Costruire con il Legno

parte seconda

Di Ron Alexander - Translated with Permission (C) EAA January 1999

Traduzione di Pietro Bruni

Nel precedente articolo abbiamo cominciato a parlare di Legno. Il legno è utilizzato per molti scopi, in un gran numero di velivoli Molti kit sono costituiti quasi esclusivamente da legno, mentre altri hanno parti magari non strutturali. Molti aerei più vecchi hanno longheroni e centine in legno o anche solo la fusoliera in legno. A causa di questa esteso utilizzo del legno in moltissimi velivoli, è necessario esaminare completamente tutto ciò che concerne la sua selezione per una nuova costruzione o per una riparazione o sostituzione.
Come abbiamo precedentemente visto , il "Sitka Spruce" è considerato lo standard qualitativo di riferimento per le costruzioni aeronautiche in legno. Materiali alternativi sono il Douglas Fir, il White Pineed il Western Hamlock. Ognuno di questi ha vantaggi e svantaggi. Lo "spruce" è solitamente la prima scelta ma può essere difficile da reperire.Vediamo rapidamente i requisiti normativi in un aeroplano di serie ed in un experimental, notare che essendo l'articolo edito su Sport Avaition spesso alcuni riferimenti relativi alla norma vigente potrebbero non coincidere con la normativa applicata dal RAI.
Per riparare o sostituire una parte in legno in un velivolo di serie, bisogna essere in grado di risalire all'origine dei materiali. In altre parole se si sta utilizzando un pezzo nuovo ad esempio in spruce per costruire/riparare un longherone, l'origine del materiale deve essere certa. Questo può essere soddisfatto richiedendo al fornitore una copia del certificato di raccolta che attesti la corrispondenza del materiale alla Spec Mil 6073. Questo documento è sufficiente. Chi esegue la riparazione certifica che il materiale utilizzato è di tipo navigabile. Ricordate che il fornitore del legno non certifica "l'uso aeronautico" . Da quando gli experimental sono stati stralciati dalla FAR 23 (standard di navigabilità), il costruttore amatoriale può utilizzare materiale senza alcun certificato, ma IL BUON SENSO E LA SICUREZZA devono comunque prevalere. E' quindi buona norma utilizzare comunque gli standard per i velivoli di serie anche per le costruzioni experimental. Non è necessario certificare l'origine del materiale, di fatto è possibile acquistare il legno dal locale grossista di legnami e spesso così avviene, ma è importante essere in grado di riconoscere con certezza cosa si sta acquistando e la sua qualità. L'acquisto presso un fornitore di materiale aeronautico assicura che il legno soddisfi la Spec. Mil. 6073 e la scelta di un materiale adeguato. Il costruttore amatoriale può comunque decidere di scegliere ed ispezionare da se il materiale sia per la costruzione che durante la vita del suo velivolo.
Analizziamo ora come scegliere e ispezionare correttamente il Legno. Non esiste una grande quantità di informazioni a questo riguardo in particolare sulle qualità del legno per un uso aeronautico. Pochi articoli sono stati pubblicati, come la serie su EAA Experimental scritta da Bob Whittier iniziata nell'aprile del 96.Forse la migliore pubblicazione è il bollettino governativo ANC19. Lo stesso è reperibile tramite il servizio informazioni della EAA. Questo bollettino è stato redatto da una sottocommissione governativa composta da progettisti civili e militari e da componenti dei laboratori delle produzioni forestali. La prima pubblicazione risale al 1951. E' una guida di facile comprensione per la verifica del legno. E' inoltre disponibile una pubblicazione collegata , l'ANC18, che parla delle resistenze dei legni e della progettazione di strutture aeronautiche in legno. Raccomanderei la ANC19 come la più interessante per i costruttori amatoriali. La Spec. Mil. 6073 in origine AN-6b del 1941, fu rinominata 6073 nel 1950. Le specifiche del legno per l'utilizzo in velivoli militari sono dettagliate in questo documento. Questo documento comunque si occupa solo di Spruce e non può essere esteso ad altri legni. In ogni caso è comunque una facile guida per imparare ad ispezionare ogni tipo di legno. La Spec.Mil. 6073 richiama anche la ANC19 come parte dei suoi contenuti. Utilizzando le due pubblicazioni si può ottenere un adeguato criterio di verifica. Inoltre la circolare informativa FAA 43-13 da molte informazioni supplementari circa i legni per uso aeronautico. Il costruttore amatoriale è il primo responsabile per i materiali e quindi per il legno utilizzato nel proprio velivolo. La responsabilità NON si estende la fornitore del legno o al produttore del kit. Anche se loro verificano il materiale, il costruttore deve possedere la necessaria competenza per la verifica. Se poi si compra il legno dal locale grossista di legnami, il processo di controllo è ancora più importante. Vediamo ora più in dettaglio come riconoscere e verificare il legno per utilizzi aeronautici.

