1 Dřevo jako stavební materiál

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________

1

Dřevo jako stavební materiál

1.1

Úvod

V současnosti se předmětem zájmu naší společnosti stala problematika vyčerpatelnosti surovinových zdrojů a udržitelné výstavby. Jednou z cest řešením této problematiky je větší využití možností lesa jako producenta obnovitelného ekologického materiálu - dřeva. ČR patří mezi státy s poměrně vysokým procentem zalesnění území - cca 33,5 %. S ohledem na to, že od poloviny minulého století byla u nás těžba dřeva přibližně na úrovni 75 % ročních přírůstků, jsou v současnosti zásoby dřeva v ČR vysoké a není tedy problém přiměřeně zvýšit těžbu dřeva a jeho využití ve stavebnictví.

1.2

Dřevo a jeho vlastnosti

Kmen stromu je na počátku zájmu stavebních inženýrů, protože jeho rozřezáním vzniká konstrukční dřevo. S ohledem na pochopení chování a možností dřeva, je nutné se seznámit se základní stavbou kmene stromu. Na obr. 1.1 je zobrazen průřez kmene stromu s jeho hlavními růstovými částmi. Kůra s lýkem Kambium

Bělové dřevo

Jádrové dřevo

Extraktivní látky

Juvenilní dřevo

Dřeň

Vnější vrstvy chrání kmen stromu proti požáru, teplotě, poškození. Vnitřní vrstvy transportují živiny do růstových částí. Růstová část, ve které vznikají nové buňky dřeva. Nové buňky dřeva rostou směrem dovnitř kmene stromu a nová kůra roste směrem k vnějšímu okraji kambia. Nové buňky, které vytváří svislé kanálky pro transport vody a živin od kořenů do větví. Stěny buněk stále vnitřně rostou a obsahují zásobní látky pro svůj růst. Buňky jádrového dřeva již nerostou a vytváří schránky pro odpadní produkty (extraktivní látky). Je starším, a obvykle tvrdším dřevem, přesto ale nemusí mít vyšší pevnost. Doprovodné produkty růstových reakcí, které jsou uloženy v buňkách jádrového dřeva. Složení extraktivních látek se mění podle druhů dřevin a částečně strom od stromu. Některé extraktivní látky jsou toxické pro dřevokazné houby a hmyz. Nejmladší dřevo stromu, které, které se vyskytuje blízko středu kmene stromu. Má sklon k tomu mít horší hustotu a strukturu buněk. Obecně tvoří juvenilní dřevo velmi malou část průřezu kmene stromu mimo rychle rostoucí dřevo na plantážích. Tmavá malá porézní vrstva v samém středu kmene stromu paprskovitého nebo vice méně kruhového tvaru.

Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

-1-

Petr Kuklík


Obr. 1.1 Průřez kmene stromu (bark-kůra s lýkem, cambium-kambium, sapwood-bělové dřevo, heartwood-jádrové dřevo, juvenile wood-juvenilní dřevo, pith-dřeň) Dřevo je přírodní organický buněčný materiál. Je kompozitem vytvořeným z chemického komplexu celulózy, hemicelulózy, ligninu a extraktivních látek. Dřevo je vysoce anizotropní zejména vzhledem k podlouhlému tvaru buněk dřeva a orientované stavbě stěn buněk. Anizotropie kromě toho vyplývá z rozdílných velikostí buněk v průběhu růstového období a částečně z převládajícího směru určitých typů buněk (např. dřeňových paprsků). Jemná struktura stěn buněk, uspořádání buněk v bezvadém dřevu a růstové nepravidelnosti konstrukčního dřeva představují tři strukturální úrovně, které všechny mají značný vliv na vlastnosti dřeva jako konstrukčního materiálu. Například submikroskopická struktura stěn buněk objasňuje mimo jiné, proč je sesychání a bobtnání kolmo k vláknům zpravidla 10 až 20krát větší než ve směru vláken. Mikroskopická stavba bezvadého dřeva je klíčem k pochopení proč je tuhost 20 a 40krát vyšší v podélném směru než v příčném směru. Makroskopická struktura (suky, odklon vláken apod.) dává vysvětlení proč pevnost v tahu rovnoběžně s vlákny může zaznamenat skok z vice než 2 2 100 N/mm u bezvadého dřeva na méně než 10 N/mm u konstrukčního dřeva nízké jakosti.

1.2.1 Struktura dřeva Dřevo se získává ze dvou hlavních skupin rostlin známých komerčně jako tvrdé dřeviny (krytosemenné, listnaté) a měkké dřeviny (nahosemenné, jehličnaté), viz obr. 1.2.


-2-

Petr Kuklík


Obr. 1.2 Buněčná struktura dřeva – zvětšená 250krát (hardwood-tvrdá dřevina, softwood-měkká dřevina, fibres-vlákna, vessels-pryskyřičné kanálky, cells-buňky, rays-dřeňové paprsky, earlywood-jarní dřevo, latewood-letní dřevo) Při pozorování dřeva bez optických pomůcek jsou patrné nejenom rozdíly mezi jehličnatými a listnatými dřevinami a mezi druhy dřevin, ale také rozdíly v rámci jednoho druhu, např. bělové a jádrové dřevo, jarní a letní dřevo, uspořádání pórů a výskyt reakčního dřeva. Všechny tyto fenomény jsou důsledkem vývoje a růstu tkáně dřeva. Dřevo je vláknité. Buňky jsou dlouhé a štíhlé a jsou uspořádány ve směru podélné osy kmene stromu. Jsou to tato vlákna, která vytváří strukturu dřeva, nikoliv letokruhy. Vlákna jsou také původem anizotropních vlastností dřeva, které má vyšší tuhost a pevnost rovnoběžně s vlákny než napříč vláken. Strukturu dřeva můžeme přirovnat ke svazku brček slámy (představujících vlákna dřeva), která jsou spojena dohromady pomocí slabého lepidla, viz obr.1.3. Působí-li zatížení rovnoběžně s osou vláken dřeva, jsou vlákna velmi pevná v tahu a mají přiměřeně dobrou pevnost v tlaku než začnou vybočovat. Nicméně, jestliže zatížení působí kolmo k ose vláken dřeva, mají vlákna tendenci se zmáčknout při tlaku kolmo na jejich osu a odtrhnout při tahu kolmo na jejich osu, kdy "lepené" spoje mezi vlákny selhávají.

