LEGNO LABORATORIO DI RESTAURO DELL’ARCHITETTURA AA. 2014-15 CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA A CICLO UNICO IN ARCHITETTURA AA. 2014-2015 LABORATORIO DI RESTAURO DELL’ARCHITETTURA AA. 2014-15 Docente – Arch. M. Teresa Campisi Collaboratore al corso Arch. Giuseppe Giugno FENOMENOLOGIE E PROCESSI DI DEGRADO LEGNO Enna – 12 .05. 2015

PATOLOGIE (LESSICO UNI 11300) Dal punto di vista dei processi, il danneggiamento può classificarsi come : Degrado Modificazione del legno, di diversa origine, che in qualsiasi modo ne peggiora le caratteristiche (in particolare, ma non esclusivamente, quelle meccaniche). In generale può essere causato da agenti chimici, fisici, meccanici, biotici e/o loro combinazioni. Biodegradamento Degradamento causato da agenti biologici (funghi, insetti, batteri, organismi marini). Alterazione Qualsiasi tipo di modificazione del legno intervenuta dopo che il manufatto ligneo è stato messo in opera o ha iniziato a svolgere la sua funzione. Può essere principalmente di origine biologica, meccanica, o chimica. Non implica necessariamente un peggioramento delle caratteristiche del materiale.

BIODEGRADAMENTO Dal punto di vista dei processi, il biodegradamento può avvenire attraverso due processi: Meccanico Operato dagli insetti, che scavando gallerie all’interno del materiale compromettendone le caratteristiche tecnologiche (variazioni di colore, massa e caratteristiche fisico-meccaniche), in alcuni casi in modo significativo (carie, marciume); Chimico Causato dall’attività di funghi conducenti alla distruzione dei costituenti principali della parete cellulare (cellulosa, lignina, emicellulose) e/o delle sostanze presenti nelle cellule parenchimatiche del legno (amido, zuccheri semplici, aminoacidi) - (alterazione cromatica, azzurramento)

DEGRADO PER ATTACCO FUNGINO Ispezione macroscopica Il degrado per attacco fungino è favorito dalla presenza di umidità concentrandosi spesso nelle parti fisse (strutture di solai e coperture), le quali laddove murate e non aerate possono subire incrementi del tenore di umidità favorevoli all’insediamento di tali biodeteriogeni. Ad un primo accertamento visivo è bene che si liberino le testate, e che non si rimuovano eventuali elementi sintomatici, come cordoni miceliali e corpi fruttiferi, utili ad identificare la specie. Elementi indicativi di vulnerabilità o presenza di attacco fungino - Umidità del legno con valori superiori al 20% (misurabile tramite igrometri da legno); Variazione di colore, con presenza di zone o strisce più scure o chiare, rispetto il colore del legno; Diminuizione di consistenza, verificata facendo penetrare un oggetto appuntito, e verificando la maggiore o minore facilità a rimuovere schegge dalla superficie; - Variazione della risonanza del legno, laddove si presenti un suono smorzato e sordo, anziché chiaro e sonoro;

FUNGHI XILOFAGI Morfologia Ciclo Vitale Fattori di sviluppo Tipologie di degrado

Morfologia I funghi presentano i seguenti elementi costitutivi: Una parte vegetativa, le ife, organi filamentosi, tubulari, svilupantesi sia apicalmente che lateralmente, ed insieme costituenti il Micelio. Il Micelio colonizza il legno, all’interno degli elementi legnosi, causandone la degradazione per effetto degli enzimi prodotti. Una parte riproduttiva, le spore, che germinando producono le ife; queste sono prodotte all’interno o sulla superficie dei corpi fruttiferi; Le principali famiglie dei funghi xilofagi sono costituite dai Basidiomiceti ed Ascomiceti, con riproduzione sessuata (meiosi) con corpi fruttiferi che si sviluppano sulla superficie del legno, e dai Deuteromiceti o funghi imperfetti (riproduzione agamica).

