MENDELOVA UNIVERSITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ

MENDELOVA UNIVERSITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ

POROVNÁNÍ VYBRANÝCH VLASTNOSTÍ BĚLOVÉHO DŘEVA A DŘEVA NEPRAVÉHO JÁDRA BUKU

bakalářská práce

Brno 2011

Jan Pouchanič

Čestné prohlášení

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma ,, Porovnání vybraných vlastností bělového dřeva a dřeva nepravého jádra buku´´ zpracovával sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Dále souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy university v Brně, případně zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.

zavazuji se, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou či subjektem si vyžádám písemné stanovisko university o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy university a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně dne …………………………. podpis

1

Poděkování: Velké poděkování patří vedoucímu mé bakalářské práce panu doc. Dr. Ing. Petru Horáčkovi za odborné vedení, pomoc při plnění úkolů, poskytnuté rady a mnoho věnovaného času. Také bych chtěl poděkovat všem, kteří mě v průběhu studia podporovali, pomáhali mi a sdíleli se mnou vše, co s sebou studium přineslo.

2

Jan Pouchanič Porovnání vybraných vlastností bělového dřeva a dřeva nepravého jádra buku

Abstrakt Nepravé jádro bukového dřeva se v dřevozpracujícím průmyslu považuje za vadu a snižuje tak výtěžnost materiálu, čímž navyšuje cenu konečného výrobku. Již samotný markantní rozdíl v barvě oproti běli naznačuje, že se jedná o části kmene s odlišnými vlastnostmi. Práce se zabývá porovnáním vybraných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva v zóně nepravého jádra a dřeva bělového buku. Pro zjištění daných vlastností byla vyrobena zkušební tělíska vyhovující daným zkušebním normám. Byly naměřeny hodnoty, zpracované na tabulkovém procesoru, statisticky vyhodnoceny mezi sebou a porovnány s dostupnými literárními zdroji. Z fyzikálních vlastností byla zkoumána hustota a rozměrová stálost při změně vlhkosti. Z mechanických vlastností to byl modul pružnosti a mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny. Všechny zkoumané vlastnosti vykazovali mezi jednotlivými soubory statisticky významné odlišnosti. Výsledky ukazují, že nepravé jádro buku má oproti běli vyšší hustotu, rozměrové vlhkostní změny, mez pevnosti v tlaku ve směru vláken a poměrnou deformaci při tlaku ve směru vláken. Naopak je tomu pouze u modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken.

Klíčová slova: Buk lesní, nepravé jádro, fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva

3

Jan Pouchanič Comparison of selected properties of normal wood and false core wood of beech

Abstract Wood technology industry considers false core of beech as defective, what decreases mass yield and increases price of final product. Visible colour difference between false core and normal beech wood indicates two parts of wood with differences properties. This Thesis deals with comparison of selected physical and mechanical properties of false core wood and normal wood of beech. There were made trial objects with special properties for measurement of the properties. There measured values were processed in a spreadsheet program and statistically evaluated, compared with each other and with literary works available. As for investigated physical properties the density and humidity dimension stability were measured. As for investigated mechanical properties the module of elasticity parallel to grain and compression parallel to grain. All investigated properties have showed statistically important differences between false core file and normal wood file. Results show that beech false core has bigger density, humidity dimension changes, compression parallel to grain and relative deformation parallel to grain. False core has only smaller module of elasticity parallel to grain.

Key words: Beech, beech false core, physical a mechanical wood properties

4

Obsah 1. Úvod ....................................................................................................................................... 8 2. Cíl práce ................................................................................................................................. 9 3. Literární přehled ................................................................................................................... 10 3.1 Charakteristika dřeviny................................................................................................... 10 3.2 Struktura bukového dřeva............................................................................................... 11 3.3 Makroskopická stavba buku ........................................................................................... 12 3.3.1 Běl ............................................................................................................................ 12 3.3.2 Vyzrálé dřevo........................................................................................................... 12 3.3.3 Nepravé jádro........................................................................................................... 12 3.4 Mikroskopická stavba buku............................................................................................ 15 3.4.1 Zvláštnosti běle ........................................................................................................ 16 3.4.2 Anatomická struktura nepravého jádra .................................................................... 16 3.5 Vlastnosti bukového dřeva ............................................................................................. 18 3.5.1 Fyzikální vlastnosti .................................................................................................. 19 3.5.2 Mechanické vlastnosti.............................................................................................. 21 4. Materiál a metodika.............................................................................................................. 23 4.1 Výroba vzorků ................................................................................................................ 23 4.1.1 Popis jednotlivých operací ....................................................................................... 24 4.2 Zjišťování fyzikálních vlastností .................................................................................... 26 4.2.1 Měření hustoty ......................................................................................................... 26 4.2.2 Měření sesychání ..................................................................................................... 27 4.3. Zjišťování mechanických vlastností .............................................................................. 29 4.3.1 Měření meze pevnosti a modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken ....................... 29 4.4 Statistické vyhodnocení.................................................................................................. 31 4.4.1 Aritmetický průměr.................................................................................................. 31

5

4.4.2 Směrodatná odchylka............................................................................................... 32 4.4.3 Variační koeficient................................................................................................... 32 4.4.4 T-testy středních hodnot .......................................................................................... 32 4.4.5 Korelační a regresní analýza .................................................................................... 32 5. výsledky ............................................................................................................................... 33 5.1 Výsledky fyzikálních vlastností...................................................................................... 33 5.1.1 Hustota ..................................................................................................................... 33 5.1.2 Radiální sesychání ................................................................................................... 34 5.1.3 Tangenciální sesychání ............................................................................................ 35 5.1.4 Podélné sesychání .................................................................................................... 36 5.1.5 Objemové sesychání ................................................................................................ 37 5.1.6 Koeficient radiálního sesychání ............................................................................... 39 5.1.7 Koeficient tangenciálního sesychání........................................................................ 40 5.1.8 Koeficient objemového sesychání ........................................................................... 41 5.2 Výsledky mechanických vlastností ................................................................................ 42 5.2.1 Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken..................................................................... 43 5.2.2 Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken................................................................ 44 5.2.3 Maximální deformace při tlaku ve směru vláken .................................................... 46 5.3 Zjišťování závislostí ....................................................................................................... 47 5.3.1 Zjišťování závislosti objemového sesychání na hustotě .......................................... 47 5.3.2 Zjišťování závislosti meze pevnosti v tlaku ve směru vláken na hustotě ................ 48 6. diskuse.................................................................................................................................. 49 6.1 Hustota............................................................................................................................ 49 6.2 Vlhkostní rozměrové změny........................................................................................... 50 6.3 Mez pevnosti, modul pružnosti a deformace v tlaku ve směru vláken........................... 51 6.4 Závislosti ........................................................................................................................ 52 7. Závěr..................................................................................................................................... 53 6

8. Summary ......................................................................... Chyba! Záložka není definována. 9. Použitá literatura .................................................................................................................. 57 10. přílohy ................................................................................................................................ 59 10.1 Obrázková příloha ........................................................................................................ 59 10.2 Naměřené hodnoty........................................................................................................ 61

7

1. ÚVOD Buk je průmyslovou velmi využívanou dřevinou, poskytující dřevo tvrdé, pevné, houževnaté s dobrými zpracovatelskými vlastnostmi, vhodnými pro široké spektrum použití. Mnohé z jeho vlastností převyšují vlastnosti našich běžných dřevin. Přes všechny jeho výhody doprovází bukové dříví i mnoho nežádaných jevů snižujících možnost využití suroviny. Jednou z nejvýznamnějších nevýhod je tvorba tzv. nepravého jádra, které je v praxi chápáno jako vada snižující kvalitu vstupního sortimentu do výroby a tím i výtěžnost. Problematika nepravého jádra je dosti rozšířená a již v dávné minulosti se s ní zabývalo mnoho autorů. Úplné počátky jeho studia spadají do doby 1. poloviny 19 stol., kdy o bukovém dřevě hovoří Hartig a jiní autoři té doby. Největší rozvoj ovšem spadá do doby 30. let 20. stol., do doby krátce po hromadném vzniku tzv. mrazového nepravého jádra. Každá doba při tom přinesla nové poznatky v závislosti na nových metodách a možnostech výzkumu. První kroky jeho studia jsou ve znamení zjišťování struktury a podmínek tvorby. Teprve s rostoucím uplatňováním a průmyslovým zpracováním buku začátkem 20. stol. se dostává do popředí zájem o studium fyzikálních, mechanických a zejména technologických vlastností. Veškeré snahy směřují k rozvoji jeho zpracování a vhodnému způsobu použití. Rostoucí obliba zpracování bukového dřeva na pražce přinesla také otázku odolnosti běle buku a jeho nepravého jádra vůči degradujícím činitelům. Tento směr si výzkum zachoval i po masivním vzniku tzv. mrazového nepravého jádra ve 30. letech 20. století. V době 2. světové války se zvyšuje spotřeba dřeva a výzkum nabývá soustavnějšího charakteru. Opět se vědci pokouší novými způsoby osvětlit vznik nepravého jádra a prověřují i vlastnosti. Bylo také zjištěno mnoho poznatků o chemickém složení. V neposlední řadě věnují autoři čím dál větší pozornost závislosti frekvence výskytu a velikosti nepravého jádra buku na věku porostu či velikosti oddenkového výřezu a snaží se vznik nepravého jádra eliminovat. Nutno říci, že všechny vyjmenované oblasti výzkumu neprobíhaly ,,izolovaně´´ v určitých časových intervalech, ale postupem času se plynule rozvíjely, vzájemně prolínaly, a jedna druhou ovlivňovaly. Ačkoli vznik, frekvence výskytu, struktura a stavba nepravého jádra buku je v literatuře dobře popsána, vědecké literatury o jeho mechanických a fyzikálních vlastnostech je znatelně méně.

8

2. CÍL PRÁCE Práce si klade za cíl analyzovat vybrané vlastnosti nepravého jádra a bělového dřeva buku lesního na vlastních tělískách. Naměřené hodnoty porovnat mezi sebou a mezi dostupnými literárními prameny a případné odlišnosti či shody ve zjištěných vlastnostech prodiskutovat v souvislosti s využitím bukového dřeva v praxi. Z fyzikálních vlastností se bude porovnávat hustota a koeficient sesychání. Z mechanických vlastností je to pak pevnost a pružnost dřeva v tlaku rovnoběžně s vlákny. Výsledky budou statisticky zpracovány a vyhodnoceny s pomocí statistického programu STATISTICA a MICROSOFT OFFICE EXCEL 2007.

.

9

3. LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Charakteristika dřeviny Buk lesní (Fagus sylvatica L.) je rozšířen po celé České republice, kde zaujímá 187 027 ha. Tato hodnota představuje 7,21% celkové výměry lesů v ČR (údaje pro rok 2009). Do budoucna při tom lesníci plánují zvýšení podílu buku na 18% oproti přirozené skladbě, kde představuje 40%. Při pohledu do statistiky zjistíme, že podíl buku v našich lesích neustále roste např. oproti roku 2000 kde je 6%, což může svědčit o oblíbenosti tohoto porostu ze strany lesníků. Zvýšením podílu buku ze 7 na 18%, ale může nastat určitý problém s jeho zpracováním. Dřevařský průmysl ČR je orientován hlavně na zpracování jehličnatého dřeva a většina BK dříví se již dnes stává papírenskou štěpkou, či dokonce palivem. Zde se dostáváme do rozporu, zda budoucí zvýšení podílu buku bude ideální i z dřevařského pohledu. Výše celkové roční těžby buku pro rok 2009 byl 636 752 m3 b.k. a tato surovina se dále zpracovává. Školní lesní podnik Masaryků les Křtiny, odkud pocházejí zkušební vzorky, má v současné době rozlohu lesních pozemků 10 200 ha. Nachází se v oblasti bezprostředně navazující na severní okraj jihomoravské metropole Brna, sahající až k městu Blansku. Zastoupení bukového porostu je zde 29,2% a roční těžby se v průměru pohybují okolo 17 000 m3. Svojí kvalitou připadá 10 000 m3 na kulatinové sortimenty, 7 000 m3 pak na vlákninu. Bukové dříví je díky svým příznivým vlastnostem mnohostranně využitelné. O způsobu využití však rozhoduje hlavně jakost, určena mimo jiné i výskytem nepravého jádra. Z pilařské výroby se zpracovává na truhlářské řezivo (fošny prkna) a pražce. Výrobou BK řeziva se v ČR zabývá pila Olomoučany, která ročně zpracovává okolo 9000 m3 kulatiny a průměrně vyrobí 5400m3 řeziva. Z dýhárenského zpracování se bukové dříví využívá zejména na výrobu loupané dýhy pro překližkárenský průmysl. Vyrábí se zejména celobukové překližky multiplex apod. Největším výrobcem bukových překližek v ČR je Dyas a.s.. Ročně zpracovává 30 tis. m3 BK kulatiny a vyrobí 10 tis. m3 celobukových překližek. Vyrábí se také krájené dýhy určené pro dýhování. V nábytkářství se buk pro své vlastnosti používá zejména na ohýbaný nábytek. Výrobou ohýbaného nábytku se zabývá společnost TON a.s. Ta ovšem do své výroby nakupuje připravené hranolky zejména ze zahraničí.

