică).

Durata impregnării este variabilă în funcţie de lungimea buşteanului şi presiunea de pompare. Soluţia pătrunde în lemn cu viteza de 0,2 m/h la presiunea de 1 atm. Procedeul se aplică la buştenii fasonaţi în stare verde (cel mult 15 zile de la doborâre) şi prezintă avantajul impregnării pe toată zona de alburn şi duramen a speciilor greu impregnabile şi utilizării imediate a materialului impregnat, chiar înainte de uscare.

C. Conservarea prin gazare se face pentru combaterea insectelor deja instalate. Gazarea se poate face cu aer fierbinte sau cu gaze toxice. Prin tratare cu aer fierbinte (peste 55

109


oC) timp de 6 – 10 ore sunt distruse ouăle, larvele şi adulţii insectelor, dar lemnul rămâne neprotejat faţă de alte atacuri. Dacă tratamentul se face cu gaze toxice, insectele vor evita un timp lemnul gazat.

13.1.3. Uscarea lemnului

Uscarea lemnului este procesul de îndepărtare a apei din lemn până la atingerea umidităţii corespunzătoare produsului şi condiţiilor de mediu în care se foloseşte acesta (umiditatea de exploatare: 5-7% pentru piese de avioane şi instrumente muzicale, 8-10% pentru mobilă şi obiecte de interior, 11-13% pentru ferestre şi uşi, 13-15% pentru lemnul folosit în aer liber, 15-18% pentru lăzi de ambalaj şi butoaie. Prin uscare se evită într-o oarecare măsură alterarea lemnului şi instalarea insectelor (există totuşi insecte care preferă lemnul uscat), se asigură stabilitatea formei şi dimensională a pieselor, se măresc rezistenţele mecanice, se micşorează densitatea aparentă ( se reduc cheltuielile de transport şi manipulare), se măreşte puterea calorică a lemnului. Lemnul uscat se finisează şi se impregnează mai bine.

Uscarea se poate realiza în aer liber sau pe cale artificială, în instalaţii de reglare a temperaturii şi umidităţii aerului, folosind diferite procedee fizico – chimice (piesele se tratează cu clorură de sodiu sau uree care, fiind higroscopice, absorb apa din lemn), prin procedee mecanice (centrifugare pentru îndepărtarea apei libere), electrice (încălzirea lemnului cu curent continuu, alternativ sau de înaltă frecvenţă).

Uscarea în aer liber se poate face până la atingerea umidităţii de echilibru higroscopic cu aerul (12 – 15%). Se deosebeşte un sezon activ pentru uscarea lemnului la aer, în aprilie – octombrie şi un sezon inactiv, în restul anului. Lemnul se stivuieşte în mod corespunzător, pentru a se asigura o circulaţie bună a aerului în stivă, altfel uscarea este încetinită. Acest procedeu este ieftin, dar necesită suprafeţe mari pentru stivuirea materialului şi o durată mare pentru uscare. De asemenea, supus acţiunii variaţiilor factorilor climatici, materialul se poate degrada.

Uscarea artificială este caracterizată prin faptul că parametrii temperatură şi umiditate a aerului şi a lemnului sunt dirijaţi cu ajutorul instalaţiilor de încălzire şi ventilaţie. În camerele de uscare circulaţia aerului poate fi naturală (aerul încălzit se ridică şi apoi coboară răcit) sau se poate asigura şi prin ventilaţie mecanică. Pentru încălzirea aerului în camerele de uscare se folosesc calorifere sau conducte cu apă caldă sau abur.

Uscarea cu ajutorul curenţilor de înaltă frecvenţă se realizează prin aşezarea lemnului între doi electrozi, conectaţi la un generator de 3 – 15 milioane volţi. Spre deosebire de uscarea artificială cu aer, încălzirea lemnului începe de la mijloc. Durata de uscare în aceste instalaţii este foarte scurtă.

Mersul uscării în instalaţiile de uscare artificială a lemnului se urmăreşte după diagrame caracteristice fiecărui uscător. Dacă uscarea este prea rapidă, în masa lemnului pot să apară crăpături, mai ales pe direcţie radială, sau poate să apară fenomenul de colaps al celulelor lemnoase.

Lemnele cu densitate mică se usucă mai repede. Viteza de uscare depinde şi de lăţimea inelului anual. Foioasele cu distribuţia porilor inelară, ce au inele anuale late, se usucă mai greu, deoarece au o densitate mai mare. Repartiţia umidităţii în lemn este importantă întrucât diferenţele mari de umiditate între diferitele zone din lemn favorizează apariţia tensiunilor interne şi, în final, a crăpăturilor. Defectele structurii anatomice favorizează şi ele degradarea lemnului la uscare.

110


13.2. Ignifugarea lemnului

Lemnul este un material inflamabil datorită compoziţiei sale chimice, caracterizat prin proprietatea de a se aprinde şi de a se descompune în prezenţa oxigenului. Încălzirea până la temperaturi de 150 oC duce la eliminarea apei din lemn. Între 150 – 240 oC începe descompunerea chimică a lemnului, cu formare de gaze (hidrogen, metan, etan). Între 215 – 250 oC se găseşte punctul de inflamabilitate, la care are loc aprinderea gazelor formate, dar numai în prezenţa oxigenului din aer şi a unei flăcări. La 260 – 290 oC lemnul se găseşte la punctul de ardere, gazele ard cu flacără continuă şi cu viteză mare, propagând focul. În lipsa oxigenului lemnul se autoaprinde dacă se depăşeşte o anumită temperatură. Punctul de autoaprindere este variabil pentru diferite specii, fiind cuprins între 330 – 470 oC. În absenţa oxigenului, lemnul aflat la temperaturi mari (peste 360 oC) se descompune lent (distilare uscată).

Lemnul mai puţin dens (mai poros şi cu o suprafaţă mai mare de contact cu aerul) este mai inflamabil şi arde cu viteză mai mare. De asemenea lemnul mai mărunt se aprinde şi arde mai repede. Piesele groase au o conductivitate termică mică, acumulează căldură, se carbonizează la suprafaţă, dar focul nu este propagat rapid spre interior. Stratul de cărbune format la exteriorul pieselor din lemn, având conductibilitate termică redusă, apără zonele centrale ale pieselor mai groase. Din această cauză, construcţiile din lemn prezintă o stabilitate mai mare la foc şi rareori au loc prăbuşiri neaşteptate (piatra şi cărămida se încălzesc şi crapă, iar metalele se dilată).

Pentru protejarea lemnului împotriva focului trebuie evitată îndeplinirea simultană a următoarelor condiţii: încălzirea la temperaturi ridicate şi contactul cu aerul. Protecţia lemnului împotriva focului se realizează cu substanţe ignifuge care pot acţiona în diferite moduri:

- prin izolare fizică: cu substanţe (amestecuri fluide) care după uscare formează un înveliş protector solid, care nu arde şi care împiedică pătrunderea oxigenului (tencuieli cu ciment, var, cretă, cenuşă, talc, argilă); cu substanţe care se topesc la căldură şi formează un strat continuu izolant (borax, clorura de calciu). Boraxul se transformă într-un înveliş sticlos necoroziv la suprafaţa lemnului. El are totodată şi însuşiri antiseptice şi se aplică prin impregnare. Clorura de calciu pierde apa de cristalizare prin ardere şi produce o carbonizare superficială a lemnului, dar este uşor spălată de apă.