Ciclo Vitale Produzione delle spore da un corpo fruttifero; - Trasporto delle stesse, per azione dell’acqua, vento, pioggia od insetti su substrati legnosi; - Germinazione delle spore e produzione delle ife; - Accrescimento delle ife dapprima a danno delle cellule parenchimatiche del legno, e successivamente degli elementi legnosi; - Formazione, nelle condizioni favorevoli, di corpi fruttiferi, con generazione di nuove spore e ripetizione del ciclo;

Fattori di sviluppo Fattori fisici: Umidità, Temperatura, Luce Umidità: per ciascuna specie fungina, esiste un grado di umidità minimo e massimo; Serpula Lacrymans attorno al 22%. Altre specie, attorno al 30% (punto di saturazione delle fibre legnose). Nessuna specie tuttavia può svilupparsi in legni saturi d’acqua, perché i funghi sono organismi aerobici. Alcuni funghi possono persistere per lunghi periodi in legni essiccati, e riattivarsi, laddove questi siano riumidificati (p.e. Serpula Lacrymans). Temperatura: Per ogni specie esiste una T min e T max. Le specie possono sopravvivere per valori prossimi a quelle, ma non eccessivamente distanti. I funghi xilofagi si accrescono a T fra i 5 e 45°C, con optimum fra i 25-35°C. Luce: non necessaria allo sviluppo del Micelio, ha tuttavia azione ritardante della crescita, ed influisce sulla formazione dei corpi fruttiferi. Fattori chimici: Ossigeno, fattori di crescita, pH Ossigeno: indispensabile per lo sviluppo di questi organismi. pH: i funghi xilofagi attecchiscono in ambienti leggermente acidi; alcune specie, come la Serpula Lacrymans, possono tollerare condizioni alcaline. L’azione dei funghi, nel produrre acidi organici, aumenta l’acidità del legno. Fattori di crescita: L’azoto è indispensabile per la vita cellulare. Altre vitamine e sostanze minerali lo sono altrettanto (Fosforo, Potassio, Ferro e Zinco). Fattori biologici: tipo di substrato Legni di conifera o latifoglia.

Tipologie di degrado Possono essere di natura cromatica (funghi cromogeni); di natura strutturale (funghi da carie) Tipologia delle carie Carie bruna Degradazione: cellulosa ed emicellulosa con modifiche, ma non degrado della lignina. Manifestazioni di degrado: colorazione bruna, con profonde fessurazioni long. e trasv. (carie cubica), friabilità al tatto, e notevole riduzione della resistenza meccanica. Specie biodeteriogene: Basidimioceti, privilegiano legno di conifera, e necessitano di un UR non elevato (22-25%) e T fra 23 e 25°C. Carie bianca Degradazione: cellulosa e lignina. Manifestazioni di degrado: colorazione chiara, aspetto fibroso, mantenimento esteriore della forma originaria, e notevole riduzione della resistenza meccanica. . Specie biodeteriogene: Basidiomiceti ed alcune funghi imperfetti, privilegiano il legno di Latifoglia, e si riscontrano maggiormente in legni posti in opera all’esterno, necessitando di T elevate (p.e. 28°C). Carie soffice Degradazione: cellulosa ed emicellulosa con modifiche, ma non degrado della lignina. Manifestazioni di degrado: colorazione grigio-scura e consistenza molle allo stato umido; allo stato secco si evidenziano fessurazioni, long. e trasversali poco profonde.. Specie biodeteriogene: Ascomiceti e funghi imperfetti, con sviluppo in legni molto umidi, a contatto con il terreno,e limitazione del degrado alla parte più superficiale del legno a contatto diretto con l’acqua. La loro azione privilegia le Latifoglie.

Tipologie di degrado e specie biodeteriogene

PRINCIPALI SPECIE FUNGINE ALTERATIVE DEL LEGNO IN OPERA Schede

SERPULA LACRYMANS Specie legnosa preferita: Preferibilmente conifere Caratteristiche micelio: bianco-cotonoso (ambiente umido); grigio-argento (ambiente secco) Caratteristiche cordoni miceliari: lunghi anche m e spessi anche fino a 6-8 mm, colore bianco-grigiastro, presenti anche nelle murature Corpo fruttifero: a mensola, carnoso, color rosso ruggine per presenza delle spore Effetti di degrado: Carie bruna, colorazione bruno chiara, presenza di fessurazioni profonde trasv. e long. Condizioni ambientali: intorno a 22-23°C, UR da 22%, optimum 35%