10

Oblast aglomerovaných materiálů dává možnost využití bukového odpadového materiálu. Celobukové DTD (tzv. bukasky) mají vyšší objemovou hmotnost. V současné době je vyrábí skupina Krono. Díky své vysoké objemové hmotnosti poskytuje vyšší množství dřevné hmoty na jednotku objemu, což se kladně projeví v celulosopapírenském průmyslu. Největším zpracovatelem papírenské štěpky je MONDI Pulp&Paper závod Štětí. V neposlední řadě je bukové dříví cenným zdrojem chemických látek (při zpracování v retortách: aceton, dehet, líh apod.), dřevěného uhlí, je vhodné pro hydrolýzu a také se používá jako kvalitní palivové dřevo.

3.2 Struktura bukového dřeva Jak již bylo řečeno, buk je naší důležitou hospodářskou dřevinou. Jeho vlastnosti v mnohém převyšují vlastnosti jiných našich hospodářsky významných dřev. Vyniká nejen v pevnosti, ale také ve své struktuře, která je v rámci ostatních dřev velmi homogenní, čímž dává jeho specifickým vlastnostem (např. při ohýbání). Buk se řadí do dvou skupin: 1) dřeva bělová s vyzrálým dřevem, 2) dřeva s výskytem nepravého jádra (podle Šlezingerová, Gandelová 2005). Na jeho kmenech tedy můžeme pozorovat tři navzájem odlišné části kmene: běl, nepravé jádro (NJ) a vyzrálé dřevo, z nichž se běl a vyzrálé dřevo vyskytuje vždy. Nepravé jádro je pak útvar dosti rozmanitý a nepravidelný. Vytváří se v zóně vyzrálého dřeva (zřídkakdy kdy přesáhne jeho zónu) a v případě tzv. zdravého NJ je považováno za vadu nenormálního zbarvení. Jiný případ nastává, vyskytuje-li se v NJ hniloba. Pak je považováno za vadu struktury dřeva. U dřevin s pravým jádrem jaderní letokruhy pravidelně v celém svém rozsahu a postupně už několik let po jejich vytvoření. Buk tvoří jádro mnohem později a většinou nepravidelně s proměnlivou frekvencí výskytu, různým tvarem a velikostí. Ohraničení jádra (marginální linie) u buku s nepravým jádrem je jevem pravidelným, nebo téměř vždy pravidelným, což odporuje jádrům pravým, u nichž se ohraničení nikdy nevyskytuje. Dalším charakteristickým prvkem je uložení jádrových látek, jež neimpregnují buněčné stěny – jsou uloženy v lumenech buněk. Všechny tyto rozdíly mezi jádrem buku a tzv. pravým jádrem např. dubu nám znemožňují hovořit o jádře buku jako pravém, ale zásadně ho nazýváme jádrem nepravým (dále NJ). Blíže o struktuře a stavbě buku pojednávají následující kapitoly.

11

3.3 Makroskopická stavba buku Buk je typickou roztroušeně pórovitou listnatou dřevinou s poměrně dobře zřetelnými letokruhy. V celém letokruhu se vyskytují úzké letní makroskopicky nezřetelné cévy. Dřeňové paprsky jsou viditelné na všech řezech: na radiálním tvoří zřetelná zrcadla, na tangenciálním 1-5 mm vysoké svislé pásky a na příčném řezu husté pásy probíhající kolmo na letokruhy. (Šlezingerová, Gandelová 2008) 3.3.1 Běl Běl buku je umístěná na okraji kmene a má na čerstvém řezu žlutobílou barvu. S postupným vysycháním se jeho barva mění na světlou červenohnědou až narůžovělou barvu. Kromě světlejší barvy je charakteristická vyšší vlhkostí (70-100%) v rostoucím či čerstvě skáceném stromě, zapříčiněná dobrou průchodností vodivých buněk. Charakteristické pro běl je také přítomnost živých parenchymatických buněk dřeňových paprsků a axiálního dřevního parenchymu. Tyto buňky mají funkci zásobní (škrob). 3.3.2 Vyzrálé dřevo Vyzrálé dřevo je typickým znakem bukového kmene. Lze ho pozorovat pouze na čerstvě skáceném stromě na příčném řezu. Oproti běli je světlejší, protože obsahuje podstatně méně vody (v čerstvě skáceném stromě má vlhkost 50-80%). Nižší vlhkost umožňuje větší průnik vzduchu do poškozeného kmene a započne tak tvorba NJ. Po srovnání obou vlhkostí se barevný rozdíl vyrovná. Vyzrálé dřevo vzniká stejným procesem zjadrnění jako jádro a má všechny jeho znaky (v Šlezingerová, Gandelová 2005). U Buku se začíná tvořit ve věku 30-50 let. Podle Požgaje (1993) existuje závislost mezi šířkou koruny, velikostí transpiračního proudu a velikostí vyzrálého dřeva. Račko a Čunderlík (2010) zjistili rostoucí velikost NJ s velikostí vyzrálého dřeva. 3.3.3 Nepravé jádro Jádrem je označená vnitřní centrální část kmene, tmavší barvy a malé či žádné propustnosti způsobené zathylováním (viz. níže). S malou propustností souvisí i nižší vlhkost. Na rozdíl od běle nejsou parenchymatické buňky v zóně jádra živé a nezachovávají si svůj živý obsah. Rozdíl v barvě mezi bělí a jádrem je zvýrazňován tmavší hranicí označenou jako hraniční čára nebo marginální linie. Díky ní můžeme pozorovat vnitřní část u jednoduchého NJ. Na příčných řezech lze pak pozorovat nepravidelnost tvaru vytvořeného více okrouhlými plochami či s různými nepravidelnými výběžky. Taková jádra s vnitřními kresbami jsou

12

soubory jednoduchých NJ nazývaná jádra složená. V podélných řezech probíhají více méně rovnoběžně s osou kmene. Barva NJ i hraniční čáry je velmi variabilní. Lze najít hraniční čáry od nevýrazných až po barvy červenohnědé, hnědočerné po odstíny zelenošedé atd.. Běžným typem ohraničení je hnědočervená hraniční čára. V každém případě hraničící čára je vždy temnější než jádro. Barva tzv. zdravého NJ je na čerstvém řezu červenohnědá. Oxidací tříslovin zbarvení šedne. Gorczynski (v Nečesaný 1958) označuje barvu jader složených a mrazových jako červenošedou až bronzově šedou. 3.3.3.1 Tvary nepravého jádra Tvary bukového jádra jsou velmi mnohotvárné. Thomann (1935) v Nečesaný (1958) rozeznává vedle jednoduchého či složeného okrouhlého také zubaté, jež je okrouhlým jádrem se zubovitými výběžky a jádro s plamencovitými výběžky. Šlezingerová,Gandelová (2008) uvádí tvary následující: okrouhlá jednoduchá, okrouhlá dvojitá (1 či více okrouhlých ploch), okrouhlá mramorová (různé množství nepravidelných jader), paprskovitá či hvězdicovitá (okrouhlá s výběžky), plamencová (s radiálně orientovanými výběžky).

Obr.1: Typy nepravých jader podle Mahlera a Howeckého(1991)

3.3.3.2 Rozsah a výskyt nepravého jádra Průměr NJ na příčném řezu se považuje za ukazatel rozsahu NJ v kmeni. Nejmenší rozsah podle Nečesaného (1958) má malé červené jádro, které zaujímá středový válec o průměru max. 20cm. Značná variabilita hodnot je naproti tomu u mrazového, dvojčlenného a mosaikového. Jako věkovou hranici počátku vzniku NJ buku označuje Vakin a spol.(1954) věk 60 let, Žumer 60-80 let v Nečesaný (1958). U nás se výskytem nepravého jádra zabýval Ondráček (2000). Prováděl měření výskytu jádra buku v oblasti školního lesního podniku ,,Masarykův les“ Křtiny. Dospěl k závěru, že četnost výskytu a velikost se zvyšuje s přibývajícím věkem porostu (a tedy i

13

s větší tloušťkou výřezů). Také zjistil, že s přibývajícím věkem docházelo ke změně typu jádra. V mladých porostech dominovala jednoduchá, v porostech starých jsou hlavně složená. Také podíl hniloby v nepravém jádře roste s věkem. Uvádí tyto výsledky: 1. stáří porostu: 60-72 let: výskyt jádra je u 25-32% výřezů. Převažují jednoduchá - okrouhlá,plamencová. Výskyt hniloby je do 2%. 2. stáří porostu: 93-96 let: zastoupení je 60-67%. Dosud převládají jednoduchá jádra. 3. V nejstarších porostech 126-155 let zjistil zastoupení NJ přesahující 80%. Narostl podíl složených NJ. Výskyt hniloby je 5-22%. Dalším zjištěním byla závislost velikosti NJ na tloušťce výřezu. Jeho regresní přímka má tvar Y=1,8645x-0,1635 a tato závislost je vyjádřena ze 77%. K velmi podobným výsledkům dospěli také Suchomel a Gejdoš (2010), kteří zkoumali velikost NJ vzhledem k tloušťce výřezu v oblasti VšLP Technické university ve Zvoleně. 3.3.3.3 Vznik a vývoj nepravého jádra buku Vznik nepravého jádra u buku je podmíněný v zásadě dvěma hlavními faktory: přítomností vyzrálého dřeva a vniknutím vzduchu do struktury dřeva. Absence jednoho z těchto dvou faktorů znemožňuje jeho tvorbu. Poranění kmene nebo větve stromu je primární příčinou, která způsobí vnikání vzduchu do kmenu stromu. Kyslík obsažený ve vzduchu způsobí oxidaci rozpustných uhlovodíků a škrobu v živých nebo částečně odumřelých parenchymatických buňkách, přičemž vznikají hnědě zbarvené polyfenolické sloučeniny, které pronikají do sousedních pletiv a zbarvují je Bauch a Koch (2001) v Račko, Čunderlík (2010). Zároveň přes ztenčeniny mezi parenchymatickými buňkami a cévami vrůstají z parenchymatických buněk do cév thyly, které je ucpávají. Takové pletivo je jen velmi málo propustné pro tekutiny a mnozí autoři tak NJ buku chápou, jako ochranné pletivo zamezující vzniku či rozvoji hyf hub. Druhým procesem vzniku NJ je snížení vitality parenchymatických buněk hlavně v dřeňových paprscích, které je podmíněné působením extrémně nízkých teplot. Důkazem je masivní vznik NJ při velmi tuhých zimách 1928-1929 ve Středné Evropě a 1941-1942 v Dánsku a jižním Švédsku. Ty vyvolali vznik jádra bez vnějšího poranění kmene (mrazové trhliny).

14

Na Vznik NJ mají vliv hlavně klimatické podmínky, které ovlivňují vitalitu buněk, přičemž oslabené parenchymatické buňky snadněji podléhají oxidaci. Ve všech případech vzniku se jedná o fysiologický proces reakce živých buněk ve dřevě na rušivý element.

3.4 Mikroskopická stavba buku Dřevo buku je složeno ze všech buněčných typů vyskytující se v listnatém dřevě. Ze základních to jsou cévy, libriformní vlákna a parenchymatické buňky. Z přechodných typů to je hlavně vláknitá tracheida. Cévy jsou hlavními vodivými elementy. V rámci letokruhu jejich počet na vnější straně (letní dřevo) ubývá. Při tom se také zmenšuje jejich průměr. Greguss (1945) v Nečesaný (1958) udává, že průměr cév buku je 20-90 µm a v jarním dřevě je přibližně 3x větší než ve dřevě letním. Další odlišnosti sledujeme v rámci poloměru kmene. Zde jsou názorné hodnoty zjištěné Hartigem (1888) v Nečesaný (1958). Ten zjistil, že podíl cév směrem od dřeně k obvodu roste. Stejně tak roste i velikost průměru cév. Uvádí, že do 30 letokruhu od dřeně je podíl cév 17% (to představuje 85 cév/mm2) a jejich plocha je 0,002 mm2. Cévy v 90-120. letokruhu mají podíl 47% (135cév/ mm2) a jejich plocha je 0,0035 mm2. Podle Nečesaného (1958) se průměrná délka článků pohybuje od 350 do 800 µm, přičemž je nepřímo úměrná šířce cévy. V místě styku cév s ostatními elementy jsou vyvinuty dvojtečky. Perforace mezi jednotlivými články jsou jednoduché i žebříčkovité, přičemž jednoduché převažují v jarních a žebříčkovité v letních cévách. Mechanickou funkci zajišťují protáhlé tlustostěnné vláknité buňky tzv. libriformní vlákna. Vzájemně jsou propojeny dvojtečkami. Hartig (1888) a Trendelenburg (1939) v Nečesaný (1958) zjistili, že délka vláken se s polohou od poloměru kmene zvyšuje. Také se objevují vláknité tracheidy, které obyčejně přimykají k cévám. Axiální dřevní parenchym je v jarním dřevě rozptýlený, v letním dřevě tvoří metatracheální parenchym Dřeňové

paprsky

jsou

tvořeny

tlustostěnnými

parenchymatickými

buňkami

s okrouhlými tečkami. Podle Nečesaného (1958) jsou vesměs heterogenní, Šlezingerová, Gandelová (2008) se přiklání k názoru, že DP jsou homogenní, někdy slabě heterogenní. Jsou 1 vrstevné až vícevrstevné (20-25 buněk). Výška může dosahovat 100 i více buněk (v průměru 5mm). Na hranici letokruhu pozorujeme rozšíření.

