MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA
ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE VYBRANÉ FYZIKÁLNÍ A MECHANICKÉ VLASTNOSTI DŘEVA DUBU
BRNO 2007
MARTIN HOLČÁK
1
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Vybrané fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva dubu zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.
Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně, dne:.......................................podpis studenta…………………………………
2
Zadání
3
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval všem, kteří mi byli při zpracování bakalářské práce nápomocni. Zejména pak děkuji vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Vladimíru Grycovi, Ph.D. za jeho ochotu, pochopení a pomoc při řešení problémů spojených s touto prací.
4
Abstrakt Jméno :
Martin Holčák
Název bakalářské práce :
Vybrané fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva dubu
Tato bakalářská práce se zaměřuje na vyhledání vybraných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva dubu (Quercus sp.), porovnání variability těchto hodnot získaných z různých literárních zdrojů a doporučení využití dřeva dubu s ohledem na jeho vlastnosti. Dřevo je anizotropní materiál, proto je třeba brát v úvahu orientaci namáhaného tělesa. Vlastnosti dřeva jsou do velké míry ovlivněny různými faktory (především druhem dřeviny, vlhkostí vzorku) a je tedy nutno k nim také přihlížet. Hodnoty fyzikálních a mechanických vlastností byly vyhledány z dostupných literárních zdrojů, odborných článků a časopisů a na internetových stránkách. Získané hodnoty byly následně tabelárně zpracovány, písemně porovnány a okomentovány. Klíčová slova: dub, stavba dřeva, hustota dřeva, pevnost dřeva, tvrdost dřeva
Abstract Name :
Martin Holčák
Title of the bachelor work : Choice physical and mechanical properties of oak wood. This bachelor work is focused on searching for specified physical and mechanical charakteristics of oak wood (Quercus sp.), comparison of variabilty of those values acquired in different literary sources and recommendation how to use this wood considering its attributes. Wood is anizotropy material, so it is necessary to consider orientation of stresed material. Investigated charakteristics are largely influenced by various factors (mostly by the kinds of species, degree of wetness) so it is important to think about them too. Values of physical.and mechanical attributes were found in available literary sources, scientific articles, magazines and websites. Gained values have been then tabled, documentary compared and commented.
Key words: oak, wood structure, wood density, wood solidity, wood hardness
5
Obsah 1 2 3
4
5 6 7 8
Úvod ................................................................................................................................... 7 Cíl práce ............................................................................................................................. 8 Charakteristika stavby, vlastností a využití dřeva dubu ..................................................... 9 3.1 Makroskopická stavba dřeva dubu ............................................................................. 9 3.2 Mikroskopická stavba dřeva dubu............................................................................ 10 3.3 Vybrané fyzikální vlastnosti dřeva dubu.................................................................. 11 3.3.1 Hustota dřeva.................................................................................................... 11 3.3.2 Variabilita hustoty dřeva dubu ......................................................................... 15 3.3.3 Sesýchání dřeva................................................................................................ 21 3.3.4 Variabilita sesýchání dřeva dubu ..................................................................... 22 3.4 Vybrané mechanické vlastnosti dřeva dubu............................................................. 26 3.4.1 Pružnost dřeva .................................................................................................. 26 3.4.1.1 Moduly pružnosti ......................................................................................... 28 3.4.1.2 Variabilita modulu pružnosti dřeva dubu..................................................... 29 3.4.2 Pevnost dřeva ................................................................................................... 32 3.4.2.1 Pevnost dřeva v tlaku ve směru vláken ........................................................ 32 3.4.2.2 Pevnost dřeva v tlaku napříč vláken............................................................. 33 3.4.2.3 Variabilita pevnosti dřeva dubu v tlaku ve směru a napříč vláken .............. 34 3.4.2.4 Pevnost dřeva v tahu ve směru vláken ......................................................... 37 3.4.2.5 Pevnost dřeva v tahu napříč vláken.............................................................. 37 3.4.2.6 Variabilita pevnosti dřeva dubu v tahu ve směru a napříč vláken................ 38 3.4.2.7 Pevnost dřeva v ohybu ................................................................................. 41 3.4.2.8 Variabilita pevnosti dřeva dubu v ohybu ..................................................... 42 3.4.3 Tvrdost dřeva.................................................................................................... 46 3.4.3.1 Brinellova tvrdost ......................................................................................... 46 3.4.3.2 Jankova tvrdost............................................................................................. 47 3.4.3.3 Variabilita tvrdosti dřeva dubu..................................................................... 48 3.5 Využití dřeva dubu ................................................................................................... 51 Diskuse ............................................................................................................................. 52 4.1 Hustota dřeva dubu................................................................................................... 52 4.2 Sesýchání dřeva dubu............................................................................................... 53 4.3 Pružnost dřeva dubu ................................................................................................. 54 4.4 Pevnost dřeva dubu .................................................................................................. 54 4.5 Tvrdost dřeva dubu................................................................................................... 56 Závěr................................................................................................................................. 57 Použitá literatura .............................................................................................................. 58 Souhrn .............................................................................................................................. 61 Summary .......................................................................................................................... 62
6
1 Úvod Dřevo je organický materiál rostliného původu, který v uspokojování technických potřeb člověka získává v dnešní době stále větší význam. Do popředí před materiály ryze průmyslové se dostává jednak proto, že patří mezi suroviny obnovitelné, a také proto, že jako přírodní materiál blahodárně působí na lidskou psychiku. Symbolem současné doby je návrat k přírodě, a to je právě jeden z důvodů, proč se dnes dřevo stává oblíbenější, než materiály hojně používané v minulých letech. Dalším důvodem je nezadržitelný vývoj technologie v dřevařském a nábytkářském průmyslu a tím pádem produkce kvalitnějších produktů pro zákazníky. Jak již bylo uvedeno, dřevo je materiál přírodní, a proto jeho vlastnosti člověk může svou činností ovlivňovat jen omezeně. Dřevo získáváme z dřevin, a tudíž jsou vlastnosti dřeva dány dřevinou a faktory, které se uplatňují při růstu stromu. Faktory rozdělujeme na vnitřní (např. genetická informace nebo zdravotní stav jedince) a vnější (teplota vzduchu, zásoba vody v půdě apod.). Vzhledem k tomu, že na jednotlivé jedince působí různé faktory je potřeba zjišťovat vlastnosti dřeva jednotlivých dřevin a pomocí statistických metod zkoumat jejich variabilitu a vliv jednotlivých faktorů. Mezi význačné materiálové charakteristiky řadíme hustotu, sesýchání a bobtnání, mez pevnosti ve statickém ohybu a modul pružnosti. Ohyb je jedním z
mechanických
způsobů namáhání, se kterým se lze u výrobků ze dřeva často v praxi setkat. Příkladem mohou být dřevěné nosníky, desky stolů nebo např. police skříní. Se sesýcháním (bobtnáním) musíme naopak počítat při konstrukci dřevěných výrobků určených do míst s proměnlivou vlhkostí apod. Dub (Quercus sp.) je dřevina, která má z listnatých stromů na našem území největší zastoupení (společně s bukem). Celková výměra dubových porostů v České republice činí asi 169 768 ha což odpovídá přibližně 6,6 % celkové výměry lesů v České republice (stav v roce 2005). To společně s výbornými vlastnostmi dubového dřeva, činí dub nejvýznamnější listnatou dřevinou v našem lesním hospodářství, což se následně také projevuje v průmyslu dřevařském a nábytkářském.
7
2 Cíl práce
Cílem této bakalářské práce je vyhledat z různých literárních zdrojů vybrané fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva dubu (Quercus sp.), porovnat variabilitu těchto vlastností a doporučit využití dřeva dubu s ohledem na jeho vlastnosti. Z fyzikálních vlastností se jedná o hustotu a sesýchání dřeva, z mechanických vlastností pak o pružnost, pevnost a tvrdost dřeva dubu.
8
3 Charakteristika stavby, vlastností a využití dřeva dubu 3.1 Makroskopická stavba dřeva dubu Dubové dřevo má vylišeno jádro a běl, běl je úzká nažloutlá až světle hnědá, jádro světle až tmavěhnědé. Je to dřevo s typickou kruhovitě pórovitou stavbou se zřetelnou hranicí mezi letokruhy i hranicí mezi jarním a letním dřevem. Makropóry (široké jarní cévy) tvoří v zóně jarního dřeva zřetelné póry, na podélných řezech zřetelné rýhy. Mikropóry (úzké letní cévy) tvoří na příčném řezu v zóně letního dřeva světlé radiální pásky (radiální seskupení cév). Dřeňové paprsky jsou zřetelné na všech řezech, na příčném řezu tvoří viditelné pásy kolmé k letokruhům, na radiálním řezu křivolaká lesklá zrcadla a na tangenciálním řezu až několik centimetrů vysoké tmavší pásy (Šlezingerová, Gandelová 2001).
a) příčný řez
b) radiální řez
c) tangenciální řez
Obr. 1: Makroskopická stavba dřeva dubu (Vavrčík et al. 2002).
9
3.2 Mikroskopická stavba dřeva dubu Dřevo dubu patří do skupiny dřev listnatých dřevin s kruhovitě pórovitou stavbou. Jarní cévy se nacházejí jednotlivě nebo převážně jednotlivě. Naopak letní cévy bývají uspořádány v typickém radiálním seskupení. Lumeny cév bývají často vyplněny thylami. Perforace mezi cévními články je jednoduchá. Dřeňové paprsky jsou jednovrstevnaté a mnohovrstevnaté a jsou homogenní. Podélný dřevní parenchym je apotracheální, v tangenciálních skupinách rozptýlen, nakupený, síťkovitý až síťovitý (Šlezingerová,
Gandelová 1999).
Obr. 2: Mikroskopické řezy dřeva dubu ; a) příčný řez ; b) radiální řez ; c) tangenciální řez (Vavrčík et al. 2002).
10
3.3 Vybrané fyzikální vlastnosti dřeva dubu 3.3.1
Hustota dřeva Hustota dřeva je charakterizována podílem hmotnosti dřeva a jeho objemu.
Jednotkou je kg.m-3 nebo g.cm-3. Ve srovnání s jinými materiály je určení hustoty dřeva poměrně obtížné vzhledem k hygroskopicitě dřeva. Jak hmotnost, tak i objem dřeva jsou velmi výrazně ovlivněny vodou, resp. vlhkostí dřeva. Přesto jde o jednu z nejvýznamnějších charakteristik dřeva, která významně ovlivňuje většinu fyzikálních a mechanických vlastností dřeva. Hustotu dřeva můžeme skutečně považovat za nejlepší kritérium pro posuzování vlastností dřeva (Gandelová et al. 1996). V anglicky psané literatuře se setkáme s pojmy density a specific gravity. Density odpovídá našemu pojetí hustoty dřeva, specific gravity je dána podílem hustoty materiálu a hustoty vody. Rozdílné pojetí obou veličin se projeví zejména v odlišnostech metrického a anglického systému (Horáček 1998). Rozlišujeme následující veličiny: a) hustotu dřevní substance, b) hustotu dřeva, c) redukovanou hustotu dřeva
(Gandelová et al. 1996).
Hustota dřevní substance Dřevní substancí nazýváme hmotu buněčných stěn bez submikroskopických dutin. Hustota dřevní substance ρs je potom vyjádřena poměrem hmotnosti dřevní substance ms a příslušného objemu Vs (Gandelová et al. 1996).
ρs =
ms Vs
kde:
ms – hmotnost dřevní substance,
(kg.m-3)
Vs – objem dřevní substance.
11
Tato veličina kolísá v rozmezí 1460–1570 kg.m-3 zejména v závislosti na chemickém složení dřeva. Průměrné hustoty základních stavebních látek buněčné stěny jsou následující – celulóza 1555 kg.m-3, hemicelulózy kolem 1500 kg.m-3 a lignin 1390 kg.m-3. Vzhledem k podobnému podílu těchto látek u různých dřevin nezávisí ρs prakticky na druhu dřeviny. Jako průměrná hodnota ρs se pro všechny dřeviny uvádí 1530 kg.m-3. Hmotnost dřevní substance se zjišťuje vážením. Objem dřevní substance se zjišťuje ponořením tenkých
řezů do látek nezpůsobujících bobtnání (benzen, toluen), případně do plynů. Hustota dřevní substance je důležitá při teoretických výpočtech pórovitosti, maximální vlhkosti (nasáklivosti) a technologických procesech impregnace dřeva (Gandelová et al. 1996).
Hustota dřeva Hustota dřeva je velmi výrazně ovlivňována především vodou. Pro charakteristiku hustoty dřeva používáme nejčastěji následující vlhkostní stavy:
a) hustoty dřeva v suchém stavu (w = 0 %), b) hustota dřeva při vlhkosti 12 %, c) hustota dřeva vlhkého (w > 0 %).
