MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV ZÁKLADNÍHO ZPRACOVÁNÍ DŘEVA
Kritéria pro výběr suroviny k výrobě dřevěných nosníků
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
Vedoucí bakalářské práce:
Vypracovala:
Ing. Karel Janák, CSc.
Soňa Střížová
Brno 2012
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Kritéria pro výběr suroviny k výrobě dřevěných nosníků zpracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora Mendelovy univerzity v Brně o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Moravanech dne 9. 5. 2012 …………………………. Soňa Střížová
Poděkování Na tomto místě bych ráda poděkovala vedoucímu mé bakalářské práce, panu Ing. Karlu Janákovi, CSc., za cenné rady, připomínky a za ochotu při spolupráci. Dále bych chtěla poděkovat všem ostatním, jejichž rady a připomínky vedly k vypracování této práce.
Střížová, Soňa. Kritéria pro výběr suroviny k výrobě dřevěných nosníků: Bakalářská práce. Brno: Mendelova univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta, Ústav základního zpracování dřeva, 2012. Vedoucí bakalářské práce: Ing. Karel Janák, CSc.
ABSTRAKT Stanovení
požadavků
pro
výběr
suroviny
na
výrobu
nosných
konstrukčních prvků. Tato bakalářská práce obsahuje požadavky na surovinu, která se používá k výrobě nosných dřevěných prvků se zaměřením na surovinu vhodnou k výrobě nosníků. Hodnoty požadavků jsou stanoveny na základě dostupných norem a příklady nosníků z vybraných materiálů jsou zde uvedeny. Jsou zde charakterizovány a vyobrazeny jednotlivé třídicí znaky (vady), které mají vliv na fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva a mohou ohrozit jeho využití pro nosné prvky.
Dále jsou uvedeny požadavky na třídění suroviny pro výrobu
řeziva a v závěru práce je návrh vlastní třídy pro třídění kulatiny vhodné k výrobě řeziva pro stavební použití.
KLÍČOVÁ SLOVA nosníky, konstrukční hranoly, lepené hranoly, masivní hranoly
Střížová, Soňa. Criteria for selecting materials for the manufacture of wooden beams: Bachelor thesis. Brno: Mendel University Brno, Faculty of Forestry and Wood Technology, Department of Wood Processing, 2012. Supervisor of bachelor thesis: Ing. Karel Janák, CSc.
ABSTRACT Setting requirements for the selection of raw materials for the production of load - bearing structural elements. This bachelor thesis contains the requirements for raw materials used to make for produce the load-bearing timber elements with a focus on raw material used for produce of beams. Value requirements are based on available standards and examples of beams selected materials are presented here. Are also characterized and shown the various sorting charakteristics (defects) that influence the physical and mechanical properties of wood and may compromise use for load-bearing elements. At the end of work is the design of a custom class for sorting round timber suitable for the production of construction prisms.
KEY WORDS beams, structural prisms, glued prisms, massive prism
OBSAH 1
Úvod ........................................................................................... 8
2
Cíl práce ................................................................................... 10
3
Metodika................................................................................... 11
4
Dřevo jako Konstrukční materiál ............................................... 12
5
Nosníky .................................................................................... 13 5.1
Typy dřevěných nosníků.............................................................. 13
5.2
Konstrukce lepených lamelových materiálů ................................ 13
5.2.1
KVH HRANOLY ............................................................................ 14
5.2.2
Duo a Trio hranoly ........................................................................ 16
5.2.3
BSH hranoly ................................................................................. 18
5.3
6
Konstrukce materiálů na bázi dřeva ............................................ 19
5.3.1
Microllam ...................................................................................... 19
5.3.2
Parallam ....................................................................................... 20
5.3.3
Intrallam ........................................................................................ 21
5.3.4
I nosníky ....................................................................................... 22
Vlastnosti materiálů pro výrobu nosníků ................................... 23 6.1
Měření pevnosti ........................................................................... 23
6.2
Hodnocení jakosti podle vad ....................................................... 24
6.2.1
Hodnotící kritéria .......................................................................... 24
6.3
Vizuální třídy a třídění .................................................................. 30
6.4
Požadavky na řezivo pro konstrukční použití .............................. 31
6.4.1
Požadavky na řezivo pro výrobu hranolů ...................................... 31
6.4.2
Požadavky na lamelové dřevo ...................................................... 32
6.4.3
Požadavky na řezivo pro výrobu KVH .......................................... 34
6.4.4
Požadavky na řezivo pro výrobu Duo/Trio hranolů ....................... 35
6.5
Přiřazení tříd pevnosti k vizuálním třídám jakosti ........................ 36
7
Jakostní třídy kulatiny ............................................................... 36
8
Jakostní znaky kulatiny pro konstrukční použití ........................ 40
9
Diskuze .................................................................................... 41 6
10
Doporučení ............................................................................ 42
11
Závěr ..................................................................................... 44
12
Summary ............................................................................... 45
13
Seznam obrázků a tabulek .................................................... 46
14
Použitá literatura a zdroje ...................................................... 47
7
1 ÚVOD Historie použití dřeva jako stavebního materiálu sahá hodně hluboko do dob před naším letopočtem. Už v dobách prvních primitivních nástrojů se lidé naučili opracovávat a využívat dřevo nejen jako zdroj ohně, ale i k vytváření jednoduchých konstrukcí. Fyzikální, mechanické ani jiné vlastnosti v té době nehrály rozhodující roli, důležitá byla snadná dostupnost a jednoduché zpracování tohoto materiálu. Spoje a spojovací prvky mohly být vytvořeny přímo ze dřeva a tak ke stavbě nebylo potřeba jiného materiálu. Dřevo se využívalo zpočátku pro stavby v kombinaci s dalšími přírodními materiály, později pro stavbu celodřevěných budov, nosných, střešních a podpůrných konstrukcí, k výrobě nábytku a dřevěných interiérových doplňků. Dalo by se říci, že dřevo zasáhlo a zasahuje do téměř všech odvětví lidské činnosti. V historii bylo dřevo postupně jako stavební materiál vytlačováno a jeho použití se udrželo převážně na vesnicích, ale ani zde už nebylo hlavním stavebním materiálem. Ve městech se dostal do popředí beton, železo nebo ocel. V dnešní době pro použití dřeva hovoří mnoho faktorů. Hlavními výhodami je, že pochází z obnovitelných zdrojů, zpracování nemá extrémní dopady na životní prostředí, materiál lze recyklovat a také používat v kombinaci s dalšími materiály. Mezi další plusy patří pevnost, tvrdost, pružnost, houževnatost, nízká hmotnost, dále přírodní vzhled, ale také třeba velmi dobrá odolnost proti požáru. S rozvojem technologií a nových poznatků v oblasti zpracování, se dřevo dostává opět do popředí zájmu. Rozšíření napomáhají také trendy staveb ze dřeva, přicházející k nám ze zahraničí např. Švédska či Kanady. Dřevo je nezřídka označováno jako materiál budoucnosti. Technologií výroby a zpracováním lze v dnešní době zvýšit výtěž řeziva, dosahovat vysoké životnosti dřeva zabudovaného do konstrukce a splnit stále se zpřísňující požadavky na materiál i stavby. Lepením nebo lisováním lze
8
u dřeva potlačit nežádoucí vlastnosti jako rozměrová nestálost a omezená délka, dají se vytvářet tvarově složité prvky, při zachování nebo zlepšení požadovaných vlastností jako je vzhled, tepelná vodivost, elektroizolační vlastnosti, pevnost a tuhost. Proto v dnešní době vedle masivního dřeva pronikají do stavebnictví ve velké míře právě vrstvené lepené materiály. Vady a jejich rozsah jsou důležitá kritéria výběru suroviny sloužící k výrobě nosných prvků, kterými se bude zabývat i tato práce.