- izolare prin formare de straturi termoizolante: silicatul de sodiu şi cel de potasiu formează pelicule spumoase la suprafaţa lemnului sub acţiunea căldurii şi se folosesc pentru tratamente de suprafaţă sub formă de soluţii apoase. Sunt ieftine, dar nu sunt stabile la acţiunea CO2 din aer şi se spală uşor;

- prin generare de gaze inerte care împiedică accesul oxigenului la suprafaţa lemnului: fosfaţii de amoniu pun în libertate în timpul arderii amoniac şi acid fosforic care îmbracă lemnul cu o peliculă de protecţie şi sting complet flacăra. Ca dezavantaj, favorizează dezvoltarea ciupercilor xilofage, de aceea se recomandă amestecarea lor cu fungicide;

- prin carbonizarea suprafeţei lemnului: clorura de aluminiu provoacă o carbonizare superficială a lemnului prin punerea în libertate a acidului clorhidric sub acţiunea căldurii. Tot din această categorie face parte şi carbonatul de potasiu, cunoscut ca ignifug de peste 250 de ani, care se aplică prin tratamente de suprafaţă.

111


Pentru ignifugarea lemnului se folosesc tratamente de suprafaţă (pensulare sau şpriţuire) sau procedee de impregnare, identice cu cele folosite la conservarea lemnului cu substanţe antiseptice.

Încercarea eficienţei substanţelor ignifuge se face prin măsurarea vitezei de propagare a flăcării, a pierderii de greutate a lemnului sau a temperaturii dezvoltate în urma ignifugării, în raport cu o probă martor.

13.3. Procedee de ameliorare a lemnului

Lemnul, în afara calităţilor sale (densitate mică, rezistenţă mare la coroziune, aspect frumos, conductibilitate termică redusă) datorită eterogenităţii sale, prezintă însuşiri care îi restrâng aria de utilizare: o mare variabilitate a proprietăţilor sale, valori mici ale unor rezistenţe mecanice (la forfecare, la despicare, la uzură), higroscopicitate mare, durabilitate redusă, inflamabilitate. Prin ameliorare se urmăreşte îmbunătăţirea acestor proprietăţi, produsele obţinute purtând denumirea generică de lemn ameliorat. Procedeele de ameliorare sunt de natură fizică, mecanică sau chimică, însă acestea nu modifică substanţial structura lemnului.

13.3.1. Ameliorarea pe cale termică a lemnului se realizează prin următoarele procedee:

Aburirea conduce la spălarea şi desevarea parţială şi superficială a lemnului. Cele mai bune rezultate se obţin dacă lemnul este verde sau umed. Lemnul aburit îşi reduce higroscopicitatea (se reduc contragerea şi umflarea), îşi măreşte densitatea şi rezistenţele mecanice. Duritatea scade şi uzura creşte, dar suprafeţele obţinute după finisare sunt mai netede. Lemnul este sterilizat şi insectele xilofage sunt distruse. Prin aburire are loc o colorare în profunzime a lemnului: fagul devine roşu – brun, cireşul şi părul roşiatic, iar nucul şi stejarul capătă culori închise.

Tratarea cu gaze calde (oxigen, hidrogen) reduce higroscopicitatea lemnului şi densitatea sa aparentă, lemnul capătă o culoare brună şi devine mai fragil.

Torefacţia este un procedeu de ameliorare a lemnului prin încălzirea acestuia în lipsa oxigenului la temperaturi de 200 – 280 oC, la care are loc eliminarea de gaze (oxigen, bioxid de carbon, vapori de apă, acid acetic, metanol). Lemnul torefiat este mai rezistent la atacurile de ciuperci, prezintă umflare şi contragere mai redusă şi putere calorică mai mare.

13.3.2. Ameliorarea pe cale chimică a lemnului se realizează cu diferite substanţe care duc în final la modificarea unor proprietăţi importante ale sale. Tratarea lemnului cu substanţe chimice se face prin diverse procedee care depind de natura substanţei chimice utilizate.

Acetilarea se aplică lemnului destinat producerii de furnire prin tratarea cu vapori de piridină şi anhidridă acetică. Lemnul acetilat prezintă culori închise, rezistenţe mecanice sporite şi este mai rezistent la atacurile agenţilor biologici.

Vulcanizarea lemnului se face prin introducerea lui în sulf topit, după ce în prealabil s-a realizat dezaerarea materialului în vid. Lemnul vulcanizat prezintă a densitate de cca 1g/cm3, o duritate de 4-5 ori mai mare, umflare şi contragere reduse.

Silicifierea lemnului se face prin tratarea acestuia cu silicat de potasiu (sticlă lichidă potasică) la presiuni ridicate şi temperaturi de 140 – 200 oC. Cresc astfel densitatea,

112


rezistenţele mecanice şi rezistenţa la atacuri agenţilor patologici şi scade higroscopicitatea.

Metalizarea lemnului se face prin îmbăierea acestuia în autoclave încălzite, vidate, ce conţin aliaje de metale cu temperatură de topire redusă (staniu, cadmiu, plumb, stibiu, bismut). Lemnul metalizat are o higroscopicitate şi duritate redusă. El are capacitatea să absoarbă uleiuri minerale (până la 3% din masa lui) ceea ce asigură autoungerea în cazul utilizării lui pentru confecţionarea de cuzineţi şi bucşe pentru lagăre.

Impregnarea lemnului în scopul ameliorării calităţilor sale se poate face utilizând diverse substanţe: uleiuri minerale (piese supuse frecării), parafină, ceruri (utilizări în electrotehnică) răşini sintetice-bachelita (utilizări în industria chimică şi electrotehnică)

13.3.3. Ameliorarea prin electrodializă se bazează pe introducerea lemnului într-o baie cu apă distilată la curent continuu de 500 – 700 V. Prin acest procedeu se îndepărtează rapid substanţele extractibile din lemn, scade higroscopicitatea şi densitatea. Este un procedeu relativ rar folosit.

13.3.4. Ameliorarea prin densificare este o cale de îmbunătăţire a proprietăţilor fizico-mecanice prin presare simplă sau combinată cu tratamente termice sau impregnare. Prin presare mecanică unidirecţională, bidirecţională sau multidirecţională, lemnul ajunge la o densitate de cca. 1g/cm3. Lemnul densificat prin presare pe bidirecţională se numeşte ligoston.

13.3.5. Ameliorarea prin stratificare se bazează pe debitarea sau derularea lemnului în foi subţiri (furnire tehnice) care sunt apoi asamblate cu substanţe adezive (albumină, caseină, răşini sintetice) prin presare. Produsele obţinute poartă denumirea generică de lemn stratificat. Între foile de furnir se poate pune un miez din alte materiale de construcţie. Straturi de furnir pot fi aşezate în diverse moduri: cu fibrele paralele, perpendiculare sau sub diverse unghiuri.

- Placajele sunt compuse dintr-un număr variabil de straturi suprapuse, încleiate şi presate, direcţiile fibrelor din straturile alăturate fiind perpendiculare sau formând un unghi oarecare. Se cunosc o mare diversitate de placaje: obişnuite (de uz general), impregnate, decorative, blindate (cu foi de aluminiu, plumb sau oţel), armate. Un tip special de placaj este xilotectul care are feţele din foi de azbest aşezate peste furnir şi este folosit pentru pereţi de bucătării, instalaţii frigorifice, vagoane, instalaţii de laborator.

- Lemnul lamelat are toate straturi suprapuse cu direcţia fibrelor paralelă sau, la fiecare al cincilea strat se aşează un strat cu direcţia fibrelor perpendiculară. Lemnul lamelat se foloseşte pentru paturi de armă, construcţii aeronautice, ambarcaţiuni, etc. lemnul lamelat densificat, obţinut prin stratificare, densificare şi impregnare se numeşte lignofol şi prezintă calităţi de rezistenţă mecanică superioare.

- Panelul se obţine prin aşezarea între două foi de furnir, pe direcţie perpendiculară a unor rigle sau a unui material aglomerat din lemn şi se foloseşte pentru mobilă, construcţii, vagoane.

- Plăcile celulare din lemn se obţin după principiul constructiv al panelului, dar materialul dintre foile de furnir prezintă goluri. Acestea sunt utilizate mai ales ca material izolant în construcţii.