Pro možnost porovnání výsledků a použití při teoretických výpočtech používáme hustotu dřeva v absolutně suchém stavu ρ0. Hustota dřeva v suchém stavu (ρ0) je menší než
ρs, protože součástí dřeva jsou i mikrokapiláry a lumeny vyplněné vzduchem:
ρ0 =
m0 V0
kde:
m0 – hmotnost absolutně suchého dřeva (kg),
(kg.m-3)
V0 – objem absolutně suchého dřeva (m3).
12
Hustota dřeva vlhkého (ρw) je charakterizována podílem hmotnosti a objemu dřeva při určité vlhkosti:
ρw =
mw Vw
kde:
mw – hmotnost dřeva při určité vlhkosti (kg),
(kg.m-3)
Vw – objem dřeva při určité vlhkosti (m3). Speciálním případem ρw je hustota dřeva při 12 % vlhkosti ( ρ12 =
m12 ) . Tuto V12
hustotu udávají platné normy, protože 12 % vlhkosti je dosaženo dlouhodobějším vystavením dřeva běžným podmínkám temperované místnosti (t = 20°C, ϕ = 65 %) (Gandelová et al.
1996). Základní údaje o hustotě dřeva vybraných druhů jsou uvedeny v Tab. 1. Hustota dřeva závisí na druhu dřeviny, stanovištních podmínkách, poloze ve kmeni a pěstebních opatřeních. Hustota dřeva našich domácích dřevin se pohybuje v širokém intervalu. Podle hustoty dřeva při 12 % vlhkosti je možné dřeviny rozdělit do tří skupin: Tab. 1: Rozdělení dřev podle hustoty dřeva při w = 12 % (podle Matoviče 1993).
Dřeva s nízkou hustotou (ρ12 < 540 kg.m-3) Dřeva se střední hustotou (ρ12 = 540750 kg.m-3) Dřeva s vysokou hustotou (ρ12 > 750 kg.m-3)
Borovice, smrk, jedle, topol, vrba, lípa, olše, střemcha, osika Modřín, tis, bříza, buk, hrušeň, dub, ořešák, jilm, platan, jabloň, jasan, jeřáb, třešeň, kaštanovník Habr, zimostráz, dřín, moruše, akát
Hustota dřeva se zvyšuje s vlhkostí, ale hmotnost a objem dřeva nerostou stejným způsobem. Zatímco hmotnost dřeva roste se zvyšující se vlhkostí až do maximálního nasycení (maximální vlhkost dřeva), objem se zvyšuje pouze do meze hygroskopicity (MH)
(Gandelová et al. 1996).
13
Redukovaná hustota dřeva Redukovaná hustota dřeva ρrw je definována podílem hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu m0 a jeho objemem při určité vlhkosti Vw:
ρ rw =
m0 Vw
kde:
m0 – hmotnost absolutně suchého dřeva (kg),
(kg.m-3)
Vw – objem dřeva při určité vlhkosti (m3). Tato hustota udává, kolik sušiny se nachází v nabobtnaném objemu dřeva. Redukovaná hustota při w = 0 % je totožná s hustotou absolutně suchého dřeva ρ0. Se stoupající vlhkostí její hodnota klesá až po mez hygroskopicity, nad kterou se již nemění. Nad mezí hygroskopicity je tato hodnota minimální, nezávisí již na vlhkosti dřeva, protože dřevo dále nebobtná. Takto definovanou veličinu nazýváme konvenční hustotou ρk nebo redukovanou hustotou v čerstvém stavu ρrč:
ρ k = ρ rč =
kde:
m0 Vmax
(kg.m-3)
m0 – hmotnost absolutně suchého dřeva (kg), Vmax – objem dřeva při maximální vlhkosti (m3).
Konvenční hustota je veličinou velmi vhodnou pro technologické výpočty v lesním a dřevozpracujícím průmyslu. Pomocí této veličiny lze např. přepočíst zásobu mokrého dřeva (s vlhkostí nad mezí hygroskopicity) v objemových tabulkách na hmotnost sušiny a naopak, což nalézá uplatnění zejména při váhové přejímce dříví (Gandelová et al. 1996). V anglicky psané literatuře odpovídá konvenční hustotě pojem basic specific gravity
(Horáček 1998).
14
3.3.2
Variabilita hustoty dřeva dubu V literárních zdrojích byly vyhledány hustoty dřeva dubu. Jejich přehled je uveden
v Tab. 2. Z tabulky je jednoznačně patrné, že variabilita hustoty dřeva dubu je značně proměnlivá. Její hodnota se pohybuje od 0,39 g.cm-3 (Perelygin 1957) do 1,16 g.cm-3
(Galewski, Korzeniowski 1958). Tato velká rozrůzněnost je způsobena několika faktory, a to především obsahem vody ve zkušebním vzorku a druhem dřeviny. Vlhkost se u porovnávaných vzorků pohybuje v rozmezí od absolutně suchého stavu až do vlhkosti dřeva ve stavu čerstvém. Gandelová et al. (1996) také uvádějí závislost obsahu vody v čerstvém dřevě, a tedy i hustoty, na ročním období a na denní době. Maximální vlhkosti dřeva je dosahováno v zimě a naopak nejnižší v létě (Perelygin 1957). Průměrná hodnota hustoty dřeviny Quercus robur L. je přibližně o 0,01 g.cm-3 vyšší než průměrná hodnota hustoty dřeviny Quercus petraea Liebl. při stejné vlhkosti 15 %. Daná hodnota je při shodné vlhkosti prakticky stejná pro dřeviny Quercus petraea Liebl. a Quercus
borealis L. Lexa et al. (1952) zjistil závislost hustoty dřeva dubu na zeměpisné poloze, což lze vyčíst z Tab. 2. Zatímco v oblasti Španělska se průměrná hodnota hustoty dřeva dubu pohybuje kolem 0,82 g.cm-3, v oblasti Francie už je to 0,77 g.cm-3 a s postupem sledovaných oblastí dále severněji se stále snižuje: oblast Rakouska 0,677 g.cm-3, oblast Bavorska 0,635 g.cm-3. Průměrná hustota dubu letního (Quercus robur L.) se pohybuje při 15 procentní vlhkosti od 0,69 g.cm-3 do 0,76 g.cm-3. U dubu zimního (Quercus petraea Liebl.) je to od 0,68 g.cm-3 do 0,74 g.cm-3. Naproti tomu u našeho nepůvodního druhu, dubu červeného (Quercus
borealis Liebl.), je průměrná hustota o něco nižší. Pohybuje se od 0,65 g.cm-3 do 0,7 g.cm-3. Průměrné hodnoty hustot ρ0, ρ12 a konvenční hustoty ρk činí pro dřevinu dub letní
(Quercus robur L.) 680, 725 a 610 kg.m-3 (Horáček 1998).
15
Tab. 2-1. část: Hustota dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Quercus Sessilis Quercus Sessilis Quercus sp.
Dub zimní Dub zimní Dub
Anglický Bay oak Bay oak
Min. 0,39 0,42
Hustota Max. 0,93 0,96
Oak
Prům. 0,65 0,68 920
Jednotky Vlhkost (%)
g/cm3 g/cm
3
kg/m
3
3
Quercus sp.
Dub
Oak
0,393
0,823
0,644
g/cm
Quercus robur
Dub letní
British oak
0,422
0,771
0,642
g/cm3
Quercus petraea Quercus robur
Dub zimní Dub letní
Bay oak British oak
Quercus petraea
Dub zimní
Bay oak
Quercus sp.
Dub
Oak
0,395 0,573
0,823 0,757
0,627 0,65
g/cm
3
g/cm
3 3
0,548
0,765
0,704
g/cm
0,67
0,76
0,73
g/cm3 3
Poznámka
Zdroj
0
Perelygin (1957)
15
Perelygin (1957)
> 30 %
Uhlíř (1992)
15-20
Lexa et al. (1952)
15-20
Bavorsko
Lexa et al. (1952)
15-20
Bavorsko
Lexa et al. (1952)
15-20
Oblast Rakousko Lexa et al. (1952)
15-20
Oblast Rakousko Lexa et al. (1952) Oblast S Německa Lexa et al. (1952)
15-20
Quercus sp.
Dub
Oak
0,74
0,8
0,77
g/cm
Quercus sp.
Dub Dub červený
Oak
0,76
0,89
0,82
g/cm3
15-20
0,66
g/cm3
0
Lexa et al. (1952)
0
Požgaj (1997)
0
Požgaj (1997)
15
Vanin (1949)
Quercus borealis Quercus sp.
Dub
Quercus cerris
Dub cer
Quercus petraea Quercus robur
Dub zimní Dub letní
Red oak Oak Turkey oak Bay oak British oak
3
0,696
g/cm
0,727
g/cm3
0,74 0,76
g/cm
3
g/cm
3
15-20
15
Quercus pedunculata Dub letní
British oak
0,69
g/cm3
15
Quercus pedunculata Dub letní
British oak
0,71
g/cm3
15
Quercus pedunculata Dub letní
British oak
0,71
g/cm3
15
16
Oblast Francie Oblast J Španělska
Lexa et al. (1952) Lexa et al. (1952)
Vanin (1949) Saratovská oblast Voroněžská oblast Moskevská oblast
Vanin (1949) Vanin (1949) Vanin (1949)
Tab. 2-2. část: Hustota dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Název dřeviny Latinský
Český
Quercus sessiliflora Dub zimní Quercus sessiliflora Dub zimní
Hustota Anglický
Min.
Max.
Bay oak
Jednotky Vlhkost (%)
kg/m3
650
Bay oak
Zdroj
Prům.
kg/m
690
3
3
0
Lysý (1954)
15
Lysý (1954)
0
Balabán (1955)
Quercus sessilis
Dub zimní
Bay oak
0,39
0,93
0,65
g/cm
Quercus sessilis
Dub zimní Dub červený Dub červený
Bay oak
0,42
0,96
0,68
g/cm3
12
Balabán (1955)
Red oak
0,62
g/cm3
0
Balabán (1955)
Red oak
0,65
g/cm3
12
Balabán (1955)
15
Škára (1973)
0
Matovič (1977)
12
Matovič (1977)
0
Kollmann (1951)
0
Kollmann (1951)
0
Kollmann (1951)
15
Kollmann (1951)
15
Kollmann (1951)
15
Kollmann (1951)
Quercus rubra Quercus rubra Quercus sp. Quercus sp.
Dub Dub
Oak
Dub
Oak
Quercus petraea
Dub zimní
Bay oak
Quercus robur Quercus borealis Quercus petraea Quercus robur Quercus borealis
Dub letní Dub červený Dub zimní Dub letní Dub červený
British oak
British oak Red oak
690
kg/m
3
0,65
g/cm3
650
0,39 0,39
0,93 0,93
Red oak Bay oak
kg/m
3
690
Oak
Quercus sp.
kg/m
3
0,43 0,43
0,96 0,96
3
0,65
g/cm
0,66
g/cm3 g/cm
3
0,69
g/cm
3
0,7
g/cm3
0,69
17
Tab. 2-3. část: Hustota dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
Min.
Hustota Max. Prům.
Jednotky Vlhkost (%)
Zdroj
Quercus sessiliflora Dub zimní
Bay oak
0,39
0,93
0,65
g/cm3
0
Krzysik (1957)
Quercus robur
British oak
0,39
0,93
0,65
g/cm3
0
Krzysik (1957)
0,66
g/cm3
0
Krzysik (1957)
15
Krzysik (1957)
15
Krzysik (1957)
15
Krzysik (1957)
0
Galewski, Korzeniowski (1958)
Quercus borealis
Dub letní Dub červený
Quercus sessiliflora Dub zimní Quercus robur Quercus borealis
Dub letní Dub červený
Red oak Bay oak British oak
0,43 0,43
0,96 0,96
Red oak
g/cm
3
0,69
g/cm
3
0,7
g/cm3
0,69
3
British oak
0,39
0,93
0,65
g/cm
Quercus sessiliflora Dub zimní
Bay oak
0,39
0,93
0,65
g/cm3
0
Galewski, Korzeniowski (1958)
Quercus robur
British oak
0,65
1,16
1,01
g/cm3
čerstvé
Galewski, Korzeniowski (1958)
čerstvé
Galewski, Korzeniowski (1958)
Quercus robur
Dub letní
Dub letní
Quercus sessiliflora Dub zimní Quercus sp. Quercus borealis Quercus sp.
Dub Dub červený
Bay oak Oak Red oak
1,01 0,62-0,64
g/cm g/cm
3
g/cm3
0,66
3
0
Peschel et al. (2002)
0
Peschel et al. (2002)
12
Peschel et al. (2002)
g/cm
Red oak
0,7
g/cm3
12
Peschel et al. (2002)
Oak
680
kg/m3
0
Lauko (2002)
15
Koukal (2006)
Oak
Quercus borealis Quercus sp.
Dub Dub
1,16
0,71
Dub Dub červený
Quercus sp.
0,65
3
Oak
g/cm
0,67
18
3
Tab. 2-4. část: Hustota dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
Min.
Hustota Max. Prům.