CONIOPHORA PUTEANA Specie legnosa preferita: Conifere e latifoglie Caratteristiche micelio: raramente presente Caratteristiche cordoni miceliari: Molto sottili, bruno-neri con aspetto ramificato Corpo fruttifero: raro, bruno violaceo per presenza delle spore Effetti di degrado: Carie bruna, color bruno scuro, fessurazioni trasv, e long. poco profonde Condizioni ambientali: intorno a 22-25°C, UR optimum 40-60%

POIRA VAILLANTI Specie legnosa preferita: Conifere Caratteristiche micelio: Bianco neve Caratteristiche cordoni miceliari: sottili, fino a 3 mm, flessibili allo stato secco Corpo fruttifero: coriaceo, bianco, a pori Effetti di degrado: Carie bruna, color bruno chiara, fessurazioni trasv, e long. poco profonde Condizioni ambientali: ottime da 27 a 35°C, scarse sui 10°C, UR optimum 30-50%

DONKIOPORIA EXSPANSA Specie legnosa preferita: Latifoglie (Querce e Castagno) Caratteristiche micelio: bianco-giallastro, a cuscinetti poroide Caratteristiche cordoni miceliari: sottili, fino a 3 mm Corpo fruttifero: coriaceo, da fulvo a bruno scuro Effetti di degrado: Carie bianca, colorazione biancastra, aspetto fibroso Condizioni ambientali: ottime da 27 a 35°C, scarse sui 10°C, UR optimum 30-50%

FUNGHI CROMOGEN I Producono solamente alterazioni cromatiche superficiali o profonde, generalmente su legno di conifere europee (pioppo, faggio, p.e.). Si nutrono di sostanze facilmente assimilabili (amido, proteine, zuccheri), che si trovano nelle cellule dell’alburno, senza attaccare la parete cellulare del legno. Su legno in opera attecchiscono solamente con condizioni di UR > 30%. Non causano danni di tipo meccanico. Specie che producono colorazioni superficiali: Aspergillus, Peniciulium, Gliocladium Specie che producono colorazioni profonde (cromogeni): Ceratostomella, Ophiostoma, Pullularia

DIAGNOSTICA

Diagnosi dei degradi Accertamento di iniziale attacco fungino Osservazione macroscopica e/o rilevamento strumentale dei seguenti dati: Variazione di colore del legno (per zone o strisce di colore più chiaro o scuro di quello naturale); Umidità superiore al 20% (rilevabile strumentalmente con trivella di Pressler – distruttiva -, o con igrometri da legno); Diminuzione di consistenza del legno (prova di penetrazione con attrezzo appuntito – chiodo da cantiere -, o valutazione allo strappamento di schegge); Variazione di risonanza (al suono con martello suono cupo e sordo, anziché chiaro); Strumenti e prove per la diagnosi in opera Metodi non distruttivi rilevamento di umidità di superficie o dell’ambiente (Igrometri elettrici da legno, termoigrografi, Sonde termoigrometriche); Metodi distruttivi (prelievo di campioni o strumenti a penetrazione) Strumenti e prove per sondaggi in profondità del legno (Trivella di Pressler, carotatori, endoscopio, penetrazione dinamica del legno, resistenza all’estrazione della vite)

Rilevamento della percentuale di Umidità Metodi indiretti (non distruttivi o poco distruttivi) Igrometri elettrici (affidabilità per valori di UR entro il 30%) - a resistenza (a chiodi) - dielettrici o a radiofrequenza (a contatto) I. a resistenza impiegano elettrodi infissi nel legno che stimano l’umidità in prossimità degli stessi. Se attrezzati con particolari chiodi isolati, questi strumenti possono essere impiegati anche per la valutazione di gradienti di umidità. Vantaggi: immediatezza della misurazione, con errori di massimo 1-2 punti percentuali, portatili per alimentazione a batteria. Limiti: non affidabile per tenori di UR non compresi fra il 6-7% ed il 25-30% ; in presenza di trattamenti con soluzioni saline; per elementi con elettrodi di lunghezza troppo ridotta; per presenza di tasche di umidità. Maggiore affidabilità con elettrodi a stelo isolato. I. dielettrici o a radiofrequenza impiegano elettrodi a contatto e non (non necessitano la penetrazione nel materiale) e possono stimare l’umidità anche di legno molto secco. Vantaggi: Assoluta non distruttività della prova (ideali su opere pregevoli); misurazione affidabile anche oltre il 30% di UR. Limiti: Incertezze di misura, nel caso di esistenza di gradienti di UR, e quindi meno affidabili su legname in opera rispetto ai precedenti; nel caso di elementi metallici presenti.