Obr. 1.3 Ortotropní skladba vláken dřeva


-3-

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ Mnoho vlastností, které zajímají stavební inženýry jsou funkcí mikrostruktury dřeva: Hustota konstrukce buňky a její velikost, vlhkost Pevnost hustota, vlhkost, velikost buňky Sesychání konstrukce buňky a její velikost, vlhkost Tuhost hustota, konstrukce buňky a její velikost, vlhkost Barva extraktivní látky Požární odolnost hustota, extraktivní látky Elektrický odpor vlhkost, konstrukce buňky Mechanický útlum konstrukce buňky Dřevo jehličnatých dřevin vykazuje relativně jednoduchou stavbu tvořenou z 90 až 95 % tracheidami, které jsou tvořeny dlouhými (2 až 5 mm) a tenkými (10 až 50 µm) buňkami se zploštělými nebo zužujícimi se uzavřenými konci. Tracheidy vytvářejí radiální řady a jsou orientovány podélně vzhledem k ose kmene stromu. Na přechodu z jarního dřeva do letního dřeva buněčné stěny zesilují, zatímco průměr buněk se zmenšuje. Na konci růstového období strom vytváří tracheidy s malou buněčnou dutinou a malým radiálním průměrem, zatímco na začátku dalšího růstového období vytváří tracheidy s širokou buněčnou dutinou a průměrem. Tento rozdíl v růstu může mít za následek poměr mezi hustotou letního dřeva a jarního dřeva až 3:1. Dřevo listnatých dřevin má složitější stavbu než dřevo jehličnatých dřevin, nejdůležitější strukturální znaky jsou však porovnatelné. Dřevo listnatých dřevin má nosné tkanivo obsahující libriformní (dřevní) vlákna a vláknité tracheidy. V tomto zpevňujícím tkanivu jsou rozmístěny vodivé cévy, které mají často velké dutiny. Tyto cévy jsou dlouhé trubice s délkou od několika centimetrů až do několika metrů, které pozůstávají z jednotlivých elementů s otevřenýni nebo perforovanými konci. Podle uspořádání průměrů cév je možné rozlišovat rozptýleně pórovité a kruhovitě pórovité listnaté dřeviny. Vlákna listnatých dřevin mají tlustší buněčné stěny a menší dutiny, než tracheidy jehličnatých dřevin. Rozdíly v tloušťce stěn a průměru dutin mezi jarním a letním dřevem nejsou tak výrazné, jako u jehličnatých dřevin.

1.2.2

Letokruhy

U většiny jehličnatých dřevin a kruhovitě pórovitých listnatých dřevin existuje korelace mezi šířkou letokruhů a hustotou. Jehličnaté dřevo má tendenci k tvorbě letního dřeva letokruhů s vysokou hustotou a poměrně stálou tloušťkou. Podstatné změny v šířce letokruhů jsou způsobeny jarním dřevem letokruhu s nízkou hustotou. Proto se u většiny jehličnatých dřevin hustota zmenšuje s rostoucí šířkou letokruhů. To vysvětluje, proč byla šířka letokruhů přijata jako parametr třídění v řadě předpisů pro vizuální třídění, používaných t.č. v Evropě. Přesto je při použití této závislosti na místě obezřetnost. Hustota závisí při určité šířce letokruhů na půdě, klimatických podmínkách, lesopěstební praxi apod. Proto je pro běžné dřevo jehličnanů možný pouze nepřesný odhad hustoty na základě šířky letokruhů. Kruhovitě pórovité listnaté dřeviny jako např. dub nebo jasan jsou charakterizovány vysokou koncentrací otevřených cév, které se vytvářejí v jarním období. Šířka těchto prstenců je poměrně stálá a změna šířky letokruhů je způsobena změnou tloušťky prstenců letního dřeva, které vykazují vysokou hustotu. Proto se u většiny kruhovitě pórovitých listnatých dřevin hustota zvětšuje s rostoucí šířkou letokruhů. U roztroušeně pórovitých listnatých dřevin, jako jsou topol nebo buk, taková závislost neexistuje.

1.2.3 Bělové a jádrové dřevo Mladá vnější část kmene stromu vede mízu z kořenů směrem vzhůru do koruny stromu. Tato část kmene se označuje jako bělové dřevo. Se stárnutím buněk tyto přerušují svoji fyziologickou funkci; příslušná vnitřní část kmene se označuje jako jádrové dřevo. U většiny druhů dřeva je jádrové dřevo tmavěji zbarveno vzhledem k ukládání jádrových látek. Účinkem těchto látek je jádrové dřevo odolnější proti hnilobě a dřevokaznému hmyzu. Při vytváření jádrového dřeva se zpravidla výrazně redukuje vlhkost dřeva. U řady listnatých dřevin se uzavírají


-4-

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ cévy. To má za následek výrazné zmenšení propustnosti. U některých druhů dřeva (např. smrk, buk) není jádrové dřevo zbarveno; jádrové látky a fyzikální změny přesto způsobují rozdíl mezi jádrovým a bělovým dřevem. Pro impregnaci dřeva je vhodnější bělové dřevo, protože jádrové dřevo např. u borovice (Pinus sylvestris) je prakticky nepropustné.

1.2.4 Juvenilní a reakční dřevo Dřevo prvních 5ti až 20ti letokruhů (juvenilní dřevo) libovolného průřezu kmene stromu vykazuje odlišné vlastnosti proti dřevu ve vnějších oblastech kmene stromu. To je významné zejména u jehličnatých druhů. U juvenilního dřeva jsou tracheidy relativně krátké a tenkostěnné. Juvenilní dřevo proto vykazuje proti normálnímu dřevu nižší hustotu, pevnost i tuhost a výrazně větší míru sesychání v podélném směru. Jádrové dřevo někdy pozůstává pouze z juvenilního dřeva, které vykazuje nízkou jakost s ohledem na mechanické vlastnosti. Proto u mladých, rychle rostoucích stromů s vysokým podílem juvenilního dřeva, může jádrové dřevo vykazovat horší jakost než bělové dřevo. Juvenilní dřevo doposud nepředstavovalo pro dřevěné konstrukce žádný problém. S rostoucím používáním rychle rostoucích dřevin z plantáží s krátkými mýtními obdobími, budou problémy vyplývající z juvenilního dřeva narůstat. Strom reaguje na vnější síly působící na kmen vytvářením reakčního dřeva. Jehličnaté dřeviny vytvářejí tlakové dřevo v oblastech vysokých tlakových namáhání, zatímco listnaté dřeviny vytvářejí tahové dřevo v oblastech s vysokým tahovým namáháním. Zatímco tahové dřevo má pro dřevěné nosné konstrukce pouze malý význam, tlakové dřevo často způsobuje problémy. Tlakové dřevo má širší letokruhy a vyšší podíl letního dřeva než normální dřevo. Tlakové dřevo způsobuje nadměrné tvarové změny konstrukčního dřeva během vysychání. Tlakové dřevo zpravidla vykazuje vyšší hustotu, takže nedochází ke snížení mechanických vlastností, v suchých podmínkách však má tendenci ke křehkému porušení. Většina pravidel pro vizuální třídění omezuje podíl tlakového dřeva ve vyšších jakostních třídách.