13.3.6. Ameliorarea prin aşchiere şi reasociere în plăci. Se folosesc aşchii din lemn de diferite forme şi mărimi, care se pot combina cu diferite resturi vegetale sau minerale (coajă, paie, turbă, puzderii de in şi cânepă, fibre de azbest, deşeuri textile. Acestea sunt

113


aglomerate prin folosirea de lianţi minerali (ciment, ipsos, silicaţi) sau organici (bitum, colagen, răşini sintetice, caseină, albumină). Plăcile din aşchii de lemn (PAL) pot fi uşoare sau grele în funcţie de densitatea lor şi au o gamă largă de utilizări. Industria de prelucrare a lemnului confecţionează şi plăci din lână (talaş) de lemn, folosite pentru absorbţia sunetelor şi ca material neportant în construcţii, precum şi plăci din rumeguş aglomerat, care necesită cantităţi mari de adezivi.

13.3.7. Ameliorarea prin defibrare şi reasociere în plăci este un procedeu care permite eliminarea porţiunilor de lemn cu defecte şi valorificarea deşeurilor de lemn. Fibrele, după separarea lor se împâslesc şi se încleiază cu adezivi, în care se introduc substanţe ignifuge şi antiseptice. Plăcile din fibre de lemn (PFL) mai poroase sunt bune izolatoare termice şi fonice, iar cele dure prezintă rezistenţe mecanice mari şi se folosesc în industria mobilei şi în construcţii.


1. Pe ce principiu se bazează conservarea lemnului pe cale umedă?

2. Prin ce metode se pot impregna substanţele antiseptice în lemn?

3. Ce avantaje are uscarea lemnului?

4. Care sunt modurile de acţiune a substanţelor ignifuge?

5. Prin ce metode se ameliorează lemnul pe cale chimică?

6. Ce produse se obţin prin stratificarea lemnului?

114


LECŢIA 14

VARIABILITATEA LEMNULUI

14.1. Variabilitatea lemnului şi consecinţele acesteia

Din punct de vedere chimic, lemnul speciilor temperate are aproximativ aceeaşi compoziţie chimică elementară, fiind alcătuit din aceleaşi elemente chimice şi în aceleaşi proporţii. Sursa variabilităţii lemnului din punct de vedere al compoziţiei elementare stă în modul de asociere a acestor elemente în formarea constituenţilor principali şi secundari ai lemnului. În continuare, modul de grupare şi aranjare în celulele lemnoase, dimensiunile celulelor şi gruparea acestora în ţesuturi duc la structuri anatomice diferite, proprii fiecărei specii.

În cadrul speciei însă, dimensiunile elementelor anatomice sunt puternic influenţate de condiţiile staţionale de dezvoltare a fiecărei populaţii sau chiar individ în parte, rezultând modificări ale structurii anatomice care definesc diferitele provenienţe din cadrul speciei.

Această variabilitate se repercutează asupra proprietăţilor fizice, mecanice şi tehnologice ale lemnului: densitate, rezistenţe mecanice, deformaţii la debitare sau uscare, aptitudine pentru derulaj etc. Adesea variaţia este chiar de la simplu la dublu sau mai mare, ceea ce demonstrează necesitatea cunoaşterii legilor variabilităţii lemnului în cadrul speciilor, între specii şi în arbore.

Din cercetările efectuate până în prezent se poate trage concluzia că aproape întotdeauna legea de distribuţie a valorilor ce caracterizează proprietăţile lemnului este apropiată de legea normală (distribuţia Gauss), iar mărimea variabilităţii măsurată prin coeficientul de variaţie este relativ stabilă pentru o specie forestieră dată.

Diferenţele în ceea ce priveşte structura şi proprietăţile lemnului diverselor specii sunt relativ bine cunoscute. în schimb, variabilitatea structurii şi a proprietăţilor lemnului în cadrul aceleiaşi specii este mai puţin cunoscută, cu toate că în interiorul unei specii variabilitatea este câteodată la fel de importantă ca cea între specii (sau chiar mai importantă).

Principalii factori ai variabilităţii sunt factorii externi, de mediu (sol, apă, concurenţă etc.) şi factorii interni, genetici. Aceştia influenţează zona cambială şi determină variaţia structurii şi proprietăţilor lemnului, precum şi calitatea acestuia.

Obiectul studiilor de variabilitate a lemnului îl constituie proprietăţile de bază ale lemnului: densitatea, contragerea, unghiul fibrei, culoarea, lungimea fibrei, randamentul în fibre, conţinutul în substanţe extractibile, deformaţiile de creştere (maturaţie), structura anatomică, lemnul de reacţie etc.

Tehnicile de studiu a variabilităţii folosesc eşanţionaje pe scară largă si nondistructive dacă este posibil. Este necesar ca proprietăţile studiate să fie bine legate de proprietăţile tehnologice ale lemnului. Metodologia de clasificare a rezultatelor măsurătorilor şi de calcul statistic trebuie aleasă cu mare grijă. Tehnica de studiu a variabilităţii lemnului trebuie astfel aleasă încât să permită în final stabilirea de strategii silviculturale (elagaje, tratamente) pentru producerea unei anumite calităţi a lemnului.

115


Existenţa variabilităţii lemnului are următoarele consecinţe:

- pentru cercetător - prudenţă la utilizarea valorilor medii pentru diferite proprietăţi ale lemnului, care sunt date în diverse lucrări ştiinţifice; se vor prefera valorile însoţite de parametri ai dispersiei şi indicaţii asupra eşantionajului;

- pentru silvicultor - alegerea mediului, tipului de silvicultură şi a compoziţiei genetice a viitorului arboret este bine să se facă după un studiu adecvat, privind efectele fiecăruia asupra calităţii lemnului;

- pentru utilizatorul materialului lemnos - acordarea unei atenţii sporite la diametrul şi vârsta arborilor, originea genetică şi silvicolă a arboretelor, precum şi la regiunile din care se face aprovizionarea cu lemn.

Variabilitatea lemnului este legată de calitatea acestuia. Noţiunea de calitate a lemnului are mai multe sensuri:

- un sens strict legat de prezenţa defectelor; clasele de calitate a sortimentelor lemnoase se stabilesc în funcţie de tipul, frecvenţa, gravitatea şi poziţia defectelor;

- un sens larg care ia în considerare însuşirile totale ale lemnului şi aptitudinile acestuia pentru o anumită valorificare economică; acest sens al calităţii lemnului ţine seama şi de variabilitatea acestuia.

14.2. Variabilitatea în arbore şi lemnul juvenil

Uneori în arbore se poate întâlni o variabilitate la fel de mare ca cea întâlnită în cadrul speciei. Sunt două surse (efecte) principale ale variabilităţii lemnului în arbore:

- variaţia lăţimii inelelor anuale;

- variaţia vârstei inelului anual, definită prin numărul de formaţiuni anuale ce îl despart de măduvă; de exemplu, un inel anual de 10 ani în raport cu măduva într-un arbore de 100 ani va fi un inel format de cambiu acum 90 de ani, dacă este considerat aproape de sol, sau un inel anual format recent, dacă secţiunea se face aproape de vârf.

De la colet spre vârf, inelele anuale situate în apropierea măduvei prezintă caracteristici particulare în raport cu inelele mai "în vârstă", situate mai departe de aceasta. Ansamblul inelelor anuale situate în apropierea măduvei formează lemnul juvenil sau inima lemnului.

Modalitatea principală pentru definirea limitelor lemnului juvenil constă în studiul evoluţiei proprietăţilor lemnului în funcţie de vârsta inelului anual în raport cu măduva. Pentru aceasta se iau în considerare proprietăţi ale lemnului mai puţin sensibile la efectul variaţiei lăţimii inelului anual sau se elimină această variaţie printr-un tratament statistic adecvat al datelor. Inelele juvenile sunt late, iar o confuzie a efectelor lăţimii inelului anual şi a vârstei inelului anual în raport cu măduva este inevitabilă.