Rilevamento dell’umidità e T ambientale in continua Termoigrografo Rilevazione in continua tramite un grafico, della variazione nel tempo di T ed UR dell’aria. La valutazione nel tempo può essere impostata su periodi settimanali o giornalieri. Lo strumento disegna un diagramma su carta, che registra ,su carta graduata , i valori di T ed UR ambientale. Tramite una correlazione definita da tabelle parametriche, correlate alle specie legnose presenti, può essere utile a determinare e/o a controllare l’umidità tendenziale di equilibrio del legno.

Rilevamento della percentuale di umidità in profondità Metodi diretti (distruttivi o parzialmente distruttivi) Rilevamento dell’UR del legno in profondità Carota di Pressler Trivella manuale carotatrice, costituita da un tubo di acciaio temperato, con bordo affilato e filettatura per penetrare il legno senza distruggerlo. Su questa viene montata una sezione quadrata che serve da impugnatura. La penetrazione avviene manualmente e quindi senza eccessive pressioni. Il distacco della carota interna viene ottenuto inserendo all’interno fra tubo e carota lignea un’asticella concava. Esistono trivelle di diverse misure. La più generalmente adoperata è quella per diam di 5 mm, che lasciano fori di circa 12 mm. In alcuni casi può essere necessario adoperare carotatrici meccaniche, che hanno lo svantaggio di lasciare fori maggiori. Misurazione dell’Umidità del legno in profondità La carota di legno prelevata, fornisce già, in relazione alla diversità di colore e consistenza, prime informazioni qualitative dello stato del legno a diverse profondità. Misurazioni di precisione possono essere poi effettuate in laboratorio, a seguito di conservazione in involucro a tenuta. In laboratorio può essere divisa in sezioni sequenziali, pesate a peso umido e poi essicate.

Rilevamento della resistenza Metodi diretti (distruttivi o parzialmente distruttivi) Penetrazione dinamica del legno Resistenza al’estrazione della vite Si basa sul principio della proiezione istantanea di una sottile ounta cilindrica d’acciaio, mandata a presisone da pochi millimetri dalla superficie. Può fornire valori immediati e quantitativi della densità e resistenza del materiale. Resistenza all’estrazione della vite

Rilevamento e diagnosi INSETTI XILOFAGI Gruppi Rilevamento e diagnosi Tipologie di degrado

Caratteristiche delle famiglie di xilofagi I principali aggressori delle specie lignee sono costituiti da due gruppi di insetti, artropodi: Coleotteri (famiglie dei Cerambicidi, Lictidi, Anobiidi); Isotteri o Termiti Caratteristiche generali Gli artropodi costituiscono famiglie di insetti esapodi, con scheletro esterno costituito da chitina, spesso dotati di ali. Il corpo è costituito da tre parti: testa (con occhi composti, antenne, ed apparato boccale); torace (distinto in prototorace, mesotorace, metatorace); addome (in cui risiede l’apparato riproduttivo). Hanno dimensioni medie da 0,5 a 25 mm ca. Riproduzione La riproduzione è effettuata per deposizione di uova, da cui si sviluppano le larve. A seguito dello scheletro rigido, lo sviluppo provede per mute successive fino allo sviluppo dell’insetto adulto. Lo sviluppo da larva ad insetto adulto è diverso per le specie, distinguendosi tre casi: forme giovanili larvali molto simili all’insetto adulto senza ali, privi di apparato riproduttore e di minori dimensioni ; forme giovanili analoghe, ma privi di ali, presenti nell’insetto adulto; larve vermiformi e stadio di formazione intermedio dell’individuo, simile all’adulto (pupa), fino alla formazione dell’insetto adulto.