9
2 CÍL PRÁCE Celkovým cílem této práce je stanovení požadavků pro výběr suroviny vhodné k výrobě nosných konstrukčních prvků. Prvním dílčím cílem je definovat nosníky a jejich konstrukce, požadavky na ně a požadavky na materiál pro jejich výrobu. Hodnoty požadavků pro třídění materiálu budou převzaty z dostupných norem a předpisů. Do přehledu vlastností materiálů je třeba zahrnout třídicí znaky (vady) a jejich rozsah, které jsou klíčové k zařazení suroviny do příslušné třídy tak, aby splňovala požadavky pro využití ve stavebnictví. Dalším dílčím cílem je shromáždit požadavky na třídění suroviny, která se v dnešní době používá pro výrobu řeziva na stavební prvky. Výsledným cílem je vlastní návrh tabulky na třídění suroviny.
10
3 METODIKA Řešení práce je v souladu s cílem rozčleněno do několika kroků. Prvním krokem je definování nosníků, jejich konstrukce, vlastností a materiálů, které se používají k jejich výrobě. Uvedeny budou masivní materiály i materiály na bázi dřeva. Dalším krokem je definování vlastností materiálů pro výrobu nosníků. To představuje přehled požadavků na řezivo a lamely pro výrobu nosných prvků dle dostupných norem a pravidel. Stejně tak je třeba uvést přehled jednotlivých vad, které mají vliv na pevnost. Dalším krokem je definování jakostních tříd suroviny, ze které se dosud materiály pro výrobu nosníků vyrábí. Jedná se především o pilařskou surovinu, posuzovanou převážně podle Doporučených pravidel pro měření a třídění dříví v České republice 2008. Na základě požadavků na jakost řeziva budou v rámci vlastního řešení definovány jakostní znaky kulatiny pro konstrukční použití. Návrh bude zpracován z tabulky požadavků na řezivo pro hranoly s vyloučením znaků, které na kulatině není možno hodnotit, a naopak budou přidána některá kritéria, pro kulatinu specifická. Výsledkem bude charakteristika zvláštní třídy kulatiny, vhodné pro výrobu nosníků (pokud jsou masivní) i prvků (řeziva) pro nosníky (pokud jsou lepené) jednotlivých pevnostních tříd. Diskuze bude porovnávat rozdíly mezi jakostními znaky suroviny, stanovenými podle požadovaných jakostních znaků řeziva pro výrobu nosníků a jakostními znaky tříd kulatiny pro výrobu standardního řeziva (Doporučená pravidla 2008). Z rozdílů se odvodí, je-li nutné stanovit jakost suroviny pro výrobu vazníků samostatně (obdobně jako jsou stanoveny třídy pro ostatní druhy kulatiny) nebo je účelnější vybrat nejbližší standardní jakostní třídu kulatiny a stanovit (případně) pouze odchylky. Cílovým krokem je návrh na jakost suroviny vhodné pro výrobu nosníků. Je výsledkem porovnání možností stanovení jakosti suroviny v diskusi.
11
4 DŘEVO JAKO KONSTRUKČNÍ MATERIÁL Pro stavební konstrukce se častěji používá dřevo jehličnanů než listnáčů, okrajově je používáno také dřevo tropických dřevin. Nejčastěji se v konstrukcích využívá dřevo smrkové a z listnatých dřevo dubu a buku. Borové dřevo není příliš doporučované pro konstrukce namáhané na ohyb, dřevo modřínu se díky pružnosti používalo na krovy s velkým rozpětím, které lze dnes s úspěchem konstruovat z prvků lepených. Dřevo pro dřevěné nosné konstrukce je třeba vybírat s ohledem na to, kde a za jakých podmínek bude použito. Důležité jsou třídicí znaky (vady), které mohou ovlivňovat, fyzikální a mechanické vlastnosti materiálu, a tím ztížit nebo znemožnit jeho využití pro nosné prvky. Charakteristika jednotlivých vad je uvedena v kapitole 6.2.1.1. Vlivem vývoje dřevěných konstrukcí a zpřísnění požadavků na nosné konstrukce se upouští od použití masivních nosných prvků. Masivní prvky dřevěných konstrukcí mají díky anizotropnosti dřeva velkou škálu vlastností, které není možno ovlivnit výrobou tak, jako je tomu u lepených materiálů na bázi dřeva. U těch je možno, díky složení materiálu z více dílů, eliminovat vady rostlého dřeva a tím ovlivnit jakost a snadněji dosáhnout požadovaných fyzikálních a mechanických vlastností. Požadované
jakosti
materiálů
získáme
tříděním
dle
požadavků
evropských norem. Toto třídění může probíhat vizuálně i strojně. Hlavním kritériem pro vizuální třídění jsou suky, které na rozdíl od lepených prvků, u masivního řeziva nelze eliminovat vymanipulováním. Suky výrazně ovlivňují pevnost dřeva v závislosti na tom, jakou plochu na průřezu zabírají. U masivního stavebního řeziva musíme brát v úvahu jeho mechanické vlastnosti a třídit ho tedy podle pevnosti. Pro výrobu nosných prvků se využívá nejvíce jehličnatých dřevin a z největší části dřevo smrkové.