1.2.5 Odklon vláken Některé stromy vytvářejí spirálové buňky okolo kmene. Tato točivost je u některých druhů rozšířená, u jiných k ní dochází zřídka. Vyskytuje se zejména u mladých stromů. Řezivo, které bylo vyrobeno z těchto stromů, vykazuje často odklon vláken, pro který je nepřípustné pro konstrukční účely. Ve většině předpisů pro vizuální třídění jsou stanoveny mezní hodnoty odklonu vláken; přitom je obvykle akceptován odklon vláken 1:10 pro dřevo vyšší jakosti a 1:5 pro dřevo nižší jakosti.

1.2.6 Suky Suky jsou části větví, které jsou zarostlé v hlavním kmenu stromu. Boční větev je spojena s dření hlavního kmene. Když strom roste objem kmene se zvětšuje. Další letokruhy obalují kmen i větve a vzniká kuželovitá oblast dřeva větve – suk. Tyto suky nazýváme srostlými suky, protože jsou pevně srostlé s okolním dřevem. Větve na některých místech stromu však odumírají, nebo se odlomí. Další letokruhy potom obklopují pouze mrtvý pahýl větve a toto mrtvá část větve se nazývá nesrostlý suk. Není pevně zarostlý, vypadává a často obsahuje i kůru. Jehličnaté dřeviny jsou charakterizovány dominantním kmenem, z něhož vycházejí v pravidelných vzdálenostech nebo přeslenech boční větve (přesleny větví). Jehličnaté řezivo proto vykazuje skupinové suky, které jsou odděleny dřevem bez suků. Se zřetelem k mechanickým vlastnostem jsou suky nejvýznamnější vadou dřeva. Suky jsou pojmenovány podle toho jak se projevují na povrchu dřeva (obr. 1.4).


-5-

Petr Kuklík


Obr. 1.4

Druhy suků (a) křídlový suk; (b)boční suk; (c) procházející suk;(d) hranový suk; (e) plošný suk ; (f) skupinový suk

1.2.7 Hustota Hustota je nejdůležitější fyzikální charakteristikou dřeva. Většina mechanických vlastností dřeva jakož i únosnost spojů pozitivně koreluje s hustotou. Proto jsou stanoveny mezní hodnoty hustoty pro třídy pevnosti podle ČSN EN 338 „Konstrukční dřevo - Třídy pevnosti“. Hustota je definována takto

m V 3 kde m je hmotnost (kg) dřeva a V je objem (m ).

ρ=

(1.1)

Hustota závisí na vlhkosti, protože zvyšující se vlhkost zvětšuje hmotnost i objem dřeva. Hustota ρω při vlhkosti ω (%) se vyjadřuje takto

ρω =

mω m0 (1 + 0,01 ω ) 1 + 0,01 ω = = ρ0 Vω V0 (1 + 0,01 β V ω ) 1 + 0,01 β V ω

(1.2)

kde m0, V0 a ρ0 jsou hmotnost, objem a hustota při nulové vlhkosti. ρ0 se nazývá hustota v úplně suchém stavu. βV je součinitel objemového přetvoření, v procentech přetvoření na procento zvýšení vlhkosti. Jak bude později podrobně vysvětleno, k bobtnání dochází pouze tehdy, když voda proniká do buněčných stěn. Vlhkost, při které jsou buněčné stěny zcela nasyceny, je tzv. bod nasycení vláken ωf, který odpovídá vlhkosti asi 28%. Nad tímto bodem již nedochází k dalšímu bobtnání. Pod bodem nasycení vláken se může pro praktické účely předpokládat lineární závislost bobtnání a sesychání na vlhkosti. V dřevařské vědě a inženýrství se používá hlavně hustota v absolutně suchém stavu ρ0 a hustota ρ12 při vlhkosti dřeva 12%. Hodnoty hustoty podle Eurokódu 5 (dále jen EC5) se vztahují k hmotnosti a objemu při rovnovážné vlhkosti, která se ustálí při teplotě 20°C a relativní vlhkosti vzduchu 65%. Hodnoty ρ12 , na které se odvolává EC5 se vztahují k průměrné hustotě ρ12,mean a charakteristické hustotě ρ12,k , definované jako 5-procentní hodnota souboru. Pro třídu pevnosti dřeva se hustota zpravidla předpokládá s normálním rozdělením a variačním koeficientem 10%. Z toho vyplývá:

ρ12, k = ρ12,mean − 1,65 (0,1 ρ12,mean ) = 0,84 ρ12,mean

(

(1.3)

3

Hustota ρc buněčné stěny je asi 1 500 kg/m . Hustota dřeva je proto závislá na jeho pórovitosti, která je definovaná jako objemový podíl buněčných dutin. Konstrukční dřevo vykazuje zpravidla 3 hustotu v absolutně suchém stavu mezi 300 až 550 kg/m , což odpovídá objemovému podílu dutin 0,8 až 0,63.


-6-

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ Hustota dřeva má rozptyl v širokých mezích, dokonce i když byl náhodný výběr odebrán z jedné růstové lokality. V ČSN EN 338 “Konstrukční dřevo - Třídy pevnosti” jsou definovány charakteristické hodnoty hustoty ρ12,k.

1.2.8 Dřevo a vlhkost Vlhkost dřeva je definována jako poměr hmotnosti odvedené vody (mw) a hmotnosti suchého dřeva (m0) (rovnice 1.4). Hmotnost v suchém stavu se získá vysoušením v sušárně při 103 ± 2 °C. Vlhkost dřeva může být vyjádřena jako zlomek nebo v procentech. V této kapitole je vlhkost vyjadřována v procentech:

ω=

mw m − m0 100 = ω 100 m0 m0

(1.4)

Pro vlhkost dřeva mezi 6% a 28% jsou k dispozici elektrické vlhkoměry, které jsou jednoduše a rychle použitelné. Přesnost nejlepších vlhkoměrů na dřevo je řádově ± 2%, což je pro praktické inženýrské aplikace dostačující. V současné době jsou používány dva principy: první založený na DC (pomocí stejnosměrném proudu) měření na vlhkosti závislého elektrického odporu mezi dvěma elektrodami, zaraženými do dřeva; druhý založený na AC (pomocí střídavého proudu) stanovení na vlhkosti závislých dielektrických vlastností dřeva uvnitř elektrického pole, které je vyvoláno dvěma elektrodami přiloženými na povrch dřeva. Oba typy vlhkoměrů na dřevo se musí kalibrovat; AC přístroje (na střídavý proud) mohou měřit vlhkost pouze v povrchové vrstvě dřeva. Při sušení čerstvě pokáceného dřeva je voda nejprve odváděna z buněčných dutin. Tato voda není na dřevo molekulárně vázána a nazývá se volná voda. Voda uvnitř buněčných stěn se nazývá vázaná voda, protože je vázána na buněčnou stěnu vodíkovými spoji a van der Waalsovými silami. Odvedení vody z buněčných stěn proto vyžaduje větší spotřebu energie, než odvedení volné vody. Vlhkost ωf, při které jsou buněčné stěny nasyceny vodou, ale v buněčných dutinách ještě není volná voda, se nazývá mez nasycení vláken (FSP). FSP je u většiny druhů dřeva mezi 25% a 35%; pro většinu praktických aplikací je 28% vhodná střední hodnota. Mez nasycení vláken je z inženýrského hledika velmi důležitý bod, protože pod tímto bodem dochází k významným změnám většiny fyzikálních a mechanických vlastností dřeva. Nad FSP je většina vlastností dřeva přibližně konstantní.