Coleotteri Tre famiglie principali : Cerambicidi, Anobiidi, Lictidi Caratteri generali del gruppo: Due coppie di ali (le funzionali al volo al di sotto delle prime); prototorace mobile, meso e metatorace saldati; notevole apparato masticatore, esoscheletro spesso e duro. Riproduzione con ciclo completo: larva, pupa, insetto adulto. Ciclo biologico: Uovo: di varie forme, e dimensioni da 0,5 a 2 mm a seconda della specie, di colore ialino, deposto nei fori di sfarfallamento e nelle fessurazioni del legno, o nei vasi legnosi, a schiusura di 1 o più settimane; Larva: vermiforme, biancastra di dimensioni da 5-5 a 22-25 mm, che scava gallerie nel legno, per nutrirsi di sostanze delle pareti cellulari (cellulosa, emicellulosa) e/o nelle sostanze presenti nelle cellule parenchimatiche (amido, zuccheri, vitamine, etc…). In alcuni casi il nutrimento può essere dato dai funghi. Sviluppo: la larva si sviluppa scavando gallerie dopo all’incirca 1 anno dalla deposizione, in prossimità della maturità scava in prossimità della superficie , una cella pupale, trasformandosi in pupa (stadio di alcune settimane); formatosi l’adulto questo scava un foro per fuoriscire dal legno (foro di sfarfallamento). Danneggiamento del legno: scavo di gallerie con riduzione della massa legnosa, sottrazione di elementi della parete cellulare (emicellulose, cellulosa), con

Isotteri o Termiti Comprendono 6 famiglie e sono diffusi soprattutto nei paesi tropicali. In Italia le famiglie presenti sono costituite da: Rinotermiti, reticulitermes lucifugus (rosse); Kalotermiti, Kalotermes flavicollis . Sono anche state riscontrate le specie di altre kalotermiti, Criptotermes brevis, anche se isolate Tipologie: Termiti sotterranee (Rinotermitidi). Fondano il termitaio nel terreno, nutrendosi di legno e materiali cellulosici anche a molta distanza dal nido. Termiti del legno secco (kalotermitidi). Fondano il termitaio nel legno, non avendo bisogno di mantenere il contatto con il terreno. Organizzazione sociale: Esistono individui diversi, con diverse morfologie e diversi compiti -operai, privi di colorazione ed occhi, sterili con funzione di nutrizione delle larve; soldati, a difesa del nido, presentano forti mandibole e testa chitinizzata; -Riproduttori, primari, maschi e femmine, con ali, perdute subito dopo l’accoppiamento, corpo pigmentato ed occhi composti; Ciclo biologico: Insetti a metamorfosi incompleta, attraverso gli stadi di uovo, neanide, ninfa ed insetto perfetto. Il nido viene fondato da una coppia di riproduttori. La regina depone un iniziale numero limitato di larve, cui provvede la coppia, nutrendoli attraverso la saliva. Una volta differenziate in operai ,ect.., rilevano i compiti assegnati. La colonia continua a crescere per deposizione continua di uova da parte della regina e dei riproduttori successivi.

Riconoscimento e diagnostica del degrado Dal momento che gli insetti sono presenti solamente durante lo sfarfallamento, il riconoscimento di un possibile attacco deve basarsi sull’osservazione dei: Fori di sfarfallamento (forma e dimensioni, e pulizia del doro); -Gallerie larvali (dimensioni); presenza di rosume ed escrementi (forma e colore; attacco attivo colore chiaro e forma a cono); -presenza di gallerie di aspetto terroso nel terreno e nel legno (ispezione delle gallerie, per verificare la presenza di operai sottostanti); - rumori, prodotti dalle larve di alcuni coleotteri; Le varie osservazioni vanno inoltre inerrelate alle specie legnose indagate.

Classificazione delle specie infestanti Le specie infestanti possono dividersi in tre gruppi in relazione se infestino: Legno stagionato (UR 8-15%). Insetti del legno secco, causano gravi danni al legno in opera; Legno con alto tenore di UR (UR > 30%). Generalmente insediano legno in bosco, ma possono completare lo sviluppo su legno in opera, pur non potendo deporre uova nel manufatto da cui fuoriescono; Legno a solo scopo riproduttivo. Soprattutto su legname già infestato da funghi.

