L’osservazione dei grafici riportati nel paragrafo 4.4 rende evidente il comportamento dei provini sotto sforzo. È infatti possibile individuare la zona di deformazione elastica, il punto in cui inizia la deformazione plastica ed il proseguimento di quest’ultima.
Allo scopo di facilitare la lettura si riporta uno di questi grafici:
Figura 5.4 - Esempio di curve di sforzo/deformazione su legno verde di pino domestico.
La deformazione plastica, a differenza di quella elastica, è di tipo permanente ed altera le proprietà meccaniche del materiale che la subisce. Dal grafico riportato in figura 5.4 infatti si vede chiaramente come lo sforzo sopportato nella deformazione elastica sia superiore a quello sopportato durante la deformazione plastica.
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Per questo motivo lo studio sulle proprietà meccaniche del legno ha come oggetto la sola zona di deformazione elastica, poiché se il legno di una pianta in campo viene sollecitato oltre questo valore è molto probabile che si verifichi il cedimento.
La deformazione plastica dei provini in molti casi è stata accompagnata da una vera e propria rottura del provino stesso, come mostrano le seguenti figure:
Figura 5.5 Figura 5.6
Su una pianta in campo queste spaccature porterebbero il fusto al cedimento. Dalla curva (quasi rettilinea) di deformazione elastica è possibile ricavare una grandezza che caratterizza ciascun materiale: il modulo di elasticità.
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Il valore del modulo di elasticità si trova calcolando la pendenza della curva di deformazione elastica. In questo studio tali calcoli sono stati sviluppati con il software OriginPro 8.
Valori del modulo di elasticità più elevati indicano una minore deformazione a parità di sforzo, quindi una maggiore resistenza allo sforzo subito.
Per confrontare facilmente i valori del modulo elastico e dello sforzo massimo sopportato dai provini, riportati nelle tabelle 4.3, 4.4, e 4.5, si possono osservare le seguenti figure:
Figura 5.7 - Valori del modulo elastico (GPa) Figura 5.8 - Valori dello sforzo massimo (MPa)
I punti colorati indicano il colore dei settori in cui sono state suddivise le sezioni.
Si può notare chiaramente come a valori più elevati del modulo elastico spesso corrispondano valori più elevati dello sforzo massimo sopportato dal provino, perciò le due grandezze appaiono correlate fra di loro.
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Dall’osservazione delle figure precedenti, inoltre, si nota come vi sia una certa variabilità fra i valori di una stessa sezione, come se in alcuni punti la pianta avesse cercato di rinforzare il legno per sopportare sforzi più elevati.
La pianta da cui sono stati tratti i provini, infatti, era inclinata di circa 12° in direzione N/E, perciò i settori delle sezioni 1 e 2 con i valori più alti (specialmente il settore nero) si trovavano effettivamente in compressione, mentre i settori in direzione S/O erano sollecitati in trazione ed i loro valori infatti sono mediamente inferiori. Perciò le prove in laboratorio confermano quanto ipotizzato dall’osservazione della pianta.
A livello della sezione 3 (colletto), invece, lo sforzo sopportato sembra essere distribuito in modo quasi omogeneo. Questo potrebbe sembrare strano, poiché solitamente il colletto della pianta è la zona dove si concentrano gli sforzi e che la pianta irrobustisce maggiormente con legno di reazione.
Tuttavia da alcuni recenti studi sul pino domestico (Morelli e Raimbault, 2010), effettuati in occasione delle Seconde Giornate Tecniche del “Laboratorio dell’Albero”, sono emerse alcune caratteristiche particolari riguardo al colletto del pino domestico. Innanzitutto non vi sono contrafforti, bensì un rigonfiamento a livello dell’inserzione delle radici laterali su piante più vecchie; inoltre i cordoni cambiali che percorrono in modo spiralato tutto il fusto della pianta non terminano ciascuno in un contrafforte, come nella maggior parte degli alberi, ma scompaiono all’altezza del colletto fondendosi gli uni con gli altri, come se gli sforzi sopportati venissero ridistribuiti in modo uniforme per essere poi trasferiti all’apparato radicale.