Prin cercetări s-au identificat următorii markeri ai calităţii juvenile a lemnului, mai puţin sensibili la variaţia lăţimii inelului anual:

- la răşinoase: lungimea traheidelor, unghiul microfibrilelor, contragerea longitu-dinală, dimensiunea tangenţială a traheidelor, densitatea minimă a lemnului în inelul anual;

- la foioase: lungimea fibrelor, unghiul microfibrilelor, contragerea longitudinală, diametrul vaselor.

116


La răşinoase, lemnul juvenil este localizat în primele 5-20 inele anuale pornind de la măduvă. La foioase, limita lemnului juvenil este variabilă în funcţie de metoda prin care s-a stabilit. Se remarcă o stabilizare a proprietăţilor lemnului de foioase la o vârstă a inelului anual în raport cu măduva până la 20 de ani, dar limita poate merge chiar până la 40-50 ani.

La foioase, în raport cu răşinoasele, diferenţa dintre lemnul juvenil şi lemnul adult este mai puţin accentuată. La foioase, pentru un arbore oarecare, limita lemnului juvenil poate să varieze în raport cu înălţimea în arbore (se pare că fenomenul se datorează modificării nivelului coroanei verzi în raport cu solul), iar pentru o anumită înălţime în arbore, limita poate varia în raport cu caracteristica luată în considerare (lungimea fibrei, unghiul microfibrilelor etc).

În afara zonei de lemn juvenil, efectul vârstei inelului anual în raport cu măduva asupra proprietăţilor lemnului nu mai este semnificativ, cu excepţia procentului de substanţe extractibile şi a culorii lemnului, care sunt afectate de duraminificare. În lemnul adult, variabilitatea intra-arbore rămâne importanţă, dar se poate considera că ea nu mai depinde decât de variaţiile lăţimii inelului anual în arbore.

Lemnul juvenil prezintă proprietăţi asemănătoare celor corespunzătoare lemnu-lui de reacţie în ceea ce priveşte unghiul microfibrilelor în stratul S2, contragerea longi-tudinală, contragerea tangenţială şi radială, profilul densităţii lemnului în interiorul inelului anual etc.

14.3. Variabilitatea intraspecifică

Variabilitatea intraspecifică se referă la variaţia structurii şi proprietăţilor lemnului între arbori sau grupe de arbori, în interiorul speciei.

Pentru studiul variabilităţii intraspecifice se aleg arbori de diametre apropiate şi din acelaşi arboret, dar se ţine cont că uneori arborii cu diametre medii apropiate pot avea vârste foarte diferite.

La nivel intraspecific, ecartul cel mai mare între valorile diferitelor proprietăţi ale lemnului apare atunci când parametrul ce diferenţiază arborii sau grupele de arbori este de origine genetică.

Principalele surse posibile ale variabilităţii intraspecifice sunt variaţia genetică individuală (intrapopulaţională) şi variaţia condiţiilor de mediu (sol, climat, poluare) şi silviculturale (densitatea arboretelor, rărituri, elagaj, tratament, vârsta exploatabilităţii).

Cu excepţia plantaţiilor monoclonale de plop sau salcie, indivizii dintr-un arboret nu au toţi acelaşi patrimoniu genetic, diferenţiindu-se o variabilitate genetică individuală, în cadrul provenienţei, şi o variabilitate genetică între provenienţe. Importanţa controlului genetic asupra caracterului considerat se poate aprecia prin măsurarea eritabilităţii (raportul dintre varianţa genetică şi varianţa fenotipică) în cadrul unor teste clonale sau de fraţi.

Nici mediul nu este omogen, fiecare staţiune poate prezenta o diversitate de microstaţiuni, microclimate. Tehnicile silviculturale variază foarte mult şi ele de la un arboret la altul sau se aplică neuniform pe parcursul unui arboret. De aceea este foarte dificil de delimitat partea de variabilitate datorată variaţiilor mediului sau silviculturii de partea de variabilitate consecinţă a factorilor genetici, care sunt pe deasupra foarte dificil de identificat (culturile de provenienţă necesită cheltuieli mari şi timp mult). In plus mai intervine şi faptul că arborii rezultaţi dintr-o silvicultură prudentă sunt mai bătrâni decât arborii, de aceeaşi dimensiune, rezultaţi dintr-o silvicultură dinamică (scheme largi de plantare, rărituri forte, elagaj).

117

http://intraspecifice.se/


Pentru a depăşi aceste dificultăţi, în studiile de variabilitate intraspecifică se porneşte de la următoarea ipoteză: dacă se consideră doi arbori din aceeaşi specie, cu aceeaşi dimensiune (diametru şi înălţime), de aceeaşi vârstă şi cu aceeaşi evoluţie a lăţimii inelelor anuale de la măduvă la scoarţă pentru orice înălţime pe trunchi şi dacă aceşti arbori sunt diferiţi în ceea ce priveşte structura şi proprietăţile lemnului lor, atunci diferenţele se datorează efectului genetic, înţeles în sensul de variabilitate genetică individuală.

Ipoteza poate formulată şi în alt fel: la genotip egal, cei doi arbori ar trebui să aibă lemn cu proprietăţi identice, indiferent de silvicultura pe care au parcurs-o sau mediul lor de viaţă. Dar arborii nu au fenotipuri identice, iar efectele tipului de silvicultură şi factorilor de mediu se manifestă prin diferenţe în ceea ce priveşte distribuţia lăţimii inelului anual de la bază spre vârf.

De aici se pot formula următoarele concluzii:

- cunoaşterea distribuţiei lăţimii inelelor anuale în arbori ce provin din diferite populaţii genetice şi condiţii de arboret permite o estimare acceptabilă a distribuţiei proprietăţilor lemnului în interiorul arborelui mediu al populaţiei (arboretului);

- cunoaşterea proprietăţilor lemnului produs de către un genotip dat se poate realiza dacă se dispune de date complete asupra creşterii acelui genotip în diferite condiţii - este crucial să se dispună modele matematice la nivel de intraprovenienţă (genotip), care să permită cuantificarea variabilităţii intra-arbore a proprietăţilor lemnului în funcţie de vârsta inelului anual şi lăţimea inelului anual.

14.4. Variabilitatea interspecifică

Datorită marilor diferenţe de organizare a elementelor anatomice şi a conţinutului diferit în substanţe extractibile, la nivel interspecific se constată că, pentru proprietăţi de bază egale, două specii pot prezenta diferenţe foarte mari în ceea ce priveşte proprietăţile tehnologice. De exemplu, două bucăţi de lemn de plop cu aceeaşi densitate au aproape acelaşi modul de elasticitate. In schimb, dacă se ia o bucată de lemn de mesteacăn şi una de stejar cu aceeaşi densitate, mesteacănul are un modul de elasticitate longitudinal mai mare cu 20-30% în raport cu stejarul.

La determinarea variabilităţii interspecifice se ţine cont de următoarele aspecte:

- originea eşantioanelor trebuie să fie bine cunoscută, iar numărul acestora trebuie să fie suficient; metodologia de măsurare a proprietăţilor lemnului trebuie să fie adecvată scopului propus;

- noţiunea de specie în sens botanic nu poate fi identificată întotdeauna cu noţiunea de esenţă lemnoasă (aici pot să intre mai multe specii);

- ignorarea lăţimii inelului anual la eşantioanele pe care se determină diferite proprietăţi ale lemnului atârnă greu asupra rezultatelor (de exemplu, densitatea lemnului este foarte bine corelată cu proprietăţile sale mecanice, mai ales la răşinoase);

- unele esenţe exotice (duglasul, de exemplu) pot prezenta caractere mult diferite de cele din ţara lor de origine.