12
5 NOSNÍKY Nosníky tvoří horizontální nosnou část konstrukce, kterou se přenáší síla do
vertikálních
podpůrných
nosných
prvků.
Spojením
horizontálních
a vertikálních částí vznikne prostorová konstrukce. Ztužením takto vzniklé konstrukce zajistíme její větší stabilitu. Z hlediska statiky dělíme nosníky na: -
prosté spojité lomené
Z hlediska konstrukčního provedení dělíme nosníky na: -
plnostěnné příhradové speciální konstrukce
5.1 Typy dřevěných nosníků Nosníky můžeme mít masivní nebo vrstvené. Vrstvené nosníky se liší surovinou, ze které se vyrábí. Nosníky typu KVH, Duo, Trio a BSH musí splňovat stejné nebo vyšší parametry, které udávají normy upravující požadavky na dřevo pro konstrukční použití. V tomto případě je třeba hodnotit kulatinu kus od kusu. Pro nosníky typu Microllam, Parallam či Intrallam se k výrobě používá dýhárenská kulatina. Při výrobě dýh je možno veškeré vady vymanipulovat a není tedy třeba vybírat kulatinu dle nějakých speciálních parametrů.
5.2 Konstrukce lepených lamelových materiálů Výrobou lepených lamelových prvků lze dosáhnout přírodního vzhledu vzniklých výrobků, dochází k potlačení a rozložení vlivu vad na mechanické vlastnosti výrobku a lepení umožňuje také větší variabilitu jak tvaru, tak délky
13
hotových prvků. Prvky vykazují vysokou pevnost i při nízké hmotnosti a proto jsou často využívány pro sportovní haly, tvarově složité střešní konstrukce nebo nosné prvky s velkým rozpětím. Matriály vznikají buď pouze délkovým nastavením masivních hranolů, nebo lepením hranolů z lamel. Lepená spára nemá vliv na jejich mechanické vlastnosti, a proto se posuzují jako celistvé.
5.2.1 KVH HRANOLY
Obrázek 1 KVH hranoly a jejich využití (Stora Enso) Nejde přímo o vrstvený materiál na bázi dřeva, ale o přírodní konstrukční materiál, který lze spojem na ozub délkově nastavovat. Masivní konstrukční dřevo KVH se v současné době používá na nosné prvky do moderních dřevostaveb, protože splňuje přísné požadavky na konstrukční dřevo. Hoblované obdélníkové profily KVH nosníků se sraženými hranami se vyrábí ze dřeva jehličnanů, nejčastěji pak smrku.
Pro zvláštní účely v místech,
kde nejsou prvky přímo vystaveny povětrnostním vlivům, lze použít i jiné druhy dřeva, které splní daná kritéria. Podle účelu použití se vyrábí dva druhy těchto konstrukčních hranolů: -
KVH-Si – pro pohledové konstrukce KVH-NSi – pro nepohledové konstrukce Oba druhy profilů však musí splňovat kritéria stanovená v normě ČSN EN
73 2824-1 a pouze na povrchu najdeme vizuální odlišnosti. Kromě požadavků, stanovených uvedenou normou, však musí splňovat ještě další doplňující požadavky a to: 14
-
definovaná zbytková vlhkost druh řezu rozměrová stálost řezu povrchové vlastnosti
5.2.1.1 Výhody KVH Kromě splnění přísných požadavků norem a splnění doplňujících kritérií nad rámec norem mají hranoly KVH další výhody. Díky použití spoje na klínový ozub je možné vyrábět nosníky různých délek bez ovlivnění mechanických vlastností. Maximální délka takto spojovaných prvků je běžně 16 m, ale někteří výrobci uvádí i 18 m (např. EVG Holzfachmarkt). Dřevo je vysoušeno na konečnou vlhkost 15 % ± 3 %. Tato hodnota vlhkosti má zajišťovat jak rozměrovou stálost a minimalizaci deformací, tak působí
i
jako
přirozená
ochrana
proti
biotickým
škůdcům.
Mimo
to je požadována pro rovnoměrnou jakost lepeného spoje. Každý kus se po vysušení kontroluje zvlášť. Při výrobě jsou používána ekologická a netoxická lepidla, která mají vysokou pevnost a vytvrzují vlivem vzdušné vlhkosti. Spoje jsou elastické, odolné proti vlhkosti a dají se přetírat. Dřevo není jakkoliv chemicky ošetřeno, pokud to není přímo požadavkem zákazníka. Masivní konstrukční dřevo se vyrábí v široké škále průřezů, od 40x60 mm až po 120x280 mm a 140x240 mm. (storaenso.com) 5.2.1.2 Technické požadavky na KVH Požadavky
na
mechanické
vlastnosti
konstrukčních
hranolů
odpovídajících třídě pevnosti C 24 dle ČSN EN 338 a vizuální třídě jakosti S 10 dle ČSN 73 2824. Hodnoty jsou stanovovány při 20 °C a relativní vlhkosti vzduchu 65 %. (storaenso.com)
15
Tabulka 1.: Hodnoty pevnosti a pružnosti pro KVH hranoly Druh namáhání
Směr
Charakteristické hodnoty
Ohyb
podél vláken
24 N/mm2
podél vláken
14 N/mm2
kolmo na vlákna
0,5 N/mm2
podél vláken
21 N/mm2
kolmo na vlákna
2,5 N/mm2
podél vláken
2,5 N/mm2
podél vláken
11,6 kN/mm2
kolmo na vlákna
7,4 kN/mm2
ve smyku
0,69 kN/mm2
Tah
Tlak Smyk Modul pružnosti
5.2.1.3 Oblasti použití -
nosné prvky dřevostaveb viditelné části krovů jako nosná konstrukce pod opláštění pro střešní konstrukce
5.2.2 Duo a Trio hranoly
Obrázek 2 Duo, Trio hranoly s příkladem jejich využití v konstrukci (Stora Enso) Konstrukční hranoly přírodního vzhledu vhodné pro použití do moderních dřevostaveb. Surovinou pro výrobu je dřevo jehličnanů, splňující přísné podmínky stanovené, stejně jako u KVH, normou ČSN EN 73 2824. Masivní 16