15

Přibližný poměr pletiv buku podle Nečesaného (1958) je: cévy 24-43%, Vláknité buňky 39-56%, dřeňové paprsky 17%, dřevné parenchym 1-3%. Souhrnný přehled stavby najdeme v tabulce č. 1: struktura buku. 3.4.1 Zvláštnosti běle Výskyt thyl je základní charakteristika pro jádrové dřevo, přičemž tvorbě jádra předchází tvorba thyl v cévách běli, ležící v bezprostřední blízkosti hranice jádra. Podobně jsou na tom dřevina s NJ. Nečesaný (1958) zjistil thyly v bukové běli uspořádány v malých skupinkách maximálně 5mm od okraje marginální linie. Byly neúplně vyvinuty a uzavírali cévy jen zčásti. 3.4.2 Anatomická struktura nepravého jádra Jádrové dřevo buku se svou mikroskopickou strukturou od běle příliš neliší. Jadernění je zjevem druhotným, vznikajícím uvnitř kmene ve dřevě dříve vytvořeném. Pokud tedy jde pouze o buněčnou stavbu, není mezi bělí a jádrem rozdílu. Rozhodující jsou ovšem sekundárně vzniklé útvary v buněčných dutinách: thyly, jádrové látky a morfologické útvary hub. 3.4.2.1 Thyly Obecně se thyly definují jako vakovité výrůstky, které prorůstají ztenčeninami z parenchymatických buněk do sousedních cév. Podle Nečesaného (1958) thyly v bukovém dřevě pro menší světlost cév zaplňují lumen velmi rychle. Z počátku zřetelně vakovité výrůstky lze později pozorovat jako pouhé přepážky více méně uzavírající cévy. Současně pokrývají vnitřní povrch cévy. Frekvenci thyl lze pozorovat jak na podélných řezech (podélná frekvence), tak na řezech příčných (příčná frekvence). Podélná frekvence je vyjádřená počtem thyl na 1 mm délky cévy. Vanin (1932) a Paclt (1953) v Nečesaný (1958) zjistili rozdíl v podélné frekvenci thyl mezi vnitřní částí jádra a marginální linií a jejich výsledky se shodují. Také Nečesaný (1958) došel ke stejným výsledkům. Hodnoty z hraničících čar se pohybují od 8-14 a hodnoty pro vnitřní části jader 1-6 podle typu jádra. Příčnou frekvenci vyjadřuje procento zastoupení cév ucpaných thylami. Nečesaný (1958) uvádí příčnou frekvenci vnitřních částí jader 0-35% a hraničních čar 16-100%, Vanin (1932) v Nečesaný (1958) uvádí 91-100%.

16

3.4.2.2 Jádrové látky Jsou to zrnité nebo i kompaktní žlutě až tmavě červenohnědě zbarvené útvary uložené především v lumenech parenchymatických buněk. Z nich, prorůstáním thyl do cév, pronikají též jádrové látky jak do thyl, tak do cév. Pronikají sem patrně v tekutém stavu a tvoří tu jen povlak (neimpregnují buněčnou stěnu). Dalším místem výskytu jádrových látek jsou vláknité buňky, což je typické pro hraničící čáry. Gaumann (1946) v Nečesaný (1958) předpokládá, že podstatnou složkou jádrových látek jsou flobafény a dodává, že bezbarvé flobataniny oxydují v žluté až hnědé flobafény. Ty neimpregnují buněčnou stěnu, jak je tomu např. u dubu, ale váží se na neznámou složku jádrových látek v lumenech parenchymatických buněk. Hartig (v Nečesaný 1958) má názor, že podstatná složka jádrových látek jsou zoxidované třísloviny. 3.4.2.3 Výskyt hyf hub v nepravém jádře Přítomnost hub v jádře je dokázána výskytem hyf. Nečesaný (1958) použil pro analýzu výskytu hyf v jádře 120 bukových kmenů s jádrem bez hniloby (zdravé NJ). Z toho byla v 60 kmenech jádra hvězdicovitého typu a ve zbylých 60 jádra okrouhlá. Došel k závěru, že výskyt hyf v hvězdicovitých jádrech byl 81,7%, ve druhé skupině se hyfy vyskytli v 11,7% případů. Celkový poměr mezi jádry s hyfami a bez nich je v tomto případě 46,7:53,3%. Můžeme tedy říci, že většina plamencových jader obsahuje hyfy a většina okrouhlých jader bez plamencových výběžků hyfy neobsahuje. Jiný případ nastává tehdy, jestli-že se zabýváme výskytem hyf hub u NJ s hnilobou. Zde je výskyt vždy a dochází k enzymatickým pochodům buněčných stěn. Frekvence výskytu hyf se soustřeďuje do hraničních čar.

17

tabulka č. 1: Struktura buku (údaje převzaty z Nečesaný 1958)

barva vlhkost živé parenchym. buňky vitalita paren. buněk thyly hyfy hub jádrové látky

cévy

podíl cév plocha cév počet cév na mm2 délka článku délka librif. vláken dřeň. paprsky podíl pletiv %

běl

vyzrálé dřevo

červenohnědá až narůžovělá

po srovnání vlhkosti shodná s bělí

70-100% ano vysoká

50-80% ano (oslabené nižší vlhkostí) nízká

nepravé jádro hnědočervená až hnědočerná po odstíny zelenošedé 50-65%

poznámka

-

ne

-

žádná

-

ne

zanedbatelně ano ne (nebo ne ano (podle NJ) omezeně) ano (bez ano (se ne zbarvení) zbarvením) od dřeně - 17 % → 120. letokruh - 47% od dřeně – 0,002 mm2 → 120. letokruh - 0,0035 mm2 od dřeně – 85 ks → 120. letokruh – 135 ks 350-800 µm 600-1600 µm homogenní, vrstevnatost 20-25 buněk, výška 100 buněk cévy 24-43, Vláknité buňky 39-56, dřeňové paprsky 17, dřevné parenchym 1-3

(ve zdravém dřevě) po poloměru se zvyšuje

jev

-

3.5 Vlastnosti bukového dřeva Vlastnosti dřeva nemůžeme zkoumat izolovaně, neboť jsou výslednicí mnoha rozličných faktorů. Jsou dány především strukturou dřeva na všech úrovních pozorování, klimatickými podmínkami při růstu stromu apod. Již samotný proces zjadernění buku poukazuje na nezměněnost mechanických a některých fyzikálních vlastností NJ a běli buku, neboť jádrové látky neimpregnují buněčné stěny. Určitý rozdíl jistě zapříčiní thyly snížením, či úplným znemožněním impregnace a také jádrové látky rušící vzhled svým odlišným zbarvením, jenž je v nábytkářství jen s výjimkami přijatelné. Také chemické složení NJ a běle buku neprokazuje rozdíl ve vlastnostech. Výskyt základních chemických konstituent (celulosa, hemicelulosy a lignin) je v obou částech

18

samozřejmostí. Je ovšem otázkou, jaký je mezi nimi podíl zastoupení. Nečesaný (1957) zjistil, že vnitřní část kmene je většinou více lignifikována než obvodová bez ohledu zda je zjaderněná či nikoliv. Hodnoty vyššího stupně zdřevnatění a nižšího podílu celulosy v jádrovém dřevě tedy nejsou jeho specifickým znakem, ale odpovídají normálnímu průběhu hodnot v každém bukovém kmeni. Přijetím tvrzení, že určité vlastnosti NJ a běle jsou stejné, můžeme dřevo NJ použít tam, kde nevadí odlišná barva, či špatná impregnovatelnost. Nečesaný (1960) uvádí, že rozdíly mezi fyzikálními a mechanickými vlastnostmi NJ a bělového dřeva buku jsou v průměru velmi malé a leží v mezích hodnot udávaných Kollmanem pro bukové dřevo.

3.5.1 Fyzikální vlastnosti 3.5.1.1 Hustota bukového dřeva Hustota dřeva udává hmotnost jeho objemové jednotky, přičemž se nejčastěji vyjadřuje v kg.m3 nebo g.cm3. Jde o charakteristiku, která má významný vliv na fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva. Například těžké dřevo je pevnější, tvrdší a odolnější proti opotřebení (Požgaj 1993). Variabilita hustoty dřeva je ovlivněná celou řadou činitelů jak vnějších (stanovištní podmínky apod.), tak vnitřních (anatomická stavba, poloha v kmeni, vlhkost apod.). Změny hustoty buku v rámci různých kmenů mají v zásadě stejně rozloženou četnost jako hustoty v rámci jednoho kmene. Poměrně malé rozpětí hodnot hustoty je způsobené tím, že buk málo reaguje na stanovištní a růstové podmínky a tak rozdíly rozpětí hustot buku z různých stanovišť nepřesahuje rozpětí hodnot kmenů jednoho stanoviště. Dále rozpětí závisí na podílu jarního a letního dřeva, přičemž v důsledku nejasného rozlišení u roztroušeně pórovitých dřevin neovlivňuje hustotu buku a je zárukou značné homogenity (Skřipeň v Kozmál 1960). Pöhler et. al (2006) zjistil, že naměřená hustota červeného NJ vykazovala při 714 kg/m3 vyšší hodnotu v průměru o +2,74% oproti hustotě 695 kg/m3 bělového dřeva buku. Výsledek byl statisticky významný, ale ne tak značný. Zajímavou zprávu nám také poskytují Janota a Kurjatko (1978). Z výsledků jejich práce vyplívá neprůkazný a statisticky nevýznamný rozdíl hustoty běle buku (ρ0=665 kg/m3) a jeho nepravého jádra (ρ0=676 kg/m3). Soubor zahrnoval celkem 1964 platných měření.

19

tabulka č. 2: Hustoty dřeva buku dle různých autorů hustota při W=0% (kg/m3)

hustota při W=12% (kg/m3)

680 684 680 680

710 720 720

685

720

685

720

Lexa, 1952 Požgaj, 1993 Wagenfuhr, 2000 Kollmann, 1951 Šlezingerová, Gandělová (2008) Horáček (2001)

Buk se svojí hustotou řadí do skupiny dřev se střední hustotou.

3.5.1.2 Rozměrové změny bukového dřeva Buk v porovnání s našimi nejběžnějšími dřevinami vykazuje velmi vysoké hodnoty radiálního a tangenciálního sesychání a v důsledku toho i největší hodnoty sesychání objemového. Řadíme ho do skupiny dřev velmi sesychaných - bobtnavých. Skřipeň v Kozmál (1960) uvádí jako průměrné objemové sesychání buku βv=18%. Nečesaný (1958) u převažující části bukového materiálu nenalezl rozdíl v bobtnání (sesychání) NJ a běle. Naproti tomu u dubu zjistil tento rozdíl naprosto patrně. Toto si vysvětluje tím, že u buněčných stěn NJ buku nedošlo k impregnaci jádrovými látkami. S tím se ztotožňují i Trendelenburg (1939) a Bosshard (1953) v Nečesaný (1958) a uvádějí, že impregnace stěn hydrofobními jádrovými látkami sníží hygroexpanzi, jak je tomu u jádra dubu, nikoliv však u NJ buku. Pöhler et. al (2006) uvádí, že bobtnání (sesychání) červeného NJ vykazovalo v radiálním směru o +14,29% vyšší statisticky významnou hodnotu oproti běli. Ve směru tangenciálním byl zjištěn podstatně nižší rozdíl +2,27% ve prospěch červeného NJ.