Câteva rezultate comparative ale studiilor de variabilitate interspecifică arată că:

lungimea fibrelor este de 3-4 ori mai mare la răşinoase în raport cu foioasele;

proporţia diferitelor ţesuturi în volumul lemnului variază mult în funcţie de specie:

- raze medulare: 10% la brad; 5% la pin strob; 9-27% la foioase; - parenchim longitudinal: bine reprezentat la frasin, nuc, salcâm, ulm; indecelabil la

cireş, plop, salcie;

118

http://dat.se/


la nivel interspecific densitatea lemnului este un predictor mediocru al proprietăţilor sale mecanice;lemnul de răşinoase are un comportament mai bun în flexiune, cu toate că în general are o densitate mai mică decât cel de foioase;

- din punctul de vedere al proprietăţilor mecanice la răşinoase, pinul strob are un lemn foarte slab, iar laricele un lemn foarte bun;

- mesteacănul are un lemn foarte bun în ceea ce priveşte proprietăţile sale mecanice, cu toate că densitatea lui este mai mică faţă de speciile de foioase mai importante;

răşinoasele prezintă în general o contragere volumică mai mică decât foioasele; lemnul dens (fag, stejar) prezintă o contragere volumică importantă; lemnul puţin dens (pin strob, salcie, castan porcesc) are o mai bună stabilitate dimensională la uscare; nu există o relaţie între densitate şi anizotropia contragerii pe direcţie transversală (stejarul, dens, este la fel de anizotrop ca şi plopul, mai puţin dens);

variaţia densităţii lemnului în cadrul inelului anual este aproape inexistentă la pin strob şi foioasele cu distribuţia porilor difuză, relativ scăzută la molid, brad şi duglas şi foarte importantă pentru fag, stejar;

unele specii (ulmul, fagul) au proporţie infimă de substanţe extractibile, pe când altele (pin, stejar) sunt foarte bogate în astfel de substanţe (15-20% din masa lemnului);

foioasele au un procent mai redus de lignină decât răşinoasele, excepţie făcând plopul;

variaţia lăţimii inelului anual la nivel interspecific acoperă o gamă foarte largă; în mod obişnuit stejarul şi fagul prezintă inele anuale mult mai fine decât plopul;

proporţia de noduri poate diferi foarte mult între specii sau grupe de specii; cercetări efectuate în Finlanda pe 25 specii arată că această proporţie variază între 0,6 şi 3,5% la răşinoase şi între 0,4 şi 2,2% la foioase;

unghiul fibrei poate varia de la o specie la alte, la unele merge spre stânga, iar la altele spre dreapta;

14.5. Variabilitatea structurii anatomice şi a defectelor lemnului

Structura anatomică este importantă pentru aptitudinile tehnologice (prelucrare mecanică, finisaj) ale lemnului şi pentru aspectul vizual al produselor. Principalii factori ce determină variaţia acestor proprietăţi ale lemnului sunt: diametrul vaselor din lemnul timpuriu, lăţimea zonei de lemn timpuriu, numărul şi talia razelor medulare înalte, proporţia de fibre din lemnul târziu.

La stejar, diametrul vaselor din lemnul timpuriu adult este insensibil la variaţiile intra-arbore a lăţimii inelului anual, dar creşte foarte mult în zona de trecere de la lemnul adult la lemnul juvenil (suprafaţa individuală a vaselor creşte cu 200-300%). Lăţimea zonei de lemn timpuriu variază foarte puţin la trecerea de la lemnul juvenil la lemnul adult (nu este afectată de lăţimea inelului anual). Numărul de raze medulare înalte raportat la unitatea de lungime a circumferinţei inelului anual variază foarte puţin în arborii de stejar.

Proporţia de fibre din lemnul târziu, responsabilă în principal pentru duritatea lemnului şi culoarea întunecată a unor provenienţe de stejar) depinde de caracterul mai mult sau mai puţin juvenil al lemnului şi lăţimea inelului anual la lemnul adult. La lăţimi ale inelului anual egale, lemnul final prezintă un procent mai mare de fibre în zona lemnului juvenil. La vârste ale inelului anual în raport cu măduva egale, toţi stejarii cu inelele anual

119


foarte fine au puţine fibre, deci prezintă culori mai deschise. În lemnul adult, proporţia de fibre creşte odată cu mărirea lăţimii inelului anual.

Variaţia elementelor structurii anatomice a lemnului este considerabilă nu numai în arbori, ci şi la nivel intraspecific. Chiar în interiorul unui arboret echien şi la arbori care prezintă lăţimi ale inelelor anuale egale, diametrul vaselor şi proporţia de fibre variază foarte mult. La nivel intraspecific s-a identificat un control genetic important pentru diametrul vaselor, lăţimea zonei de lemn timpuriu şi pentru proporţia de fibre în lemnul târziu.

Proporţia de duramen dacă este mai ridicată poate deveni interesantă pentru unele utilizări nobile ale lemnului (mobilă de artă etc.). Pentru tratamentele de conservare prin impregnare prezenţa duramenului este considerată a fi un defect. De asemenea, pentru utilizările papetiere ale lemnului, duramenul implică procedee mai costisitoare de extragere a celulozei.

La nivel intra-arbore, proporţia de duramen, exprimată în procente din suprafaţa secţiunii transversale a trunchiului, scade puternic spre vârful arborelui. Proporţia maximă de duramen nu se găseşte totuşi la nivelul coletului, datorită existenţei lăbărţării de la baza arborilor. Lăţimea albumului variază destul de puţin de la baza spre vârful arborelui. Numărul de inele de alburn scade odată ce înălţimea pe trunchi creşte, dar este compensat de creşterea lăţimii inelelor anuale.

La nivel intraspecific, pentru arbori cu diametre identice, proporţia de alburn poate varia destul de mult, de la 20% la 40%, de exemplu, pentru arborii apropiaţi de vârsta exploatabilităţii. Pentru circumferinţe egale, proporţia de alburn depinde de vârsta arborelui. Arborii mai bătrâni au mai puţin alburn. Arboretele în care se aplică tehnici silviculturale mai prudente şi cele situate pe staţiuni sărace prezintă un lemn mai duramenificat în raport cu cele supuse unei silviculturi dinamice şi situate pe staţiuni de bonitate superioară.

Variabilitatea lăţimii inelului anual. În arbore se observă frecvent variaţii ale lăţimii inelului anual de la 1 la 5 sau chiar de la 1 la 10. Variaţii mai mici prezintă arborii ce cresc în condiţii de mediu dificile.

În general, lăţimea inelului anual descreşte de la măduvă spre scoarţă. La răşinoase se observă o scădere bruscă în zona corespunzătoare primelor 10-20 inele anuale. Pentru acelaşi an sau grupă de ani calendaristici, lăţimea inelului anual creşte de la baza spre vârful arborelui. Aria inelului anual este constantă atâta timp cât el se găseşte în afara coroanei verzi.

Primele 2-5 inele anuale din vecinătatea măduvei, situate în primul metru de la sol al trunchiului sunt înguste. Inelele situate în vecinătatea solului au o arie mai mare decât cele dintr-o poziţie superioară, datorită lăbărţării trunchiului.

Dacă se observă în apropierea măduvei mai multe zeci de inele fine, urmate de inele foarte largi, atunci este vorba de specii regenerate natural (fenomenul observat mai ales la brad).

Maximul de lăţime a inelului anual se atinge de obicei în zona lemnului juvenil şi depinde de spaţiul disponibil în jurul fiecărui arbore (schema de plantare, rărituri). În afara zonei lemnului juvenil se observă fluctuaţii datorate variaţiilor climatului sau răririi arboretului, dar aceste fluctuaţii sunt mai moderate în raport cu cele observate în zona lemnului juvenil.

Creşterea în înălţime depinde mai ales de fertilitatea solului. Unei anumite înălţimi îi corespunde o anumită clasă de producţie. Creşterea în diametru depinde mai ales de tipul de silvicultură aplicat. Astfel, arborii rezultaţi în urma unei silviculturi dinamice (distanţe mari de plantare, elagaj, rărituri forte, fertilizare) vor fi tăiaţi la o vârstă mai mică şi vor prezenta o proporţie de lemn juvenil mai mare.

