Gli alberi ondeggiano al vento: un bene o un male? Un bene!

L'idea che quando un albero ondeggia è pericoloso è purtroppo molto diffusa.

1) la massa delle radici e del terreno che possono essere sollevati;

2) la tenacità del terreno e la profondità di penetrazione delle radici sotto il disco radicale;

3) la resistenza al cedimento delle radici, degli alberi sottoposti a tensione, sul lato sopravento, poiché il movimento verso l'alto del disco radice-terreno provoca il sollevamento delle radici dal terreno sia prima che dopo la loro rottura;

4) la lunghezza del braccio di leva al colletto sul lato sottovento.

La modifica di una di queste quattro componenti può influenzare molto le restanti. All'aumentare di ciascuno di questi componenti di ancoraggio la forza necessaria per inclinare il disco radicale sarà maggiore, mentre la distribuzione non uniforme delle radici strutturali riduce l'ancoraggio.

La resistenza alla compressione aumenta per una breve distanza dalla base del tronco, prima di diminuire con la sua lunghezza.

La resistenza alla compressione delle radici è all'incirca la stessa per le angiosperme e le gimnosperme, ma la resistenza alla flessione è molto maggiore nelle angiosperme (Stokes e Mattheck, 1996).

Gli alberi cadono quando il carico esercitato su di essi supera la loro forza biomeccanica. Mentre le precipitazioni da sole raramente causano il ribaltamento degli alberi, se accoppiate con il vento e altri effetti, le precipitazioni possono avere un ruolo decisivo nel loro ribaltamento.

Il tipo di precipitazione (pioggia, neve, ghiaccio, ecc.) svolge un ruolo importante nell'intercettazione del carico, soprattutto neve e ghiaccio possono aumentare l'intercettazione, in particolare durante le condizioni di "foglia" in alberi decidui. Quest'ultima condizione nelle aree temperate si sta modificando: le elevate temperature autunnali stanno provocando una caduta ritardata delle foglie. Inoltre, le precipitazioni possono incrementare i casi di ribaltamento causati dal vento attraverso la saturazione del suolo poichè diminuiscono la forza della piastra radicale del suolo e aumentano così la probabilità di caduta.

La capacità portante di un albero dipende:

1. dalle sue dimensioni;

2. dalla sua forma;

3. dalle proprietà del legno.

Con la crescita, man mano che il tronco e i rami aumentano di diametro, aumenta la loro capacità portante. Le proprietà del materiale (ad esempio, moduli di elasticità e rottura) descrivono la rigidità e la resistenza intrinseche del legno, che influenzano rispettivamente la deflessione sotto carico e la capacità portante. Nel legno, le proprietà del materiale variano in relazione a una varietà di fattori, tra cui la direzione di carico, il contenuto di umidità e l'età degli alberi. Il decadimento del legno riduce la capacità di carico di un albero.

Comprendere il trasferimento di energia è la chiave per comprendere la complessa risposta dinamica dell'albero e dei suoi rami nei venti. Una chioma più grande è più esposta alla azione del vento e la resistenza aerodinamica aumenta le forze agenti sull'albero. Gli alberi si sono evoluti per far crescere molti rami in una complessa architettura tridimensionale, che li beneficia biologicamente e fisicamente. Come strategia di sopravvivenza, meno energia è trasferita dal vento all'albero, migliore è la possibilità di sopravvivenza dell'albero. Dal punto di vista strutturale l'obiettivo è minimizzare il movimento di ondeggiamento e le sollecitazioni a carico dello scheletro: questo risultato è ottenuto grazie alla massa delle ramificazioni che interagiscono dinamicamente con la massa principale del tronco. L'albero risponde costantemente ai carichi che sopporta con due meccanismi: crescendo o muovendo le ramificazioni. L'equilibrio dinamico può essere raggiunto dalle risposte di crescita, che sono molto lente, oppure improvvisamente rompendosi, quando il carico esercitato dal vento è troppo grande per la capacità di un ramo o di una branca.

Il processo di riconfigurazione, che interessa tutte le componenti della porzione epigea dell'albero, è una efficace strategia di sopravvivenza che riduce al minimo il trasferimento di energia eolica al tronco e al sistema radicale e quindi si traduce in una maggiore stabilità dell’albero. Recenti studi dimostrano che fogliame, ramoscelli e le sottili punte flessibili dei rami smorzano le oscillazioni e dissipano l'energia eolica per oltre il 40 %, mentre lo scheletro contribuisce per meno del 10 %. I rami agiscono come oscillatori che, accoppiati ad un tronco oscillante, agiscono collettivamente per smorzare le raffiche di vento pericolose. La conoscenza di questa importante funzione delle ramificazioni ha una evidente influenza sulle modalità di potatura.

Sotto l'azione del vento:

• prima l'albero riconfigura le foglie, poi la conformazione della chioma (deformazioni reversibili): quindi ondeggia;

• successivamente l'albero oscilla fino a subire delle deformazioni irreversibili: il limite elastico del legno è stato superato;

• soltanto l'ultima fase è quella dello schianto o del ribaltamento: la sollecitazione è superiore alla capacità del legno di flettersi.

• I fattori che influiscono sulla vulnerabilità degli alberi nei confronti del vento sono numerosi. L'architettura e la morfologia degli alberi sono più importanti delle proprietà dei materiali nell'influenzare il modo con cui ondeggiano in risposta ai venti.

Tuttavia, quando un albero è sottoposto ad un forte vento, la forza di spinta indotta dal vento agisce sul castello e sul tronco, causando un grande momento di flessione sul tronco e sul disco radicale. Per un tronco d'albero inizialmente curvo a causa della lunghezza e conformazione delle branche primarie il momento di piegatura può aumentare o diminuire la sua curvatura, a seconda della direzione del vento: questo momento è fonte di rottura del tronco ([1])

Quando esposto a un campo di vento uniforme, un albero con una chioma rotazionale simmetrica, e con un'esposizione uniforme nella direzione del vento, è sottoposto solo alla flessione. Vale a dire, la flessione è l'unica modalità di deformazione, ma questa è una situazione ideale. Il più delle volte la chioma è asimmetrica:  il momento della superficie differisce tra i due lati del tronco nel piano normale alla direzione del vento. Tale albero asimmetrico sarà anche attorcigliato dal vento e la coppia (forza di torsione) dipenderà dal grado di asimmetria. Questa modalità di deformazione è denominata torsione.

[1] Yan-San Huang, Pei-Lin Chiang, Ying-Chuan Kao, Fu-Lan Hsu and Jia-Yang Juang (2020) - Cracking failure of curved hollow tree trunks.