Jednotky
Vlhkost (%)
Poznámka
Zdroj
Quercus sessilis
Dub zimní
Bay oak
0,548 0,765
0,704
g/cm3
0
Rakousko
Trendelenburg (1939)
Quercus robur
Dub letní
British oak
0,573 0,757
0,65
g/cm3
0
Rakousko
Trendelenburg (1939)
Quercus sessilis
Dub zimní
Bay oak
0,395 0,823
0,627
g/cm3
0
Bavorsko
Trendelenburg (1939)
0
Bavorsko
Trendelenburg (1939)
0
Lotyšsko
Trendelenburg (1939)
0
J Evropa
Trendelenburg (1939)
0
J Evropa
Trendelenburg (1939)
Quercus robur Quercus robur
Dub letní Dub letní
British oak
0,422 0,771
British oak
0,7
Quercus pubescens Dub pýřitý Quercus cerris Quercus borealis Quercus sp. Quercus borealis Quercus sp. Quercus sp.
Dub cer Dub červený Dub Dub červený Dub Dub
0,642
0,93
Red oak
0,66
g/cm3
Oak Red oak Oak Oak
0,55 0,43
0,98 0,96
g/cm
0,7
g/cm3
650
Dub
Oak
640-650
Oak
g/cm
0,69
Quercus sp.
Oak
3
0,76
680
Dub
3
g/cm
Oak
Quercus sp.
g/cm
3
0,78
Dub
Dub
g/cm
3
Turkey oak
Quercus sp.
Quercus sp.
g/cm
3
3
kg/m
3
kg/m
3
kg/m3
650 690
19
kg/m
3
kg/m
3
Forest products (1999) čerstvé
Forest products (1999)
12-15
Langendorf et al. (1972)
12-15
Langendorf et al. (1972)
0
Varkoček et al. (1998)
15
Varkoček et al. (1998)
0
Šimůnková, Kučerová (2000)
0
Žák (2000)
15
Žák (2000)
Tab. 2-5. část: Hustota dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
Min.
Hustota Max.
Prům.
Jednotky Vlhkost (%)
Zdroj
Quercus petraea
Dub zimní
Bay oak
650
kg/m3
0
Křupalová (1999)
Quercus petraea
Dub zimní
Bay oak
690
kg/m3
15
Křupalová (1999)
Quercus sp.
Dub
Oak
0,56
g/cm3
0
Nutsch et al. (1999)
15
Nutsch et al. (1999)
12
Holan et al. (2006)
Quercus sp. Quercus sp. Quercus sp.
Dub Dub Dub
Oak Oak
Dub
Oak
Quercus robur
Dub letní
British oak
Quercus borealis Quercus sp. Quercus sp.
Dub Dub červený Dub Dub
696
Oak
Quercus sp.
Quercus sp.
0,69
530-710 640
Red oak Oak Oak
690 550 630 620
980
kg/m
3
kg/m
3
kg/m
3
kg/m3
360,09 662,21
Oak
g/cm
3
700
720 670
20
kg/m
3
kg/m
3
kg/m
3
kg/m
3
Kehr, Schilling (1965) Trendelenburg, Mayer-Wegelin ((1955) 0
Kuba (2006) www.abparket.cz www.tfdesign.cz www.converter.cz www.dlh-nordisk.sk
3.3.3
Sesýchání dřeva Mění-li se vlhkost dřeva v rozsahu vody vázané, dřevo podléhá rozměrovým
změnám – hygroexpanzi rozměrů. Snížení vlhkosti dřeva mokrého k mezi hygroskopicity (odpaření vody volné) nemá významný vliv na změnu rozměrů. Sesýchání je lokalizováno v buněčné stěně, kde dochází k přibližování fibrilární struktury a tím se mění rozměry jednotlivých elementů a dřeva jako celku (Horáček 1998). Sesýcháním nazýváme proces, při kterém dřevo zmenšuje svoje lineární rozměry, plochu nebo celkový objem, a to při ztrátě vázané vody v rozsahu MH – 0 %. Rozeznáváme sesýchání lineární (v jednotlivých anatomických směrech – podélném, radiálním a tangenciálním), plošné (změna plochy tělesa) a objemové (změna objemu tělesa). Sesýchání dřeva od meze hygroskopicity do absolutně suchého stavu označujeme jako sesýchání celkové (maximální). Sesýchání dřeva v jakémkoliv menším intervalu nazýváme částečným sesýcháním (Gandelová et al. 1996). Sesýchání (β) se vyjadřuje podílem změny rozměru k původní hodnotě a uvádí se nejčastěji v %:
βi = kde:
aiw1 − aiw2 aiw1
.100 =
daiw .100 aiw1
(%)
a – rozměr tělesa, jeho plocha nebo objem, i – index udávající směr, plochu nebo objem, w1 – vlhkost před sesýcháním, w2 – vlhkost po ukončení sesýchání.
21
Pro praktické účely je vhodné znát procentickou změnu rozměrů, plochy nebo objemu, jestliže se vlhkost změní o 1 %. K tomu slouží koeficient sesýchání Kβ, který se vypočte ze vztahu (Gandelová et al. 1996):
K βi =
kde:
βi w1 − w2
=
βi
(% / 1 %)
dw
βi – sesýchání v daném směru, ploše či objemu, w1 – vlhkost před sesýcháním, w2 – vlhkost po skončení sesýchání.
Na základě hodnot koeficientu objemového sesýchání můžeme rozdělit dřeva do následujících skupin (Horáček 1998):
•
dřeva málo sesýchavá
– koeficient objemového sesýchání je menší než 0,4: tis, olše, vrba, topol, kaštanovník, limba, akát.
•
dřeva středně sesýchavá
– koeficient objemového sesýchání je 0,4 – 0,47: borovice, smrk, jedle, dub, jilm, jasan, javor, ořešák, osika.
•
dřeva hodně sesýchavá
– koeficient objemového sesýchání je větší než 0,47: modřín, bříza, buk, habr, lípa.
3.3.4
Variabilita sesýchání dřeva dubu V literárních zdrojích byly vyhledány hodnoty sesýchání dřeva dubu. Jejich přehled
je uveden v Tab. 3. Z tabulky jasně vyplývá, že variabilita sesýchání dřeva dubu je závislá na různých faktorech. A to především na druhu dřeviny a na anatomickém směru, ve kterém je daná hodnota zjišťována. Nejvýraznější sesýchání je možno pozorovat v tangenciálním směru. Naopak nejmenší sesýchání je ve směru podélném. Pro podélný směr udává literatura rozmezí hodnot od 0,15 do 0, 70 %. Ve směru radiálním je to od 4 do 4,7 % a ve směru tangenciálním od 7,8 do 11,1 %. Celkové neboli objemové sesýchání je největší a tedy
22
nejvýznamnější. Pohybuje se od 12,2 do 16,7 %. Jak zjistil Vanin (1949), na sesýchavost dřeva dubu má zeměpisná poloha pouze nepatrný vliv. Objemové sesýchání dřeva dubu letního (Quercus robur L.) a dubu zimního
(Quercus petraea Liebl.) je prakticky shodné. Pohybuje se v rozmezí od 12,2 do 16,7 %. U dubu červeného (Quercus borealis L.) pak 12,9 až 15,1 % a u dubu ceru 13,2 %.
Vanin (1949) uvádí koeficient sesýchání objemového, radiálního a tangenciálního 0,47 až 0,51, 0,16 až 0,18 a 0,24 až 0,28. Matovič (1977) udává koeficient objemového sesýchání pouze 0,43.
23
Tab. 3-1. část: Sesýchání dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Název dřeviny Latinský Quercus sessilis Quercus borealis Quercus sess lis Quercus sp.
Český Dub zimní Dub červený Dub zimní Dub
Quercus cerris Quercus sp. Quercus pedunculata Quercus pedunculata Quercus pedunculata Quercus sessiliflora Quercus sp. Quercus sp. Quercus sp. Quercus petraea
Dub cer Dub
Quercus robur
Dub letní Dub červený
Quercus borealis
Dub letní Dub letní Dub letní Dub zimní Dub Dub Dub Dub zimní
Koeficienty sesýchání (%/1 %w)
Hodnoty sesýchání (%) Anglický
L
R
T
Objemové
Kr
Kt
Vlhkost (%)
Poznámka
Zdroj
Ko
Bay oak
0,4
4
7,8
12,6
čerstvé-0
Perelygin (1957)
Red oak Bay oak Oak Turkey oak Oak British oak British oak British oak Bay oak Oak Oak Oak Bay oak British oak
0,7 0,4
4 4
8,2 7,8
13,3 12,6 13,7
čerstvé-0 čerstvé-0 čerstvé-0
Lexa et al. (1952) Lexa et al. (1952) Požgaj (1997)
0,15
4,2 4,7
8,5 8,4
13,2 12,7
čerstvé-0 čerstvé-0
Požgaj (1997) Vanin (1949)
Red oak
0,16
0,24
0,47
0,18
0,28
0,51
0,18
0,28
0,47
Moskevská oblast Voroněžská oblast Saratovská oblast
Vanin (1949) Vanin (1949)
7,8 7,8 7,8
12,2
0,4
4 4 4
0,4
4
7,8
12,2
čerstvé-0
Vanin (1949) Lysý (1954) Balabán (1955) Škára (1973) Matovič (1977) Kollmann (1951)
0,4
4
7,8
12,2
čerstvé-0
Kollmann (1951)
0,7
4
8,2
12,9
čerstvé-0
Kollmann (1951)
0,4
čerstvé-0 čerstvé-0 čerstvé-0 0,18
24
0,27
0,43
Tab. 3-2. část: Sesýchání dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Název dřeviny Latinský
Český
Quercus sessiliflora Dub zimní Quercus robur Quercus borealis
Dub letní Dub červený
Quercus robur
Dub letní
Quercus sessiliflora Dub zimní Dub Quercus borealis červený Dub Quercus borealis červený Quercus sp. Dub Quercus sp. Dub Quercus sp. Dub Quercus sp. Dub Quercus sp. Dub Quercus sp. Dub Dub Quercus borealis červený
Hodnoty sesýchání (%) Anglický
L
R
T
Koeficienty sesýchání (% / 1 %)
Objemové
Kr
Kt
Ko
Vlhkost (%)
Zdroj
Bay oak British oak
0,4
4
7,8
12,6
čerstvé-0
Krzysik (1957)
0,4
4
7,8
12,6
čerstvé-0
Krzysik (1957)
Red oak British oak
0,7
4
8,2
13,3
čerstvé-0
0,4
4
7,8
12,2
čerstvé-0
Bay oak
0,4-0,42
4,5
11,1
16,7
čerstvé-0
Krzysik (1957) Galewski, Korzeniowski (1958) Galewski, Korzeniowski (1958)
4,4
11,1
15,1
čerstvé-0
Forest products (1999)
7,8 8,9 7,8
12,9 12,2 až 15 12,2 13,5 12,2
čerstvé-0 čerstvé-0 čerstvé-0 čerstvé-0 čerstvé-0
Red oak Red oak Oak Oak Oak Oak Oak Oak
0,4 0,4 0,4
4 4,3 4
Red oak
25
0,18 0,16
0,34 0,36
Langendorf et al. (1972) Langendorf et al. (1972) Varkoček et al. (1998) Holan et al. (2006) Křupalová (1999) Nutsch et al. (1999) Peschel et al. (2002)
0,2
0,36
Peschel et al. (2002)
3.4 Vybrané mechanické vlastnosti dřeva dubu 3.4.1
Pružnost dřeva Pružnost je z hlediska konstrukčního použití dřeva jednou z nejdůležitějších
mechanických vlastností. Všeobecně je definována jako schopnost dřeva dosahovat původních rozměrů (tvarů) po uvolnění působení vnějších sil. Z fyzikálního hlediska je to takový stav, že změny mezi vzdálenostmi atomů jsou návratné, takže po odstranění vnějších sil se atomy vrátí do svých rovnovážných vzdáleností tak, aby bylo dosaženo nejnižší potenciální energie (Požgaj 1997).
Pružnost můžeme vyjádřit následujícími charakteristikami:
•
Moduly pružnosti (E, G)
•
Poissonovými čísly (µ)
•
Mezí úměrnosti (σú)
•
Pružnou deformací (εp)
•
Energií pružné deformace (Wp)
Poslední tři jsou nejlépe patrné z obecného tvaru pracovního diagramu (viz. Obr. 3)
(Gandelová et al. 1996).
Obr. 3: Pracovní diagram (podle Matoviče 1993).