120


Lăţimea inelului anual variază în raport cu poziţia pe circumferinţa arborelui. Lăţimea este mai mare în partea supusă la tracţiune la foioase şi în partea comprimată a trunchiurilor de răşinoase. Acest fapt se asociază cu formarea lemnului de reacţie. Cauzele acestui fenomen sunt încărcările coronamentului cu zăpadă în partea din amonte, existenţa unor vânturi dominante, efectul de lizieră, panta repede, eterogenitatea solului ce determină o înrădăcinare neomogenă.

Fig. 70. Variaţia lăţimii inelului anual

Un aspect controversat încă este dacă elagajul ramurilor verzi şi răriturile forte sporesc proporţia de lemn de reacţie.

Totuşi, lemn de reacţie a fost observat şi la arbori perfect drepţi şi cu inele anuale foarte înguste. O ipoteză explicativă a acestui fenomen este că el ar fi provocat de asimetria coroanei.

Cercetări efectuate pe plan european (Franţa) au reuşit modelarea matematică a tuturor inelelor anuale în lungul tijei pentru toţi arborii unui arboret. Această realizare este de o importanţă deosebită, întrucât lăţimea inelului anual este o sursă de dispersie considerabilă a proprietăţilor lemnului. La dimensiuni egale, arborii cu inele anuale mai late sunt mai tineri şi conţin o proporţie mai mare de lemn juvenil.

La nivel intraspecific, lăţimea inelului anual este în mare parte determinată de volumul coroanei verzi a arborilor, care depinde la rândul lui de distanţa dintre indivizi, elagaj, staţiune, genotip.

Variabilitatea defectelor lemnului. Defectele de formă ale trunchiului sunt determinate de mediu (vânturi puternice, pante repezi, eterogenitatea solului, zăpadă), silvicultură (densitate la hectar mare pentru specii cu fototropism accentuat, expunerea trunchiului prin rărituri forte) şi factorii genetici (provenienţe necorespunzătoare).

De exemplu, conicitatea, un defect ce condiţionează în mare măsură randamentul la debitarea trunchiurilor, este determinată în principal prin lucrările silvotehnice (rărituri, elagaj), iar controlul ei este relativ uşor de asigurat. Gradul de condiţionare a defectelor de către factorii genetici este însă mult mai greu de determinat. De exemplu, încă nu se poate preciza dacă, la forme ale arborilor egale, unele genotipuri produc mai mult lemn de reacţie decât altele.

Nodurile sunt foarte importante pentru sortarea în clase de calitate a lemnului, sub aspectul numărului şi taliei lor, a tipului (aderente, căzătoare) şi a unghiului pe care îl formează în raport cu direcţia fibrelor. Caracteristicile nodurilor din lemnul arborilor pe picior pot fi bine identificate prin studiul caracteristicilor ramurilor la nivel de arbore sau arboret.

La molid, numărul de ramuri pe unitatea de lungime a trunchiului este mai mare spre vârful arborelui şi depinde de viteza de creştere în înălţime, numărul de ramuri pe verticil, condiţiile climatice care pot produce fenomenul de policiclism, caracteristicile solului. Diametrul ramurilor la molid, considerat aproape de locul de inserţie pe trunchi, creşte de la vârful arborilor spre bază, dar se stabilizează după aproximativ 15 verticile. Unghiul de

121


inserţie a ramurilor la molid se deschide odată ce se coboară spre baza arborilor şi pentru toţi arborii unui arboret este de 90° la circa 40 de verticile de vârf.

La nivel intraspecific s-a constatat o corelaţie pozitivă între viteza de creştere şi grosimea ramurilor. Factorii genetici sunt responsabili de unghiul de inserţie a ramurilor, de numărul de ramuri pe unitatea de lungime a trunchiului şi de frecvenţa înfurcirii. Pentru diametre, vârste şi lungimi ale coroanei verzi egale, variaţia nodozităţii trunchiurilor este relativ mică.

14.6. Variabilitatea densităţii lemnului

Densitatea lemnului este determinantă pentru proprietăţile sale mecanice şi constituie un criteriu calitativ important. Dintre multiplele densităţi pe care le prezintă lemnul, cele mai studiate sunt densitatea lemnului uscat la aer şi densitatea de bază sau infradensitatea.

Variabilitatea densităţii lemnului în arbore se poate studia fie în cadrul inelului anual, fie între inelele anuale. In primul caz este vorba de nivelul cel mai fin de variaţie a densităţii în arbore, dar cu diferenţele de densitate cele mai mari.

Variaţiile de densitate în inelul anual sunt importante pentru prelucrarea lemnului: derulaj, decupare, rabotare, finisare, deformaţii la uscare, diferenţe de culoare. Variaţia este mai importantă în cazul foioaselor cu distribuţie a porilor inelară şi mai puţin importantă în cazul răşinoaselor foarte omogene (pin strob) şi a foioaselor cu distribuţia porilor difuză.

În studiul variabilităţii densităţii lemnului în cadrul inelului anual se ţine cont de prezenţa inelelor false, ce pot să, apară în condiţii climatice particulare şi să fie însoţite uneori de policiclism (mai multe verticile într-un singur an). Inelele false sunt destul de frecvente la lemnul juvenil. Densitatea maximă a lemnului în cadrul inelului anual este atinsă la unele specii (stejar) înainte de sfârşitul sezonului de vegetaţie.

Variabiliatea profilelor de densitate cadrul inelului anual se datorează variaţiei lăţimii acestuia şi efectului vârstei sale în raport cu măduva. Astfel, trecerea de la lemnul juvenil la lemnul adult se traduce printr-o diminuare a densităţii lemnu-lui timpuriu şi o creştere a densităţii lemnului târziu. De asemenea, în raport cu cel juvenil, în lemnul adult trecerea de la valorile densităţii corespunzătoare lemnului timpuriu la cele corespunzătoare lemnului târziu este mult mai abruptă (figura 71).

122


Fig. 71. Profil densitometric

Prezenţa lemnului de reacţie face ca lemnul târziu să fie mai dezvoltat şi zona cu densitate mare din cadrul inelului anual să fie mai extinsă. Cauzele climatice pot să producă modificări relativ importante ale profilelor de densitate, mai ales în lemnul târziu. Acest aspect este foarte important pentru cercetările de xiloclimatologie. Efectul înălţimii în arbore nu este important pentru distribuţia profilelor densitometrice în cadrul inelului anual.

Variabilitatea densităţii între inelele anuale provine din variaţia lăţimii inelelor anuale în arbore şi a vârstei acestora în raport cu măduva. Separarea celor două surse ale variaţiei densităţii nu este uşoară, deoarece inelele mai late se găsesc în apropierea măduvei, iar neglijarea acestui aspect poate duce la erori de interpretare, generalizări abuzive şi opinii divergente.

La răşinoase, creşterea lăţimii inelului anual se traduce printr-o scădere a densităţii lemnului (figura 72), iar la lăţimi egale, creşterea vârstei inelului anual în raport cu măduva se traduce şi ea printr-o diminuare a densităţii. Efectul vârstei inelului anual este totuşi prea puţin im-portant pentru a putea compensa efectul lăţimii inelului anual.

La foioasele cu distribuţia porilor inelară, odată cu creşterea lăţimii inelului anual, densitatea creşte Fig. 72. Variaţia densităţii lemnului înfoarte repede pentru o gamă de lăţimi raport cu lăţimea inelului anual

de 1-3 mm, dar peste 3 mm efectul este insignifiant. Pentru o lăţime fixată a inelului anual, dacă vârsta acestuia în raport cu măduva creşte, densitatea scade. Efectul vârstei inelului anual este resimţit mult după ce se trece de limita lemnului juvenil. La foioasele cu distribuţia porilor difuză,densitatea creşte odată cu mărirea dar mult mai moderat decât la foioasele cu distribuţia porilor inelară.

Ecartul de densitate între lemnul situat în vecinătatea măduvei şi lemnul s i t u a t î n vecinătatea scoarţei, cu inele mai fine, este statistic demonstrat. Diferenţa de densitate este de 20-25% la răşinoase şi de 15% (şi peste) la foioase cu distribuţia porilor inelară. La foioase cu distribuţia porilor difuză diferenţele sunt foarte mici şi pot fi negative sau pozitive.