1.2.9 Sesychání a bobtnání Vlhkost vykazuje takovou afinitu k substanci buněčné stěny dřeva, že si může vynutit přístup do tohoto vlastně neporézního materiálu. Přitom jsou mikrofibrily tlačeny od sebe. Z toho vyplývající bobtnání buněčné stěny se může pro praktické aplikace předpokládat jako ekvivalentní objemu přijaté vody. Objem buněčných dutin zůstává při bobtnání stálý. Z toho vyplývá, že objemové bobtnání dřeva odpovídá objemu přijaté vody. Vystupuje-li vlhkost z buněčné stěny, dřevo sesychá. Sesychání a bobtnání v mezích běžných změn vlhkosti u dřevěných konstrukcí se označují jako vlhkostní přetvoření. V rozmezí vlhkosti dřeva mezi 5% a 20% se rozměry dřeva mění lineárně s vlhkostí. V této oblasti se může vlhkostní přetvoření vypočítat ze vztahu

β  (ω 2 − ω1 ) h2 = h1 1 +  100 

(1.5)

kde h1 a h2 jsou rozměry (tloušťky) při příslušných vlhkostech ω1 a ω2. β je součinitel bobtnání (kladný) nebo sesychání (záporný) v %/%. Nejsou-li k dispozici hodnoty součinitele bobtnání a sesychání pro určitý druh dřeva, může se použít přibližná hodnota. Součinitel objemového bobtnání a sesychání βV se může uvažovat roven číselné -3 3 hodnotě hustoty násobené 10 . To znamená, že objem dřeva s hustotou rovnou 400 kg/m nabobtná o 0,4 % při každém přírůstku vlhkosti o 1%. To je založeno na základní úvaze, že součinitel objemového bobtnání odpovídá objemu přijaté vody. Součinitel bobtnání a sesychání v podélním směru β0 je zpravidla zanedbatelný a součinitel v příčném směru β90 odpovídá poloviční hodnotě součinitele objemového bobtnání popř. sesychání.


-7-

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ Pro většinu druhů dřeva včetně smrku, jedle, borovice, modřínu, topolu a dubu mohou být pro technické použití uvažovány hodnoty β0=0,01 a β90=0,2. Pro druhy dřeva s vysokou hustotou jako např. buk (Fagus sylvatica) a Bongossi (Lophira alata) se má uvažovat β90=0,3. U překližky jsou vlhkostní přetvoření v rovině desky porovnatelné s hodnotami pro dřevo v podélném směru. U jiných výrobků na bázi dřeva, jako jsou třískové desky nebo vláknité desky, tato přetvoření závisí velmi výrazně na příslušném typu desky a výrobní technologii. Kolmo k rovině desky mají vratná vlhkostní přetvoření stejnou řádovou velikost jako u dřeva. Nicméně mnoho deskových výrobků, které byly v průběhu výroby vystaveny vysokým tlakovým napětím, vykazuje přídavné, nevratné tloušťkové bobtnání, označované také jako „zpětné odpružení“. Je-li roztažnosti dřeva bráněno (např. u kolíkových spojů), přijímáním vlhkosti jsou vyvozována vnitřní napětí. Účinkem vazkopružného/plastického chování dřeva se tato napětí eventuálně odbourají a dochází k nevratným rozměrovým změnám. Vrátí-li se dřevo ke své původní vlhkosti, jeho rozměry se scvrknou a kolíkový spoj může ztratit přesnost lícování a tím i část únosnosti. Při navrhování je proto důležité umožnit přístup k takovým konstrukčním detailům, které v průběhu životnosti konstrukce potřebují dotáhnout. Aby se problémy vlhkostních přetvoření minimalizovaly, má se dřevo vždy zabudovat s vlhkostí co nejvíce odpovídající později očekávané rovnovážné vlhkosti. Dřevo s vlhkostí přesahující 20-22% se má zabudovat pouze tehdy, když je možné přiměřeně rychlé vysychání konstrukce bez rizika biologické degradace nebo trvalých přetvoření účinkem mechanickosorpčního dotvarování.

1.2.10 Tvarové změny Anizotropie bobtnání a sesychání kolmo k vláknům může způsobit zdeformování průřezu při vysoušení (obr.1.5). Skutečnost, že sesychání v tangenciálním směru je přibližně dvojnásobkem sesychání v radiálním směru, lze vysvětlit tendencí letokruhů se napřímit. Vnitřní napětí, vznikající anizotropním sesycháním, se mohou odbourat v první řadě vznikem radiálních trhlin. Tendence k tvorbě trhlin je tím větší čím větší je průřez a čím rychlejší je vysoušení. Přítomnost tlakového dřeva, juvenilního dřeva nebo i suků pouze v jedné části průřezu, může způsobit tvarové změny v podélném směru známé jako zakřivení ve směru tloušťky nebo šířky a šroubové zakřivení. K šroubovému zakřivení může také dojít, když bylo řezivo vyrobeno ze stromu s točivým růstem. Příčné zakřivení je důsledkem rozdílných vlhkostních přetvoření v tangenciálním a radiálním směru (obr. 1.6).

Obr. 1.5 Tvarové změny různých průřezů, vyříznutých z různých částí kmene, po vysušení


-8-

Petr Kuklík


Obr. 1.6 Tvarové změny a) podélné zakřivení ve směru tloušťky; b) podélné zakřivení ve směru šířky; c) příčné zakřivení; d) šroubové zakřivení V našich národních normách (ČSN) pro třídění dřeva jsou stanoveny mezní hodnoty pro velikosti tvarových změn. Normy evropské (zavedené i u nás jako ČSN EN) pro vizuální a strojní třídění obsahují doporučené meze tvarových změn (tab. 1.1). Tyto meze neuvažují závislost mezi pevností a tvarovými změnami, ale definují mez, za kterou jsou manipulace a sestavování řeziva do konstrukčních dílců nepřijatelně komplikované. Může také dojít k tomu, že pro určitou konstrukci jsou potřebné užší meze, než jsou uvedeny v tabulce 1.1. Takové meze pak musí být dohodnuty s výrobcem. Tab 1.1 Maximální tvarové změny (mm na 2 m délky) podle ČSN EN 518 a ČSN EN 519 Typ tvarové změny Třídy pevnosti C18 a nižší