26
Pracovní diagram je empirická křivka charakterizující vztah mezi napětím a deformací. Tento diagram můžeme rozdělit na dvě části, a to na lineární část po mez úměrnosti (σú) a nelineární část nad mezí úměrnosti po mez pevnosti (σp). Mez úměrnosti je definována jako takové napětí, do kterého v tělese vznikají pouze deformace pružné, případně pružné v čase, a napětí je v tělese rovnoměrně rozloženo. Po ukončení silového působení tyto deformace zcela zanikají a těleso se vrací do původního stavu (Gandelová et al. 1996). Se vzrůstajícím napětím nad mezí úměrnosti deformace dále rostou, ale napětí v tělese není rozloženo rovnoměrně a deformační čára nabývá charakteru křivky. Vzniklé deformace jsou plastické, nejsou přímo úměrné napětí a po ukončení působení vnější síly nezanikají. Napětí, při kterém nakonec dochází k porušení tělesa, je označováno jako mez pevnosti. Mez pevnosti je tedy nejvyšší hodnota napětí, kterou dřevo snese bez porušení celistvosti tělesa. Sklon přímky v pracovním diagramu mezi nulovou hodnotou napětí a napětím na mezi úměrnosti vyjadřuje poměr mezi napětím a deformací a je používán pro výpočet modulu pružnosti (Gandelová et al. 1996):
tgα = E =
kde:
σú εú
(MPa)
E – modul pružnosti,
σú – napětí na mezi úměrnosti (MPa), εú – poměrná deformace na mezi úměrnosti (MPa).
Zastoupení jednotlivých druhů deformací je různé a záleží na druhu mechanického namáhání, druhu dřeviny a na vlhkosti dřeva. Obecně ale platí, že nejvyšší podíl zaujímají vždy deformace pružné (55–90 %). Naopak nejmenší (do 5 %) deformace pružné v čase
(Gandelová et al. 1996).
27
3.4.1.1 Moduly pružnosti Moduly pružnosti lze zjistit pouze experimentálně, protože pro většinu materiálů dosud neexistují jejich teoreticky odvozené rovnice. Obvykle jsou tyto parametry zjišťovány na zkušebních strojích, kde je současně měřena deformace a působící silové zatížení. Moduly pružnosti vyjadřují vnitřní odpor materiálu proti pružné deformaci. Čím je modul pružnosti větší, tím větší napětí je potřebné na vyvolání deformací. Rozlišujeme moduly pružnosti při normálových namáháních (tah, tlak, ohyb) – Youngovy moduly pružnosti Ei a smykové moduly Gij při namáháních tangenciálních (smyk a krut). Moduly pružnosti představují důležité materiálové konstanty při statických výpočtech dřevěných konstrukcí (Gandelová et al. 1996).
Modul pružnosti v tahu a tlaku Modul pružnosti v tahu a tlaku je charakterizován podílem napětí a podélné deformace podle vztahu (Gandelová et al. 1996).
E=
kde:
Fú .l S.∆ul
(MPa)
Fú – síla působící na mezi úměrnosti (N), l – původní délka tělesa před silovým působením (m), S – plocha, na kterou působí síla F (m2),
∆ul – absolutní celková pružná deformace ve směru silového působení (m).
Průměrná hodnota modulu pružnosti pro dřevo v tlaku a tahu ve směru vláken se pro domácí dřeviny udává v rozpětí 10 000–15 000 MPa při průměrné absolutní vlhkosti 12 %. Napříč vláken je tato hodnota až 25x menší, přičemž v radiálním směru je asi o 20–50 % vyšší než v tangenciálním směru. Vzájemný poměr mezi jednotlivými směry lze stanovit EL:ER:ET ≈ 20:2:1 (Gandelová et al. 1996).
28
Modul pružnosti ve statickém ohybu V ohybu se udává pouze modul pružnosti kolmo na vlákna a zkouší se prakticky jen v tangenciálním směru. Odvození modulu pružnosti v ohybu vychází z normálového namáhání tělesa způsobeného ohybovým momentem. Deformace při ohybu je definována jako poměr vzniklého průhybu nosníku a poloměru ohybu:
F.l03 EL = 4.b.h3 .∆y kde:
(MPa)
F – působící síla (N), l0 – vzdálenost podpěr (mm), b – šířka zkušebního tělesa (mm), h – výška zkušebního tělesa (mm),
∆y – průhyb tělesa při zatížení (mm) (Gandelová et al. 1996).
3.4.1.2 Variabilita modulu pružnosti dřeva dubu V literárních zdrojích byly vyhledány hodnoty modulů pružnosti v tlaku a ohybu pro dřevo dubu. Přehled těchto hodnot je uveden v Tab. 4. Z dané tabulky jsou jasně patrné rozdíly modulů pružnosti v závislosti na působení různých faktorů. A to především na vlhkosti dřeva a na druhu dřeviny. Podle Matoviče (1977) platí, že čím větší vlhkost dřeva, tím jsou hodnoty modulu pružnosti dřeva nižší. Modul pružnosti dřeva dubu v tlaku podél vláken se pohybuje od 11 778 do 14 600 MPa. Ve směru radiálním a tangenciálním je tato hodnota výrazně nižší. Je udávána v rozmezí od 1 370 do 2 046 MPa pro radiální směr a od 910 do 1 028 MPa pro směr tangenciální. Modul pružnosti dřeva dubu v ohybu se uvádí nejvyšší pro druh dub zimní (Quercus
petraea Liebl.) a to průměrně 130 000 MPa. Pro dub letní (Quercus robur L.) je modul pružnosti v ohybu o něco menší, a to přibližně 117 000 MPa. Hodnota této veličiny pro dub
červený (Quercus borealis L.) se pohybuje od 120 000 do 128 000 MPa.
29
Tab. 4-1. část: Modul pružnosti dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
L
E v tlaku R
T
Ev ohybu
Jednotky
Vlhkost (%)
9 100
130 000
kp/cm2
15
Perelygin (1957)
Zdroj
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus robur
Dub letní
British oak
117 000
kg/cm2
15
Lexa et al. (1952)
Quercus sess lis
Bay oak
130 000
kg/cm2
15
Lexa et al. (1952)
Quercus borealis
Dub zimní Dub červený
Red oak
120 000
15
Lexa et al. (1952)
Quercus sp.
Dub
kg/cm2 MPa
10 až 12
Požgaj (1997)
Quercus cerris
Dub cer
MPa
10 až 12
Požgaj (1997)
15
Vanin (1949)
12
Lysý (1954)
12
Škára (1973)
Quercus sp.
Dub
Quercus sessiliflora Dub zimní
Oak Turkey oak Oak
140 000
11 778
12 900
2 046
1 028 13 066
140
12,9
Bay oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
Dub
Oak
t/cm
9,1 130 000 130 000
14 600
1 370
990
15 700
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
30
2
kg/cm
2
kp/cm MPa
2
Matovič (1977)
Tab. 4-2. část: Modul pružnosti dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
L
E v tlaku R
T
Ev ohybu
Jednotky
Vlhkost (%)
Zdroj
Quercus petraea
Dub zimní
Bay oak
130 000
kg/cm2
15
Kollmann (1951)
Quercus robur
Dub letní Dub červený
British oak
117 000
kg/cm2
15
Kollmann (1951)
Red oak
128 000
kg/cm2
15
Kollmann (1951)
Quercus borealis
Quercus sessiliflora Dub zimní Quercus robur Quercus borealis
Dub letní Dub červený
Bay oak
kg/cm
2
British oak
117 000
kg/cm
Red oak
120 000
kg/cm2
Quercus robur
Dub letní
British oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
130 000
2
kp/cm MPa 13 400
117 000 11 778
2 046
1 028
2
N/mm
Oak
13 000
Quercus borealis
Red oak
Quercus sp.
Dub
Oak
N/mm2 MPa 11 700
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
31
Krzysik (1957) Krzysik (1957) Langendorf et al. (1972) Křupalová (1999)
2
Dub Dub červený
12 500
Krzysik (1957)
Peschel et al. (2002) Peschel et al. (2002) Holan et al. (2006)
3.4.2
Pevnost dřeva
Pevnost dřeva charakterizuje odpor (odolnost) dřeva proti jeho trvalému porušení. Kvantitativně se pevnost vyjadřuje napětím, při kterém se poruší soudržnost tělesa – napětím na mezi pevnosti σp. S ohledem na nemožnost vypočítat teoretickou pevnost dřeva pro žádný způsob mechanického namáhání stanovuje se pevnost dřeva jako skutečná pevnost dřeva. Údaje o pevnosti dřeva se zjišťují prostřednictvím zkoušek, kde se sleduje skutečné napětí v okamžiku porušení tělesa. Jedinou výjimkou je pevnost dřeva v tlaku napříč vláken, která je definována jako konvenční pevnost, protože zde konečného porušení tělesa nelze dosáhnout
(Gandelová et al. 1996).
3.4.2.1 Pevnost dřeva v tlaku ve směru vláken Tlaková pevnost dřeva ve směru vláken (σc )׀׀je z praktického hlediska velmi důležitou vlastností dřeva. Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken se vypočítá podle vztahu pro normálové napětí:
σc =
Fmax a.b
kde:
Fmax – síla na mezi pevnosti (N),
(MPa)
a, b – příčné rozměry tělesa (mm).
Působením tlaku na těleso podél vláken dojde k deformaci, projevující se zkrácením délky tělesa. Charakter deformace závisí na jakosti a stavbě dřeva. Důležitými činiteli jsou hustota a vlhkost dřeva. U dřeva suchého s vysokou hustotou a tady i s vysokou pevností vzniká zatížením porušení dřeva ve formě smyku jedné části tělesa vzhledem k druhé po linii, která na tangenciální ploše probíhá pod úhlem 60° vzhledem k podélné ose tělesa. U dřeva vlhkého s nízkou hustotou a malou pevností dochází k otlačení vláken na čelních plochách a k vybočení stěn zatěžovaných těles. Průměrná hodnota meze pevnosti dřeva v tlaku ve směru vláken při 12 % vlhkosti je cca 50 MPa (Gandelová et al. 1996).
32
3.4.2.2 Pevnost dřeva v tlaku napříč vláken Na rozdíl od tlaku ve směru vláken nebývá v tomto případě dřevo porušeno oddělováním jednotlivých částí, ale dochází k postupné deformaci a zhušťování dřevní struktury v celém objemu. Pevnost v tlaku napříč vláken se zjišťuje graficky z pracovního diagramu (Gandelová et al. 1996). Při působení tlaku napříč vláken jsou možné dva způsoby deformací dřeva – deformace jednofázová a třífázová (viz Obr. 4).
Obr. 4: Pracovní diagramy pevnosti v tlaku napříč vláken (Matovič 1993). a) Třífázová deformace b) Jednofázová deformace
Při jednofázové deformaci je na diagramu zřetelná lineární část (se vzrůstajícím napětím vzrůstá i deformace), která probíhá téměř do maximálního zatížení., při kterém dochází k porušení tělesa (Matovič 1993). Nad mezí úměrnosti dochází k postupnému porušování soudržnosti tělesa, což se projevuje na hranicích letokruhů. Ty se ohýbají, navzájem od sebe oddělují a dochází k rozvíjení plastické deformace tělesa (Gandelová et al. 1996). Třífázová křivka deformace dřeva je typická pro zatížení dřeva při tlaku napříč vláken v radiálním směru. První fáze deformace (lineární část křivky) je způsobena 33
stlačováním jarního dřeva v letokruzích. Na konci této fáze je dosaženo meze úměrnosti. Po ztrátě stability anatomických elementů se začíná jejich stlačování. Tento proces probíhá působením stejného nebo jen málo vzrůstajícího napětí. Na pracovním diagramu představuje téměř vodorovnou nebo málo zakřivenou část křivky (druhá fáze). S postupnou deformací pevnějších elementů letního dřeva v letokruzích dochází k přechodu do třetí fáze deformace. Na pracovním diagramu je charakterizována lineární částí s ostrým stoupáním. Tato fáze probíhá při značném zatížení. Dochází ke zhušťování dřeva, ale v konečné fázi nedochází k úplnému porušení tělesa (Matovič 1993). Jelikož při působení tlaku napříč vláken nedochází ve většině případů k celkovému porušení tělesa, určuje se pevnost v tlaku z meze úměrnosti. Avšak s ohledem na to, že vlastní mez úměrnosti je obtížné určit, zjišťuje se v podstatě mez úměrnosti na základě stanovených kritérií. Tato stanovená mez úměrnosti je označována jako konvenční mez pevnosti (σk ≈ σú). Konvenční mez pevnosti při zatížení napříč vláken je pro všechny druhy dřeva průměrně desetkrát menší, než mez pevnosti při tlaku ve směru vláken (Gandelová et al.
1996).