hoblované konstrukční hranoly vznikají vzájemným sklížením dvou nebo tří lamel. Hranoly jsou rozříznuty středem, aby se porušilo vnitřní napětí ve dřevě, a vzniklé lamely jsou k sobě slepeny stranou vzdálenější středu kmene, aby se dosáhlo lepší tvarové stability. (storaenso.com) 5.2.2.1 Výhody Pro Duo a Trio konstrukční hranoly platí stejná kritéria jako pro KVH hranoly. Spojem na klínový ozub lze vyrábět hranoly v délce až 16 m. Spoje se vytváří za pomoci ekologických a zdravotně nezávadných polyuretanových lepidel. Lepená spára nemá vliv na mechanické vlastnosti dřeva, tudíž je hranol posuzován jako celistvý prvek. Lepením lamel je zajištěna větší tvarová stálost než u hranolů KVH, a přitom je zachován přírodní vzhled dřeva. Dřevo není chemicky ošetřováno, protože díky vysoušení dřeva na 12% vlhkost by nemělo dojít k napadení dřevokaznými houbami a tím k poškození konstrukce. K impregnaci dochází pouze na speciální přání zákazníka. Vyrábí se v průřezech od 60x80 mm (Duo) až po 240x240 mm (Trio). (storaenso.com) 5.2.2.2 Technické požadavky Požadavky na mechanické vlastnosti Duo a Trio hranolů odpovídajících třídě pevnosti C 24 dle ČSN EN 338 a vizuální třídě jakosti pro lamely S10TS dle ČSN 73 2824. Hodnoty jsou stanovovány při 20 °C a relativní vlhkosti vzduchu 65 %. (storaenso.com) Tabulka 2.: Hodnoty pevnosti a pružnosti pro hranoly Duo a Trio Druh namáhání
Směr
Ohyb
podél vláken
24 N/mm2
podél vláken
14 N/mm2
kolmo na vlákna
0,5 N/mm2
podél vláken
21 N/mm2
kolmo na vlákna
2,5 N/mm2
podél vláken
2,5 N/mm2
podél vláken
11,6 kN/mm2
kolmo na vlákna
7,4 kN/mm2
ve smyku
0,69 kN/mm2
Tah
Tlak Smyk Modul pružnosti
Charakteristické hodnoty
17
5.2.2.3 Oblast použití -
Náhrada KVH hranolů Nosné konstrukce dřevostaveb Stropní trámy, krokve, vaznice Nosné prvky namáhané na ohyb
5.2.3 BSH hranoly
Obrázek 3 BSH hranoly a jejich užití v konstrukci (dekwood) Vrstvené lepené lamelové hranoly. Lamely tloušťky 40 mm jsou vzájemně bočně slepeny, délkově jsou nastavovány zubovitým spojem a před lepením musí být vysušeny na vlhkost 12 %. Vyrábí se, stejně jako KVH, DUO a TRIO hranoly, v pohledové a nepohledové kvalitě. Lepení mechanické vlastnosti prvků neovlivňuje, a proto se posuzují jako celistvé. (dekwood.cz) 5.2.3.1 Výhody BSH Vzniklý materiál je rozměrové stabilní, má hoblovaný povrch a sražené hrany. Výborné mechanické vlastnosti a pevnost mohou konkurovat prvkům z oceli, železa nebo betonu. Umožňuje výrobu prvků pro velkých rozměrů a rozmanitých tvarů při zachování přírodního vzhledu. BSH se hodí pro prvky náročné na pohledovou kvalitu. (dekwood.cz) 5.2.3.2 Oblast použití BSH -
trámy, nosníky, vazníky sportovní haly, výstavní pavilony, stadiony konstrukce s velkým rozpětím
18
5.3 Konstrukce materiálů na bázi dřeva Ve dřevě růstem vznikají nehomogennosti (vady), které mohou ovlivňovat fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva. Toto lze eliminovat rozřezáním dřeva na menší části a jejich opětovným spojením. Tak vytvoříme materiál na bázi dřeva, u kterého výrazně potlačíme růstové vlivy a ušetříme dřevní surovinu. Včasným rozřezáním dřeva také můžeme omezit vznik vnitřních napětí, která vedou ke vzniku trhlin. Vývojem technologií a poznatků ve zpracování dřeva se materiály na bázi dřeva dostávají čím dál více do popředí zájmu. Potlačením nežádoucích vlastností, které se vyskytují u rostlého dřeva, lze snadněji dosáhnout mechanických vlastností, stanovených příslušnými normami. Prvky vzniklé lepením nebo lisováním si zachovávají žádoucí vzhled dřeva a zdokonalováním technologie jejich výroby dosahují technických vlastností srovnatelných s vlastnostmi prvků z betonu a oceli. Následující materiály vznikají vrstvením dýh nebo dýhového odpadu.
5.3.1 Microllam
Obrázek 4 Microllam (fld.czu.cz) Nosníky vyrobené z dýh. Celý název materiálu zní Laminated Veneer Lumber (LVL). Pro jeho výrobu se používají loupané dýhy měkkých dřevin o vlhkosti 5 %. Sousední vrstvy dýh mají rovnoběžný směr vláken. Rozlišujeme LVL pro použití v suchém prostředí – LVL/1, pro použití ve vlhkém prostředí – LVL/2 a pro použití ve venkovním prostředí – LVU3. provedeních:
19
Vyrábí se ve dvou
Kerto S – směr vláken všech dýh je souběžný, vyrábí se jako deska s vysokou pevností, kterou je dále možno rozmítnout na pásy požadovaných rozměrů. K lepení se používá fenolformadehydové lepidlo, které vytváří z dýh celistvý materiál a tím zvyšuje pevnost a tvrdost výsledného produktu. Kerto Q – velkoplošný materiál stejně jako Kerto S. Dýhy jsou ukládány rovnoběžně a každá šestá dýha se ukládá kolmo k delší straně desky. Pro lepení se využívá rovněž fenolformaldehydové lepidlo. (Král, P., 2009) 5.3.1.1 Oblasti využití Microllam Microllam se vyrábí v tloušťce od 21 po 75 mm, šířce 1820 mm a délce do 25 m. Následné rozmítnutí na požadované rozměry umožňuje využití materiálu pro: -
nosníky, trámy, krokve nosné a výztužné konstrukce příhradové konstrukce styčníkové a výztužné desky vazníky a mnoho dalších
5.3.2 Parallam
Obrázek 5 Parallam (fld.czu.cz) Parallel Strand Lumber (PSL) vyrábí se z dýhových pásků vyrobených ze dřeva, nejčastěji borovic. Pásky se lepí vodovzdorným lepidlem, průběh vláken musí být paralelní. Následně se dýhy slisují. Takto vzniklý materiál má velkou pevnost v tlaku i tahu, výroba umožňuje potlačení nehomogenností a vymanipulování vad, což dodává hotovému výrobku lepší vzhled bez dalších úprav.