20

Pereligin (1960)

Požgaj (1993)

Wagenfuhr (2000)

Kollmann (1951)

sesychání podélné 0,3 (%) sesychání radiální 5,0 (%) sesychání 11,8 tangenciální (%) sesychání 17,5 objemové (%) koeficient objem. sesychání (%/1%w) koeficient rad. sesychání (%/1%w) koeficient tan. sesychání (%/1%w)

Ugolev (1975)

autor

Lexa (1952)

tabulka č. 3: Charakteristiky sesychání dřeva buku dle různých autorů

-

-

0,3

0,3

0,3

-

-

5,3

5,8

5,8

-

-

12,5

11,8

11,8

-

-

17,5

17,9

17,9

0,47

0,55

-

0,460,6

-

0,17

0,15

-

-

-

0,32

0,33

-

-

-

3.5.2 Mechanické vlastnosti Porovnáme-li

mechanické

vlastnosti

bukového

dřeva

s dalšími

domácími

průmyslovými dřevinami, jako např. dub, smrk, borovice apod. zjistíme, že pevnost bukového dřeva nezaostává za pevností porovnávaných dřevin, ale dokonce ji i značně převyšuje. To je mimo jiné také odrazem jeho vyšší hustoty. 3.5.2.1 Pevnost a pružnost bukového dřeva v tlaku rovnoběžně s vlákny Tlaková pevnost podél vláken je nejcharakterističtější z mechanických vlastností dřeva a nejdůležitější z praktického hlediska (Perelygin L.M. 1960). Působením tlakové síly vzniká ve zkušebním tělese napětí - tedy odpor proti vznikajícím deformacím udávaným v MPa. Odpor v momentě porušení tělesa je potom mezním stavem nazývaným mez pevnosti σp a je tím největším napětím, které je těleso schopné přenést (pevnost dřeva). Narůstající zatížení je doprovázeno zvětšujícími se deformacemi, přičemž v případě tlaku rovnoběžně s vlákny se těleso zkracuje. Vztah mezi napětím a pružnou deformací vysvětluje Youngův modul pružnosti. Jedná se o podíl napětí a poměrné deformace (pouze v intervalu pružných deformací) odpovídající tomuto napětí udávaný též v MPa. Čím je jeho hodnota vyšší, tím větší napětí musíme vytvořit k dosáhnutí deformace. Další velmi důležitou charakteristikou

21

pružnosti je mez úměrnosti. Vypovídá o největším napětí, při kterém se těleso deformuje ještě pružně. Důležitým činitelem je vlhkost dřeva. Dřevo vlhčí je plastičtější a tím i jeho deformace jsou větší, naproti tomu je pevnost menší. Z toho vyplívá, že pro porovnání pevnostních charakteristik je nutná stejná vlhkost vzorků- w=12%, jenž je RVD při okolních podmínkách . V případě zjištěných hodnot při jiné vlhkosti, existuje přepočtový vztah dle příslušných norem. tabulka č. 4: Pevnostní charakteristiky bukového dřeva v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=12% podle různých autorů: Požgaj (1993) Kollmann (1951) Lexa (1952) Wagenfuhr (2000) Peryligin (1960)

mez pevnosti σp (MPa) 56,7 41-62-99 53 62 46

modul pružnosti (MPa) 16 837 16 000 16 000 16 000 -

*Peryliginův údaj pevnosti byl naměřen při w=15% a proto nebude do porovnání zahrnut.

22

4. MATERIÁL A METODIKA 4.1 Výroba vzorků Tělíska byla vyráběna ve školních dílnách na jednooperačních strojích. Pro každou zkoušku bylo vyrobeno 75 ks vzorků v zóně NJ a 75 ks vzorků běle buku, tak aby splňovali příslušné požadavky dané normami. Vstupujícím materiálem do výroby bylo neomítané BK řezivo s vysokou vlhkostí, tloušťky 60 mm a délky 4 m v počtu 15ks. Každý kus řeziva při tom byl vybrán z jiného stromu, aby se zamezilo statistické chybě špatného výběru. Vzhledem k možné proměnlivosti hustoty bukového dřeva po poloměru kmene, bylo vybráno jednak řezivo s nepravým jádrem a dále řezivo bez nepravého jádra. To poskytovalo bělová tělíska stejně vzdálená od dřeně jako v případě tělísek nepravého jádra. Pro jednodušší výrobu byly vybrány pouze fošny středové tzv. radiální s příznivým odklonem letokruhů. Charakter vstupního materiálu a výstupního produktu předurčil jako optimální model výroby příčně podélně příčný tak, jak ukazuje technologické schéma. Typ NJ na řezivu byl: jednoduché okrouhlé, složené okrouhlé a mozajkové (podle Howeckého, Mahlera 1991). Důležité také je, že žádný kus řeziva neobsahoval hnilobu a malé okrouhlé červené jádro, u kterého Pöhler et. al (2006) nacházel rozdíly ve vlastnostech oproti běli. Otázka juvenilního dřeva nebyla v této práci řešena, neboť rozdíly vlastností juvenilního a vyzrálého dřeva jsou typické zejména pro dřevo jehličnatých, nikoli roztroušeně pórovitých dřevin. To vychází z rozdílné stavby a zastoupení jarního a letního dřeva. Hodnoceny budou tedy čistě pouze vlastnosti běle a nepravého jádra. Fotodokumentace celého procesu výroby vzorků je součástí přílohy. Za pomoc při samotné výrobě paří poděkování panu Fraňkovi.

23

Blokové schéma výroby vzorků: sklad vstupního materiálu

zkracování řeziva rovinné frézování plochy řeziva podélné rozřezání řeziva na sdružené přířezy

rovinné frézování plochy a boční plochy sdružených přířezů rovinné frézování sdružených přířezů na přesnou tloušťku

podélné rozřezání sdružených přířezů na jednotlivé přířezy

rovinné frézování jednotlivých přířezů na přesnou šířku

příčné zkracování opracovaných přířezů na přesnou délku zkušebního tělíska

třídění a číslování zkušebních tělísek

zkušební vzorky

4.1.1 Popis jednotlivých operací 1) Zkracování řeziva: Účelem operace je zkrácení 4 m fošen na délku 0,5 m z důvodu snadnější manipulace materiálu a bezpečnosti práce při následných operacích. technické parametry: stroj: zkracovací pila B-Johan výkon motoru: 4KW počet otáček: 2800 min-1

nástroj: pilový kotouč z nástrojové oceli průměr: 350 mm typ ozubení: trojúhelníkové nesouměrné

24

2) Rovinné frézování plochy řeziva: Operace se provádí pro vytvoření rovné plochy řeziva, která je důležitá z hlediska bezpečnosti práce následující operace podélného řezání. technické parametry: stroj: srovnávací frézka B-Johan výkon motoru: 3KW počet otáček: 6000 min-1 délka x šířka stolů: 2500 x 400 mm

nástroj: nože HSS 18 počet nožů: 4 úhel břitu: 42 °

3) Podélné rozřezání řeziva na sdružené přířezy: Zde dochází k podélnému dělení materiálu na tloušťku vzorků s nadmírou na následné opracování. Pro získání správného průběhu vláken byl použit stroj, umožňující úhlové naklápění pilového kotouče. Kotouč se naklápěl specielně pro každý 1 řez tak, aby nejvyšší povolená odchylka letokruhů od hrany příčného průřezu byla do 10°. Nastavení stroje probíhalo zrakovým posouzením. technické parametry: stroj: kotoučová pila SCM Si 16n 3200 výkon motoru: 5,5KW počet otáček: 3000 min-1 naklápění pilového kotouče: 0-45°

nástroj: pilový kotouč PILANA 28 LWZ rozměr: ∅300 x 3,2 / 2,2 x 30 typ broušení: šikmé, střídavě levé a pravé počet zubů: 28

4) Rovinné frézování plochy a boční plochy sdružených přířezů: Operace zajišťuje vytvoření rovné hladké plochy sdruženého přířezu a jeho boční plochy do pravého úhlu. technické parametry: viz. operace č. 2 5) Rovinné frézování sdružených přířezů na přesnou tloušťku: Cílem operace je vytvořit rovný hladký povrch plochy odvrácené již frézované ploše a získat jmenovitou tloušťku sdružených přířezů (tj. jmenovitá tloušťka zkušebních těles). technické parametry: stroj: tloušťkovací frézka TOS Svitavy výkon hlavního motoru: 11,5 KW počet otáček: 6000 min-1 posuvná rychlost: 6 m/min

nástroj: nože HSS 18 úhel břitu: 42 ° počet nožů: 3

6) Podélné rozřezání sdružených přířezů na jednotlivé přířezy: Operací získáme přířezy o jmenovité tloušťce zkušebních vzorků a jmenovité šířce s nadmírou na další opracování. Pro získání čtvercového průřezu je již pilový kotouč nastaven na 90°.

25

technické parametry: viz. operace č. 3 7) Rovinné frézování jednotlivých přířezů na přesnou šířku: Přířezy o jmenovité tloušťce se rovinně frézují na jmenovitou šířku. Výstupem jsou 50 cm dlouhé lišty o cílovém průřezu. technické parametry: viz. operace č. 5 8) Příčné zkracování opracovaných přířezů na přesnou délku zkušebního tělíska: Je finální výrobní operací, kterou se zhotovují zkušební tělíska o jmenovitých rozměrech a požadovaném tvaru. technické parametry: viz. operace č. 3 (s použitím zkracovacího stolu) 9) Třídění a číslování zkušebních tělísek: Je nevýrobní operace, kterou byla na základě zrakové prohlídky vybrána a označena jen ta nejjakostnější tělíska vstupující do procesu měření. Z celkového počtu cca 500 vyrobených kusů tak zůstalo pouze 150 (75+75). Nedovolený byl výskyt: trhliny, suky, poškození hmyzem či houbami, současný výskyt běle i NJ na jednom vzorku, výskyt dřeně, vytrhaná vlákna. Značení se provádělo pořadovým číslem vzorku a písmenem: B pro běl a J pro nepravé jádro. Z technických důvodů je umístěné na tangenciálním řezu každého tělíska.

4.2 Zjišťování fyzikálních vlastností 4.2.1 Měření hustoty Měření hustoty bylo prováděno podle normy ČSN 49 0108 zjišťovanie hustoty při fyzikálných a mechanických zkúškách. 1) zkušební tělesa: mají tvar pravoúhlého hranolu o základně 20x20 mm a délce orientované ve směru vláken 30 mm. Na Příčném řezu je minimální počet letokruhů 5. Norma nepředepisuje specielně ortotropní tělesa. 2) požadavky na měřicí přístroje: pro měření lineárních rozměrů se používá posuvné měřidlo s přesností 0,1mm. Na vážení se používají digitální váhy s přesností 0,01g 3) měření hustoty dřeva: pro porovnání hustoty dřeva NJ a dřeva mimo tuto zónu bylo použito hustoty v absolutně suchém stavu ρ0 dle vzorce č. 1. Tím se eliminuje vliv nestejné vlhkosti tělísek, který by mohl nastat, měřila-li by se hustota dřeva o určité vlhkosti. Výsledek

26

tak nebude zatížen chybou. Pro porovnání výsledků mích a různých autorů byl použit vztah pro přepočet hustoty při w=12% dle vzorce č. 2 podle Horáčka (2001). Aby bylo možné stanovit koeficienty sesychání, byla zjišťována také hustota konvenční. Zjišťovala se vztahem č. 3 a byla dosazena do vzorce č. 5, pro zjištění MNBS. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou zapsány do tabulky, která je součástí přílohy.

Vzorec č. 1: hustota absolutně suchého dřeva dle ČSN 49 0108:

ρ0 =

=

Vzorec č. 2: přepočtový vztah podle Horáčka (2001):

ρw = ρ0 .

Vzorec č. 3: konvenční hustota dle ČSN 49 0108:

ρkw =

=

legenda: ρ0 – hustota dřeva při w=0% (g/cm3), ρw – hustota při dané vlhkosti (g/cm3), ρkw – konvenční hustota dřeva (g/cm3), a0,b0,l0 – lineární rozměry vzorku při w=0% (cm), aw,bw,lw – lineární rozměry vzorku s w (cm), V0- objem vzorku při w=0% (cm3), Vw - objem vzorku při w

MNBS

MNBS (cm3), m0 - hmotnost vzorku při

w=0% (g), w – vlhkost dřeva g/g

4.2.2 Měření sesychání Měření rozměrových změn bylo prováděno podle normy ČSN 49 0126 Skúšky vlastností rostlého dreva. Metoda zjišťovania napúčavosti.

1) zkušební tělesa: mají tvar pravoúhlého hranolu o základně 20x20 mm a délce orientované ve směru vláken 30 mm. Norma předepisuje použití specielně ortotropních tělísek. Úhel sklonu letokruhů ke dvěma přilehlým stranám je maximálně 10°.

27

2) požadavky na přístroje: pro měření lineárních rozměrů se používá digitální posuvné měřidlo s přesností 0,01mm. Na vážení se používají digitální váhy s přesností 0,01g. Sušení zabezpečuje sušárna o t=103 +-2°C. 3) měření sesychání dřeva: Vyrobené vzorky o neznámé vlhkosti byly vloženy do nádoby s vodou po dobu 1 týdne, aby získaly vlhkost nad MNBS, kdy se jejich rozměry již nezvětšují. Poté se posuvným měřítkem změřily jejich rozměry ve 3 směrech: radiálním aw, tangenciálním bw a podélném lw. Tak byly zjištěny maximální rozměry vzorků. Vzorky byly dále sušeny: nejdříve z důvodu možnosti vzniku mikrotrhlin v interiérovém prostředí po dobu 5 dnů, poté byly dosušeny v laboratorní sušárně při t=103+-2°C na nulovou vlhkost tj. dvě po sobě jdoucí měření hmotnosti vzorků po 2 hodinách sušení jsou stejné. Změřením lineárních rozměrů tělísek byly získány minimální rozměry a0, b0, l0. Naměřené hodnoty byly zapsány do tabulky, která je součástí přílohy a dosazeny do vzorce č. 4 pro procentuelní zjištění sesychání. MNBS byla vyjádřena pomocí vztahu č. 5 a byla dále dosazena do vztahu č. 6. Vztah č. 6 potom vyjadřuje výpočet koeficientu sesychání tj. změna příslušného rozměru v % při změně vlhkosti o 1%.