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Sempre in occasione delle Seconde Giornate Tecniche al Parco della Versiliana, il professore ungherese Divos Ferenc, della University of West Hungary, ha svolto sulla pianta sia un’indagine tomografica usando il tomografo Fakopp, sia una prova di trazione al fine di calcolare il fattore di sicurezza.
I risultati del calcolo del fattore di sicurezza sono stati i seguenti: Fattore di sicurezza a 1,0 m di altezza: 1,89
Fattore di sicurezza a 0,1 m di altezza: 3,32 Fattore di sicurezza dell’apparato radicale: 2,86
Oltre un fattore di sicurezza del 2,6 la pianta è sicura, sotto a 1,73 la pianta non è sicura.
Ad un metro di altezza perciò questa pianta aveva un punto potenzialmente critico per la sua sicurezza.
Questi risultati confermano quanto osservato da alcuni autori che hanno studiato numerosi schianti avvenuti per rottura del fusto su pini domestici maturi, rilevando che l’altezza a cui si era solitamente stroncata la pianta corrispondeva a circa un metro (Sani, 2009; Morelli e Raimbault, 2010).
I risultati ottenuti dalle prove di compressione sul legno verde di questa pianta mettono chiaramente in evidenza come i valori di resistenza meccanica dei provini delle sezioni 1 e 2 (situate rispettivamente a 2 m ed 1,8 m) fossero nettamente superiori rispetto a quelli della sezione 3, questo perciò dimostra che la pianta studiata si trovava effettivamente a sopportare sforzi più elevati fra 1 e 2 m di altezza piuttosto che al colletto.
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Dai calcoli effettuati su questi provini, inoltre, è emersa una peculiarità.
I provini utilizzati in questo studio sono stati compressi in senso parallelo alla loro posizione all’interno della pianta, quindi teoricamente in senso parallelo alle fibre del legno. I valori del modulo elastico ottenuti, però, si discostano notevolmente da quelli rilevati in altre specie.
I valori del modulo elastico in senso parallelo alle fibre del legno verde di varie specie presenti in letteratura (Record, 1914) oscillano fra (circa) 4,8 e 13,8 GPa, mentre i valori del modulo elastico in senso perpendicolare alle fibre delle medesime specie oscillano fra 0,3 ed 1,5 GPa.
I valori ottenuti in questo studio, invece, oscillano fra 1,49 e 2,39 GPa.
Un possibile motivo di questa netta differenza è che le fibre dei nostri provini fossero in realtà inclinate rispetto alla direzione della compressione, ciò spiegherebbe perché i valori ottenuti risultano intermedi fra i due intervalli presenti in letteratura.
Le fibre del legno del pino domestico infatti sono notevolmente spiralate (Kubler, 1991; Skatter, 1998), perciò se si preleva un campione di legno orientato in senso parallelo rispetto al fusto della pianta le fibre di questo solido saranno inclinate rispetto alle sue facce.
Nel nostro caso infatti i provini sono stati ricavati in senso perpendicolare alla sezione (e quindi parallelo al fusto).
Anche i valori dello sforzo massimo sopportato durante la prova, se paragonati a quelli presenti in letteratura (Record, 1914), si trovano ad essere intermedi fra i
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valori misurati per la resistenza a compressione in senso parallelo alle fibre ed a quelli misurati in senso perpendicolare, come si può vedere nella seguente tabella:
Tabella 5.3 - Confronto fra grandezze rilevate in letteratura e misurate nel corso delle prove. Grandezza Letteratura (legno verde) Studio corrente Resistenza alla compressione
in senso trasversale MPa
1,3 – 15,5
16,3 – 24,6 Resistenza alla compressione
in senso assiale MPa
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La torsione delle fibre perciò sembra aver influito anche sul valore della resistenza a compressione del legno utilizzato in questo studio, ma il motivo di questo tipo di accrescimento da parte del pino domestico è ancora da scoprire. Non è ancora del tutto chiaro, infatti, quale sia il vantaggio che il pino trae da un accrescimento del fusto con spiralizzazione delle fibre.