3.4.2.3 Variabilita pevnosti dřeva dubu v tlaku ve směru a napříč vláken V literárních zdrojích byly vyhledány hodnoty meze pevnosti dřeva dubu v tlaku ve směru a napříč vláken. Jejich přehled je uveden v Tab. 5. Z tabulky je vidět velká rozrůzněnost hodnot mezí pevnosti dřeva dubu, která je ovlivňována především anatomickým směrem, ve kterém je daná veličina měřena. Dalším faktorem výrazně ovlivňujícím mez pevnosti je vlhkost. Hodnoty pevností dubového dřeva v tlaku podél vláken jsou v rozmezí od 30,4 do 67 MPa. V literatuře nejsou rozlišovány meze pevností pro směr radiální a tangenciální. Rozdíl v těchto směrech je zanedbatelný a představuje asi sedminu až pětinu meze pevnosti ve směru podélném. Literatura udává rozmezí 4,5 až 11 MPa. Pro dub letní (Quercus robur L.) jsou uváděny hodnoty meze pevnosti v tlaku podél vláken v rozmezí 49 až 67 MPa, což je o něco méně než pro dub zimní (Quercus petraea Liebl.), u něhož se mez pevnosti pohybuje od 52 do 69 MPa. Langendorf et al. (1972) nezjistil mezi zmíněnými dvěma druhy prakticky žádný rozdíl. Dub červený (Quercus
borealis L.) vykazuje mez pevnosti od 39 od 47 (61) MPa. Mez pevnosti v tlaku napříč vláken je pro dub letní (Quercus robur L.) stejná jako pro dub zimní (Quercus petraea Liebl.) a pohybuje se kolem 11 MPa. Pro dub červený (Quercus borealis L.) je tato hodnota 8 až 9 MPa.
34
Tab. 5-1. část: Mez pevnosti v tlaku dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
Pevnost dřeva v tlaku Podél vláken Napříč vláken
Jednotky
Vlhkost (%)
kp/cm2
15
Poznámka
Zdroj
Quercus Sessilis
Dub zimní
Bay oak
520
Quercus Sess lis
Dub zimní
Bay oak
550
kg/cm2
15
Lexa et al. (1952)
Quercus robur
British oak
520
kg/cm2
15
Lexa et al. (1952)
Quercus borealis
Dub letní Dub červený
Red oak
390
15
Lexa et al. (1952)
Quercus sp.
Dub
59,8
9,8
10 až 12
Quercus cerris
Dub cer
Oak Turkey oak
kg/cm2 MPa
60,2
8,2
MPa
10 až 12
110
Quercus pedunculata
Dub letní
British oak
490
kg/cm2
Quercus pedunculata
Dub letní
British oak
512
kg/cm2
Quercus pedunculata
Dub letní
British oak
491
kg/cm2
Požgaj (1997) Saratovská oblast Voroněžská oblast Moskevská oblast
Vanin (1949) Vanin (1949) Vanin (1949)
57,5
7,5
Oak
30,4
4,5
kp/cm2 MPa MPa
Bay oak
650
110
kg/cm2
12
Kollmann (1951)
12
Kollmann (1951)
12
Kollmann (1951)
Bay oak
650
Quercus sp.
Dub
Oak
650
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
Dub
Quercus sessiliflora
Dub zimní
Quercus borealis
Požgaj (1997)
kg/cm
Dub zimní
Dub letní Dub červený
Perelygin (1957)
110
Quercus sessiliflora
Quercus robur
2
SV Evropa
2
British oak
610
110
kg/cm
Red oak
470
86
kg/cm2
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
35
12
Lysý (1954)
12
Škára (1973)
12
Matovič (1977)
30 a více
Matovič (1977)
Tab. 5-2. část: Mez pevnosti v tlaku dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
Pevnost dřeva v tlaku Podél vláken Napříč vláken
Jednotky
Vlhkost (%)
Zdroj
Quercus sessiliflora
Dub zimní
Bay oak
550
kg/cm2
Krzysik (1957)
Quercus robur
Dub letní
British oak
520
kg/cm2
Krzysik (1957)
Quercus borealis
Dub červený Red oak
390
kg/cm2
Krzysik (1957)
Quercus borealis Quercus robur
Dub červený Red oak Dub letní
British oak
470 až 612 540 až 670
Quercus sessiliflora
Dub zimní
Bay oak
Quercus sp.
Dub
Oak
65
11
Quercus sp.
Dub
Oak
59,8
7,6
540 až 670
kg/cm
2
kg/cm
2
kg/cm MPa MPa
2
Quercus sp.
Dub
Oak
52
N/mm
Quercus sp.
Dub
Oak
52
Quercus borealis
Dub červený Red oak
50
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
36
Langendorf et al. (1972) Langendorf et al. (1972) Langendorf et al. (1972) 12
Žák (2000) Křupalová (1999)
2
10 až 15
Nutsch et al. (1999)
N/mm2
10 až 15
Peschel et al. (2002)
N/mm2
10 až 15
Peschel et al. (2002)
3.4.2.4 Pevnost dřeva v tahu ve směru vláken Mez pevnosti v tahu ve všech směrech se vypočítá podle vztahu pro normálové napětí:
σt =
Fmax a.b
kde:
Fmax – síla na mezi pevnosti (N),
(MPa)
a, b – příčné rozměry tělesa (mm),
(Gandelová et al. 1996).
Tahová pevnost podél vláken (σt )׀׀je v porovnání s ostatními pevnostmi dřeva nejvyšší a její průměrná hodnota pro naše dřeviny se udává 120 MPa. Porušení tělesa při namáhání v tahu se projevuje roztrhnutím buněk dřeva v pracovní části tělesa. Vláknitý nebo rozštěpený zlom vypovídá o vysoké pevnosti dřeva v tahu. Naopak hladký nebo schodovitý zlom signalizuje nízkou pevnost vzorku. Při zatížení v tahu ve směru vláken se dřevo chová jako křehký materiál s malou deformací a zlomem bez viditelných předcházejících příznaků (plastických deformací)
(Požgaj 1997).
3.4.2.5 Pevnost dřeva v tahu napříč vláken Na rozdíl od pevnosti v tahu podél vláken vykazuje pevnost v tahu napříč vláken jednu z nejmenších pevností vůbec. Toto je dáno orientací vazebných sil. Zatímco ve směru podél vláken se na tahové pevnosti podílejí především vazby kovalentní, ve směru napříč vláken působí vazby vodíkové a vazby Van der Waalsovy, které jsou řádově slabší. Průměrná tahová pevnost kolmo na vlákna se pohybuje v rozpětí od 1,5 do 5 MPa, proto bychom se při použití dřeva na nosné konstrukce měli tomuto způsobu zatížení vyhnout. Mez pevnosti v tahu napříč vláken je větší v radiálním směru než v tangenciálním. Tato pevnost je u všech dřevin průměrně asi 1/20 pevnosti v tahu ve směru vláken
(Gandelová et al. 1996).
37
3.4.2.6 Variabilita pevnosti dřeva dubu v tahu ve směru a napříč vláken V literárních zdrojích byly vyhledány hodnoty meze pevnosti dřeva dubu v tahu ve směru a napříč vláken. Jejich přehled je uveden v Tab. 6. Jak je z tabulky patrné, hodnoty meze pevnosti dřeva v tahu dosahují velké rozrůzněnosti. Pro směr podél vláken uvádí
Langendorf et al. (1972) rozmezí hodnot od 50 do 180 MPa, a to pro dub letní (Quercus robur L.) i pro dub zimní (Quercus petraea Liebl.). Pro dub červený (Quercus borealis L.) jsou uváděny hodnoty ve směru podél vláken průměrně 160 MPa. Na rozdíl od směru podél vláken, je hodnota meze pevnosti dřeva dubu v tahu napříč vláken velmi malá a pohybuje se v rozmezí od 4 do 7 MPa. Radiální a tangenciální směr není většinou v literatuře vůbec rozlišován. K nejvýznamnějším faktorům, které ovlivňují mez pevnosti dřeva v tahu, patří vlhkost. Pro pevnost dřeva dubu v tahu ve směru vláken při vlhkosti 12 % a nad mezí hygroskopicity jsou uváděny průměrné hodnoty 132 a 100 MPa (podle Ugoleva 1986 −
Gandelová et al. 1996).
38
Tab. 6-1. část: Mez pevnosti v tahu dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Quercus sessilis Quercus sess lis
Dub zimní
Quercus borealis
Dub zimní Dub červený
Quercus cerris
Dub cer
Quercus sp.
Dub
Quercus sessiliflora Dub zimní
Anglický Bay oak Bay oak Red oak Turkey oak Oak Bay oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sessiliflora Dub zimní Quercus robur Quercus borealis
Dub letní Dub červený
Bay oak British oak Red oak
Pevnost dřeva v tahu Podél vláken Napříč vláken 900 900
132,4
40
15
Perelygin (1957)
15
Lexa et al. (1952) Lexa et al. (1952)
54
kg/cm2
15
5,8
MPa
10 až 12
Požgaj (1997)
15
Vanin (1949)
12
Lysý (1954)
12
Škára (1973)
12
Matovič (1977)
12
Kollmann (1951)
12
Kollmann (1951)
12
Kollmann (1951)
kg/cm 40
7,3
900
kp/cm2 2
Zdroj
kg/cm
900
900
Vlhkost (%)
40
1 450 900
Jednotky
2
kg/cm2 kp/cm MPa
2
kg/cm
2
40
kg/cm
2
56
kg/cm2
40
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa.
39
Tab. 6-2. část: Mez pevnosti v tahu dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
Quercus sessiliflora
Dub zimní
Quercus robur
Dub letní
Quercus borealis
Dub červený Red oak
Quercus borealis Quercus robur
Bay oak British oak
Dub červený Red oak British oak Dub letní
Pevnost dřeva v tahu Podél vláken Napříč vláken
kg/cm2
Krzysik (1957)
900
40
kg/cm2
Krzysik (1957)
54
kg/cm2
Krzysik (1957)
Dub
Oak
90
Quercus sp.
Dub
Oak
116
Dub
Oak
501 až 1 800
2
Langendorf et al. (1972)
kp/cm2
500 až 1 800
Quercus sp.
Quercus sp.
kp/cm
1 630
Bay oak
Oak
Zdroj
40
Dub zimní
Dub
Vlhkost (%)
900
Quercus sessiliflora
Quercus sp.
Jednotky
kp/cm MPa 4 MPa 7,4
110 110
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa.
40
Langendorf et al. (1972)
2
Langendorf et al. (1972) 12
Žák (2000) Křupalová (1999)
N/mm
2
N/mm
2
10 až 15
Nutsch et al. (1999)
10 až 15
Peschel et al. (2002)
3.4.2.7 Pevnost dřeva v ohybu Pevnost dřeva v ohybu (σmax) se vypočítá podle následujícího vztahu:
σ max = kde:
3.F .l0 2.b.h 2
(MPa)
F – působící síla (N), l0 – vzdálenost mezi podpěrami (m), h – výška nosníku (m), b – šířka nosníku (m).
Tento vztah předpokládá lineární průběh napětí až po mez pevnosti, je tedy určitým zjednodušením. Kdyby se vycházelo ze skutečného průběhu napětí ve dřevě během ohybu, byl by výpočet značně komplikovaný a pro praktické účely nepoužitelný (Gandelová et al.
1996). Pevnost dřeva v ohybu je jednou z nejdůležitějších mechanických vlastností. U dřeva rozlišujeme dva způsoby pevnosti v ohybu s ohledem na průběh vláken a to:
•
Pevnost v ohybu, kdy vlákna probíhají rovnoběžně s podélnou osou tělesa a síla působí napříč vláken v radiálním nebo tangenciálním směru.
•
Pevnost v ohybu, kdy vlákna probíhají kolmo na podélnou osu tělesa, kdy příčný
řez je orientován ve směru působící síly nebo kolmo k působící síle.
Zpravidla se sleduje a používá pevnost dřeva v ohybu napříč vláken. Při zkoušení dřeva se orientují zkušební tělesa obvykle tak, aby zatížení působilo napříč vláken v tangenciálním směru (tangenciální ohyb). U listnatých dřevin je rozdíl hodnot mezí pevnosti dřeva při statickém ohybu pro radiální a tangenciální směr zanedbatelný. Pouze u jehličnatých dřev bylo zjištěno, že mez pevnosti v tangenciálním směru je o 10 až 12 % větší než v radiálním směru (Gandelová et al. 1996). Při zatížení tělesa vzniká v jeho horní části napětí v tlaku a ve spodní části napětí v tahu. Nedeformovatelná část ve středu tělesa bez normálového napětí se označuje jako
41
neutrální osa. Vzhledem k tomu, že tlaková pevnost dřeva podél vláken je mnohem menší než tahová pevnost, začíná porušení tělesa při ohybu v tlakové zóně vybočováním vláken, což je ale málokdy pozorovatelné pouhým okem. Konečné porušení tělesa probíhá v tahové zóně, kdy po překročení meze pevnosti dojde nejdříve k odštěpení krajních vláken a potom k úplnému zlomení tělesa. Dřevo křehké, málo pevné má zlom téměř hladký. Houževnaté, pevné dřevo má zlom vláknitý nebo třískovitý (Gandelová et al. 1996). Průměrná mez pevnosti ve statickém ohybu (napříč vláken) je pro naše dřeviny 100 MPa. Pevnost v ohybu závisí mimo jiné i na rozměrech zatěžovaného tělesa. Štíhlostní poměr musí být minimálně 14 a vypočítá se ze vztahu:
l0 ≥ 14 h kde:
l0 – vzdálenost podpěr (mm), h – výška zkušebního tělesa (mm).