Vzorec č. 4: výpočet sesychání podle Horáčka (2001): a) pro výpočet lineárního sesychání: βi max =

. 100

b) pro výpočet objemového sesychání: βv max =

. 100

Vzorec č. 5: výpočet MNBS podle Horáčka (2001): MNBS = (

-

) . ρH2O . 100

Vzorec č. 6: výpočet koeficientu sesychání podle Horáčka (2001): a) pro výpočet koeficientu sesychání v lineárním směru:

28

Kβi =

b) pro výpočet objemového koeficientu sesychání: KβV =

legenda: βi

max

– maximální sesychání v příslušném směru (%), Rw – rozměr vzorku v příslušném směru při

W MNBS (mm), R0 - rozměr vzorku v příslušném směru při W = 0% (mm), značení příslušného směru: a – radiální (a0, aw), b – tangenciální (b0, bw), l – podélný (l0, lw), βv max – maximální objemové sesychání (%), Vw – objem vzorku v příslušném směru při W MNBS (mm3), V0 - rozměr vzorku v příslušném směru při W = 0% (mm3), MNBS- mez nasycení buněčných stěn (MH) (%), ρkw – hustota konvenční dřeva (g/cm3), ρ0 – hustota dřeva při w=0% (g/cm3), ρH2O – hustota vody = 1 g/cm3, Kβi – koeficient sesychání v daném směru (%/1%), KβV – koeficient objemového sesychání (%/1%)

4.3. Zjišťování mechanických vlastností 4.3.1 Měření meze pevnosti a modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken Měření meze pevnosti a modulu pružnosti v tlaku podél vláken bylo prováděno podle norem ČSN 49 0110 Drevo. Medza pevnosti v tlaku v smere vlákien a ČSN 49 0111 Skúšky vlastností rastlého dreva. Metóda zisťovania modulu pružnosti v tlaku pozdlž vlákien.

1) zkušební tělesa: mají tvar pravoúhlého hranolu o základně 20x20 mm a délce orientované ve směru vláken 30 mm. Norma nepředepisuje specielně ortotropní tělesa. 2) požadavky na přístroje: pro měření lineárních rozměrů se používá posuvné měřidlo s přesností 0,01mm. Zkušební stroj pracuje s přesností zatížení do 1% a zajišťuje rychlost porušení tělesa v čase 1+-0,5 min. od začátku zatěžování. 3) měření mechanických vlastností v tlaku ve směru vláken: Pomocí posuvného měřítka byly uprostřed délky tělesa změřeny příčné lineární rozměry (radiální, tangenciální) každého vzorku o nulové vlhkosti. Tyto hodnoty byly zaneseny do programu test-Xpert. v5.01, jenž je ovládacím programem měřicího stroje. Vzorky byly poté po jednom vkládány

29

do čelistí měřicího stroje, opatřeny extenzometrem a programem byl stroj spouštěn. Zjišťování meze pevnosti v tlaku ve směru vláken probíhalo automaticky pomocí výpočetní techniky napojené na stroj podle vztahu č. 7. Výsledek byl zaokrouhlen na celé 0,5 MPa. Pro porovnání mezí pevností v tlaku ve směru vláken uvedených v literárním přehledu (při w=12%) a mnou naměřených (při w=0%) byl použit přepočtový vztah č. 8. Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken byl zjišťován též pomocí výpočetní techniky podle vztahu č. 9. Výsledek byl zaokrouhlen na celé stovky MPa. Pro porovnání vlastních hodnot s literárními zdroji (při w=12%) byl použit přepočet č. 10. Dále byla zjišťována maximální deformace v momentě porušení tělesa. Naměřené hodnoty jsou zaneseny v tabulkách, které jsou součástí přílohy.

Vzorec č. 7: výpočet meze pevnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN 49 0110: σmax =

Vzorec č. 8: přepočtový vztah meze pevnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN 49 0110: σmax 12 = σmax w . (1 + α . (w-12))

α - opravný vlhkostní koeficient pro všechny dřeviny 0,04

Vzorec č. 9: výpočet modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN 49 0111: ε=

E=

Vzorec č. 10: přepočtový vztah modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN 49 0111: E12 = Ew . (1 + α . (w-12))

α - opravný vlhkostní koeficient pro všechny dřeviny 0,02

30

legenda: σmax – mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=0% (MPa), a,b – lineární rozměry příčného průřezu vzorků (mm), Fmax – maximální zatížení (N), σmax 12 – mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=12% (MPa), σmax w – mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w v době zkoušky (MPa), w – vlhkost tělesa v době zkoušky (%), E – modul pružnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=0% (MPa), E12 – modul pružnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=12% (MPa), Ew – modul pružnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w v době zkoušky (MPa), σ - napětí v oblasti pružných deformací (MPa), ε - poměrná deformace v podélném směru odpovídající napětí σ, ∆l – deformace tělesa (mm), l – délka tělesa (mm)

4.4 Statistické vyhodnocení U každého souboru naměřených dat byl vyhodnocen aritmetický průměr, minimální a maximální hodnota, směrodatná odchylka a variační koeficient. Pro porovnání souborů dat mezi bělí a nepravým jádrem byl použit t-test středních hodnot. Závislost mezi jednotlivými veličinami byla zjišťována na základě korelační a regresní analýzy. Grafické vyjádření zajišťují krabicové grafy. Zvolená hladina významnosti α = 0,05. Při výběru (třídění) zkušebních tělísek nebyl vybírán stejný počet jedinců z každé 1 fošny, ale všechny tělíska byla dána na 1 hromadu, ze kterých se vybrali reprezentanti. Podobně bylo postupováno při výběru fošen, ze kterých jsou vzorky vyrobeny. Díky tomu se jedná o dvoustupňový náhodný výběr. Z celkového počtu měření (tj. 75 + 75) nebyla do statistického vyhodnocení zahrnuta ta měření, jež vykazovala extrémní hodnoty, či chybná měření. Takové hodnoty totiž narušují normální rozdělení souboru, a proto by nebylo možné použít parametrický test s vyšší sílou testu. 4.4.1 Aritmetický průměr Aritmetickým průměrem charakterizujeme hodnotu, okolo níž kolísají jednotlivé prvky souboru (Drápela, Zach 2002). Používá se pro neroztříděný soubor. – aritmetický průměr = xi – reprezentant N – rozsah souboru 31

4.4.2 Směrodatná odchylka Je nejlepší charakteristikou variability. Její rozměr je stejný jako rozměr veličiny, což je její hlavní výhodou (Drápela, Zach 2002).

S=

S – směrodatná odchylka xj – reprezentant

4.4.3 Variační koeficient Je relativní mírou variability. Používá se k porovnání variability různých souborů. S% = . 100

4.4.4 T-testy středních hodnot U těchto testů testujeme shodu středných hodnot. Protože se jedná o soubory dat s měřením 2 skupin vzorků, byl použit dvouvýběrový t-test s nezávislými výběry. Předpokladem možnosti jeho využití je normální rozdělení souborů naměřených dat. V případě, že soubor či soubory neměly normální rozdělení, byla využita Box-Coxova transformace. Zjištění normálního rozdělení souboru bylo provedeno pomocí ShapiroWilkova testu. Před použitím vlastního t-testu je nutné provést testování homogenity rozptylů pomocí vhodného F-testu. Nebyla-li zamítnuta nulová hypotéza o homogenitě rozptylů, byl použit ttest s rovností rozptylů. Byla-li zamítnuta nulové hypotéza o homogenitě rozptylů, byl použit t-test s nerovností rozptylů. 4.4.5 Korelační a regresní analýza Zkoumá vztahy mezi jevy. Zjišťuje existenci vlivu změny úrovně nezávislé proměnných na změnu úrovně závislého znaku. Pro zjištěnou existenci vlivu vytváří vhodný matematický model závislosti, doplněný o parametry modelu. Též měří těsnost závislosti a ověřuje hypotézy o statistické významnosti závislosti. Pro potřeby této práce byl použit lineární model.

32

5. VÝSLEDKY 5.1 Výsledky fyzikálních vlastností 5.1.1 Hustota Kompletní přehled o měření hustoty je zaznamenán v tabulkách č. 1, 2, 3, 4, 5 a 6, které jsou součástí tabulkové přílohy. Souhrnný přehled o naměřených hustotách při w = 0% poskytuje tabulka č. 5, dále pak při w = 12% poskytuje tabulka č. 6. Porovnání středních hodnot pomocí t-testu bylo prováděno pouze pro w = 0%, neboť hustoty při w = 12% jsou pouze přepočtené a výsledky by vyšli stejné. Grafické znázornění rozložení hustot při w = 0% jednotlivých souborů znázorňuje graf č. 1. Měřená hustota tělísek běle při w = 0% nabyla střední hodnoty 631 Kg/m3. Hustota tělísek nepravého jádra při stejné vlhkosti nabyla hodnoty 666 Kg/m3. Hustota tělísek nepravého jádra je tedy vyšší o 35 Kg/m3, což je poměrně znatelný rozdíl. V procentuelním vyjádření dělá tento rozdíl 5,25%. Nízké hodnoty variačních koeficientů poukazují na vysokou homogenitu obou souborů. Pouze minimální hodnota hustoty nepravého jádra je tzv. odlehlá (viz. graf č.1) a mohla být způsobena variabilností vlastností dřeva. Pro porovnání dat byl použit t-test středních hodnot. Ten doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Hustoty považujeme s 95% pravděpodobností za odlišné.

maximální hodnota Kg/m3

minimální hodnota Kg/m3

směrodatná odchylka Kg/m3

variační koeficient %

běl NJ

střední hodnota Kg/m3

zóna

počet platných měření

tabulka č. 5: Naměřené hustoty těles při w = 0%

75 75

631 666

686 723

593 584

24,5 27,5

3,9 4,1

33

statistické vyhodnocení

hodnota p

rozhodnutí o H0

8,4*10-14

zamítáme

maximální hodnota Kg/m3

minimální hodnota Kg/m3

směrodatná odchylka Kg/m3


běl NJ

střední hodnota Kg/m3

zóna


tabulka č. 6: Přepočtené hustoty těles při w = 12%

75 75

660 694

714 749

622 614

23,9 26,7

3,6 3,8


hodnota p

rozhodnutí o H0

nevyhodnocuje se

740 720 700 680 660 640 620 600 580 560 hustota b¨§le při w = 0% hustota NJ při w = 0%

Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé

Graf č. 1: Hustota běle a nepravého jádra při w = 0%

5.1.2 Radiální sesychání Kompletní přehled o všech rozměrových změnách poskytují tabulky č. 7, 8, 9, 10, 11 a 12, které jsou součástí tabulkové přílohy. Souhrnné hodnoty radiálního sesychání potom poskytuje tabulka č. 7. Grafické znázornění rozložení hodnot radiálního sesychání poskytuje krabicový graf č. 2. Zjištěné radiální sesychání má pro bělová tělíska průměrnou hodnotu 4,99% a pro tělíska nepravého jádra 5,98%. Rozdíl v sesychání tělísek NJ a běle je 0,99% změny rozměru ve prospěch nepravého jádra. V procentuelním vyjádření je sesychání nepravého jádra o 16,55% vyšší oproti sesychání bělových tělísek, což je rozdíl dosti značný. Oba soubory vykazují značnou homogenitu, neboť ani jeden nemá odlehlé ani extrémní hodnoty. To potvrzují i velmi nízké variační koeficienty.

34

Provedený t- test středních hodnot doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Radiální sesychání můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišné.

maximální hodnota %

minimální hodnota %

směrodatná odchylka %


běl NJ

střední hodnota %

zóna


tabulka č. 7: Naměřené hodnoty radiálního sesychání

74 75

4,99 5,98

5,83 6,97

4,43 5,1

0,32 0,46

6,41 7,69


hodnota p

rozhodnutí o H0

0,00

zamítáme

10

9

8

7

6

5

4 radiální sesychání běle radiální sesychání NJ

Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Extrémy

Graf č. 2: Radiální sesychání běle a nepravého jádra

5.1.3 Tangenciální sesychání Přehled o naměřených hodnotách tangenciálního sesychání běle a nepravého jádra poskytuje tabulka č. 8. Grafické znázornění tangenciálního sesychání poskytuje krabicový graf č. 3. Tangenciální sesychání má pro běl střední hodnotu 11,3% a pro nepravé jádro 12,1%. Rozdíl mezi celkovým tangenciálním sesycháním tělísek nepravého jádra a běle má přibližnou hodnotu 0,8% změny rozměru ve prospěch nepravého jádra. V procentuelním vyjádření je sesychání nepravého jádra o 6,6% vyšší oproti sesychání bělových tělísek, což

35

není velký rozdíl. Opět můžeme vidět v souboru tangenciálního běle 2 odlehlé hodnoty, jenž mohou být způsobeny variabilností vlastností dřeva. T-test doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Tangenciální sesychání můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišné.





běl NJ

střední hodnota %

zóna


tabulka č. 8: Naměřené hodnoty tangenciálního sesychání

75 75

11,3 12,1

14,2 13,6

9,2 11,1

0,7 0,52

6,2 4,3


hodnota p

rozhodnutí o H0

5,1*10-13

zamítáme

15

14

13

12

11

10

9

8 tangenciální sesychání běle tangenciální sesychání NJ


Graf č. 3: Tangenciální sesychání běle a nepravého jádra

5.1.4 Podélné sesychání Přehled o naměřených hodnotách podélného sesychání běle a nepravého jádra poskytuje tabulka č. 9. Grafické znázornění rozložení hodnot podélného sesychání poskytuje krabicový graf č. 4. Střední hodnota podélného sesychání běle je 0,12% a nepravého jádra 0,19%. Opět můžeme pozorovat vyšší hodnotu sesychání u nepravého jádra. Rozdíl mezi podélným