20
PSL je vyráběn jako hranol o průřezu 285x400 mm a může být krácen na délku až 20 m. (Král, P., 2009) 5.3.2.1 Oblasti použití PSL Tento materiál má velmi dobrou rozměrovou stálost, velkou stejnorodost a zatížitelnost oproti jiným lepeným materiálům. Snadno se opracovává a snese i vysoké zatížení na velkém rozpětí. Využívá se proto na: -
trámy, vaznice sloupy, nosníky překlady
5.3.3 Intrallam
Obrázek 6 Intrallam (fld.czu.cz) Vyrábí se lisováním třísek z měkkého listnatého dřeva do velkoplošného materiálu. Třísky se spojují pomocí polyuretanového lepidla a tlaku. Ze vzniklého materiálu se pak řežou přířezy požadovaných rozměrů. Vlastnosti má srovnatelné s LVL a PSL, ale jeho cena je nižší a proto se používá jako náhrada těchto materiálů. Hodí se i na výrobu obloukových prvků. Při výrobě je využito odpadního dřeva, čímž dochází k ušetření kvalitnější dřevní suroviny. (fld.czu.cz)
21
5.3.4 I nosníky
Obrázek 7 I nosník se stojnou z OSB a pásnicí z parallamu (fld.czu.cz) Tyto nosníky jsou vytvořeny kombinací dvou materiálů. Nejčastěji mají tvar písmene I a stojna je vytvořena z odlišného materiálu než pásnice. Kombinací je více např. stojna z OSB desky a pásnice z materiálu Microllam. Vzniklé nosníky jsou velmi lehké při zachování vysoké únosnosti a pružnosti. Tvarová stabilita materiálu je také na velmi vysoké úrovni. Nevýhodou je nutnost zajistit nosníky proti překlopení. (fld.czu.cz) I nosníky je možnou použít pro: -
sloupy, nosníky krovy, střešní konstrukce skelety podlahy pohledové trámy
22
6 VLASTNOSTI MATERIÁLŮ PRO VÝROBU NOSNÍKŮ Základním požadavkem na nosníky je pevnost. Ta je tedy i základní vlastností, kladenou na materiál pro jejich výrobu. Požadavky na pevnost řeziva stanovují tyto normy: - ČSN EN 338 – Konstrukční dřevo – Třídy pevnosti Tato norma stanovuje třídy pevnosti a udává charakteristické hodnoty pevnosti, modulů pružnosti a hustoty jehličnatého a listnatého dřeva pro nosné účely. Pro jehličnaté dřevo jsou stanoveny třídy pevnosti C 16 – C 50 a pro listnáče třídy D 18 – D 70. Číslo u označení třídy udává hodnotu pevnosti v ohybu v N/mm2. - ČSN 73 2824 – Třídění dřeva podle pevnosti – Část 1: Jehličnaté řezivo Platí pro řezivo určené pro konstrukční prvky, které se dimenzují podle únosnosti. Norma stanovuje vizuální znaky třídění, dle kterých řadí řezivo do tříd S 7, S 10 a S 13. Najdeme zde rovněž třídu S 15, která slouží pro vizuální třídění podporované strojně. Vzájemně si odpovídající třídy těchto dvou norem zjistíme z normy ČSN EN 1912 Konstrukční dřevo − Třídy pevnosti − Přiřazení vizuálních tříd jakosti a dřevin.
6.1 Měření pevnosti Důležitá mechanická vlastnost dřeva. Pro nosníky je důležitá pevnost v ohybu, kdy síla působí kolmo k vláknům, která probíhají rovnoběžně s podélnou osou prvku. U jehličnanů, nejčastěji využívaných pro nosné prvky, je tato pevnost rozdílná i pro radiální a tangenciální směr, přičemž v tangenciálním směru je větší. Destruktivně lze testovat náhodně vybrané vzorky z celkového objemu výrobků. Zkušební prvek se zatíží a ve chvíli, kdy dojde k porušení dřeva je dosaženo meze pevnosti. Tato zkouška by u hotových nosníků však byla velmi těžko proveditelná.
23
Mnohem vhodnější je zjišťování pevnosti nedestruktivně, např. pomocí ultrazvukových vln. Měření se provádí přístrojem se dvěma sondami, které vysílají ultrazvukové vlny. Na základě času průchodu ultrazvukového vlnění je možno stanovit charakteristickou pevnost daného materiálu. Čas průchodu výrazně ovlivňují vady ve dřevě (např. trhliny zvyšují podíl vzduchu ve dřevě, který působí jako izolant a zpomaluje průchod vlnění). Pevnost v ohybu koreluje s modulem pružnosti v ohybu.
6.2 Hodnocení jakosti podle vad Dřevo je anizotropní materiál, což v praxi znamená, že má různé fyzikální a mechanické vlastnosti pro každý směr. Ve směru s vláky a kolmo na vlákna jsou vlastnosti výrazně odlišné. Ve směru kolmém na vlákna jsou také odlišné vlastnosti pro směr radiální a pro směr tangenciální. Nejlepší mechanické vlastnosti a nevyšší odolnost vůči deformacím způsobeným vnějšími vlivy (teplo, vlhko atd.) vykazuje dřevo ve směru s vlákny. Pevnost můžeme stanovovat na základě měření nebo, jak už bylo uvedeno, tříděním řeziva na základě jeho vizuálních znaků (vad), jejichž počet a rozsah může mít na pevnost zásadní vliv.
6.2.1 Hodnotící kritéria Třídicí znaky podstatné pro určení jakosti řeziva pro konstrukční použití dle ČSN 49 1531-1: -
sukovitost vlhkost dřeva odklon vláken šířka letokruhů rozměry trhlin obliny zakřivení poškození hmyzem nebo houbami reakční dřevo mechanická poškození zárosty, smolníky
24
Ne všechna tato kritéria lze stanovit vizuálně na kulatině (např. obliny), proto jsou uvedena kritéria i pro řezivo a lamely pro výrobu nosných prvků. 6.2.1.1 Vady dřeva Jsou třídicími znaky dřeva. Vady dřeva jsou nehomogennosti a odlišnosti ve struktuře dřeva vzniklé růstem, nevhodným zpracováním či skladováním. Všechny tyto vady pak zhoršují nejen estetické, ale hlavně mechanické vlastnosti dřeva, čímž mohou omezit jeho využití. Jejich množství a rozsah je kritériem pro zařazení do příslušné třídy jakosti či pevnosti. Nejčastější vadou dřeva jsou suky. Jsou tedy zároveň rozhodujícím faktorem pro zařazení dříví do jakostní třídy na základě vizuálních znaků. Zásadní vliv na pevnost mají suky vypadavé a seskupené suky.