Identificare il legno

E' spesso difficile distinguere i differenti tipi di legno disponibili per l'uso nel vostro velivolo.Possiamo lasciare in larga parte questo compito al fornitore del materiale che, lavorando quotidianamente con il legno, è avvantaggiato nel riconoscere con facilità i vari tipi di legno. Per loro è più semplice riconoscere le caratteristiche che contraddistinguono i vari legni. E' comunque interessante capire e conoscere queste caratteristiche per fare una corretta identificazione, attenzione alla corretta interpretazione di queste caratteristiche. Queste sono descritte nella ANC19 . Molte non sono esaustive, Vengono descritti i possibili metodi di identificazione ed illustra la confusione che si può generare sull'argomento.


Colore

Il colore è spesso sufficiente per l'identificazione del tipo di legno, ma non è un metodo infallibile.
Il colore di un provino dipende dall'umidità, dall'esposizione alla luce dal suo invecchiamento.il colore può in ogni caso variare da provino a provino anche per lo stesso tipo di legno. Questo è un punto da tenere ben presente quando si ispeziona un legname. Ci sono tre zone tipiche in un ceppo, la prima è la corteccia , la seconda è una zona piu chiara definita Sapwood (Sap letteralmente linfa) la zona più interna la terza è detta HearthWood (letteralmente il cuore del legno) ed infatti si trova nella parte più interna ed è generalmente più scuro.Nel "Sitka Spruce" il SapWood e di colore biancastro mentre il cuore è di un pallido marrone-rossiccio. Il Sapwood costituisce di solito una piccola parte del legno del taglio di Spruce e di Abete.Non c'è differenza di resistenza tra le due zone. Le stesse si notano dalle differenze di colore come nella foto (in fase di pubblicazione) ma non dovrebbero influenzare la resistenza del legno.

Odore e Sapore

Alcuni legno come l'abete hanno un caratteristico odore (ricorda un po il miele n.d.t.) . Se si è esperti in questo tipo di analisi, questo metodo può essere di aiuto, ma attenzione non può essere considerato un metodo sicuro per identificare il legname.

Peso

Non esiste un peso preciso che può essere assegnato ad un determinato legno, spesso il peso varia nello stesso tipo di legname.Dato che non si può definire con certezza il peso, il "Peso Specifico" è spesso usato per descrivere la pesantezza o la leggerezza di un legno. Il "Peso Specifico" è il rapporto tra il peso di un corpo ed il peso di un egual volume di acqua. Dato che questo dato non è facile da calcolare spesso per il legno si usa il peso per piede cubico. La Specifica Militare 6073 permette questo tipo di valutazione. E' quindi evidente che il peso non è un buon metodo per il riconoscimento del legno.

Durezza

Questo metodo è stato usato per lungo tempo. Non è difficile sentirne parlare da parte degli esperti. La durezza indica semplicemente la resistenza da parte di un materiale ad essere inciso o tagliato (il vetro ad esempio e un materiale molto duro)alcuni legni mostrano una maggior durezza di altri. In effetti la durezza è però influenzata in modo molto importante dall'umidità contenuta nel legno. Ovviamente questo metodo non è da considerarsi affidabile per l'identificazione.
A questo punto se tutti questi sistemi non sono sufficienti per scegliere con certezza il materiale da acquistare come possiamo scegliere il legno che stiamo comprando?
La risposta e che non rimane che affidarsi al fornitore. Una copia del certificato di raccolta puo definitivamente certificare il tipo di materiale comprato. La ANC-19 fornisce comunque una significativa quantità di informazioni per l'identificazione del legno.In ogni caso il punto focale è essere sicuri di cosa si sta installando sul proprio aereo scartando i legni che non sono adatti per le costruzioni aeronautiche.