36

sesycháním tělísek nepravého jádra a běle má hodnotu 0,7%. V procentuelním vyjádření je sesychání nepravého jádra o 36,8% vyšší oproti sesychání bělových tělísek. Tak vysoká hodnota je naprosto zásadní rozdíl. Jak vyplývá z grafu č. 4, objevuje se mnoho odlehlých. To dokazují i vysoké hodnoty variačních koeficientů. Mnoho hodnot je také nulových, což poukazuje na fakt, že k rozměrovým změnám buď nedošlo, nebo nebyly podchyceny. Použitý t-test doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Podélné sesychání můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišné.





běl NJ

střední hodnota %

zóna


tabulka č. 9: Nnaměřené hodnoty tangenciálního sesychání

75 75

0,12 0,19

0,55 0,66

0,00 0,00

0,14 0,13

117 68


hodnota p

rozhodnutí o H0

0,001

zamítáme

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1 podélné sesychání běle podélné sesychání NJ

Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy

Graf č. 4: Podélné sesychání běle a nepravého jádra 5.1.5 Objemové sesychání Souhrn naměřených hodnoty objemového sesychání běle a nepravého jádra poskytuje tabulka č. 10. Porovnání objemového sesychání nepravého jádra a běle poskytuje krabicový graf č. 5. Již větší lineární sesychání nepravého jádra ve všech směrech určuje, že i jeho objemové sesychání oproti běli bude větší. Střední hodnota objemového sesychání nepravého

37

jádra dosahuje hodnoty 17,5%, kdežto běle pouze 15,8%. Rozdíl mezi celkovým objemovým sesycháním nepravého jádra a běle je 1,7%. V procentuelním vyjádření dělá tento rozdíl 9,7%, což je znatelný rozdíl. I krabicový graf č. 5 naznačuje významný rozdíl mezi bělí a nepravým jádrem. Vyskytuje se i odlehlá hodnota u souboru běle, což má na homogenitu souboru minimální vliv. Při statistické analýze doporučil t-test s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Objemové sesychání můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišné.

střední hodnota %





zóna


tabulka č. 10: Naměřené hodnoty objemového sesychání

74 75

15,8 17,5

18,4 19

13,6 15,9

0,84 0,76

5,3 4,3

běl NJ


hodnota p

rozhodnutí o H0

1,2*10-26

zamítáme

21

20

19

18

17

16

15

14

13 objemové sesychání běle objemové sesychání NJ

Graf č. 5: Objemové sesychání běle a nepravého jádra

38

Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy

5.1.6 Koeficient radiálního sesychání Souhrn vypočtených hodnot koeficientů radiálního sesychání běle a nepravého jádra poskytuje tabulka č. 11. Pro porovnání koeficientů radiálního sesychání nepravého jádra a běle slouží krabicový graf č. 6. Trend vyššího sesychání nepravého jádra oproti běli byl zachován i v případě koeficientů sesychání, což je vzhledem k charakteru veličiny a jejího výpočtu logické. Střední hodnota koeficientu radiálního sesychání nepravého jádra dosáhla hodnoty 0,19 %/1%, kdežto běle 0,17 %/1%. Rozdíl mezi koeficienty radiálního sesycháním nepravého jádra a běle je 0,02 %/1% a v procentuelním vyjádření je tento rozdíl 10,5 %. Takový rozdíl je dosti markantní. Z grafu č. 6 můžeme u souboru běle pozorovat výskyt odlehlých hodnot. Takové rozložení hodnot koresponduje s rozložením hodnot u radiálního sesychání, což je opět vzhledem ke vzájemnému vztahu obou veličin logické. Variační koeficienty obou souborů nabyly rozumných hodnot, abychom mohli oba soubory považovat za homogenní. Statistická analýza t-testu doporučila s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Koeficienty radiálního sesychání běle a nepravého jádra buku můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišné.

maximální hodnota %/1%

minimální hodnota %/1%

směrodatná odchylka %/1%


běl NJ

střední hodnota %/1%

zóna


tabulka č. 11: Naměřené hodnoty koeficientů radiálního sesychání

74 75

0,17 0,19

0,19 0,23

0,13 0,16

0,009 0,016

10 8,4

39


hodnota p

rozhodnutí o H0

2,2*10-21

zamítáme

0,24

0,22

0,20

0,18

0,16

0,14 Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé

0,12 běl

nepravé jádro

Graf č. 6: Koeficienty radiálního sesychání běle a nepravého jádra

5.1.7 Koeficient tangenciálního sesychání Přehled vypočtených hodnot koeficientů tangenciálního sesychání běle a nepravého jádra poskytuje tabulka č. 12. Pro porovnání koeficientů tangenciálního sesychání nepravého jádra a běle slouží krabicový graf č. 7. Koeficient tangenciálního sesychání nepravého jádra nabyl hodnoty 0,39 %/1% a běle 0,38 %/1%. Rozdíl mezi oběma koeficienty tangenciálního sesycháním nepravého jádra a běle je 0,01 %/1% ve prospěch nepravého jádra, což je v procentuelním vyjádření 2,6 %. Rozdíl je tedy velmi nepatrný. U souboru nepravého jádra se objevují 2 odlehlé hodnoty. Tak jak můžeme pozorovat u grafu č. 3, i zde u grafu č. 7 se intervaly hodnot 25-75 % překrývají. T-test středních hodnot doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Koeficienty tangenciálního sesychání běle a nepravého buku

můžeme

s 95%

pravděpodobností

považovat

za




běl NJ


zóna


tabulka č. 12: Naměřené hodnoty koeficientů tangenciálního sesychání počet platných měření

jádra

75 74

0,38 0,39

0,41 0,45

0,35 0,35

0,016 0,020

4,2 5,1

40


hodnota p

rozhodnutí o H0

0,0034

zamítáme

odlišné.

0,50

0,48

0,46

0,44

0,42

0,40

0,38

0,36 Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy

0,34

0,32 běl

nepravé jádro

Graf č. 7: Koeficienty tangenciálního sesychání běle a nepravého jádra

5.1.8 Koeficient objemového sesychání Přehled hodnot koeficientů objemového sesychání běle a nepravého jádra poskytuje tabulka č. 13. Pro porovnání koeficientů tangenciálního sesychání nepravého jádra a běle slouží krabicový graf č. 8. Střední hodnota koeficientu objemového sesychání nepravého jádra nabyla hodnoty 0,56 %/1% a běle 0,53 %/1%. Rozdíl mezi oběma koeficienty objemového sesycháním nepravého jádra a běle je 0,03 %/1% ve prospěch nepravého jádra, což je v procentuelním vyjádření 5,4 %. Rozdíl je tedy velmi malý. U obou souborů se objevují odlehlé hodnoty, jež ovšem nemají velký vliv na homogenitu souborů. To potvrzují i velmi nízké variační koeficienty. T-test středních hodnot doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Koeficienty objemového sesychání běle a nepravého jádra buku můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišné.





běl NJ


zóna


tabulka č. 13: Naměřené hodnoty koeficientů objemového sesychání

75 74

0,53 0,56

0,62 0,68

0,50 0,51

0,02 0,03

3,8 5,4

41


hodnota p

rozhodnutí o H0

23,7*10-12

zamítáme

0,70 0,68 0,66 0,64 0,62 0,60 0,58 0,56 0,54 0,52 Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé

0,50 0,48 běl

nepravé jádro

Graf č. 8: Koeficienty objemového sesychání běle a nepravého jádra

5.2 Výsledky mechanických vlastností Pro prvotní a subjektivní porovnání mechanických vlastností při tlaku ve směru vláken bělových tělísek a tělísek nepravého jádra uvádím pracovní diagramy č. 1 a 2. Diagramy vykreslují všechny měření tj. 75 běle a 75 nepravého jádra. Hodnoty jsou dosti vysoké,

NAPĚTÍ ( MPa )

NAPĚTÍ ( MPa )

protože měření bylo prováděno při 0% vlhkosti.

POMĚRNÁ DEFORMACE (%)

POMĚRNÁ DEFORMACE (%)

pracovní diagram č. 1: běl

pracovní diagram č. 2: nepravé jádro

42

5.2.1 Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken Kompletní přehled o měření mechanických vlastností je zaznamenán v tabulkách č. 13 a 14, které jsou součástí tabulkové přílohy. Souhrnný přehled o naměřených mezích pevností v tlaku ve směru vláken při w = 0% poskytuje tabulka č. 14, dále pak při w = 12% poskytuje tabulka č. 15. Porovnání středních hodnot pomocí t-testu bylo prováděno pouze pro w = 0%, neboť pevnosti při w = 12% jsou pouze přepočtené a výsledky by vyšli stejné. Grafické znázornění rozložení mezí pevností v tlaku ve směru vláken při w = 0% jednotlivých souborů znázorňuje krabicový graf č. 9. Střední hodnota meze pevnosti v tlaku ve směru vláken při 0% vlhkosti nabyla u bělových tělísek hodnoty 98 MPa a u tělísek nepravého jádra 103,9 MPa. Rozdíl mezi oběma hodnotami nepravého jádra a běle je 5,9 MPa ve prospěch nepravého jádra, což je v procentuelním vyjádření 5,7 %. Rozdíl je tedy velmi malý. Též variabilita hodnot obou souborů je poměrně malá. U obou souborů se objevují odlehlé hodnoty, jež mají minimální vliv na homogenitu souborů, dokázanou malými hodnotami variačních koeficientů. T-test středních hodnot doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken běle a nepravého jádra buku můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišnou.

maximální hodnota MPa

minimální hodnota MPa

směrodatná odchylka MPa


běl NJ

střední hodnota MPa

zóna


tabulka č. 14: Naměřené hodnoty meze pevnosti v tlaku ve směru vláken při w = 0%

74 73

98,0 103,9

112 115

75,5 78,5

7,3 6,6

7,4 6,4


hodnota p

rozhodnutí o H0

27,8*10-9

zamítáme





běl NJ


zóna


tabulka č. 15: Naměřené hodnoty meze pevnosti v tlaku ve směru vláken při w = 12%

74 73

51,0 54,0

58,5 60,0

39,5 41,0

3,8 3,4

7,4 6,3

43


hodnota p

rozhodnutí o H0

nevyhodnocuje se

120 115 110 105 100 95 90 85 80 Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé

75 70 běl

nepravé jádro

Graf č. 9: Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken běle a nepravého jádra při w = 0%

5.2.2 Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken Souhrnný přehled o naměřených modulech pružnosti v tlaku podél vláken při w = 0% poskytuje tabulka č. 16, dále pak při w = 12% poskytuje tabulka č. 17. Porovnání středních hodnot pomocí t-testu bylo prováděno pouze pro w = 0%, neboť moduly pružnosti při w = 12% jsou pouze přepočtené a výsledky by vyšli stejné. Grafické znázornění hodnot modulů pružnosti v tlaku ve směru vláken při w = 0% jednotlivých souborů znázorňuje krabicový graf č. 10. Střední hodnota modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken při 0% vlhkosti nabyla u bělových tělísek hodnoty 19 250 MPa a u tělísek nepravého jádra 17 250 MPa. Rozdíl mezi oběma moduly pružností nepravého jádra a běle je 2000 MPa nyní již ale ve prospěch běle. V procentuelním vyjádření činí tento rozdíl 10,4 %, což je málo. Variabilita hodnot je ovšem velmi vysoká. Dosahuje variačních koeficientů až 29,0 a 21,1%. Z grafu č. 10 dále vyplývá existence značného množství odlehlých hodnot. Takové hodnoty přisuzuji variabilitě vlastnostem dřeva, jakož to přírodnímu materiálu a dále možnosti nepřesného měření. U souboru nepravého jádra je počet platných měření zmenšen mimo extrémních hodnot ještě o jedno. Zde extenzometry naměřily zápornou hodnotu pružnosti, která nemůže být pro další vyhodnocení použita. T-test středních hodnot doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken běle a nepravého jádra buku můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišnou. 44

tabulka č. 16: Naměřené hodnoty modulů pružnosti v tlaku ve směru vláken při w =





běl NJ


zóna


0%

71 71

19250 17250

32800 33600

10900 6400

4063 5009

21,1 29,0


hodnota p

rozhodnutí o H0

0,01

zamítáme

tabulka č. 17: Naměřené hodnoty modulů pružnosti v tlaku ve směru vláken při w =





běl NJ


zóna


12%

71 71

15162 13114

30700 25500

8300 4900

4015 3803

26,5 29,0


hodnota p

rozhodnutí o H0

nevyhodnocuje se

35000

30000

25000

20000

15000

10000 Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé

5000 běl

nepravé jádro

Graf č. 10: Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken běle a nepravého jádra při w = 0%