Dacă se taie stejarul prematur, lemnul lui este mai dens decât cel al arborilor de mari dimensiuni şi deci de calitate inferioară, deoarece industria preferă în general lemn de stejar mai puţin dens.

O altă sursă a variabilităţii densităţii în arbore este conţinutul ridicat în substanţe extractibile (răşini, taninuri), care poate mări densitatea lemnului cu 5-10%. Prezenţa lemnului de reacţie poate să ducă la o creştere a densităţii zonelor cu lemn de tracţiune sau de compresiune cu până la 10%. Nodurile şi zonele care le înconjoară prezintă o densitate mai mare în raport cu lemnului normal (cu 50% la lemnul de răşinoase).

S-a constatat şi o influenţă a înălţimii în arbore asupra densităţii lemnului, dar aceasta reprezintă efectul combinat al lăţimii inelului anual şi al vârstei acestuia în raport cu măduva. Dacă se elimină statistic cele două efecte, cel al înălţimii în arbore dispare sau rămâne nesemnificativ.

123


Variabiliatea intraspecifică. Pentru densitatea medie a inelului anual la răşinoase, s-a constatat că legătura dintre lăţimea inelului anual şi densitatea lemnului nu este influenţată de tipul de silvicultură, în afară de silvicultura ce duce la producerea de lemn juvenil în proporţie mare. Această legătură nu este influenţată nici de condiţiile de mediu, în afara efectului alt i tudinii şi latitudinii, care este relativ discret. Corelaţia dintre lăţimea inelului anual şi densitatea lemnului este însă influenţată de manieră considerabilă de către zestrea genetică a individului din cadrul arboretului.

Pentru aceeaşi provenienţă, acelaşi arboret şi aceeaşi vârstă, doi arbori cu acelaşi volum pot prezenta diferenţe în ceea ce priveşte densitatea de bază medie pentru arborele întreg de peste 30%. Se demonstrează astfel că legătura strânsă dintre lăţimea inelului anual şi densitatea lemnului este foarte probabil de origine genetică (nivel individual, intraprovenienţă).

În aceste condiţii, devine interesantă găsirea de genotipuri individuale care să ofere, un compromis bun între viteza de creştere şi densitatea lemnului, în ciuda faptului că la nivel de provenienţă corelaţia statistică este slabă. De altfel, studiile de variabilitate intraspecifică demostrează că efectul silviculturii şi al mediului asupra densităţii medii a lemnului nu se manifestă direct, ci prin intermediul vitezei de creştere, deci a lăţimii inelului anual.

La răşinoase, lăţimea inelului anual influenţează puţin densitatea minimă şi maximă în cadrul acestuia. S-ar zice că tipul de silvicultură şi condiţiile de mediu nu reprezintă o sursă de variaţie intraspecifică pentru aceste proprietăţi. Totuşi latitudinile mai ridicate sunt asociate cu o densitate a lemnului târziu mai mică.

Corelaţia dintre lăţimea inelului anual şi densitate, dacă se stabileşte pentru un arboret, este valabilă şi în alte arborete, cu condiţia să nu se schimbe altitudinea sau latitudinea. Dacă se îmbunătăţeşte fertilitatea solului, apare un spor de creştere şi o diminuare a densităţii, dar nu în mod proporţional.

Factorii genetici, silvotehnici şi de mediu condiţionează lăţimea inelului anual, iar aceasta este unul dintre factorii principali de influenţă asupra densităţii lemnului.

14.7. Variabilitatea altor proprietăţi ale lemnului

Contragerea transversală variază în arbore în raport cu densitatea lemnului. Astfel, atunci când densitatea scade, contragerea este mai redusă. La stejar, de exemplu, dacă lăţimea inelului anual este mică, densitatea este mică, iar contragerea transversală este mai redusă şi ea. La răşinoase, dacă lăţimea inelului anual este mică, densitatea este mare, iar contragerea transversală are valori ridicate. Contragerea transversală (radială şi tangenţială) este mai mică la lemnul juvenil (mai puţin dens). La lemnul de reacţie, cu toate că acest tip de lemn este mai dens, contragerea transversală scade, datorită creşterii importanţei contragerii longitudinale.

Contragerea longitudinală se situează la valori de 0,1-0,3% în lemnul normal, dar depăşeşte 1% în lemnul juvenil de reacţie. Această variaţie este mult mai importantă la răşinoase, deoarece în lemnul lor de compresiune unghiul microfibrilelor în stratul S2 din peretele celular creşte foarte mult (ajunge la circa 45°).

Unghiul fibrei rezultă în piesele de lemn din două surse:

- înclinarea fibrei faţă de generatoarea sau axa trunchiului (fibră torsă sau înclinată), caz în care se numeşte unghi al fibrei biologic;

124


- intersecţia planului de debitare a piesei cu limitele inelelor anuale de-a lungul trunchiului (fibră înclinată), caz în care se desemnează sub numele de unghi al fibrei geometric.

La răşinoase unghiul fibrei este foarte mic în primele câteva inele, apoi se deschide destul de brutal pentru a atinge un maxim ( ~5°) între inelele 5-20, iar apoi descreşte progresiv, pentru ca începând cu al 20-lea inel să devină relativ închis (~2°). De-a lungul trunchiului, de la vârf spre bază, unghiul fibrei se deschide progresiv, deoarece inelele anuale devin din ce în ce mai juvenile.

Unghiul fibrei deschis este apanajul lemnului juvenil. Piesele debitate din arbori tineri vor avea proprietăţi mecanice mai slabe şi vor prezenta deformaţii la uscare. Unghiul fibrei prezintă variaţii proprii fiecărui arbore în funcţie de provenienţă şi condiţiile de creştere. Acestea din urmă produc o variabilitate forte. Lăţimea inelului anual nu are un efect notabil asupra unghiului fibrei biologic.

Culoarea. Sursa principală a variaţiei culorii lemnului este duramenificarea. Unele specii pot prezenta în centrul tulpinii formaţiuni anormale, asemănătoare ca aspect duramenului: inima roşie a fagului, inima brună a frasinului. Chiar şi la esenţele fără duramen, lemnul din apropierea măduvei poate să apară puţin mai colorat (la molid nuanţa este roşcată în raport cu nuanţa generală alb-gălbuie a lemnului acestei specii). Lemnul matur colorat (duramenul) nu trebuie confundat cu lemnul juvenil.

La răşinoase, densitatea diferită a lemnului în interiorul inelului anual face să apară diferenţe de culoare. Lemnul timpuriu prezintă nuanţe alb-gălbui, iar lemnul târziu este mai roziu, roşiatic, ceea ce dă un efect estetic remarcabil furnirelor obţinute prin derulare.

La foioase variabilitatea culorii este studiată mai mult, mai ales la speciile destinate furnirelor estetice. La stejar s-a constatat că îmbătrânirea arborelui duce la închiderea culorii lemnului, pentru o vârstă a inelului anual în raport cu măduva constantă. Nu s-a găsit o relaţie clară între variaţia lăţimii inelului anual şi variaţia culorii lemnului, dar s-a constatat că lemnul mai închis la culoare este mai bogat în fibre. Stejarul ce vegetează pe soluri hidromorfe prezintă culori mai închise. Acest efect staţional a fost confirmat şi pentru Juglans nigra. Nu există încă date fiabile despre importanţa controlului genetic asupra culorii lemnului la stejar.

Lungimea fibrelor este un caracter important pentru utilizarea lemnului ia fabricarea hârtiei, mai ales la foioase, acestea având fibrele mai scurte (în medie 1,5 mm faţă de 3-4 mm la răşinoase). Cunoaşterea lungimii fibrelor este interesantă şi din punct de vedere fiziologic, întrucât aceasta este un marker important a activităţii cambiului şi îmbătrânirii acestuia.