Insetti su legno stagionato in opera Anobiidi Famiglie più diffuse in Italia: Anobium Punctatum (tarlo dei mobili; su conifere e latifoglie), Oligomerus Ptilinoides (su legni di Pioppo, faggio ed Acero), Ptlinus pecticornis, Nicobium Castaneum, Xestobium rufovillosum (orologio della morte; su legni duri) Dimensioni: 2,5 – 9 mm Caratteristiche: Antenne filiformi, e larve con parte posteriore ingrossata ed arrotondata Specie legnosa preferita: Conifere e latifoglie Caratteri infestazione: a modeste profondità (non oltre i 4-5 cm), con infestazione dell’alburno, ed in alcuni casi, anche del durame Danneggiamenti: non gravi sulle strutture non decorate. Gravi su quelle decorate proprio per il danneggiamento superficiale. Fori di sfarfallamento: circolari, da 1 a 3,5 mm Condizioni ambientali: T da 22- a 30°C , UR da 11 ad una media di 25%

Insetti su legno stagionato in opera Lictidi Famiglie più diffuse in Italia: Lyctus Linearis Lyctus Bruneis Dimensioni: 3 – 7 mm Caratteristiche: Forma allungata ed appiattita, ali molto lunghe. Specie legnosa preferita: latifoglie Caratteri infestazione: su legnami con contenuto di amido non minore di 1,5%, e con vasi, non inferiori a 0,07 mm (per la deposizione delle uova). Presenza di rosume sulla superficie del legno anche in assenza di fori. Danneggiamenti: sempre molto gravi con polverizzazione del legno, che fuoriesce in rosume., generalmente su manufatti posti in opera recentemente. E’ raro nelel travature, spesso su infissi e suppellettili. Fori di sfarfallamento: circolari, da 1 a 3,5 mm Condizioni ambientali: T da 22- a 30°C , UR da 11 ad una media di 25%

Insetti su legno in bosco o appena abbattuto Cerambicidi Famiglie più diffuse in Italia: Hylotrupes bajulus (Capricorno delle case, su legno di conifere); Trichopherus Holosericeus Dimensioni: 10-25 mm Caratteristiche: testa ben distinta dal dorso, antenne filiformi, molto allungate. Specie legnosa preferita: latifoglie Caratteri infestazione: su legnami con contenuto di amido non minore di 1,5%, e con vasi, non inferiori a 0,07 mm (per la deposizione delle uova). Danneggiamenti: sempre molto gravi con polverizzazione del legno, che fuoriesce in rosume., generalmente su manufatti posti in opera recentemente. Fori di sfarfallamento: ovali, da 8-10 x 6-6,5 mm Condizioni ambientali: T da 18 a 38°C , UR da 11 ad una media di 25%

Insetti su legno stagionato in opera Rinotermitidi Famiglie più diffuse in Italia: La più presente in Italia è la Reticulitermes lucifugus Dimensioni: e caratteristiche da 6-8 a 12 mm con le ali; soldati 6-8 mm, di colore biancastro, con testa bruna; operai 4-6 mm, colore biancastro con addome leggermente colorato. Specie legnosa preferita: Conifere e latifoglie Caratteri infestazione: Nidi nel terreno, con realizzazione di gallerie (ca 5-10 mm) fino ed internamente alla fonte legnosa. Superficie apparentemente integra all’esterno, con difficoltà di diagnosi. Danneggiamenti: gravissimi, su quasi tutte le specie legnose delle zone temperate, con danneggiamento sia dell’alburno che del durame. Presenza di legno di ‘sostituzione’. Elemento diagnostico: gallerie

Insetti su legno stagionato in opera Kalotermiti Famiglie più diffuse in Italia: La più presente in Italia è la Kalotermes Flaviccolis Dimensioni: e caratteristiche: adulti di colore bruno-nero, con dorso giallo, lunghezza da 10-12 mm con le ali; soldati 5-8 mm, con testa e torace color giallo-ocra; Specie legnosa preferita: Conifere e latifoglie Caratteri infestazione: In legno secco senza nessuna correlazione con il terreno, con colonie limitate. Danneggiamenti: gravissimi, su quasi tutte le specie legnose delle zone temperate, con danneggiamento sia dell’alburno che del durame. Presenza di legno di ‘sostituzione’, e superficie apparentemente integra Elemento diagnostico: gallerie