Vyšší třídy

Zakřivení na tloušťku

20

10

Zakřivení na šířku

12

8

Šroubové zakřivení

2 mm/25 mm šířky

1 mm/25 mm šířky

Příčné zakřivení

bez omezení

1.2.11 Vlhkost a mechanické vlastnosti Mechanické vlastnosti dřeva závisejí na vlhkosti. Zvyšování vlhkosti vede k poklesu hodnot pevnosti a tuhosti. Tento účinek se zčásti vysvětluje bobtnáním buněčné stěny, následkem čeho je k dispozici méně materiálu buněčné stěny na plošnou jednotku. Mnohem důležitější je však, že voda vnikající do buněčné stěny zeslabuje vodíkové spoje, které drží pohromadě buněčnou stěnu. Změny vlhkosti nad mezí nasycení vláken nemají vliv na mechanické vlastnosti, protože v tomto případě se pouze ukládá volná voda do buněčných dutin. Účinek změn vlhkosti na různé mechanické vlastnosti je rozdílný. Tak například porušení tlakem rovnoběžně s vlákny je způsobeno vybočením vláken, kdy důležitou roli hrají vodíkové spoje citlivé na vlhkost. Při porušení tahem rovnoběžně s vlákny rovněž dojde k porušení kovalentních vazeb, když se od sebe odtrhnou mikrofibrily buněčné stěny. Pevnost v tlaku je však více citlivá na vlhkost než pevnost v tahu. Porovnávají-li se mechanické vlastnosti, má se používat standardní srovnávací vlhkost dřeva odpovídající 20°C a 65% relativní vlhkosti vzduchu. Je-li konstrukční dřevo vyšetřováno při jiných podmínkách, musí se jeho mechanické vlastnosti upravit podle ČSN EN 384 „Konstrukční dřevo Stanovení charakteristických hodnot mechanických vlastností a hustoty“.


-9-

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ 1.2.12 Trvání zatížení Dřevo vykazuje při zatížení v průběhu času výrazný pokles pevnosti. Hodnoty pevnosti, které se používají při navrhování dřevěných prvků pro stálá zatížení, jsou pouze asi 60% hodnot pevnosti, které byly zjištěny krátkodobými laboratorními zkouškami. Je známo, že změny vlhkosti výrazně zvětšují dotvarování dřeva. Tento účinek lze chápat jako mechanickosorpční, protože se projevuje pouze při současném mechanickém namáhání a střídavé vlhkostní sorpci. Zjistilo se rovněž, že mechanickosorpční účinek zkracuje dobu do porušení dřeva. Povrchově ošetřené dřevo nebo prvky z lepeného lamelového dřeva s velkým objemem vykazují menší změny vlhkosti, než neošetřené dřevo nebo dřevo malého objemu. Vyvstává proto otázka, zda pro povrchově ošetřené dřevo nebo pro velkoobjemové lepené lamelové prvky nemá být dovolena mírnější redukce mechanických vlastností modifikačním součinitelem. Chování deskových materiálů s ohledem na trvání zatížení kolísá v širokých mezích. Pro konstrukční překližku se předpokládá podobné chování jako u rostlého dřeva. Chování třískových desek je úzce spojeno s velikostí a orientací třísek. U třískových i vláknitých desek má na dlouhodobé vlastnosti velmi významný vliv jakost lepidla. Zatímco pro nejlepší třískové desky se může pro stálé zatížení předpokládat modifikační součinitel 0,4, pro vláknité desky může klesnout až na 0,2.

1.2.13 Modifikační součinitele pro vlhkost a trvání zatížení Při navrhování dřevěných konstrukcí se uvažuje vliv vlhkosti dřeva a trvání zatížení zařazením konstrukce do tříd provozu a tříd trvání zatížení. EC5 pak definuje modifikační součinitele kmod pro každou kombinaci těchto dvou tříd.

1.3

Zjišťování vlastností dřeva

Při stanovení vlastností konstrukčního dřeva existujících konstrukcí lze využít platné české technické normy. Především je to norma pro vizuální třídění dřeva podle pevnosti ČSN 73 2824-1 „Třídění dřeva podle pevnosti - Část 1: Jehličnaté řezivo“. Dále pak normy ČSN EN 384 „Konstrukční dřevo - Stanovení charakteristických hodnot mechanických vlastností a hustoty“ a ČSN EN 408 „Dřevěné konstrukce - Konstrukční dřevo a lepené lamelové dřevo - Stanovení některých fyzikálních a mechanických vlastností“, které se zabývají stanovením vybraných charakteristických hodnot konstrukčního dřeva na základě zkoušek. Poslední důležitou normou je již zmíněná ČSN EN 338 , ve které jsou uvedeny charakteristické vlastnosti konstrukčního dřeva, které jsou mu přiřazeny na základě zkoušek podle předcházejících dvou norem. Zcela nové možnosti při stanovení vlastností dřeva poskytují nedestruktivní metody, jejichž uplatnění se v současnosti věnuje komise RILEMu TC AST - In Site Assessment of Structural Timber. Dřevo je přírodní surovina produkovaná stromy. Proto se vyznačuje velkou mnohotvárností podle jejich druhu, dědičných dispozic, růstových podmínek a prostředí. Vlastnosti dřeva jsou proměnlivé od stromu ke stromu, ale i uvnitř jednoho kmene, napříč průřezu kmene i v podélném směru kmene. Rozmítnutím kmene na řezivo se naruší růstová struktura dřeva, například v oblasti suků nebo u točivých kmenů dojde k přeřezání vláken. Mechanické vlastnosti netříděného řeziva určité dřeviny mohou mít tak velký rozptyl, že pevnost nejpevnějšího prvku řeziva může být několikanásobkem pevnosti nejslabšího. Protože pro možné použití konstrukčního dřeva je vždy rozhodující jeho charakteristická pevnost, tj. v podstatě 5% kvantil základního souboru, nemůže se při použití netříděného dřeva jeho vysoká pevnost využít. Z toho vyplývá, že z hlediska hospodárnosti je nutné dřevo rozdělit vhodným tříděním, tj. výběrem jednotlivých kusů do tříd rozdílné jakosti. Pevnost jednotlivého konstrukčního prvku se může odhadovat pouze nepřímo prostřednictvím vizuálně patrných, nebo nedestruktivně měřitelných vlastností dřeva, které více nebo méně těsně korelují s pevností; rozptyl pevnosti uvnitř jedné jakostní třídy není možné úzce redukovat. Proto se tyto jakostní třídy více nebo méně výrazně překrývají v závislosti na jakosti třídění, a to tím více, čím méně účinný je postup třídění. Charakteristické vlastnosti jednotlivých tříd konstrukčního dřeva určujeme průkaznými zkouškami.