Sursa principală de variaţie a lungimii fibrelor arbore este vârsta inelului anual în raport cu măduva. Lungimea fibrelor creşte progresiv în lemnul juvenil, apoi se stabilizează în lemnul adult.

La răşinoase, trecerea de la lemnul juvenil la lemnul adult se poate traduce printr-o multiplicare de 3-4 ori a lungimii fibrelor, care apoi se stabilizează după 10-20 inele anuale de la măduvă. La foioase, creşterea este mai redusă (dublare cel mult), iar stabilizarea are loc la o vârstă a inelului anual mai mare decât la răşinoase.

În interiorul inelului anual, atât la răşinoase, cât şi la foioase, lungimea fibrelor creşte odată cu începutul formării lemnului timpuriu. Apare un efect al activităţii cambiale: cu cât cambiul produce mai multe celule (primăvara), cu atât fibrele vor fi mai scurte, fapt care se acompaniază şi cu un unghi mai deschis al microfibrilelor. Însă amploarea variaţiei este mai mică decât cea înregistrată între lemnul juvenil şi lemnul adult (maximum 50%). Lemnul de

125


compresiune prezintă fibre mai scurte, iar lemnul de tracţiune fibre mai lungi în raport cu lemnul normal.

La nivel intraspecific, influenţa condiţiilor de mediu şi a factorilor silvotehnici este neglijabilă. Există un control genetic important al lungimii fibrelor, mai ales la nivel individual (intra-provenienţă). Adică, în aceleaşi condiţii de mediu, două genotipuri având distribuţii ale inelelor anuale asemănătoare, pot prezenta lungimi medii ale fibrelor destul de diferite.

Randamentul în fibre este definit ca raport între masa anhidră a fibrelor obţinută după îndepărtarea ligninelor şi hemicelulozelor şi masa anhidră iniţială a lemnului. Valorile lui depind de metoda utilizată pentru separarea fibrelor.

În interiorul arborelui, randamentul în fibre variază în funcţie de caracterul mai mult sau mai puţin juvenil al lemnului. Lemnul juvenil prezintă un randament în fibre cu 5-15% mai redus în raport cu lemnul adult (conţinutul în lignina este mai ridicat în apropierea măduvei).

Un alt factor de variaţie îl constituie prezenţa lemnului de reacţie. El este inferior cu 5-10% în lemnul de reacţie la genurile Pinus şi Populus. In raport cu lemnul normal, randamentul în fibre este cu circa 10% mai redus în lemnul de compresiune de la răşinoase şi cu circa 30% mai mare în lemnul de tracţiune de la foioase. Randamentul în fibre descreşte odată cu îmbătrânirea arborelui şi sporirea conţinutului de substanţe extractibile, în urma procesului de duramenificare. De aceea, lemnul folosit pentru obţinerea celulozei se recoltează la vârste tinere. Randamentul în fibre nu depinde^ de viteza de creştere a arborilor, respectiv de lăţimea inelului anual.

La nivel intraspecific, variabilitatea individuală a randamentului în fibre este semnificativă, dar nu foarte mare. Pentru molid s-a stabilit o variaţie a randamentului în fibre între arbori de 4-5%. Dacă se ţine cont totuşi de masele enorme de lemn folosite pentru obţinerea fibrelor de celuloză, această cifră poate reprezenta foarte mult.

Conţinutul în substanţe extractibile. Substanţele extractibile (oleorezine, taninuri) sunt mai ales polifenoli nestructurali (ligninele sunt polifenoli structurali), care pot fi extraşi în apă caldă sau rece, eter, alcooli, acetonă, benzen sau combinaţii ale acestora.

Sursa principală de variaţie a conţinutului în substanţe extractibile în arbore este duramenificarea. Astfel, proporţia lor nu depăşeşte 5% în alburn, dar poate ajunge la 10-20% în duramen. De-a lungul trunchiului, de la bază spre vârf, conţinutul de substanţe extractibile creşte în alburn şi scade în duramen.

În duramen, proporţia de substanţe extractibile creşte odată cu vârsta inelului anual în raport cu măduva şi pare a fi maximă la limita cu albumul. Conţinutul în răşină al nodurilor de răşinoase poate ajunge de 10 ori mai ridicat decât cel din lemnul matur al acestora. Proporţia mare de substanţe extractibile sporeşte densitatea lemnului şi are un impact posibil asupra altor proprietăţi ale acestuia. De aceea, este foarte important în modelarea proprietăţilor pe baza densităţii lemnului, ca aceasta din urmă sa fie determinată atât înainte cât şi după extracţie.

Variabiliatea intraspecifică a conţinutului în substanţe extractibile a lemnului este foarte importantă. Astfel, la Pinus maritima variaţia este de la 4% la 20%, iar la stejar roşu si pedunculat de la 11% la 22%. Puţine date sunt disponibile pentru a se aprecia factorii de influenţă asupra procentului de substanţe extractibile din lemnul diferitelor specii. Totuşi, la pin silvestru se pare că există un control genetic şi o influenţă a condiţiilor de mediu asupra conţinutului de răşină din lemn.

126


Deformaţiile de maturaţie sunt efectul tensiunilor de creştere şi a diferitelor sarcini adiţionale, mai ales de origine climatică. Ele sunt principala cauză a crăpării şi deformării pieselor după doborâre şi debitare. Deformaţiile de maturaţie variază în arbore în funcţie de unghiul microfibrilelor, care este legat la rândul lui de vârsta inelului anual în raport cu măduva şi de prezenţa lemnului de reacţie. În lemnul de reacţie, deformaţiile de maturaţie sunt de 10-20 ori mai mari decât cele din lemnul normal.

La nivel intraspecific, s-au constatat importante efecte genetice şi legate de tehnicile silviculturale (arborii cu un trunchi vertical şi drept, cu coroana bine dezvoltată au mai puţine deformaţii de maturaţie). Efectele condiţiilor de mediu, în cazul arborilor cu dimensiuni egale, sunt mai puţin importante.


1. Care sunt factorii variabilităţii lemnului şi cum acţionează ei?

2. Care sunt consecinţele variabilităţii lemnului pentru silvicultor?

3. Ce se înţelege prin vârsta inelului anual în raport cu măduva?

4. Care sunt markerii caracterului juvenil al lemnului la foioase?

5. Cum se aleg arborii în studiul variabilităţii intra-specifice?

6. Cine prezintă un procent mai mic de lignină? Foioasele sau răşinoasele?

7. Care sunt principalele caractere anatomice care determină aspectul şi aptitudinile tehnologice ale lemnului?

8. Pentru care utilizări ale lemnului proporţia mare de duramen este considerată un defect?

9. Care arbori prezintă variaţii mici ale inelelor anuale?

10. Care este principalul factor care determină apariţia conicităţii arborilor?

11. Cum se modifică densitatea la trecerea de la lemnul juvenil la cel adult?

12. Ce este unghiul geometric al fibrei?

13. Cum se modifică lungimea fibrelor la trecerea de la lemnul juvenil la cel adult?

14. Care este principala sursă de variaţie a conţinutului în substanţe extractibile în arbore?

127


BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

Beldeanu, E. Produse forestiere şi studiul lemnului Vol I, Editura Univ. Transilvania Braşov, 1999

Filipovici, J. Studiul lemnului Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti 1965

Ghelmeziu, N. G., Suciu, P. N. Identificarea lemnului, Editura Tehnică, Bucureşti 1959

Leahu, I. Dendrometrie Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti 1994

Marocico, V. Produse forestiere, Vol.I Studiul Lemnului, Universitatea Suceava, 1994

Parascan, D. , Danciu, M. Fiziologia plantelor lemnoase Editura „Pentru Viaţă” Braşov, 2001

Suciu, P. N. Tehnologia lemnului, Editura de Stat Didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1962

128

Curs Studiul Lemnului

Documents

Transcript of Curs Studiul Lemnului