Pevnost v ohybu, kdy vlákna probíhají kolmo na podélnou osu tělesa, se prakticky nevyskytuje. Hodnoty meze pevnosti jsou v tomto případě velmi nízké a proto se ani v literatuře s touto veličinou v podstatě neuvažuje (Gandelová et al. 1996). Dřevo má, jak z předcházejícího vyplynulo, poměrně vysokou ohybovou pevnost, a proto se často používá na konstrukční prvky namáhané ohybem (nosníky, nábytek) (Matovič
1993).
3.4.2.8 Variabilita pevnosti dřeva dubu v ohybu V literárních zdrojích byly vyhledány hodnoty meze pevnosti dřeva dubu v ohybu. Jejich přehled je uveden v Tab. 7. Hodnoty této vlastnosti byly vyhledávány pouze ve směru, kdy vlákna probíhají rovnoběžně s podélnou osou tělesa. I zde platí, že nejvýznamnějšími faktory, které ovlivňují mez pevnosti, jsou vlhkost a druh dřeviny. Mez pevnosti dubového dřeva v ohybu se pohybuje od 68 do 130 MPa. Langendorf et al. (1972) uvádí stejné rozmezí hodnot jak pro dub letní (Quercus robur L.), tak pro dub zimní (Quercus petraea Liebl.), a to 74 až 105 MPa. Ovšem podle Kollmanna (1951) jsou průměrné hodnoty meze pevnosti dřeva v ohybu pro dub zimní (Quercus petraea Liebl.) o 22 MPa vyšší, než pro dub letní (Quercus
42
robur L.) při stejné vlhkosti. Pro dub červený (Quercus borealis L.) se hodnoty této vlastnosti pohybují od 89 do 130 MPa. Pro mez pevnosti v ohybu pro dřevo dubu při vlhkosti 12 % a nad mezí hygroskopicity jsou uváděny hodnoty 108 a 68 MPa (podle Ugoleva 1975 a 1986 −
Gandelová et al. 1996).
43
Tab. 7-1. část: Mez pevnosti v ohybu dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Quercus sp. Quercus robur Quercus sess lis
Dub Dub letní
Anglický Oak British oak
Pevnost dřeva v ohybu 950 880
Jednotky
Vlhkost (%)
kp/cm2
15
kg/cm
2
kg/cm
2
Bay oak
940
Quercus borealis
Dub zimní Dub červený
Red oak
Quercus sp.
Dub
Quercus cerris Quercus pedunculata Quercus pedunculata Quercus pedunculata
Dub cer
Oak Turkey oak
kg/cm2 MPa 85,2
Quercus sessiliflora
890
117,7
MPa
British oak
885
kg/cm2
Dub letní
British oak
1 026
kg/cm2
Dub letní
British oak
971
kg/cm2
Bay oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
Dub
Oak
1 100
kg/cm
Zdroj Perelygin (1957)
15
Lexa et al. (1952)
15
Lexa et al. (1952)
15
Lexa et al. (1952)
10 až 12
Požgaj (1997) Požgaj (1997) Saratovská oblast Voroněžská oblast Moskevská oblast
2
kp/cm MPa 107,5 MPa 68 1 100
SV Evropa
10 až 12
Dub letní
Dub zimní
Poznámka
Vanin (1949) Vanin (1949) Vanin (1949)
12
Lysý (1954)
12
Škára (1973)
12
Matovič (1977)
30 a více
Matovič (1977)
2
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
44
Tab. 7-2. část: Mez pevnosti v ohybu dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Latinský
Název dřeviny Český
Anglický
Pevnost dřeva Jednotky v ohybu
Vlhkost (%)
Zdroj
1 100
kg/cm2
12
Kollmann (1951)
Quercus robur
Dub letní
Bay oak British oak
880
kg/cm2
12
Kollmann (1951)
Quercus borealis
Dub červený Red oak
1 000
kg/cm2
12
Kollmann (1951)
Quercus sessiliflora
Dub zimní
Quercus sessiliflora
Dub zimní
Quercus robur
Dub letní
Bay oak British oak
2
940
kg/cm
880
kg/cm2 kg/cm
Krzysik (1957) Krzysik (1957)
2
Quercus borealis
Dub červený Red oak
890
Quercus borealis
1 000 až 1 300
kp/cm2
Quercus robur
Dub červený Red oak British oak Dub letní
740 až 1 050
kp/cm2
Quercus sessiliflora
Dub zimní
Bay oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
Dub
Oak
Quercus sp.
Dub
Oak
95
N/mm2
10 až 15
Quercus sp.
Dub
Oak
95
N/mm2
10 až 15
Quercus borealis
Dub červený Red oak
10 až 15
Quercus sp.
Dub
N/mm2 MPa 108
Oak
Krzysik (1957) Langendorf et al. (1972) Langendorf et al. (1972) Langendorf et al. (1972)
kp/cm3 MPa 110 MPa 95,8
740 až 1 050
100
12
Žák (2000) Křupalová (1999) Nutsch et al. (1999) Peschel et al. (2002) Peschel et al. (2002) Holan et al. (2006)
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
45
3.4.3
Tvrdost dřeva Tvrdostí dřeva rozumíme schopnost dřeva klást odpor proti vnikání jiného tělesa do
jeho struktury. Tvrdost dřeva má význam při jeho opracovávání řeznými nástroji (řezání, hoblování, loupání, frézování) a v těch případech, kdy se dřevo odírá (podlahy), posouvá nebo naráží. Na dřevě rozeznáváme tvrdost čelní, radiální a tangenciální (Perelygin 1957). Podle druhu zatížení se rozlišuje také tvrdost statická a tvrdost dynamická
(Gandelová et al. 1996).
Statická tvrdost dřeva Zjišťování statické tvrdosti dřeva spočívá v zatlačování ocelové kuličky daného průměru statickým zatížením na čelních, radiálních a tangenciálních plochách dřeva. Tuto vlastnost můžeme stanovit dvěma metodami, podle Brinella a podle Janky (Gandelová et al.
1996).
3.4.3.1 Brinellova tvrdost Metoda spočívá ve vtlačování ocelové kuličky o průměru 10 mm do zkušebního tělesa, a to konstantní silou podle tvrdosti dřeva (u velmi měkkých dřev 100 N, u středně tvrdých 500 N a u tvrdých 1000 N). Z průměru otlačené plochy a kuličky se vypočte plocha otlačení. Tvrdost HB je potom dána hodnotou napětí podle vztahu:
HB =
kde:
2.F
(MPa)
π .D( D − D2 − d 2 ) F – síla působící na kuličku (N), D – průměr kuličky (mm), d – průměr otlačené plochy ve dřevě (mm)
(Gandelová et al. 1996).
46
3.4.3.2 Jankova tvrdost Metoda spočívá v zatlačování polokuličky s průměrem 11,28 mm do hloubky 5,64 mm, čímž vzniká otlačená plocha 100 mm2. Síla potřebná na zatlačení polokuličky pak přímo udává tvrdost HJ.
HJ =
kde:
F S
(MPa)
F – Síla potřebná na zatlačení polokuličky (N), S – Otlačená plocha ve dřevě (100 mm2).
Statická tvrdost (HB i HJ) je obecně vyšší na příčné než na podélných rovinách. U dřeva jehličnanů činí tento rozdíl 40 %, u listnáčů 30 %. U většiny druhů dřev nenacházíme rozdíly mezi tvrdostí na radiální a tangenciální ploše. Pouze u listnatých druhů s dobře vyvinutými dřeňovými paprsky (buk, dub) je radiální tvrdost o něco větší (5–10 %) než tvrdost tangenciální. Hodnoty statické tvrdosti dřeva jsou závislé na hustotě a vlhkosti. Se změnou vlhkosti o 1 % se změní statická tvrdost o 3 % (Gandelová et al. 1996). Na základě údajů o statické čelní tvrdosti při 12 % vlhkosti se mohou dřeva dělit do pěti skupin: Tab. 8: Rozdělení dřev podle tvrdosti při w = 12 %.
Měkká dřeva
H < 40 MPa
Smrk, lípa
Středně tvrdá dřeva
H = 41–80 MPa
buk, dub, modřín
Tvrdá dřeva
H = 81–100 MPa
Habr, akát
Velmi tvrdá dřeva
H = 101–150 MPa
zimostráz
Super tvrdá dřeva
H > 150 MPa
Eben, quajak
(Gandelová et al. 1996).
47
3.4.3.3 Variabilita tvrdosti dřeva dubu V literárních zdrojích byly vyhledány hodnoty tvrdosti dřeva dubu. Jejich přehled je uveden v Tab. 9. I zde, jako u předchozích vlastností, je možné pozorovat vliv faktorů ovlivňujících tvrdost dřeva. Je to opět především vlhkost, druh dřeviny a orientace vláken. Protože u statické tvrdosti dřeva nejsou významné rozdíly ve směru radiálním a tangenciálním, většina literatury uvádí hodnoty pouze obecně pro směr napříč vláken. Jak je možné z tabulky vyčíst, hodnoty tvrdosti dřeva podél vláken jsou vyšší než napříč vláken. Rozmezí hodnot tvrdosti dřeva podél vláken podle Brinella je od 61,1 do 80,4 MPa a podle Janky od 63 do 72 MPa. Pro dub letní (Quercus robur L.) jsou uváděny hodnoty tvrdosti podél vláken v rozmezí od 60,8 do 65 MPa. Dub zimní (Quercus petraea Liebl.) vykazuje hodnoty tvrdosti nepatrně vyšší, a to od 66 do 69 MPa. Relativně velkou variabilitu vykazuje dub červený (Quercus borealis L.) jehož tvrdost podél vláken se pohybuje od 61,1 do 72 MPa.
48
Tab. 9-1. část: Tvrdost dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Název dřeviny Latinský Quercus sessilis
Český Dub zimní
Anglický Bay oak
Quercus sessilis
Dub zimní
Quercus robur
Dub letní
Bay oak British oak
Quercus sess lis
Dub zimní
Bay oak
Quercus sess lis Quercus borealis Quercus cerris Quercus pedunculata
Dub zimní Dub červený Dub cer Dub letní
Hodnoty podle Brinella Podél Napříč vláken vláken 6,6
Hodnoty podle Janky Podél Napříč vláken vláken
3,4 690
450
650 6,6
3,4
Jednotky
Vlhkost (%)
kp/mm2
15
Perelygin (1957)
15
Perelygin (1957)
kg/cm2
15
Lexa et al. (1952)
kg/mm2
15
Lexa et al. (1952)
15
Lexa et al. (1952)
15
Lexa et al. (1952)
kp/cm
2
2
Bay oak
690
450
kg/cm
Red oak Turkey oak British oak
630
540
kg/cm2
80,4
MPa
65,5 608
521
Požgaj (1997)
kg/cm2
15
Vanin (1949)
12
Lysý (1954)
12
Kollmann (1951)
12
Kollmann (1951)
kg/cm2
12
Kollmann (1951)
kg/cm2
12
Kollmann (1951)
2
Quercus sessiliflora Dub zimní
Bay oak
6,6
3,4
kg/mm
Quercus petraea
Bay oak
6,6
3,4
kg/mm2
Dub zimní
Quercus petraea
Dub zimní
Quercus robur
Dub letní Dub červený
Quercus borealis
Bay oak British oak
690 650
Red oak
720
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
49
450
580
Zdroj
kg/cm
2
Tab. 9-2. část: Tvrdost dřeva dubu z různých literárních zdrojů. Název dřeviny Latinský Quercus sessiliflora Quercus sessiliflora Quercus robur
Český
Anglický
Dub zimní
Bay oak
Dub zimní
Bay oak British oak
Quercus borealis
Dub letní Dub červený
Quercus robur
Dub letní
Quercus robur Quercus sessiliflora Quercus sessiliflora
Hodnoty podle Brinella Podél Napříč vláken vláken
Dub letní Dub zimní
Bay oak
6,6
Bay oak
Quercus borealis
Dub zimní Dub červený
Quercus sp.
Dub
Quercus sp.
Dub
Quercus sp.
Dub
34
Oak
40-65
Quercus sp.
Dub
Oak
Krzysik (1957)
630
kg/cm2
50-65 69 69
66
kg/cm2
12
kg/mm2
15
kg/cm2
15
kg/mm2 MPa MPa
12
Krzysik (1957) Galewski, Korzeniowski (1958) Galewski, Korzeniowski (1958) Galewski, Korzeniowski (1958) Galewski, Korzeniowski (1958) Galewski, Korzeniowski (1958)
12
Žák (2000)
kg/mm2
Oak Oak
kg/cm2
690
66
Dub
650
620
3,4
Oak
Quercus sp.