Ispezione del Legno

Una volta constatato che il Legno che si sta di fatto utilizzando è di tipo corretto, il passo successivo e di accertarsi che lo stesso non abbia difetti. Stiamo parlando ovviamente di pezzi strutturali come ad esempio i longheroni, Parti non critiche potranno essere valutate in modo meno rigido. Bisogna anche considerare che trovare un pezzo "perfetto" è molto raro.La ANC-19 afferma: "… L'importanza di alcune macchie o imperfezioni sono di frequente sopravalutate causando un non necessario scarto del materiale…",inoltre l'importanza del difetto non dipende solo dal tipo e dalla sua dimensione, ma anche dalla sua posizione nel pezzo, e dal tipo di carico a cui verrà sottoposto tanto che è possibile accettare alcuni difetti.Allo stato attuale abbiamo comunque due documenti base a cui fare riferimento per le verifiche, questo sono la Spec-Mil 6073 e il bollettino ANC-19. La 6073 e strata scritta in riferimento a tre tipi di spruce: Sitka, Rosso e Bianco; altri legni sono trattati nella ANC-19. Il nostro esame si incentrerà sulla 6273 utilizzandola come riferimento e guida per la verifica di tutti i tipi di legno, prima della installazione in un velivolo.In Generale quando il classificatore esamina una spedizione riferendosi alla 6273, ogni pezzo viene classificato in base ai suoi difetti, ma uno solo ogni venti viene esaminato in relazione all'umidità contenuta ed all peso specifico, di fatto se uno di questi soddisfa i requisiti gli altri 19 non vengono verificati.

Contenuto di umidità

Le specifiche parlano per il legno di una essiccatura in aria o in forno fino a che abbia raggiunto un contenuto di umidità pari al 8 - 12 % .Questo è il contenuto di umidità richiesto per aderire alla Mil Spec 6073 nel momento in cui la spedizione lascia la falegnameria.Ovviamente il legno non mantiene lo stesso grado di umidità quando arriva in Arizzona o in Florida. Il legno acquista o perde umidità in funzione dell'atmosfera circostante fino a che non raggiunge lo stesso grado di umidità dell'aria.Il legno si ritira o si gonfia a seconda che perda o acquisti umidità.ANC-19 fornisce una tavola per calcolare i movimenti.

Direzione delle fibre

E' necessario aver chiaro il significato dei termini "quarter sawn" (taglio a squadra) o "vertical grain wood". Quando si sceglie il legno è necessario porre attenzione a questo requisito.
Esaminando il legno si possono incontrare due tipi di taglio, il taglio a squadra ed il taglio diritto. Il primo, con la venatura visibile sulla estremita, detto anche edge grained, si identifica in relazione al senso delle fibre, osservando infatti l'estremità del pezzo le fibre sono orientate secondo un angolo di 45° o più rispetto alla faccia più lunga, nel secondo caso detto con la venatura visibile sulla faccia e detto anche flat grained, questo angolo è inferiore a 45°.E' preferibile il primo tipo di taglio in quanto meno influenzato nei suoi "movimenti" dall'umidità contenuta nel legname. All'atto pratico un longherone realizzato con un pezzo con questo tipo di taglio modificherà le proprie dimensioni in modo meno sensibile al cambiare del grado di umidità contenuto nel legno.In parti critiche come un longherone i requisiti sono che le fibre abbiano questa caratteristica per almeno i 2/3 della dimensione piu lunga osservando il pezzo in sezione.

Inclinazione delle fibre

L'inclinazione delle fibre, detto anche "Diagonal Grain" è più semplicemente il rateo di inclinazione delle fibre rispetto alla rettilineità delle stesse. La specifica militare 6073 indica come parametro accettabile un rapporto di 1/15 in pratica l'andamento delle fibre non può essere inclinato in modo che il suo andamento scenda o salga rispetto alla sua posizione iniziale di più di 1 pollice ogni 15 in lunghezza.Questo è un parametro da tenere in grande considerazione nei pezzi criticie (es Longherone) in particolar modo nella parte estrema per una lunghezza di 1/8 di quella totale. Si possono spesso trovare deviazioni locali da questa regola.E' molto difficile in questo caso porre dei limiti di accettabilità, si possono avere delle inclinazioni a rateo variabile (steeper slopes) o delle onde nell'andamento delle fibre (wave) , tanto più sono isolate e contenute e tanto meno avranno ovviamente influenza sulla resistenza. In generale comunque la regola da tenere presente è quella di 1/15. Fibre con un andamento irregolare o arricciato sono comunque riscontrabili e sono accettabili se la presenza di questo andamento non supera ¼ della dimensione ed in ogni caso una sola volta e per una dimensione non superiore a 4 Ft (circa 1200 mm). Queste indicazioni sono applicabili per lo Spruce e per i legni indicati a sostituirlo (cfr articolo 1)