- 10 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ 1.3.1 Průkazné zkoušky Průkazné zkoušky se provádějí podle již zmíněných ČSN EN 384 a ČSN EN 408 a slouží k přímému stanovení některých fyzikálně-mechanických vlastností (především pevnosti v ohybu, modulu pružnosti a hustoty). Zjišťování modulu pružnosti v ohybu se provádí na zkušebních tělesech, jejichž nejmenší délka je rovna 19násobku výšky jeho průřezu. Zkoušené těleso se zatěžuje na ohyb symetricky dvěma břemeny při rozpětí rovnajícím se 18násobku výšky (není-li toto možné dodržet, povoluje se rozdíl v rozpětí o ±3násobek výšky průřezu). Břemena jsou umístěna ve třetinách rozpětí (obr. 1.7). Aby se zamezilo lokálnímu zatlačení, dovoluje se vložit mezi zkušební těleso a zatěžovací hlavy ocelové destičky, jejichž délka nepřesahuje polovinu výšky zkušebního tělesa. V případě potřeby se zkušební těleso zajistí proti vybočení (aniž by se tělesu bránilo v prohýbání).

Obr. 1.7 Statická ohybová zkouška Zkoušené těleso se nejprve zatěžuje stálou rychlostí s omezením 0,003 h/s. Největší zatížení nesmí překročit zatížení na mezi úměrnosti ani způsobit poškozeni zkušebního tělesa. Průhyb se odečítá v ose tělesa a je vztažen k bodům vzdáleným od sebe na 5násobek výšky průřezu. Modul pružnosti při statickém ohybu je potom dán vztahem:

Estat = kde

a l 12 (F2 − F1 ) 16 Ι (w2 − w1 ) Estat je statický modul pružnosti; F2 − F1 přírůstek síly v oblasti lineární deformační křivky; w2 − w1 odpovídající přírůstek průhybu; Ι moment setrvačnosti průřezu tělesa; a

l1

-

(1.6)

vzdálenost zatěžovacího břemene od bližší podpěry; délka snímače pro zjišťování modulu pružnosti.

Pevnost v ohybu se měří při stejné konfiguraci zatěžovacího zařízení jako v případě měření modulu pružnosti v ohybu. Zatěžuje se opět při stálé rychlosti posunu zatěžovací hlavy tak, aby se dosáhlo maximálního namáhání v průběhu 300 ±120 s. Tato rychlost se stanoví z výsledků předběžných zkoušek. Pevnost v ohybu je dána vztahem:

fm = kde

a Fmax 2W Fmax a W

(1.7) je

lomová síla;

-

vzdálenost zatěžovacího břemene od bližší podpěry; modul průřezu tělesa.


- 11 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ Pro výběry, které nebyly zkoušeny při vlhkosti 12 %, ale které vykazují průměrnou vlhkost v rozmezí 10 - 18 %, se hodnota kvantilu (nebo průměrná hodnota) může upravit na referenční podmínky následujícím postupem: pro pevnost v ohybu se nepožaduje žádná úprava; pro modul pružnosti se provede korekce o 2 % pro každé procento rozdílu vlhkosti. Pevnost Charakteristická hodnota pevnosti se určí podle vztahu:

fk = f kde

ks k v

05

f

(1.8) je (vážený) průměr upravených (viz dále) hodnot 5% kvantilů pro každý výběr,

05

vážený podle počtu těles v každém výběru; ks součinitel, kterým se upravuje počet výběrů a jejich rozsah – viz obr. 1.8;

f 05 strojně tříděného dřeva v porovnáni s vizuálně tříděným dřevem. Pro vizuální třídění dřeva k v = 1,0. Pro strojní třídění dřeva je k v = 1,0 až 1,12. kv

-

součinitel, kterým se uvažuje nižší variabilita hodnot

ks

A 5

1,0

4 0,9

3 2

0,8 1 0,7

0,6 100

50

0

150

200

250

B

A B -

počet výběrů počet zkušebních těles v nejmenším výběru

Obr. 1.8 Součinitel

k s v závislosti na počtu a rozsahu výběrů

Hodnoty 5% kvantilů pevnosti v ohybu se upravuji přepočtem na výšku, resp. šířku 150 mm dělením součinitelem:

 150  kh =    h  kde

h

0, 2

(1.9) je

výška, resp. šířka tělesa.

Modul pružnosti Po přepočtu modulů pružnosti na referenční podmínky se vypočte charakteristická průměrná hodnota E 0,mean ze vztahu:


- 12 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ E 0,mean =

∑E n ∑n j

j

(1.10)

j

nj

∑E i =1

Ej =

kde

nj

nj

-

ji

jsou

průměrné hodnoty modulů pružnosti jednotlivých výběrů;

počet zkušebních těles j-tého výběru.

Hustota Hustota zkoušeného tělesa se zjišťuje na výběru malých bezvadých vzorků odebraných ze zkoušeného tělesa. Hustotu je možné určit i z hmotnosti a objemu celého zkušebního tělesa, tato hustota se ale musí korigovat na hustotu malých bezvadých vzorků dělením 1,05. Je-li vlhkost dřeva větší než 12 %, hustota se redukuje o 0,5 % pro každé procento vlhkosti dřeva a je-li vlhkost dřeva menši než 12 %, hustota se zvětší o 0,5 % pro každé procento vlhkosti dřeva. Přitom se předpokládá, že hmotnost i objem jsou měřeny při vlhkosti v době zkoušky. 5% kvantil hustoty výběru se vypočte podle vztahu:

(

ρ 05 = ρ − 1,65 s kde ρ 05 je ρ

-

s

)

(1.11) 5% kvantil hustoty těles výběru; průměrná hustota; směrodatná odchylka hustoty.

Charakteristická hustota se potom urči ze vztahu:

ρk = kde

∑ρ ∑n

05 , j

nj

(1.12)

j

nj

je

počet zkoušených těles ve výběru j;

ρ 05, j

-

hodnota 5% kvantilu hustoty pro výběr j.

Další mechanické vlastnosti Z charakteristických hodnot pevnosti v ohybu a hustoty a z průměrných hodnot modulu pružnosti je možné určit charakteristické hodnoty dalších mechanických vlastností dřeva:


- 13 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ Tah a tlak rovnoběžně s vlákny a smyk

f t,0,k = 0,6 f m, k

(1.13)

f c,0,k = 5 ( f m, k ) 0, 45

(1.14)

f v,k = min. z hodnot [3,8; 0,2 ( f m, k ) ] 0,8

Tah a tlak kolmo k vláknům f t,90,k = min. z hodnot [0,6; 0,0015

ρk ]

f c,90,k = 0,015 ρ k (listnaté dřevo), f c,90,k = 0,007 ρ k (jehličnaté dřevo)

(1.15)

(1.16) (1.17)

Charakteristický 5% kvantil modulu pružnosti rovnoběžně s vlákny pro jehličnaté dřevo

E 0,05 = 0,67 E 0,mean

(1.18)

pro listnaté dřevo

E 0,05 = 0,84 E 0,mean

(1.19)

Průměrný modul pružnosti kolmo k vláknům pro jehličnaté dřevo

E 90, mean =

E 0,mean

30

(1.20)

pro listnaté dřevo

E 90, mean =

E 0,mean

15

(1.21)