45

5.2.3 Maximální deformace při tlaku ve směru vláken Souhrnný přehled o naměřených maximálních poměrných deformacích v tlaku ve směru vláken při w = 0% poskytuje tabulka č. 18. Grafické znázornění hodnot deformací v tlaku ve směru vláken při w = 0% jednotlivých souborů znázorňuje krabicový graf č. 11. Průměrná hodnota maximální poměrné deformace v tlaku ve směru vláken při 0% vlhkosti nabyla u bělových tělísek hodnoty 1,11 % a u tělísek nepravého jádra 1,35 %. Rozdíl mezi oběma deformacemi nepravého jádra a běle je 0,24 % ve prospěch nepravého jádra. V procentuelním vyjádření činí tento rozdíl 17,8 %, což je velký rozdíl. Opět můžeme pozorovat vysokou variabilitu hodnot u obou souborů. Variačních koeficienty dosahují hodnot 27 a 32%. Z grafu č. 11 dále vyplývá existence značného množství odlehlých hodnot. Takové hodnoty přisuzuji variabilitě vlastnostem dřeva, jakož to přírodnímu materiálu a dále možnosti nepřesného měření. U souboru nepravého jádra je počet platných měření zmenšen o jedno, neboť při měření došlo k chybě u 11. tělíska. Zde extenzometry naměřily zápornou hodnotu modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken, která nemůže být pro další vyhodnocení použita. T-test středních hodnot doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Maximální deformaci v tlaku ve směru vláken běle a nepravého jádra buku můžeme s 95% pravděpodobností považovat za odlišnou.

tabulka č. 18: Naměřené hodnoty maximální poměrné deformace v tlaku ve směru





běl NJ

střední hodnota %

zóna


vláken při w = 0%

75 74

1,11 1,35

1,92 2,54

0,19 0,18

0,3 0,43

27 32

46


hodnota p

rozhodnutí o H0

0,00012

zamítáme

2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4


0,2 0,0 běl

nepravé jádro

Graf č. 11: Maximální poměrná deformace v tlaku ve směru vláken běle a nepravého jádra při w = 0%

5.3 Zjišťování závislostí 5.3.1 Zjišťování závislosti objemového sesychání na hustotě Oba soubory byly podrobeny korelační a regresní analýze pro zjišťování závislosti objemového sesychání na hustotě. Bylo sledováno, zda u obou souborů je závislost a trend závislosti stejný či nikoliv. Pro potřeby analýzy byly použity hodnoty hustoty při vlhkosti w = 0%. Grafické znázornění zajišťuje graf č. 12.

Graf č. 12: Závislost objemového sesychání na hustotě běle a nepravého jádra 47

U obou souborů je koeficient determinace poměrně nízký. Celkový rozptyl u souboru běle je vyjádřen z (R2 = 0,387) 38,7% a u souboru nepravého jádra (R2 = 0,367). Oba trendy jsou rostoucí. S rostoucí hustotou roste i vlhkostní rozměrová změna, což je vzhledem ke stavbě dřeva logické. U souboru nepravého jádra při tom roste pomaleji.

5.3.2 Zjišťování závislosti meze pevnosti v tlaku ve směru vláken na hustotě Pro zjištění závislosti meze pevnosti v tlaku ve směru vláken na hustotě byly oba soubory podrobeny korelační a regresní analýze. Bylo sledováno, zda u obou souborů je závislost a trend závislosti stejný či nikoliv. Pro potřeby analýzy byly použity hodnoty hustoty i meze pevnosti v tlaku ve směru vláken při stejné vlhkosti w = 0%. Grafické znázornění zajišťuje graf č. 13.

Graf č. 13: Závislost meze pevnosti v tlaku ve směru vláken na hustotě běle a nepravého jádra

Koeficient determinace je znatelně vyšší u souboru pro běl. Zde je celkový rozptyl vysvětlen z (R2 = 0,483) 48,3%, což ovšem není příliš vysoká hodnota. U souboru pro nepravé jádro je rozptyl vysvětlen z (R2 = 0,223) 22,3%, což je velmi málo. Oba lineární trendy vykázaly rostoucí tendenci. S rostoucí hustotou roste i mez pevnosti v tlaku podél vláken, což je logické. U souboru nepravého jádra při tom roste pomaleji.

48

6. DISKUSE Počet měření a odstranění extrémních hodnot se ukázalo jako správné řešení pro statistické hodnocení. Do doby než byly tyto extrémní hodnoty odstraněny, mělo pouze 6 souborů z 22 normální rozdělení. Po odstranění extrémních hodnot sice klesl počet měření v jednotlivých souborech, ale všechny soubory již měly normální rozdělení a tak nic nebránilo v použití parametrického t-testu. Počet odstraněných extrémních hodnot v souboru dosahoval maximálně 4, což z hlediska počtu měření nemělo vliv na velikost výběrového souboru. Při souhrnném obecném hodnocení jsem došel k překvapivým výsledkům. Ač drtivá většina odborné literatury připouští určitý rozdíl ve vlastnostech běle a nepravého jádra buku, nepovažuje tyto rozdíly statisticky významné. Výsledky mnou naměřené a vyhodnocené hovoří ale jinak. Všechny měřené a porovnávané vlastnosti vykazovaly statisticky významné rozdíly. Při zkouškách bylo ale postupováno dle platných směrnic, a tak nepřipouštím, že tyto odlišnosti by byly způsobeny špatnou metodikou, či špatným měřením. Výsledky a jejich vypovídající hodnotu považuji za korektní.

6.1 Hustota Naměřená hustota nepravého jádra při nulové vlhkosti ρ0 = 666 Kg/m3 nabyla o 35 Kg/m3 vyšší hodnotu, než v případě běle ρ0 = 631 Kg/m3. Možné vysvětlení vyšší hustoty nepravého jádra můžeme vidět v ukládání jádrových látek do lumenů buněk, které zcela jistě zvýšily hmotnost těchto tělísek. Možnou hypotézou může také být pokles hustoty dřeva směrem od dřeně k obvodu, což ale z důvodu zvolené metodiky vylučuji. Při porovnání mnou naměřených hustot s literárními prameny zjistíme, že naměřené hustoty jsou menší. Konkrétně odborná literatura uvádí hodnoty hustoty při nulové vlhkosti ρ0 = 685 Kg/m3, oproti mnou naměřené průměrné hustotě ρ0 = 648,5 Kg/m3. Možné srovnání také nabízí hustoty při standardní vlhkosti 12%. Z literatury to je ρ12 = 720 Kg/m3 a mnou naměřená průměrná hodnota je ρ12 = 677 Kg/m3. Rozdíl je tedy poměrně markantní: 43 Kg/m3. Toto jen dokazuje fakt, že dřevo je přírodní materiál s proměnnými vlastnostmi a i když odborná literatura uvádí malé rozpětí hustot buku v rámci stanoviště růstu apod., můžeme zde najít větší rozdíly.

49

6.2 Vlhkostní rozměrové změny Velmi důležitou vlastností, zejména v praxi, jsou tvarové a rozměrové změny způsobené změnou vlhkosti. U dřevin s tzv. pravým jádrem můžeme pozorovat nižší změny jádra oproti běli. Přesně naopak je tomu v případě naměřených hodnot nepravého jádra. Všechny prováděné měření dokazují, že bobtnání a sesychání nepravého jádra buku je statisticky vyšší oproti běli buku a to ve všech směrech. Ve směru radiálním jsem naměřil hodnotu sesychání pro nepravé jádro βrad. = 5,98% a pro běl βrad. = 4,99%. Rozdíl tedy dělá 0,99% pro nepravé jádro. Porovnám-li průměrnou hodnotu radiálního sesychání βrad. = 5,49% s průměrnou hodnotou dostupných literárních zdrojů βrad. = 5,55%, zjistím, že hodnoty se liší jen nepatrně a považuji je za stejné. Ve směru tangenciálním dosáhly naměřené hodnoty sesychání nepravého jádra βtan. = 12,1% a běle βtan. = 11,3%. Rozdíl obou hodnot je 0,8% ve prospěch nepravého jádra. Odborná literatura uvádí, že průměrné sesychání buku v tangenciálním směru má hodnotu βtan .

= 12,15% . Mnou naměřené průměrné tangenciální sesychání je βtan. = 11,7%. V porovnání

obou hodnot má mnou naměřené tangenciální sesychání sice menší hodnotu, ale rozdíl je poměrně malý a nevýznamný. Tangenciální sesychání považuji za stejné s literaturou. Posledním lineárním směrem je směr podélný. Ten ze všech směrů sesychání logicky vykazoval nejnižší hodnoty. Naměřené hodnoty pro nepravé jádro zde dosáhly střední hodnoty βl = 0,19% a pro běl βl = 0,12%. Rozdíl tedy dělá 0,07% pro nepravé jádro a je statisticky významný. Porovnáním průměru naměřených hodnot βl = 0,155% s literárními zdroji βl = 0,3% jsem zjistil, že naměřené hodnoty jsou 2x menší než v literatuře. I přes takto velký rozdíl nehraje podélné sesychání žádnou roli, neboť je tak malé, že se v praxi nebere v úvahu a nijak se neřeší. Proto je hledání rozdílů ve vlastnostech mezi bělí a nepravým jádrem v rámci podélného sesychání pouze doplňkové. Již statisticky významné rozdíly ve větším lineárním sesychání nepravého jádra vedou k závěru, že i objemové sesychání nepravého jádra bude statisticky větší než u běle. Naměřené hodnoty objemového sesychání nepravého jádra dosáhli střední hodnoty βV = 17,5% a běle pouze βV = 15,8%. Zjištěný rozdíl je 1,7% a je statisticky významný. Literatura uvádí průměrné objemové sesychání buku βV = 17,7%, jež je plně srovnatelné se mnou naměřeným průměrným sesycháním βV = 16,7%. Mezi literaturou a mými výsledky v tomto ohledu nenacházím rozdílů.

50

Stejně jako u celkového sesychání, i v rámci koeficientů sesychání nacházím logicky stejné výsledky. Koeficienty lineárního a objemového sesychání pro nepravé jádro vykazují statisticky vyšší hodnoty oproti běli. V porovnání s literaturou jsou jejich střední hodnoty takřka stejné. Odlišnosti mezi literaturou a mými výsledky je jen malá a nevýznamná. Vyšší tvarové a objemové změny nepravého jádra přisuzuji vyšší hustotě těchto tělísek. Vyšší hustota při vědomí stejného poměrného zastoupení celulosy, hemicelulos a ligninu poukazuje na větší množství hydroxylových –OH skupin, nacházející se ve stejném objemu dřeva oproti dřevu s nižší hustotou. Zde tedy nastává schopnost dřeva přijmout více vody vázané a tím vyvodit větší rozměrové změny. Tomuto faktu zřejmě nebrání ani přítomnost jádrových látek ve struktuře dřeva nepravého jádra. Podle literatury se jádrové látky ukládají do lumenů a neimpregnují buněčné stěny. Vzhledem k rozdílné hustotě obou souborů je ale vliv jádrových látek na sesychání neprůkazný.

6.3 Mez pevnosti, modul pružnosti a deformace v tlaku ve směru vláken Mez Pevnosti dřeva je v dřevěných konstrukcích velmi důležitou vlastností. Dřeviny s tzv. pravými jádry mají rozdíl v mezích pevností běle a jádra velmi výrazný, přičemž jádro má vždy vyšší pevnost než běl. Podobný trend jsem zjistil i ze svých výsledků, až na velikost rozdílu. Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken tělísek nepravého jádra při nulové vlhkosti dosáhla hodnoty σmax

0

= 103,9 MPa a v běle σmax

0

= 98,0 MPa. Rozdíl se může zdát

nepatrný 5,9 MPa, ale t-test prokázal statisticky významný rozdíl. Pro porovnání výsledků práce a literárních pramenů byly hodnoty přepočteny na mez pevnosti v tlaku ve směru vláken při vlhkosti 12%. Zde jsem dospěl k hodnotám pro nepravé jádro σmax 12 = 54 MPa a běl σmax 12

= 51 MPa s průměrnou hodnotou σmax 12 = 52,5 MPa. Literární prameny uvádějí průměrnou

hodnotu meze pevnosti v tlaku ve směru vláken σmax

12

= 58,4 MPa. Rozdíl mezi oběma

výsledky je dosti vysoký 5,9 MPa a vysvětluji si ho v souvislosti s nižší naměřenou průměrnou hustotou oproti literatuře. Hustota totiž nepřímo určuje schopnost materiálu přenášet zatížení vlivem většího množství dřevní hmoty v objemu. Stejným způsobem si vysvětluji i větší mez pevnosti v tlaku ve směru vláken tělísek nepravého jádra. Vliv jádrových látek opět vylučuji. Neimpregnují buněčnou stěnu, čímž nenapomáhají v přenosu napětí. Opačný vztah jsem zjistil při měření modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken. Zde dosáhla běl statisticky významné větší hodnoty. Je to jediný případ z celého měření, kdy běl vykázala větší hodnotu. Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken při nulové vlhkosti u 51

nepravého jádra získal hodnotu E0 = 17 250 MPa a u běle E0 = 19 250 MPa. Rozdíl je značně velký a nabývá hodnoty 2000 MPa. To znamená, že při stejném stavu napjatosti se bělová tělíska deformují méně, než tělíska nepravého jádra. Při přepočtu na 12% vlhkost vykázal modul pružnosti v tlaku ve směru vláken nepravého jádra hodnotu E12 = 13 114 MPa a běle E12 = 15 162 MPa. Literární prameny uvádí průměrnou hodnotu pružnosti při tlaku podél vláken E12 = 16 000 MPa. Porovnáním průměrné naměřené hodnoty E12 = 14 138 MPa s literárním zdrojem jsem dospěl k velmi výraznému rozdíl. Ten si vysvětluji použitou hodnotou opravného koeficientu α = 0,02. Hodnota tohoto opravného koeficientu totiž může být 0,01-0,02 a při zvolení nižší hodnoty nedojde k tak velkému snížení modulu pružnosti při přepočtu. Vyšší maximální deformace při tlaku ve směru vláken byla zjištěna u tělísek nepravého jádra. Zde dosahuje její hodnota εmax = 1,35% a u běle εmax = 1,11%. Výsledky korespondují s moduly pružnosti a mezemi pevností v tlaku ve směru vláken. Jestliže u souboru nepravého jádra byl modul pružnosti v tlaku ve směru vláken menší a mez pevnosti v tlaku ve směru vláken poměrně stejná oproti běli, pak je zcela jasné, že i maximální deformace v tlaku ve směru vláken nepravého jádra bude při σmax větší. U běle je to naopak.