Potrebbe trattarsi di una strategia evolutiva con finalità nutritive e di compromesso con la stabilità meccanica, tuttavia si tratta di ipotesi che potranno essere dimostrate solo attraverso una ricerca specifica.
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6) CONCLUSIONI
In questo elaborato sono state illustrate alcune particolarità riguardo al pino domestico.
Innanzitutto la spiccata tendenza ad emettere ramificazioni ipotone già nelle prime fasi di crescita, contrariamente a quanto avviene nella maggior parte degli alberi; un apparato radicale costituito da un fittone ed alcuni palchi di radici laterali ortogonali al fittone, a vari livelli di profondità, e non un apparato superficiale costituito da sole radici laterali.
Inoltre la dinamica di stroncamento delle branche ha mostrato delle torsioni impreviste, data la direzione del carico applicato, mettendo in evidenza una forte spiralizzazione delle fibre che si ritrova anche nel legno del fusto; tuttavia il motivo di tale comportamento è ancora da stabilire.
Queste caratteristiche sono fondamentali per una comprensione del
funzionamento biomeccanico di tale pianta, anche se non possono dare una visione completa delle sue problematiche.
Purtroppo la breve durata è stato il principale fattore limitante di questa ricerca, infatti è necessario continuare lo studio sia dei semenzali che delle piante adulte per arrivare a rispondere agli interrogativi di partenza (legati all’imprevedibilità del cedimento del pino domestico, es. crollo della pianta o di sue parti), che non hanno ancora trovato una risposta; tuttavia gli elementi finora individuati potrebbero essere la chiave da seguire per condurre future ricerche specifiche in proposito.
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BIBLIOGRAFIA
Arduini I. 1995, Influence of copper on root growth and morphology of Pinus pinea L. and Pinus pinaster Ait. Seedlings, Tree Physiology n° 15, pp. 411-415. Cermak J. 2000, Urban tree root systems and their survival near houses analyzed using ground penetrating radar and sap flow techniques, Plant and Soil n° 219, pp. 103–116.
Dominguez-Lerena S. 2006, Container characteristics influence Pinus pinea seedling development in the nursery and field, Forest Ecology and Management n° 221, pp. 63-71.
Ferenc D. 2010, Seconde Giornate Tecniche del Laboratorio dell’Albero, Tree Lab Pisa.
Gardiner B., Peltola H., Kelloma S., 2000, Comparison of two models for predicting the critical windspeeds required to damage coniferous trees, Ecological Modelling n° 129, pp. 1–23.
Guehl JM. 1990, Growth, carbon dioxide assimilation capacity and water-use efficiency of Pinus pinea L seedlings inoculated with different ectomycorrhizal fungi, Annals of Forest Science n° 47, pp. 91-100.
Halle F, Oldeman RAA. 1970, Essai sur l’ architecture et la dynamique de croissance des arbres tropicaux, Masson, Paris.
Harris R. 1983, Summer branch drop, Journal of Arboriculture n° 9, pp. 111-113. Hruska, J., J. Cermak, and S. Sustek. 1999, Mapping of tree root systems by means of the ground penetrating radar, Tree Physiology n° 19, pp. 125–130.
145
James Kenneth R., Haritos Nicholas, Ades Peter K. 2006, Mechanical stability of trees under dynamic loads, American Journal of Botany n° 93, pp. 1522–1530. Kubler H. 1991, Function of spiral grain in trees, Trees n° 5, pp. 125-135.
Manetas Y. 1997, Beneficial effects of enhanced UV-B radiation under field conditions: improvement of needle water relations and survival capacity of Pinus pinea L. seedlings during the dry Mediterranean summer, Plant Ecology n° 128, pp. 101-108.