Průměrný modul pružnosti ve smyku

G mean =

E 0, mean

16

(1.22)

1.3.2 Vizuální třídění dřeva Dřevo se tradičně třídí jeho vizuálním posuzováním. Jakost dřeva se přitom určuje prostřednictvím vizuálně poznatelných charakteristik dřeva, především suků a šířky letokruhů. Pro vizuální třídění dřeva podle pevnosti v současnosti platí česká technická norma ČSN 73 2824-1. Významné vlivy určující pevnost, jako je například hustota dřeva, mohou být vizuálně vystiženy pouze nedostatečně, například pomocí šířky letokruhů. V Evropě existuje v současné době velký počet různých pravidel pro vizuální třídění řeziva podle pevnosti. Odlišují se jak počtem jakostních tříd a jejich hranicemi, tak i postupem měření posuzovaných vlastností dřeva. Zejména postupy pro vyjádření a výpočet sukovitosti (podílu suků) se zčásti odlišují velmi výrazně. Jsou pro to rozhodující tyto důvody. Suky se mohou u řeziva projevovat podle jeho rozměrů a způsobu pořezu v rozmanitých tvarech, které lze vizuálně jen obtížně vyjádřit a klasifikovat. Příčinou redukce pevnosti v podstatě není samotný suk, ale jím způsobený výrazný odklon vláken v okolním dřevu. To je patrné i z toho, že porušení dřeva zpravidla nevychází ze samotného suku, ale z míst extremního lokálního odklonu


- 14 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ vláken. Protože struktura dřeva může být narušena zvlášť výrazně suky, které jsou blízko sebe, parametr sukovitosti se běžně stanovuje nejenom se zřetelem k největšímu suku, ale také na základě součtu suků, které se vyskytují v určité oblasti. Suky na okrajích a v tažené části prvku dřeva se projevují nepříznivěji než suky uvnitř průřezu nebo v jeho tlačené části. Proto se při třídění často přihlíží i k poloze suku v průřezu. Vizuální třídění podle pevnosti vykazuje souhrnně tyto výhody a nevýhody: je jednoduché a snadno osvojitelné; nevyžaduje nákladné technické vybavení; je závislé na lidském činiteli; je málo účinné, protože není dostatečně uvážena struktura dřeva, např. hustota, která má značný vliv na mechanické vlastnosti dřeva.

1.3.3 Strojní třídění dřeva Výše uvedené nevýhody vizuálního třídění dřeva podle pevnosti mohou být překonány strojním tříděním. Většina v současné době průmyslově používaných strojů na třídění jsou takzvané ohybové stroje, kterými se určuje průměrný modul pružnosti na krátkém rozpětí. Řezivo kontinuálně prochází třídicím strojem. Přitom je při rozpětí asi 0,5 až 1,2 m prohýbáno v poloze naležato, přičemž se měří bud' zpětná síla při předem nastaveném průhybu, nebo průhyb při určitém předem nastaveném zatížení. Z těchto hodnot je vypočten lokální modul pružnosti při uvážení rozměrů dřevěného prvku a jeho křivosti. Od zavedení strojního třídění podle pevnosti cca před 30 lety byly a jsou prováděny výzkumné práce, které se snaží o další zlepšení těchto postupů. Předmětem výzkumu též je, jak určit parametr třídění (modul pružnosti) jiným způsobem, například měřením kmitání nebo ultrazvukovou technikou. Výhodou těchto postupů je, že dřevo mechanicky nenamáhají a tedy ho nemohou poškodit. Také tloušťka dřeva přitom není omezena jako u současných ohybových strojů (asi na 80 mm). Novější výzkumy ukázaly, že účinnost strojního třídění dřeva může být dále zvýšena zlepšením techniky měření, jakož i přibráním dalších parametrů třídění.

1.3.4 Nové metody pro zjišťování vlastností dŕeva V tab.1.2 jsou uvedeny nejznámější metody nedestruktivního testování dřeva. Tab. 1.2 Metody nedestruktivního testování dřeva Měřená veličina či parametr Vlastnost předpovězená průhyb, modul pružnosti pevnost modul pružnosti pevnost rychlost šíření akustického signálu vady dřeva, modul pružnosti, pevnost Elektrická elektrický odpor vlhkost,přítomnost hniloby Radiační intenzita šíření záření vady dřeva Vytažení síla hustota vrutu Zaražení hustota modul pružnosti, pevnost trnu Metoda Ohyb Kmitání Ultrazvuk

1.3.4.1

Dynamické nedestruktivní metody

V současnosti je nejvíce sledována možnost zjišťování modulu pružnosti a pevnosti dřeva na základě šíření ultrazvukové (obr. 1.9), nebo tlakové vlny (obr. 1.10) mezi budicí a snímací sondou. Tlaková vlna je vyvolána úderem kladívka do příslušného snímače – viz obr. 1.10, snímač vpravo. Předností obou použitých přístrojů je, že mohou být použity nejen na měření volně loženého řeziva,


- 15 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ ale též na měření dřevěných prvků, které jsou zabudovány v konstrukcích. Tato možnost je dána tvarem sond, které se mohou zarážet nejen do čel měřených prvků (obr. 1.9), ale též do jejich boků - viz obr. 1.10. Podmínkou správného měření je provedení kalibrace přístrojů.

Obr. 1.9 Příklad měření modulu pružnosti dřeva ultrazvukovým přístrojem SYLVATEST a – budicí sonda, b – testovaný vzorek, c – vlhkoměr, d - snímací sonda,e – ultrazvukový přístroj

Obr. 1.10 Příklad měření modulu pružnosti dřeva přístrojem FAKOPP Na základě znalosti vzdálenosti mezi oběma sondami se stanoví rychlost šíření ultrazvukové či tlakové vlny. Dynamický modul pružnosti se potom určí podle rovnice

E dyn = v 2 ρ kde

(1.23)

E dyn

je

dynamický modul pružnosti (např.

v

-

rychlost šíření vlny; hustota dřeva.

ρ

E uz );

Dynamický modul pružnosti je cca o 20% vyšší než statický modul pružnosti. Poněvadž u prvků zabudovaných v konstrukcích není možné určit hustotu dřeva vážením a měřením, musí se běžně používat přibližné hodnoty hustoty podle jednotlivých druhů dřevin. Z nich stanovené hodnoty modulu pružnosti a pevnosti však nejsou zcela přesné. Možné je též přibrat druhý vstupní parametr pro zjišťování pevnosti a modulu pružnosti dřeva. Protože vedle hustoty jsou mechanické vlastnosti dřeva ovlivňovány především sukovitostí, lze stanovit hodnotu poměrného rozměru suku:


- 16 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ d k,max k= (1.24) b kde d k, max je menší rozměr největšího suku uprostřed délky řeziva; b Pro pevnosti

-

odpovídající šířka trámu.

f m a moduly pružnosti E stat konstrukčního dřeva, zjištěné z hodnot hustoty a hodnot

hustoty a sukovitosti lze použít tyto 5% regresní rovnice:

f m = − 36,13 + 0,156 743 ρ12 E stat = − 14 441,49 + 55,783 400 ρ12 f m = − 19,69 + 0,147474 ρ12 − 45,394 395 k E stat = − 13 713,12 + 55,330 398 ρ12 − 2 218,518197 k

kde

ρ12 k

fm E stat

je

(1.25) (1.26) (1.27) (1.28) 3

hustota při vlhkosti dřeva 12 % [kg/m ]; poměrný rozměr suku [bezrozměrné číslo]; pevnost dřeva v ohybu [MPa]; -

modul pružnosti dřeva [MPa].