6.4 Závislosti Bylo zjištěno, že s rostoucí hustotou, roste i velikost sesychání. Zajímavé je, že u nepravého jádra roste pomaleji než u běle. To by mohlo znamenat, že jádrové látky přeci jen mají velmi malý vliv na sesychání dřeva nepravého jádra. Koeficienty determinace ovšem nejsou velké 0,367 a 0,387, a model vysvětluje závislost pouze jen z 36 – 40%. Závislost mezi hustotu a mezí pevnosti v tlaku ve směru vláken byla opět vyhodnocena jako rostoucí. Růst byl vyšší tentokrát u běle s koeficientem determinace 0,483, což značí poměrně slušné vysvětlení modelu z cca 48%. Naproti tomu u nepravého jádra byl velký rozptyl dat s nízkým koeficientem, determinace 0,223, jenž dostatečně nevysvětluje závislost. Proto celkové hodnocení tohoto modelu není průkazné.

52

7. ZÁVĚR Bakalářská práce se zabývala analýzou vlastností bělového dřeva a dřeva nepravého jádra buku. Pro účely měření byla vyrobena zkušební tělíska dle příslušných norem v počtu 75 kusů bělových a 75 kusů v zóně nepravého jádra, která byla podrobena procesu zkoušení. Byly hodnoceny fyzikální vlastnosti: hustota a vlhkostní rozměrové změny, dále pak mechanické vlastnosti: mez pevnosti, modul pružnost a deformace v tlaku ve směru vláken. Souvztažné soubory byly porovnány parametrickým t-testem pro zjištění shodnosti či odlišnosti středních hodnot. Dále byly vytvořeny 2 korelační a regresní analýzy pro zjišťování závislosti meze pevnosti v tlaku ve směru vláken a vlhkostní tvarové stálosti na hustotě. Nutno říci, že výsledky se liší od publikací odborné literatury. V odborné literatuře se sice uvádí určité odlišnosti vlastností běle a nepravého jádra buku, ale jsou statisticky nevýznamné. Výsledky bakalářské práce se zvolenou metodikou též zaznamenaly odlišnosti ve vlastnostech obou zkoumaných částí, ale tyto rozdíly jsou již statisticky významné a to u všech prováděných zkoušek. Z výsledků jsem dospěl k závěru, že vyšší hustota a mez pevnosti v tlaku ve směru vláken nepravého jádra mohou být výhodou. Na druhé straně je ovšem vyšší hustota doprovázena většími vlhkostními rozměrovými změnami nepravého jádra oproti běli, což je jeho velikou nevýhodou. Závislosti potvrzují růstovou tendenci. Na základě výsledků jsem přesvědčen, že nepravé jádro se v určitých případech nemusí považovat za vadu a použití výřezů obsahující nepravé jádro může snížit cenu konečného výrobku. To samozřejmě neplatí pro výřezy obsahující nepravé jádro s hnilobou. Otázkou zůstává trvanlivost zdravého nepravého jádra oproti běli. Taková otázka může být námětem další práce. Shrnutí naměřených výsledků ukazuje tabulka č. 19.

53

Tabulka č. 19: Souhrnné výsledky

nepravé jádro měřená veličina N hustota při w=0% (Kg/m3) radiální sesychání (%) tangenciální sesychání (%) podélné sesychání (%) objemové sesychání (%) K. radiálního sesychání (%/1%) K. tangenciálního sesychání (%/1%) K. objemového sesychání (%/1%) pevnost v tlaku podél vláken, w=0% (MPa) pružnost v tlaku podél vláken, w=0% (MPa) maximální deformace (%)

střední hodnota

porovnání souborů

běl N

střední hodnota

rozdíl středních hodnot zj./ %

H0

75

666

27,5

75

631

24,5

+35

+5,25

zamítá se

75

5,98

0,46

74

4,99

0,32

+0,99

+16,55

zamítá se

75

12,1

0,52

75

11,3

0,7

+0,8

+6,6

zamítá se

75

0,19

0,13

75

0,12

0,14

+0,7

+36,8

zamítá se

75

17,5

0,76

74

15,8

0,84

+1,7

+9,7

zamítá se

75

0,19

0,016

74

0,17

0,09

+0,02

+10,5

zamítá se

74

0,39

0,02

75

0,38

0,016

+0,01

+2,6

zamítá se

74

0,56

0,03

75

0,53

0,02

+0,03

+5,4

zamítá se

73

103,9

6,6

74

98,0

7,3

+5,9

+5,7

zamítá se

71

17250

5009

71

19250

4063

-1400

-6,9

zamítá se

74

1,35

0,43

75

1,11

0,3

+0,24

+17,8

zamítá se

*zj. = základní jednotky pro konkrétní zkoušku (Kg/m3, %, %/1%, MPa apod.) N = počet platných měření

54

8. SUMMARY This Bachelor Thesis dealed with analysis of normal beech wood and wood of beech false core. There were produced 75 pieces of experimental exemplars from false core part and 75 pieces of experimental exemplars from normal wood part according to standards. These exemplars were used for process of testing. There were assessed these physical properties: density and humidity dimension stability. Accessed mechanical properties were compression parallel to grain, module of elasticity parallel to grain and deformation parallel to grain. Correlative data files were compared helped parametrical t-test in order to find some differences or comformities of middle value. It was also made 2 correlative and regressive analyses in order to find relation between compression parallel to grain and humidity dimension stability on humidity. Measured results do not correspond with information from professional literature. There are published some differences between beech false core properties and normal beech wood properties in professional literature, but these differences are not statistically important. Results of this Bachelor Thesis with selected procedure also show some differences between properties of beech false core and beech normal wood and these differences are statistically important in all tests. On the basis of test results I came to a conclusion that bigger density and dependence compression parallel to grain can be an advantage of false beech core. On the other side bigger density brings worse humidity dimension stability and this is a big disadvantage of beech false core compared to with normal beech wood. Correlation analysis confirms growing trend. On the basis of the test results I conclude that beech false core sometimes does not have to be considered like defective and using beech logs with false core can reduce price of final product. This does not apply for beech logs with false core and with dry rot. Comparison of durability of health beech false core with normal beech wood was not investigated in this Thesis and this can be a theme for another Thesis. Summary of all found results shows a table number 19.

55

Table number 19: found results

beech false core measured quantity

middle value

N density: w=0% (Kg/m3) radial shrinkage (%) tangencial shrinkage (%) parallel to grain shrinkage (%) content shrinkage (%) coef. of radial shrinkage (%/1%) coef. of tangencial shrinkage (%/1%) coef. of content shrinkage (%/1%) compresion parallel to grain , w=0% (MPa) module of elasticity parallel to grain , w=0% (MPa) maximal deformation (%)

normal beech wood N

middle value

compare diference of middle values zj./ %

H0

75

666

27,5

75

631

24,5

+35

+5,25

declined

75

5,98

0,46

74

4,99

0,32

+0,99

+16,55

declined

75

12,1

0,52

75

11,3

0,7

+0,8

+6,6

declined

75

0,19

0,13

75

0,12

0,14

+0,7

+36,8

declined

75

17,5

0,76

74

15,8

0,84

+1,7

+9,7

declined

75

0,19

0,016

74

0,17

0,09

+0,02

+10,5

declined

74

0,39

0,02

75

0,38

0,016

+0,01

+2,6

declined

74

0,56

0,03

75

0,53

0,02

+0,03

+5,4

declined

73

103,9

6,6

74

98,0

7,3

+5,9

+5,7

declined

71

17250

5009

71

19250

4063

-1400

-6,9

declined

74

1,35

0,43

75

1,11

0,3

+0,24

+17,8

declined

*bu. = basic units for concrete test (Kg/m3, %, %/1%, MPa etc.) N = number of right measure

56

9. POUŽITÁ LITERATURA Knihy: Nečesaný V., 1958: Jádro buku, struktura, vznik a vývoj. SAV, Bratislava, 256s. Kozmál F. a kolektiv, 1960: Buk jako priemyselná surovina. SAV, Bratislava 618s. Kolektiv autorů, 2010: Zpráva o stavu lesa a lesního hospodářství v ČR 2009. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha 177s. Požgaj, A., Chovanec, D., Kurjatko, S., Babiak, M., 1993: Štruktúra a vlastnosti dreva. 1. vyd. Bratislava: Príroda, 1993. 485 s. ISBN 80-07-00600-1. Lexa, J., a kolektiv, 1952: Mechanické a fyzikálne vlastnosti dreva I. Drevárský výzkumný ústav v Bratislave, 433s. Perelygin L.M., 1960: Náuka o dreve. Slovenské vydavatelstvo technickej litertúry, 385s. Kollmann, F., 1951: Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe. Berlin: Verlag von Julius Springer, 870s. Wagenfuhr, R., 2000: Holzatlas. Fach Buchverlagn Leipzig im Calrl Hanser verlag, 707s.

Disertační práce: Ondráček K., 2000: Analýza vad bukových kmenů. MZLU v Brně, 218s

Diplomová práce: Gomola Š., 2006: Stavba a vybrané vlastnosti dřeva buku lesního (Fagus silvatica L.) z vybraných stanovišť. MZLU v Brně, 62s

Skripta: Šlezingerová J., Gandelová L., 2005: Stavba dřeva. MZLU v Brně, 186s Šlezingerová J., Gandelová L., 2008: Stavba dřeva (cvičení). MZLU v Brně, 128s Horáček P., 2001: Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva I. ES MZLU v Brně, 128s Drápela K., Zach J., 2002: Statistické metody I. MZLU v Brně, 160s Drápela K., 2002: Statistické metody II. MZLU v Brně, 152

Odborné články: Račko, V., Čunderlík, I., 2010: Zrelé drevo ako limitujúci faktor vzniku nepravého jadra buka (fagus sylvatica l.), Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 52(1): str. 15−24, Zvolen, Technická univerzita vo Zvolene, ISSN 1336−3824 57

Suchomel, J,. Gejdoš, M., 2010: Vplyv vybraných faktorov na výskyt nepravého jadra v drevine buk lesný (fagus sylvatica), Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 52(1): 5−13, Zvolen, Technická univerzita vo Zvolene, ISSN 1336−3824 Pöhler et. al., 2006: Beech (Fagus sylvatica L.) – Technological properties, adhesion behaviour and colour stability with and without coatings of the red heartwood, Annals of Forest Science, 63(2): 129-137. Janota I., Kurjatko S., 1978: Promenlivosť hustoty bukového dreva, Drevársky výskum 23: 25–40.

Norma: ČSN 49 0126: Skúšky vlastností rostlého dreva. Metoda zjišťovania napúčavosti. ČSN 49 0108: Zjišťovanie hustoty při fyzikálných a mechanických zkúškách. ČSN 49 0110: Drevo. Medza pevnosti v tlaku v smere vlakien. ČSN 49 0111: Skúšky vlastností rastlého dreva. Metóda zisťovania modulu pružnosti v tlaku pozdlž vlákien. ČSN 49 0012: Fyzikálné a mechanické skúšky, názvy a definície.

internetové zdroje: http://www.afs-journal.org http://www.slpkrtiny.cz http://www.dyas.eu

58

10. PŘÍLOHY 10.1 Obrázková příloha

1. Vstupující materiál pro výrobu zkušebních vzorků, foto: autor práce mozaikové

složené okrouhlé

jednoduché okrouhlé NJ

popis: radiální neomítané BK řezivo s obsahem nepravého jádra 2. Podélně rozřezané sdružené přířezy s nepravým jádrem

bez nepravého jádra

59

popis: Vidíme, že naklopením pilového kotouče bylo možné získat správný průběh letokruhů pro specielně ortotropní tělesa.

3. Sdružené přířezy rovinně frézované ze tří stran

popis: Sdružené přířezy mají frézovány obě plochy na přesnou tloušťku a boční plochu do pravého úhlu. Jsou připraveny k podélnému dělení na jednotlivé přířezy.

4. Podélně dělené a ze všech stran frézované přířezy

popis: připravené přířezy ke krácení na přesnou délku.

60

5. Hotová tělíska

značení: J - nepravé jádro b - běl

popis: Vytříděná a označená tělíska v počtu 75 + 75 ks.

10.2 Naměřené hodnoty

61

MENDELOVA UNIVERSITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ

Recommend Documents