Obrázek 8 Pevně srostlé suky (Stora Enso)
Obrázek 9 Nadměrná sukatost, nevhodné pro stavební řezivo (Stora Enso)
Trhliny vznikají kvůli napětí ve dřevě. Proto např. u Duo a Trio hranolů dochází k rozřezání a opětovnému slepení materiálu, aby se zabránilo těmto vnitřním napětím a tedy i vzniku trhlin.
25
Obrázek 10 Mělká jádrová trhlina – dovoluje se (Stora Enso)
Obrázek 11 Silná odlupčivá trhlina – nedovoluje se (Stora Enso)
Nepravidelnosti struktury dřeva omezují jeho výtěž (zárost, zásušek), pevnost (točitost) nebo obojí (rakovina). Nevhodné pro masivní konstrukční prvky jsou dřeviny s točitostí, která výrazně ovlivňuje fyzikální a mechanické vlastnosti materiálu. Pro výrobu lepených prvků je využít lze. Tlakové dřevo snižuje pevnost, jeho použití je tedy omezeno.
Obrázek 12 Nadměrná točitost (Stora Enso)
Obrázek 13 Úplný zárost s patrným odklonem vláken (fld.czu.cz)
Vady ve tvaru kmene jako jsou – sbíhavost, zbytnění oddenku, zploštění, boulovitost nebo křivost – výrazně ovlivňují spíše výtěž řeziva. Při pořezu sbíhavého dřeva dochází k přeřezání vláken, což může mít za následek snížení pevnosti. Podobně je tomu u křivosti.
26
Obrázek 14 Křivost nad 15 % (Stora Enso)
Obrázek 15 Silně sbíhavý kus (Stora Enso)
Jakékoliv napadení dřeva houbami ovlivňuje jeho využití. Ovlivňuje jak estetické, tak technické vlastnosti materiálu. Zbarvení jádra a běli je zpravidla doprovázeno hnilobou, což snižuje pevnost dřeva. Samotné zabarvení běli vlastnosti dřeva nemění, pouze znehodnocuje jeho vzhled. Zapaření, pokud je doprovázeno houbami, rovněž snižuje mechanické vlastnosti dřeva. Dřevo zasažené hnilobou, potažmo trouchnivostí má mechanické vlastnosti výrazně snížené, využití pro nosné konstrukce je omezené, ne-li přímo vyloučené.
Obrázek 16 Zapaření přecházející v hnilobu (fld.czu.cz)
Obrázek 17 Trouchnivost (fld.czu.cz)
Vliv poškození hmyzem závisí na hloubce poškození. Pokud se jedná o hluboké poškození, je narušena pevnost dřeva. Mělké poškození hmyzem
27
je zpravidla odstraněno při opracování a nemá na mechanické vlastnosti vliv. Stejně se dá postupovat také u poškození cizopasnými rostlinami, které je méně časté a nemá na vlastnosti dřeva výrazný vliv. Přítomnost cizích těles (kovové
střepiny,
hřebíky)
bývá
také
často
pouze
povrchová
a
dá
se odkorněním minimalizovat. Cizí tělesa poškozují nástroje, tělesa ve větší hloubce mohou narušit celistvost a tím i pevnost dřeva.
Obrázek 18 Hluboké poškození hmyzem (fld.czu.cz)
Obrázek 19 Poškození jmelím (fld.czu.cz)
Obrázek 20 Cizí těleso - kámen (fld.czu.cz)
Obrázek 21 Poškození ptactvem (fld.czu.cz)
28
Prosmol, smolníky, svalovitost a zbarvení dřeva neorganického původu ovlivňují spíše estetické než mechanické vlastnosti dřeva, ale je třeba jejich výskyt zaznamenávat.
Obrázek 22 Smolník (Stora Enso)
Obrázek 23 Prosmol (fld.czu.cz)
6.2.1.2 Možnosti eliminace vad Označení vada je u růstových vad člověkem uměle vytvořený termín. Ve skutečnosti se jedná o přirozené znaky dřeva, které člověk využívá jako třídící znaky pro stanovení jakosti a tím i ceny dřeva. O vadách se dá mluvit při poškození dřeva mechanicky, neodbornou manipulací nebo nevhodným zpracováním. Protože, jak už bylo řečeno, se jedná o znaky dřeva, které vznikají ve většině případů růstem, lze jejich výskyt nebo množství omezit jen velmi těžko. Do značné míry se dají vady vymanipulovat při přípravě výřezů. U přítomnosti cizích těles můžeme odkorněním dosáhnout odstranění jejich větší části. V tomto případě je nutné zařadit odkorňovač ještě před detektor kovů. Při výrobě řeziva z kulatiny se sbíhavostí či křivostí lze vhodným krácením vymanipulovat části, na kterých nebude vada patrná nebo bude patrná co nejméně. Vhodný pořezem lze také eliminovat např. trhliny, zárosty atd. Povrchové zbarvení a plísně lze odstranit ohoblováním. Znaky vzniklé růstem můžeme v menší míře ovlivnit vhodnými pěstebními zásahy. Těmi lze ovlivnit například výskyt suků v dolních částech kmenů. Dědičné vady (točitost) můžeme ovlivnit výběrem vhodného osiva.
Obecně
k minimalizaci vad ve tvaru kmene a nepravidelností struktury dřeva je potřeba vybírat vhodná pěstební stanoviště, volit vhodnou skladbu porostu, chránit 29
stanoviště a odstraňovat v probírkách postižené stromy. Při následném zpracování je vhodné volit takový postup, aby se vada na vzniklém výřezu projevila co nejméně. Vady vzniklé mimo les (např. hniloba, výsušné trhliny) je možno ovlivnit správnými technologickými postupy jak u skladování, tak u zpracování. Při skladování je nutné dodržet předpisy pro skladovací plochy, volit správnou ochranu na skladě i vhodný termín těžby. Mechanická
poškození
vznikají
často
neodbornou
manipulací,
poškozením nástroji, při těžbě, dopravě a zpracování. Těmto poškozením se nelze zcela vyhnout.