S ohledem na to, že v praxi je často problematické rozlišit mezi srostlými a nesrostlými suky, není uplatnění parametru sukovitosti v případě pevnosti v ohybu zcela objektivní a nelze ho plošně doporučovat.

1.3.4.2

Penetrační metoda (sklerometrická metoda)

Hustota je důležitou charakteristikou ovlivňující jakost dřeva. Má významný vliv na pevnost dřeva, zejména na pevnost v tlaku rovnoběžně s vlákny. U dřeva zabudovaného v konstrukcích musí být k určení hustoty odebrány vzorky. Poněvadž nás velmi často zajímají vlastnosti dřeva v nejvíce namáhaných částech konstrukcí, je postup měření hustoty nedestruktivní metodou velmi vhodný. Před několika lety švýcarská firma Proceq SA vyvinula přístroj PILODYN. Tento pří-stroj (viz obr. 1.11) pracuje na principu vstřelení ocelového kolíku do dřeva rázovou energií 6, 12 či 18 J (Nm). Rázový kolík má průměr od 2,0 do 3,0 mm. Průměr kolíku se volí podle druhu dřeviny (dub, smrk apod.), jejíž dřevo má být testováno. Na stupnici přístroje je možno ihned odečíst hloubku vniku rázového kolíku do dřeva. Přístroj se v současnosti hodně používá při periodických prohlídkách dřevěných sloupů elektrického a telefonního vedení, výdřevy v dolech a železničních pražců apod.

Obr. 1.11 Příklad měření hustoty dřeva přístrojem PILODYN


- 17 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ Pro zkoumání hustoty konstrukčního jehličnatého dřeva v závislosti na hloubce vniku rázového kolíku do dřeva je vhodný přístroj PILODYN 6J Forest s následujícími technickými parametry: • rázová energie 6 J; • hloubka vniku kolíku do dřeva do 40 mm; • průměr kolíku 2,5 mm. Manipulace s tímto přístrojem je velmi dobrá, neboť váží pouze 1,55 kg a jeho rozměry jsou: délka 335 mm a průměr 50 m. Pro zjišťování hustoty konstrukčního dřeva na základě měření vlhkosti a hloubky vniku rázového kolíku do dřeva lze použít tyto 5% regresní rovnice:

ρ12 = − 0,027102 t p,12 + 0,727 987

(1.29)

t p,12 = t p (1 − 0,007 ∆w) ∆w = w − 12 kde

(1.30) (1.31)

ρ12

je

hustota dřeva při vlhkosti 12 % [g/cm ];

t p,12

-

hloubka vniku rázového kolíku do dřeva o vlhkosti 12 % [mm];

tp

-

hloubka vniku rázového kolíku do dřeva o známé vlhkosti [mm];

w

-

vlhkost dřeva v době měření [%].

3

U starých konstrukcí je dřevo poznamenáno stárnutím, které je především způsobeno degradací ligninu v povrchových buňkách dřeva. V případě aplikace penetrační metody na toto dřevo je proto vhodné v místě měření odstranit na povrchu dřeva vrstvu tloušťky přibližně 3 mm. Nové nedestruktivní metody poskytují zcela nové možnosti ohodnocení vlastností dřeva. V tab.1.3 je možné pro porovnání vidět zleva postupně pevnosti konstrukčního dřeva přiřazené na základě vizuálního třídění, výpočtu na základě penetrační zkoušky a průkazné ohybové zkoušky. Tab. 1.3 Porovnání pevností v ohybu zjištěných různými metodami Třídypodle Pevnost Hustota Pevnost Pevnost ČSN 73 2824-1 podle penetrací výpočtem zkouškou idt DIN 4074-1 ČSN P ENV 1995 [MPa] [MPa] 3 [kg/m ] (Třídy podle [MPa] ČSN 491531-1) S 10 (SΙ)

22

460

33,983

40,04

S 10 (SΙ)

22

402

34,221

41,50

S 13 (S0)

27

437

31,282

49,37

S 10 (SΙ)

22

492

44,040

50,90

S 13 (S0)

27

409

39,775

55,41

S 13 (S0)

27

537

61,395

77,22


- 18 -

Petr Kuklík

Dřevo jako stavební materiál _______________________________________________________________________ Literatura [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]

Boughton, G.N.: “Introduction to timber design“, Kapitola 1.0 z “LIMIT STATES TIMBER DESIGN to AS1720.1“, Curtin University, Australia, 1997 Hoffmeyer, P.: “Wood as a building material“, Kapitola A4 z “STEP 1 - Timber Engineering“, First Edition, Centrum Hout, The Netherlands, 1995 ČSN EN 338: Konstrukční dřevo - Třídy pevnosti ČSN EN 384: Konstrukční dřevo - Stanovení charakteristických hodnot mechanických vlastností a hustoty ČSN EN 408: Dřevěné konstrukce - Konstrukční dřevo a lepené lamelové dřevo - Stanovení některých fyzikálních a mechanických vlastností ČSN EN 518: Konstrukční dřevo - Třídění - Požadavky na normy pro vizuální třídění podle pevnosti (norma je nyní již zrušena a nahrazena ČSN EN 14081-1 ) ČSN EN 519: Konstrukční dřevo - Třídění - Požadavky na dřevo strojně tříděné podle pevnosti a na třídicí stroje (norma je nyní již zrušena a nahrazena ČSN EN 14081-2) ČSN 73 2824-1: Třídění dřeva podle pevnosti - Část 1: Jehličnaté řezivo (tato norma je identická s DIN 4074-1) ČSN 49 1531-1: Dřevo na stavební konstrukce - Část 1: Vizuální třídění podle pevnosti (norma je nyní již zrušena a nahrazena ČSN 73 2824-1) ČSN P ENV 1995: Navrhování dřevěných konstrukcí (norma je nyní již zrušena a nahrazena ČSN EN 1995) ČSN EN 14081-1: Dřevěné konstrukce - Konstrukční dřevo obdélníkového průřezu tříděné podle pevnosti - Část 1: Obecné požadavky ČSN EN 14081-2: Dřevěné konstrukce - Konstrukční dřevo obdélníkového průřezu tříděné podle pevnosti - Část 2: Strojní třídění


- 19 -

1 Dřevo jako stavební materiál

Recommend Documents