Morelli G. 2010, Seconde Giornate Tecniche del Laboratorio dell’Albero, Tree Lab Pisa.
Mutke S. 2005, Crown architecture of grafted Stone pine (Pinus pinea L.): shoot growth and bud differentiation, Trees n° 19, pp. 21-25.
Nergiz C. 2004, Chemical composition and nutritive value of Pinus pinea L. seeds, Food Chemistry n° 86, pp.365-368.
Nicolini E. 2000, Sviluppo architettonico e formazione della biforcazione nel faggio europeo Fagus sylvatica L., Sherwood, 55.
Niklas K. 2002, Wind, size, and tree safety, Journal of Arboriculture n° 28, pp. 84-93.
Oliveira P. 2003, Sustained in vitro root development obtained in Pinus pinea L. inoculated with ectomycorrhizal fungi, Forestry n° 75, pp. 579-587.
Parlade J. 2001, Continuous measurement of stem-diameter growth response of Pinus pinea seedlings mycorrhizal with Rhizopogon roseolus and submitted to two water regimes, Mycorrhiza n° 11, pp. 129-136.
Peltola Heli M. 2006, Mechanical stability of trees under static loads, American Journal of Botany n° 93, pp. 1501–1511.
146
Peruzzi A., Mazzoncini M., Ciomei D., Senesi G., 1989a, Meccanizzazione delle operazioni di raccolta degli strobili di pino domestico. Nota 1., Rivista di Ingegneria Agraria n° 3, pp. 165-173.
Peruzzi A., Mazzoncini M., Ciomei D., Senesi G., 1989b, Meccanizzazione delle operazioni di raccolta degli strobili di pino domestico. Nota 2., Rivista di Ingegneria Agraria n° 4, pp. 234-239.
Probanza A. 2001, Effects of inoculation with PGPR Bacillus and Pisolithus tinctorius on Pinus pinea L. growth, bacterial rhizosphere colonization, and mycorrhizal infection, Microbial Ecology n° 41, pp. 140-148.
Raimbault P. 2010, Seconde Giornate Tecniche del Laboratorio dell’Albero, Tree Lab Pisa.
Record S. 1914, The Mechanical Properties of Wood, First Thousand.
Rincon A. 2005, Effects of ectomycorrhizal inoculation and the type of substrate on mycorrhization, growth and nutrition of containerised Pinus pinea L. seedlings produced in a commercial nursery, Annals of Forest Science n° 62, pp. 817-822.
Sani L. 2009, La valutazione di stabilità del pino domestico (Pinus pinea L.) Problematiche, incertezza e possibili soluzioni in un’ottica di analisi biomeccanica, Arbor, n° 26 ottobre 2009, pp. 11-21.
Skatter S., Kucera B. 1998, The cause of the prevalent directions of the spiral grain patterns in conifers, Trees n° 12, pp. 265-273.
Spatz H-C., Bruechert F. 2000, Basic biomechanics of self-supporting plants: wind loads and gravitational loads on a Norway spruce tree, Forest Ecology and Management n° 135, pp. 33-44.
147
Stokes A. 1999, Strain distribution during anchorage failure of Pinus pinaster Ait. at different ages and tree growth response to wind-induced root movement, Plant and Soil n°217, pp. 17–27.
Stokes A. 2002, An evaluation of different methods to investigate root system architecture of urban trees in situ: I. Ground Penetrating Radar, Journal of Arboriculture n° 28, pp. 2-10.
Tommasi F. 2001, A comparative study of glutathione and ascorbate metabolism during germination of Pinus pinea L. seeds, Journal of Experimental Botany n° 52, pp. 1647-1654.
Valdes A. 2001, Relationships between hormonal contents and the organogenic response in Pinus pinea cotyledons, Plant Physiology and Biochemistry n° 39, pp. 377-384.