6.3 Vizuální třídy a třídění Vizuální třídění je nedestruktivní metodou zjišťování jakosti řeziva. Pro konstrukční použití se jakost hodnotí dle fyzikálních a mechanických vlastností, především dle pevnosti a pružnosti. Tyto vlastnosti se nemusí nutně měřit, ale dají se také odvodit na základě vizuálních znaků. V naší zemi se jedná o nejvyužívanější průmyslové třídění, které stanovuje parametry tříděného dřeva na základě různých charakteristik a geometrického popisu dřeva. Pro stavební řezivo není toto třídění však zcela přesné, jelikož vychází pouze z viditelných znaků dřeva, které ovlivňují mechanické vlastnosti dřeva, a ne z vlastností dřevní hmoty. Zásady pro vizuální třídění jsou různé pro každou zemi. Pro Evropu platí ustanovení, že veškeré národní normy pro vizuální třídění musí vycházet z normy EN 518 Structural timber. Grading. Requirements for visual strenght fading standarts. Vychází z ní tedy i ČSN EN 518 - Konstrukční dřevo. Třídění. Požadavky na normy pro vizuální třídění podle pevnosti, dle které byla vypracována ČSN EN 49 1531 – 1 Dřevo na stavební konstrukce - Část 1: Vizuální třídění podle pevnosti. Tato pravidla vznikla s ohledem na: -
různé druhy nebo skupiny dřevin geografický původ dřevin různé rozměrové požadavky rozdílné požadavky podle účelu použití
30
-
jakost dostupného dřeva historické vlivy nebo tradice
Vizuální třídy pevnosti pro dřevěné konstrukce a nosné prvky: -
třída S 13 - řezivo vysoké pevnosti třída S 10 - řezivo normální pevnosti třída S 7 - řezivo nízké pevnosti třída S 15 – třída vizuálního třídění podporovaného přístroji
6.4 Požadavky na řezivo pro konstrukční použití Následující tabulka shrnuje požadavky na třídění řeziva pro hranoly namáhané na ohyb dle ČSN 73 2824 - 1, která je překladem německé normy DIN 4074-1. Tyto požadavky jsou stanoveny při průměrné vlhkosti dřeva 20% a v nejpříznivějším místě v řezivu pro daný znak. V dodávce tříděného dřeva se dovolují odchylky do 10% mezních hodnot v max. 10% objemu dodávky. Pro třídu S 15 platí kritéria jako pro třídu S 10. Tato kritéria jsou nastavovací hodnoty pro třídicí stroj.
6.4.1 Požadavky na řezivo pro výrobu hranolů Norma ČSN 73 2824 –1 stanovuje požadavky pro jakost dřeva na stavební
konstrukce.
Norma
stanovuje
posuzovaných vizuálně.
31
jakost
na
základě
znaků
Tabulka 3.: Kritéria třídění pro hranoly dle ČSN EN 73 2824-1 Znaky třídění Suky Odklon vláken Dřeň
Vizuální třída jakosti S 10 do 2/5
S7 do 3/5
S 13 do 1/5
do 12 %
do 12 %
do 7 %
dovoluje se
dovoluje se
nedovoluje se
do 6 mm do 8 mm
do 6 mm do 8 mm
do 4 mm do 6 mm
do 1/2
do 1/2
do 2/5
nedovolují se
nedovolují se
nedovolují se
do 1/4
do 1/4
Do 1/5
Šířka letokruhů - všeobecně - u douglasky Trhliny - výsušné - způsobené bleskem, odlupčivé Oblina Zakřivení - podélné - šroubové Zabarvení - zamodrání - pruhovitost (hnědé a červené pruhy) - hnědá a bílá hniloba Tlakové dřevo Poškození hmyzem Další znaky
do 8 mm 1 mm/25 mm šířky
do 8 mm 1 mm/25 mm šířky
do 8 mm 1 mm/25 mm šířky
dovoluje se do 2/5
dovoluje se do 2/5
dovoluje se do 1/5
nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se
do 2/5
do 2/5
do 1/5
Dovolují se chodbičky do průměru 2 mm uváží se přiměřeně dle ostatních znaků třídění
6.4.2 Požadavky na lamelové dřevo U lamel pro lepené lamelové prvky jsou stanoveny třídy jakosti SA, SB a SC. Specifika pro jednotlivé třídy uvádí následující tabulka:
32
Tabulka 4.: Charakteristika tříd lamel pro lepené lamelové prvky dle ČSN 73 2824 - 1 Vada
Třída
SB SC "1/3" "1/2" "1/2" "2/3" do 1:10 do 1:7 do 6 mm do 8 mm U vnitřních lamel nepronikající do 1/2 délky prvku bez omezení do dvojnásobku šířky prvku, Výsušné a pronikající 600 mm / 1m úhel svírající s plochou < 45° dřeňové trhliny 1/5 prvku ostatní 1/4 prvku 1/4 prvku délky délky 500 nepronikající délky 500 mm 900 mm mm Odlupčivé a mrazové trhliny nedovolují se dovolují se, pokud budou odstraněny při Obliny opracování lepeného prvku podélné ve do 10 mm/ směru do 10 mm/ 2 m do 12 mm/ 2 m 2m tloušťky Zakřivení podélné ve 6 mm/2 m 8 mm/2 m 12 mm/2 m směru šířky 2 mm/25 mm šroubové "1 mm/25 mm šířky šířky jednotlivé skvrny, pokud neovlivní Nehoubové jednotlivé vzhled skvrny, Zbarvení skvrny a pruhy pokud Houbami skvrny a pruhy do dřeva do 2/5, pokud neovlivní nebo 3/5, pokud neovlivní vzhled plísněmi neovlivní vzhled vzhled Hniloba nedovoluje se otvory ve zdravém dřevě do průměru 2 mm Poškození hmyzem aktivní poškození se nedovoluje Poškození cizopasnými Nedovoluje se rostlinami dovoluje se do Tlakové dřevo "1/5" "2/5" "3/5" průřezu nebo plochy nedovoluje Dřeň dovoluje se se Do délky odpovídající šířce lamely, pokud Zárosty a smolníky neovlivní lepení. Prosmol se nedovoluje. Jednotlivé Suky Skupinové Odklon vláken Průměrná šířka letokruhů