Krzysik (1957)
650
2,94
34
1 kp/cm2 = 0,0980665 MPa
50
Zdroj
kg/mm2
4,1
6,11
Vlhkost (%)
Krzysik (1957)
6,6
6,4
Jednotky
kg/cm2
690
Red oak British oak British oak
Red oak
Hodnoty podle Janky Podél Napříč vláken vláken
450
N/mm
2
N/mm MPa
2
Křupalová (1999) 10 až 15
Nutsch et al. (1999)
10 až 15
Peschel et al. (2002) Holan et al. (2006)
3.5 Využití dřeva dubu
Dubové dřevo je velmi ceněné a široce používané především pro své výborné fyzikální a mechanické vlastnosti (pevnost, tvrdost, houževnatost). Využívá se ho hlavně na výrobu venkovních dřevěných konstrukcí, nábytku, dveří a prahů dveří. Vyrábí se z něj překližky a dýhy. Díky své vysoké odolnosti se často používá na výrobu parket, zejména v místech většího zatížení podlah. Je dobře ohýbatelné a snadno štípatelné. Dobře se moří, hůře pak leští. Po napuštění olejem, získává tmavší barvu (firma Magnum). Dřevo dubu je pro velký obsah tříslovin trvanlivé pod vodou a má proto dobré využití ve vodním stavitelství. Dlouhodobým uložením ve vodě dřevo černá, aniž by však ztratilo na svých vlastnostech (Úřadníček, Chmelař 1998). Právě z tohoto důvodu bylo dříve ve středověku používáno k výstavbě lodí a různých vodních staveb (stavidla rybníků, mola). Ceněno bylo také bednáři při výrobě sudů. Dodnes je vyhledávanou surovinou uměleckých
řezbářů, sochařů a truhlářů (www.uspza.cz). Dubové dřevo má v našem lesním hospodářství velmi významné postavení a představuje po buku nejvýznamnější listnatou dřevinu našich lesů. V současné době se pro zpracování nerozlišuje dřevo dubu letního (Quercus robur L.) a dub zimního (Quercus
petraea Liebl.). V parkovnictví má z našich dubů nejdůležitější postavení dub letní (Quercus robur L.), který se s oblibou vysazoval v zámeckých zahradách. Staré exempláře dubů letních bývají ozdobou sbírek. Dříve se sázely na rozcestí, na náměstí a k význačným stavbám podobně jako lípy. Kůra z mladších porostů se používá k výrobě třísla. Žaludy měly velký význam jako krmivo pro vepře. Údajně vepřovému dobytku chutnají více žaludy z dubu letního, jelikož jsou sladší. Kdysi se pražené žaludy používaly jako náhražka za kávu (Úřadníček, Chmelař
1998). Dub zimní (Quercus petraea Liebl.) nemá tak významné postavení v zahradnictví a parkovnictví jako dub letní. Nedožívá se totiž takového stáří a ani nedosahuje takových rozměrů. Dříve se některým sortám dřeva dubu zimního dávala přednost při použití na jemné dýhy, sudy na bílé víno aj. Dřevaři byli názoru, že dub zimní dává tvrdší a pevnější dřevo
(Úřadníček, Chmelař 1998).
51
4 Diskuse Dřevo je heterogenní materiál, který se skládá z mnoha anatomických prvků. A právě zastoupení jednotlivých elementů, jejich různá velikost, případně orientace činí dřevo specifickým a charakteristickým pro jednotlivé druhy dřevin. Rozdílná anatomická stavba poté způsobuje také rozdílné mechanické a fyzikální vlastnosti dřeva, což vede zpracovatelský průmysl k nutnosti vybírat si pro určitý typ výrobku dřevo s odpovídajícími vlastnostmi.
4.1 Hustota dřeva dubu Hustota je jedna ze základních vlastností dřeva, kterou zásadním způsobem ovlivňuje anatomická stavba. Jak již bylo uvedeno, dřevo není homogenní matriál. Tato nehomogenita se projevuje v rámci letokruhu střídáním jarního a letního dřeva. Jarní dřevo má nižší hustotu než letní, což je způsobeno různou anatomickou stavbou. Zatímco dřevo jarní je na mikroskopické úrovni tvořeno tenkostěnnými makropóry (větší než 0,1 mm) s velkou pórovitostí a jen malým počtem libriformních vláken zajišťujících mechanickou funkci, v letním dřevě se nacházejí především libriformní vlákna s typicky radiálně seskupenými mikropóry (Gandelová et al. 1996).. Hustota dřeva je důležitým faktorem, který přímo ovlivňuje pevnostní charakteristiky dřeva. Obecně se dá říct, že se zvyšující se hustotou se zvyšují i mechanické vlastnosti. S vyšší hustotou dřeva lze očekávat i vyšší pevnost a pružnost dřeva (Kollmann 1951). Dřevo s vyšší hustotou je tedy možno považovat za kvalitnější. Hustota dřeva je výrazně ovlivňována vlhkostí (vodou). Jak je patrné z Tab. 2, se zvyšující se vlhkostí se zvyšuje také hustota dřeva. Voda vázaná se ukládá do buněčných stěn a voda volná se ukládá do lumenů anatomických elementů, čímž se zvyšuje hustota dřeva
(Požgaj 1997). Na hustotu dřeva má vliv druh dřeviny. Z Tab. 2 je možno vyčíst, že nalezené zdroje nevykazují pro naše dva nejčastější druhy dubů (Quercus robur L. a Quercus petraea Liebl.) prakticky žádný rozdíl v hustotě dřeva. Vyšší hustotu vykazuje dub cer (Quercus cerris L.) a zejména dub pýřitý (Quercus pubescens Willd.). Je to dáno především větším podílem letního dřeva (Trendelenburg 1939).
52
Hustota dřeva závisí také na šířce letokruhů. Dřevo s širšími letokruhy má vyšší hustotu, protože šířka jarního dřeva je konstantní a mění se pouze šířka dřeva letního (Kollmann 1951). Bez vlivu na hustotu dřeva nezůstává ani stanoviště. Jak již bylo řečeno, hustotu dřeva zásadním způsobem ovlivňuje zastoupení jarních a letních cév. Poměr zastoupení jarních a letních cév se mění v závislosti na vodním režimu stanoviště. V rámci typu geobiocénu Querci roboris-fraxineta se s výše položenou hladinou podzemní vody snižuje poměrné zastoupení jarních cév v rámci letokruhu a naopak zvyšuje průměrná šířka letokruhu. Tento fakt vede ke zvýšení hustoty dřeva dubu letního (Quercus robur L.) za současně vyšší objemové produkce (Maděra 2001).
4.2 Sesýchání dřeva dubu U sesýchání hraje významnou roli anizotropie dřeva. Zatímco v podélném směru je sesýchání velmi malé, v příčních směrech je až pětadvacetkrát větší. Poměr sesýchání ve směru T:R:P je obecně pro všechny dřeviny 20:10:1 (Požgaj 1997). Sesýchání je ovlivňováno orientací fibril v buněčné stěně. Největší podíl (až 90 % buněčné stěny) tvoří S2 vrstva. V ní se fibrily příliš od podélné osy neodklánějí (jen 15 až 30°) a tak nedochází k velkým tvarovým změnám v podélném směru. Naopak v příčných směrech (radiálním a tangenciálním) je sesýchání velmi výrazné. Malé rozměrové změny v podélném směru se vysvětlují tím, že molekuly vody nemohou vnikat mezi fibrily v podélném spojení, takže se v tomto směru tolik nerozestupují (Horáček 1998). Hodnoty sesýchání dřeva v příčném směru nejsou stejné. Rozdílné sesýchání v radiálním a tangenciálním směru je možné vysvětlit tak, že jednotlivé elementy dřeva nesesýchají stejně. Dřevní vlákna sesýchají v obou směrech přibližně stejně, zatímco rozměry cév a parenchymatických buněk se obvykle zmenšují v tangenciálním směru (Požgaj 1997). Vlhkost dřeva je dalším faktorem, který ovlivňuje sesýchání. Objemové sesýchání klesá přímo úměrně se vzrůstem vlhkosti přibližně do vlhkosti 22 až 24 %. To znamená, že
čím je vlhkost vyšší, tím je sesýchání menší a naopak. Dá se to vysvětlit tak, že se vzrůstající vlhkostí k mezi hygroskopicity klesá absorpční schopnost buněčné stěny a změna rozměrů není tak výrazná vzhledem k dalšímu zvyšování vlhkosti. Ze zjištěných hodnot od různých autorů vyplývá, že prakticky není rozdíl mezi sesýcháním dubu letního (Quercus robur L.) a dubu zimního (Quercus petraea Liebl.).
53
Nepatrně vyšší hodnoty ve všech směrech vykazují pro dub červený (Quercus rubra L.)
(Kollmann 1951), (Lexa et al. 1952) a (Krzysik 1957).
4.3 Pružnost dřeva dubu Pružnost dřeva patří mezi nejdůležitější mechanické vlastnosti. O pružnosti dřeva dubu nejlépe vypovídá Tab. 4 prostřednictvím modulů pružnosti. Stejně jako fyzikální vlastnosti, tak i mechanické jsou ovlivňovány vnějšími faktory. Anatomický směr, ve kterém byl modul pružnosti zjišťován, je významný faktor ovlivňující hodnotu modulu pružnosti. Ve směru podélném jsou hodnoty nejvyšší, v radiálním směru nižší a v tangenciálním jsou nejnižší (Gandelová et al. 1996), (Kollmann 1951) a
(Požgaj 1997). Vysvětlit je to možné tím, že nejmenší pružné změny objemu nastávají při působení síly ve směru vláken a naopak největší pružnost dřeva se projevuje při působení sil v tangenciálním směru. Dalším faktorem ovlivňujícím pružnost je vlhkost. Všeobecně lze konstatovat, že se stoupající vlhkostí do meze hygroskopicity se pružnostní vlastnosti dřeva snižují (Gandelová
et al. 1996). Moduly pružnosti dřeva se vlivem vázané vody mění lineárně. Změna vlhkosti dřeva o 1 % v rozsahu vázané vody způsobí změnu modulu pružnosti E o 1,5–2 % (Požgaj
1997). Pružnost dřeva je dále ovlivňována například hustotou. Mezi moduly pružnosti a hustotou dřeva existuje kladná lineární závislost. Zvýšení hustoty dřeva o 0,1 g.cm-3 způsobí zvětšení modulu pružnosti napříč vláken o 1-9 %. Vliv hustoty se nejvíce projevuje u suchého dřeva, při vlhkosti nad mezí hygroskopicity je nevýrazný. Při porovnání modulů pružnosti v ohybu od různých autorů bylo zjištěno, že pro dub zimní (Quercus petraea Liebl.) platí asi o 10 % vyšší hodnota, než jakou vykazuje dub letní (Quercus robur L.). Hodnoty pro dub červený (Quercus rubra L.) se pak pohybovaly někde mezi hodnotami našich dvou domácích druhů dubu.
4.4 Pevnost dřeva dubu Pevnost dřeva je další významná charakteristika dřeva. Zkouší se v tahu, v tlaku a v ohybu. Důležitými činiteli jsou opět hustota a vlhkost. Všeobecně lze konstatovat, že se stoupající vlhkostí do meze hygroskopicity se pevnostní vlastnosti dřeva snižují (Gandelová
54
et al. 1996). Přírůstek vlhkosti dřeva o 1 % snižuje obecně pevnost v tlaku o 5 %, při pevnosti ohybové lze toto snížení odhadnouti na 4 % (Lexa et al. 1952). Pokud je tedy absolutní vlhkost nulová, dřevo dosahuje nejvyšší pevnosti. Taková situace by však mohla nastat pouze teoreticky. Vodíkové vazby by se potom vytvářely mezi vzájemnými, volnými OH skupinami celulózových a hemicelulózových řetězců. Takto vytvořené vodíkové vazby zesilují celou dřevní strukturu (ligninosacharidovou matrici). Aktivní OH skupiny celulózy a hemicelulóz v absolutně suchém stavu jsou první místa, kde se vážou molekuly vody, které vnikají do stěn buňky. Molekuly vody obsazují ta místa, kde jsou nejsilnější volné valenční vazby. Vlivem vnikání dalších molekul vody do dřevní struktury se vodíkové vazby v amorfních oblastech otevírají. Vytváří se tak místa, kde celulózové a hemicelulózové řetězce už nejsou vzájemně propojené prostřednictvím vodíkové vazby mezi kyslíkem a vodíkem sousedních molekul dřeva, ale vodíkovou vazbou přes vodu. Takový rozdíl způsobí snížení sil udržujících molekuly pohromadě. Navenek se sníží pevnost dřeva (Požgaj 1997). Pevnost dřeva v tahu podél vláken je v porovnání s ostatními pevnostmi největší. To je dáno především vláknitým tvarem buněk a strukturou buněčných stěn. Tracheidy a libriformní vlákna, která zajišťují převážně mechanickou funkci, mají zdřevnatělou buněčnou stěnu tvořenou z více jak 50 % makromolekulami celulózy s téměř rovnoběžnou orientací s podélnou osou buněk (Gandelová et al. 1996). Naopak dřevo zatěžované na tah napříč vláken vykazuje jednu z nejmenších pevností vůbec. Pevnost dřeva v tlaku napříč vláken je o něco nižší než pevnost v tahu ve směru vláken a je vlhkostí a hustotou ovlivňována obdobně jako pevnost v tahu. Variabilitu těchto hodnot ukazuje Tab. 5. Dalším druhem pevnosti je pevnost dřeva v ohybu. Spolu s pružností dřeva patří k nejvýznamnějším charakteristikám dřeva. Zkouší se prakticky pouze případ pevnosti v ohybu, kdy vlákna probíhají rovnoběžně s podélnou osou tělesa a síla působí kolmo na vlákna. Hodnoty této pevnosti uvádí Tab. 7. Situace, kdy vlákna probíhají kolmo na podélnou osu tělesa, se prakticky nezkouší, protože hodnoty této pevnosti jsou velmi malé. Ani v literatuře se s ní většinou neuvažuje. Vlivem stoupající vlhkosti v rozsahu vody vázané je pevnost v tlakové zóně nižší než v zóně tahové. Proto dosahuje vysušené dřevo vyšších hodnot než dřevo čerstvé (Požgaj 1997). Stejně jako u pružnosti dřeva i v tomto případě ze zjištěných hodnot vychází pevnost dřeva v ohybu u dubu zimního (Quercus petraea Liebl.) asi o 10 % vyšší, než u dubu letního (Quercus robur L.).
