OCELOVÉ A DŘEVĚNÉ PRVKY A KONSTRUKCE Část: Dřevěné konstrukce Přednáška č. 1 Doc. Ing. Antonín Lokaj, Ph.D. VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí, Ludvíka Podéště 1875, 708 33 Ostrava – Poruba
Dřevěné prvky a konstrukce – přednáška č.1
ČR:
12. místo v lesnatosti v Evropě 4. místo v zásobě dřeva na 1 ha (245,8 m3/ha) 6. místo v ročním přírůstu (7,8 m3/ha)
Spotřeba dřeva na osobu vzrostla za posledních 10 let z 0,23 na 0,46 m3 Rakousko: 0,62 Evropa: 0,2 Skandinávie: 1,0 USA: 0,5 m3/obyvatele a rok
Výhody dřeva Dřevo je přírodní, obnovitelný materiál
Výhody dřeva Dřevo:
výhodné mechanické vlastnosti, nízká hmotnost, snadná opracovatelnost, nízká energetická náročnost
Výhody dřeva Dřevo má výhodné tepelně - izolační vlastnosti
Výhody dřeva Dřevo má výhodné tepelně - izolační vlastnosti
Výhody dřeva Materiály na bázi dřeva mají výhodné akustické i zvukově – izolační vlastnosti.
Nevýhody dřeva Hořlavost dřeva
Nevýhody dřeva Biotičtí škůdci a atmosférická koroze
Stavba dřeva Chemické složení dřeva: 49,5% C; 44,2% O2; 6,1% H2; 0,2% N ⇒ složitější chemické látky
Celuloza Celuloza: (C6H10O5)n – 40 až 50% hmotnosti Hemiceluloza:
20 až 30% hmotnosti hexosany (C6H10O5)n – hlavně u jehličnanů pentosany (C5H8O5)n – převažují u listnáčů
Lignin: 25 až 30% hmotnosti Extraktní látky
Makroskopická stavba dřeva
1 – kůra (chrání kmen před výkyvy teplot) 2 – lýko (proudí v něm míza) 3 – kambium (buněčná vrstva – v ní vznikají nové dřevní buňky) 4 – běl (živá část kmene, světlejší, měkčí, řidší, dá se impregnovat) 5 – jádro (odumřelá část kmene, pevnější, tvrdší, trvanlivější, tmavší, hůře impregnovatelné) 6 – letokruhy (jarní, letní) 7 – dřeň 8, 9 – hlavní a vedlejší dřeňové paprsky
Makroskopická stavba dřeva
Mikroskopická stavba dřeva Stavba buňky
Smrk
Borovice
Jedle
Modřín
Dub
Buk
Douglaska
Smrk
Borovice
Modřín
Borovice
Jedle
Tsuga
Thuje
Javor
Azobé
Buk
Dub
Meranti
Merbau
Robinia
Teak
kulatina
hranol
KVH-trojtrám
překližka
KERTO
Paralam
OSB
DTD
MDF
Měkká DVD
Tvrdá DVD
Fyzikální vlastnosti dřeva Směry hlavních os
Vlhkost dřeva Součinitel vlhkostní deformace α
Dřevina
Kolmo na vlákna
Rovnoběžně s vlákny
tangenciálně
radiálně
Jehličnany
0,32
0,16
0,01
Listnáče
0,40
0,20
0,01
Překližka
0,30
Dřevotříska
0,45-0,70
Průměrné hodnoty součinitele vlhkostní deformace při změně vlhkosti dřeva o 1%
Objemová hmotnost dřeva Dřevina
Objemová hmotnost dřeva (kg/m3) Čerstvě vytěžené
Vlhkost 15 %
Vlhkost 0 %
Smrk
850
470
430
Borovice
900
520
490
Dub
920-1300
690
650
Buk
900-1240
720
680
Hustota dřeva Hustota dřeva je nejdůležitější fyzikální charakteristikou dřeva. Většina mechanických vlastností dřeva i únosnost spojů jsou pozitivně korelovány s hustotou. Hustotou dřeva (ρ) se rozumí hmotnost 1 m3 dřeva při dané vlhkosti, udaná v kg. Hustota dřeva značně kolísá vlivem změn vlhkosti. Hustota ρω při vlhkosti dřeva ω (%) lze vyjádřit:
ρω =
mω m (1 + 0,01ω ) 1 + 0,01ω = 0 = ρ0 ⋅ Vω V0 (1 + 0,01βV ω ) 1 + 0,01βV ω
Hustota samotné dřevní hmoty je přibližně 1540 kg/m3.
Tepelné vlastnosti dřeva K nejdůležitějším patří tepelná vodivost a teplotní délková roztažnost. Vlastní dřevní hmota má malou tepelnou vodivost. Tepelná vodivost dřeva je díky nízké objemové hmotnosti a pórovitosti nízká, je však rozdílná ve směru vláken a kolmo k vláknům (je cca poloviční). Tepelná vodivost dřeva se zvyšuje se vzrůstající objemovou hmotností a také e vzrůstající vlhkostí. Teplotní délková roztažnost je menší než u kovů a betonů. U smrkového dřeva činí cca 6×10-6 K-1 podél vláken a 34×10-6 K-1 kolmo k vláknům, u dubového dřeva činí cca 4×10-6 K-1 podél vláken a 28×10-6 K-1 kolmo k vláknům.
Elektrické vlastnosti dřeva Suché dřevo je velmi dobrý izolant. Měrný elektrický odpor dřeva je nejmenší ve směru rovnoběžném s vlákny. Kolmo k vláknům je přibližně dvojnásobný. Elektrický odpor dřeva je nepřímo úměrný teplotě a vlhkosti. Elektrický odpor dřeva nejcitlivěji reaguje na změny vlhkosti. Této skutečnosti se využívá v elektrických odporových vlhkoměrech.
Mechanické vlastnosti dřeva Pracovní diagram dřeva pro namáhání v tlaku/tahu rovnoběžně s vlákny
Vliv vlhkosti na pevnost dřeva
tlak
tah
ohyb
Vliv vlhkosti na pevnost dřeva
W=12%
W=20%
W>28%
Vliv doby trvání zatížení na pevnost dřeva
Metody zjišťování jakosti dřeva na stavební konstrukce Nedestruktivní metody:
• • •
Vizuální třídění (ČSN EN 518, ČSN 73 2824-1) Strojní třídění (Cook-Bolinder, Computermatic, Proof – Loading) Další nedestruktivní metody (ultrazvuk, rázová ozvěna, kmitání, penetrační metody, atd.)
Destruktivní metody (průkazné zkoušky)
1) Vizuální zatřídění řeziva
2) Přiřazení vizuálních tříd jakosti
Analogické třídy podle předchozí (ČSN 49 1531-1/1998) a nové normy (ČSN 73 2824-1/2004)
ČSN EN 975-1 + A1/2001 Řezivo – Vizuální třídění listnatého dřeva – Část 1: Dub a buk
ČSN EN 1912/1999: C30
ČSN EN 1912/1999: C24
ČSN EN 1912/1999: C16
RD: ČSN EN 338/2003: Třídy pevnosti – charakteristické hodnoty
LLD: ČSN EN 1194 Dřevěné konstrukce – Lepené lamelové dřevo – Třídy pevnosti a stanovení charakteristických hodnot (11/1999)