Anelli per Pollice

Gli anelli di accrescimento annuale possono essere misurati e confrontati con il valore minimo accettabile.Per quanto riguarda il Sitka Sdruce, questi non devono essere inferiori a 6 anelli per pollice. Si misurano in modo radiale ed agli estremi della tavola, la verifica su superfici estese longitudinalmente sarà più accurata quanto più il taglio sarà stato effettuato con le fibre a 45°. Questo paramentro (6/1) è valido anche per il Western Hamlock e per il Pino Bianco mentre per il Douglas Fir deve essere almeno 8 anelli per pollice. Per parti critiche, come ad esempio il longherone, è opportuno utilizzare un pezzo che soddisfi in ogni suo punto il criterio minimo richiesto. (6x1 o 8x1).Ricordiamoci comunque che il numero degli anelli di accrescimento non è da solo indice della resistenza e delle caratteristiche meccaniche del pezzo che si sta esaminando.

Difetti a tasca

Possono essere presenti anche due altri tipi di difetti.
Sacche di materiale con meno consistenza (in inglese Pitch Pocket per semplicità PP) e sacche di corteccia (Bark Pocket per semplicità BK).
Le PP sono generalmente piccole e a forma lenticolare e aperta. Si trovano all'interno degli anelli di accrescimento.Di solito sono maggiormente estese in lunghezza rispetto alla propria larghezza e possono a volte contenere dei residui resinosi. Nel Sitka Spruce e nel Douglas Fir sono un difetto difetto abbastanza comune.Le BK invece sono particolari di corteccia, assomigliano alle PP ma sono di solito più piccole. Sia i PP che le BK possono peggiorare le caratteristiche del legno. La Military Spec 6073 stabilisce che le PP e le BK, non possono essere a meno di 12" dal bordo e l'area non deve essere superiore ad ¼ di pollice quadro (40 mm2). Nel caso siano presenti più di un difetto su una superficie di un piede quadrato (1,2 m2) la superficie totale dei difetti non deve essere superiore a 1" quadro (6,4 cm2).La ANC-19 è ancora più dettagliata a riguardo, in quanto afferma che tali difetti non devono essere più larghi di 1/8 rispetto alla lunghezza del pezzo in esame o di ¼" quale dei due più piccolo e non più lungo di 2" e/o 4 volte la distanza dell'angolo più vicino quale dei due minore.La distanza tra due difetti sulla stessa faccia della tavola non deve essere inferiore a 6 volte la lunghezza di quella più piccola. Ovviamente a questo punto le idee sulla tollerabilità di tali difetti possono essere un pò confuse. Per eseguire un esame più approfondito consiglio uno studio più dettagliato (ANC-19 e MilSpec 6073).In ogni caso per non sbagliare si può seguire questa semplice regola:
· Non più larga di 1/8 "
· Non più lunga di 2"
· A non meno di 12" da un bordo
Queste possono essere utilizzate come delle regole generali.Differentemente se si vuole analizzare maggiormente la tavola per decidere se utilizzarla o no, è necessario esaminare con più attenzione il pezzo che si vuole utilizzare in relazione a quanto descritto precedentemente.

Strisce

Un altro difetto che si può riscontrare sono le strisce di materiale peggiore (Pitch Streaks - PS). Queste non devono essere più larghe di ½ ". Si presentano come una striscia scura nel legno. Se ne è presente più di una, la larghezza totale non deve superare il 10 % della larghezza della faccia della tavola che si esamina.Gli altri difetti comunemente presenti nel legno verranno trattati nel prossimo articolo.Come abbiamo visto può essere abbastanza complicato scegliere il legno adatto.In ogni caso per le parti strutturali è opportuno utilizzare legno di alta qualità.Uno dei vantaggi di acquistare materiale da aziende che vendono materiale aeronautico, e che queste verificano prima di spedirlo.Inoltre sono abituati a identificare i difetti descritti e non spediscono materiale che non abbia o superi i requisiti richiesti.Nel prossimo articolo completeremo l'esame dei requisiti richiesti perché un pezzo sia considerato utilizzabile.