55
4.5 Tvrdost dřeva dubu Tvrdost dřeva je poslední mechanická vlastnost, která je v této práci zmiňována. Nalezené hodnoty jsou zpracovány v Tab. 9. Svou roli zde také hraje již několikrát zmíněná anizotropie dřeva, což dokazují hodnoty získané metodou podle Brinella i Janky. Hodnoty statické tvrdosti jsou opět závislé na hustotě a na vlhkosti vzorků. Se snižující se vlhkostí se zvyšují hodnoty tvrdosti dřeva (Forest Products Laboratory 1999). Se zvyšující se hustotou dřeva bude mít dřevo vyšší tvrdost. Všeobecně odpovídá tvrdost druhu dřeviny její specifické hmotnosti. Čím větší je specifická hmotnost, tím větší je tvrdost dřeva (Kollmann 1951). Tvrdost dřeva ve směru vláken je větší než tvrdost napříč vláken a to jak podle Brinella, tak podle Janky (Kollmann 1951), (Požgaj 1997).
Celkově se dá říci, že z fyzikálních vlastností hraje nejdůležitější roli hustota. Od té se dále odvíjí většina mechanických vlastností s tím, že čím je hustota větší, tím má dřevo lepší vlastnosti. Lexa et al. (1952) tvrdí, že na hustotu dřeva mají vliv klimatické faktory. Čím teplejší klima (resp. patrně čím delší vegetační období), tím má dřevo dubů větší hustotu.
Maděra (2001) zastává podobný názor. Říká, že kvalita dřeva dubu letního (Quercus robur L.) je přímo závislá na jeho hustotě a hustotu určuje zastoupení jarního a letního dřeva v letokruhu. Toto zastoupení se mění v závislosti na vodním režimu stanoviště, a to tak, že s výše položenou hladinou podzemní vody se snižuje zastoupení jarních cév v rámci letokruhu a naopak se zvyšuje průměrná šířka letokruhu. Tento fakt vede ke zvýšení hustoty dřeva dubu letního za současné vyšší objemové produkce.
56
5 Závěr Cílem této bakalářské práce bylo vyhledat a analyzovat množství různých zdrojů, uvádějících specifické vlastnosti dřeva dubu. Toto bylo prováděno z dostupných literárních zdrojů, odborné literatury, vědeckých časopisů, veřejných knihoven a internetových stránek. Následně byly získané hodnoty vlastností zpracovány a rozčleněny do přehledných tabulek. V tabulkách je možno porovnávat jednotlivé vlastnosti a vyhledávat v čem se liší. Z fyzikálních vlastností byla zpracována především hustota dřeva a sesýchání dřeva, z mechanických pak pružnost dřeva, pevnost dřeva a tvrdost dřeva. Jak je z tabulek patrné některé hodnoty se od sebe výrazně odlišují, některé jsou si naopak blízké. Rozrůzněnost zdrojů může být způsobena různými činiteli od různého druhu, přes odlišnost lokality až po odlišné jednotky, ve kterých se výsledky prezentují (především v anglicky psané literatuře). V souvislosti s anizotropním charakterem dřeva je nutné respektovat směry, ve kterých jsou výsledky zjišťovány (podélný, radiální, tangenciální).
57
6 Použitá literatura
Balabán, K.: Nauka o dřevě, 1. část Anatomie dřeva, Státní zemědělské nakladatelství, Praha 1955, 220 s.
Bartoš, R.: Variabilita hustoty dřeva dubu po výšce kmene, Brno 2007, 58 s. Forest Products Laboratory, USDA Forest Service: Wood Handbook – Wood as an Engineering Material, Forest Products Laboratory, Madison, Wisconsin 1999.
Galewski, W.; Korzeniowski, A.: Atlas najwažniejszych Gatunków drewna, Paňstwowe wydawnictvo rolnicze i leśne, Warszawa 1958, 256 s.
Gandelová, L.; Horáček, P.; Šlezingerová, J.: Nauka o dřevě, MZLU v Brně, Brno 1996, 176 s., ISBN 80-7157-194-6
Holan, J.; Vavrčík, H.; Tesařová, D.; Brunecký, P.: Dřevo v domácnosti – ochrana, údržba, renovace, vydavatelství ERA v Brně, Brno 2006, 108 s., ISBN 80-7366-049-0
Horáček, P.: Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva I., MZLU v Brně, Brno 1998, 124 s., ISBN 80-7157-347-7
Jakubec, M.: Vliv vlhkosti dřeva na pevnost a modul pružnosti v ohybu u dubu, Brno 2006, 51 s.
Kolibáčová, S.; Čermák, P.; Úradníček, L.: Dendrologie-cvičení 1, MZLU v Brně, Brno 2002, 200 s., ISBN 80-7157-619-0
Kollmann, F.: Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe, Springer-Verlag Berlin, Göttingen, Heidelberg 1951, 1050 s.
Konvičný, A.: Vybrané fyzikální a mechanické vlastnosti jasanu, Brno 2006, 60 s. Krzysik, F.: Nauka o drewnie, Państwowe wydawnictwo rolnicze i leśne, Warszawa 1957, 900 s.
Křupalová, Z.: Nauka o materiálech – pro 1. a 2. ročník SOU učebního oboru truhlář, Sobotáles Praha, Praha 1999, 238 s., ISBN 80-85920-57-3
Kuba, J.: Variabilita hustoty dřeva dubu letního, Brno 2006, 49 s. Langendorf, G.; Schuster, F.; Wagenfuhr, R.: Rohholz, VEB Fachbuchverlag Leipzig, Leipzig 1972, 280 s.
Lauko, P.: Vliv makroskopické stavby dřeva na hustotu dřeva, MZLU v Brně, Brno 2002. Lexa, J.; Nečesaný, V.; Paclt, J.; Tesařová, M.; Štofko, J.: Mechanické a fyzikálne vlastnosti dreva, Práca, ROH, Bratislava 1952, 432 s.
58
Lysý, F.; Jírů, P.: Nauka o dřevě, Státní nakladatelství technické literatury, Praha 1954, 760 s.
Maděra, P.: Can the microskopic structure of wood influence landscape diversity? Ekológia (Bratislava), Vol. 20, Supplement 4/2001, p. 387-393.
Matovič, A.: Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva a materiálů na bázi dřeva, MZLU v Brně, Brno 1993, 212 s., ISBN 80-7157-086-9
Matovič, A.: Nauka o dřevě, Vysoká škola zemědělská v Brně, Brno 1977, 160 s. Nutsch, W. a kolektiv: Příručka pro truhláře, Sobotáles Praha, Praha 1999, 544 s., ISBN 8085920-60-3
Perelygin, L. M.: Drevesinovedenie, Gosudarstvennoje izdateľstvo Sovietskaja Nauka, Moskva 1957, 448 s.
Peschel, P.; Nutsch, W.; Nennewitz, I.; Seifert, G.: Dřevařská příručka – tabulky, technické údaje, Sobotáles Praha, Praha 2002, 323 s., ISBN 80-85920-84-0
Požgaj, A.; Chovanec, D.; Kurjatko, S.; Babiak, M.: Štruktúra a vlastnosti dreva, Príroda, Bratislava 1997, 485 s., ISBN 80-07-00960-4
Šimůnková, E.; Kučerová, I.: Dřevo, Společnost pro technologie ochrany památek, Praha 2000, 136 s., ISBN 80-902668-4-3
Škára, I.: Nauka o dřevě, UJEP Brno, Brno 1973, 68 s. Šlezingerová, J.; Gandelová, L.: Stavba dřeva-cvičení, MZLU v Brně, Brno 2004, 130 s., ISBN 80-7157-400-7
Štefka, V.: Kompozitné drevné materiály – časť II., vydavatelstvo TU Zvolen, Zvolen 2002, 205 s., ISBN 80-228-1136-X
Trendelenburg, R.: Das Holz als Rohfstoff, J. F. Lehmanns Verlag, Mnichov/Berlín 1939, 436 s.
Uhlíř, A.: Nauka o materiálu II, Nakladatelství technické literatury, Praha 1992, 280 s. Úradníček, L.; Chmelař, J.: Dendrologie lesnická, 2. část – Listnáče I., MZLU v Brně, Brno 1998, 120 s., ISBN 80-7157-169-5
Vanin, S. I.: Drevesinovedenie, Goslesbušisdat Moskva, Moskva 1949, 430 s. Varkoček, J.; Rousek, M.; Holopírek, J.: Dělení, obrábění a tváření materiálů, MZLU v Brně, Brno 1998, 118 s., ISBN 80-7157-230-6
Vavrčík, H.: Anatomická stavba dřeva-multimediální výukový systém, verze 1.04a , MZLU v Brně, Brno 2003
Žák, J.: Materiály – pro 1. ročník SOU oborů zpracování dřeva a výroba hudebních nástrojů, Informatorium Praha, Praha 2000, 116 s., ISBN 80-86073-61-1 59
www.21stoleti.cz www.abparket.cz www.converter.cz www.dlh-nordisk.sk www.tfdesign.cz
60
7 Souhrn Pro vyhledání hodnot vybraných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva dubu (Quercus sp.) byly použity dostupné literární zdroje, odborná literatura, vědecké časopisy, knihovny a internetové stránky, které jsou uvedeny v Použité literatuře. Získané hodnoty byly poté zpracovány do přehledných tabulek a okomentovány. Z těchto tabulek je tedy možno získat přehled o fyzikálních a mechanických vlastnostech dřeva dubu. Také je možné vysledovat, které faktory a jak tyto vlastnosti ovlivňují a porovnat mezi sebou různé literární zdroje či výsledky zjištěné na různých lokalitách. Hodnoty naměřených výsledků jsou ovlivňovány okolními faktory jako vlhkost, hustota, lokalita růstu, druh dřeviny, směr vláken apod. Hustota dřeva dubu se pohybuje v rozmezí od 0,39 do 1,16 g/cm3. Hodnoty objemového sesýchání se pohybují od 12,2 do 16,7 %. Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken se pohybuje v rozmezí od 11 778 do 14 600 MPa. Modul pružnosti v tlaku napříč vláken v radiálním a tangenciálním směru má výrazně nižší hodnoty, které se pohybují od 910 do 2 046 MPa. Hodnoty pevnosti v tlaku podél vláken jsou v rozmezí od 30,4 do 67 MPa. Hodnoty pevnosti v tahu podél vláken jsou v rozmezí od 50 do 163 MPa. Hodnoty pevnosti dřeva v ohybu se pohybují v rozmezí od 68 do 130 MPa. Rozmezí hodnot tvrdosti podél vláken podle Brinella je od 40 do 80,4 MPa a podle Janky od 50 do 72 MPa.
61
8 Summary For searching of values choosen physical and mechanical attributes of oak wood (Quercus sp.) have been used available literary sources, scientific literature, magazine, libraries and websites, which are mentioned in Literar sources. Acquired values have been then put into tables and commented. From these tables is possible to get the overview about physical and mechanical characterisctics of oak wood. It is also possible to trace, which factors influence these characteristics and how and compare various literary sources or results found at different locations. Values of measured results are influenced by surrounding factors as wetness, density, location of grow, kind of specie, direction of fibres etc. Wood density of oak wood move at interval from 0,39 to the 1,16 g/cm3. Values volumetric shrinkage move from 12,2 to the 16,7 %. Modulus of elasticity in press in direction grains move at interval 11 778 to the 14 600 MPa. Modulus of elasticity in press across grains in radial and tangential direction has markedly lower values, which move at interval from 910 to the 2 046 MPa. Values of compression strength along grains are at interval from 30,4 to the 67 MPa. Values of tension strength along grains are at interval from 50 to the 163 MPa. Values of bending strength of wood move at interval from 68 to the 130 MPa. Interval of values hardness along grains according to Brinell is from 40 to the 80,4 MPa and according to Janky is from 50 to the 72 MPa.
62