SA "1/5" "1/3" do 1:14 do 4 mm
33
6.4.3 Požadavky na řezivo pro výrobu KVH Požadavky na řezivo k výrobě KVH hranolů vychází z normy 73 2824, ale některá kritéria přesahují požadavky této normy. (storaenso.com) Tabulka 5.: Požadavky na řezivo pro výrobu KVH hranolů dle ČSN EN 73 2824 – 1a doplňující požadavky nad rámec normy Kritéria třídění
Požadavky na KVH pro pohledové konstrukce
Požadavky na KVH pro nepohledové konstrukce
Třída pevnosti
C24
Obliny
nedovolují se
Suky
Šířka letokruhů Odklon vláken
do 2/5 Vypadavé suky se nedovolují, suky nebo části suků do průměru 20 mm jsou dovoleny do 6 mm do 12 %
C24 Max 10 % na menší straně průřezu do 2/5
Trhliny
do 1/2, ne více než 6 mm
do 1/2
Zabarvení
nedovoluje se
dovoluje se (zamodrání)
Reakční dřevo
přípustné do 2/5 na příčném řezu nebo povrchu
Poškození hmyzem
nedovoluje se
Jmelí
nedovoluje se max. 1mm / 25 mm šířky hranolu / 2 m
Druh suků
Točitost
do 6 mm do 12 %
přípustné do 2/5 na příčném řezu nebo povrchu dovolují se otvory na zdravém dřevě do průměru 2mm nedovoluje se max. 1mm / 25 mm šířky hranolu / 2 m
Podélná deformace
při řezu mimo střed max. 4 mm / 2 m délky, při řezu středem max. 8 mm / 2 m délky
při řezu středem max. 8 mm / 2 m délky
Vlhkost Typ řezu
15 % +/- 3 % středový řez
15 % +/- 3 % středový řez
Rozměrová stálost řezu
"+/- 1mm"
"+/- 1mm
Zárost, zásušek Smolníky
nedovolují se do šířky 5 %
nedovolují se
34
6.4.4 Požadavky na řezivo pro výrobu Duo/Trio hranolů Stejně jako u KVH hranolů vychází požadavky na Duo a Trio hranoly z normy 73 2824 s některými požadavky nad rámec této normy. (storaenso.com) Tabulka 6.: Požadavky na řezivo pro výrobu Duo a Trio hranolů dle ČSN EN 73 2824 – 1a doplňující požadavky nad rámec normy Kritéria třídění
Požadavky pro nosníky Duo Požadavky pro nosníky Duo a Trio pro venkovní a Trio pro vnitřní expozice expozice
Třída pevnosti
C24
Obliny
nedovolují se
Suky
do 2/5
Druh suků
Vypadavé suky se nedovolují, suky nebo části suků do průměru 20 mm jsou dovoleny
Šířka letokruhů Odklon vláken Trhliny Zabarvení
do 6 mm do 12 % do 1/2, ne více než 4 mm nedovoluje se
Reakční dřevo
C24 max. 10 % menší strany průřezu Do 2/5
do 6 mm do 12 % do 1/2 dovoluje se (zamodrání)
přípustné do 2/5 na příčném přípustné do 2/5 na příčném řezu nebo povrchu řezu nebo povrchu
Poškození hmyzem
nedovoluje se
Jmelí Točitost
nedovoluje se 4 mm/2 m
dovolují se otvory na zdravém dřevě do průměru 2mm nedovoluje se 4 mm/2 m
Podélná deformace
do 4 mm/2 m
do 4 mm/2 m
Vlhkost Typ řezu Rozměrová stálost řezu Zárost, zásušek Smolníky Otevřené lepení
15 % 15 % středový řez Středový řez do průřezu 10 cm = +/- 1 do průřezu 10 cm = +/- 1 mm; průřez nad 10 cm = +/- mm; průřez nad 10 cm = +/1,5 mm 1,5 mm nedovolují se nedovolují se do šířky 5 % nedovoluje se nedovoluje se
35
6.5 Přiřazení tříd pevnosti k vizuálním třídám jakosti Pružnost a pevnost se dá tedy měřit destruktivně či nedestruktivně. Jelikož se ale používá třídění na základě vizuálních znaků, existuje norma ČSN EN 1912 Konstrukční dřevo − Třídy pevnosti − Přiřazení vizuálních tříd jakosti a dřevin, která vizuálním třídám jakosti dle ČSN 73 2824 – 1 Třídění dřeva podle pevnosti - Část 1: Jehličnaté řezivo přiřazuje třídy pevnosti ČSN EN 338 Konstrukční dřevo třídy pevnosti. Odpovídající si třídy uvádí následující tabulka: Tabulka 7.: Přiřazení pevnostních tříd dle ČSN EN 338 vizuálním třídám jakosti dle ČSN 73 2824 - 1 Vizuální třída jakosti S7 S 10 S 13
Třída pevnosti C 16 C 24 C 30
7 JAKOSTNÍ TŘÍDY KULATINY Všeobecně se v České republice dříví jako surovina dělí do šesti jakostních tříd: I. II. III.
IV. V. VI.
Rezonanční výřezy, výřezy pro výrobu krájené dýhy Výřezy pro výrobu loupané dýhy, jiné speciální výřezy Výřezy pro pilařské zpracování - jehličnaté Výřezy pro pilařské zpracování – listnaté Výřezy pro výrobu sloupů (sloupovina) – jehličnaté Dříví pro výrobu dřevoviny, dolovina a důlní výřezy, tyčovina Dříví pro výrobu buničiny, desek na bázi dřeva (vláknina) Palivové dříví
Dříví se do příslušné třídy zařazuje na základě vad - vizuálních znaků. Druhy a rozsah těchto vad v jednotlivých jakostních třídách stanovují v České republice: - norma ČSN 48 0050 Surové dříví. Základní a společná ustanovení - Doporučená pravidla pro měření a třídění dříví v České republice 2008
36
Oba tyto předpisy jsou pouze doporučené, ne závazné. Platnost jednoho nebo druhého předpisu pro konkrétní případy stanovuje dohoda mezi dodavatelem a odběratelem. Mimo to lze dohodnout platnost i jiných předpisů. Jakostní třída pro surovinu na výrobu nosných prvků nebo jejich částí samostatně stanovena není a proto se vyrábí pilařským způsobem z pilařských tříd suroviny. V ČSN 48 0050 je dřevo pro stavební účely zařazeno do jakostní třídy III. – Pilařské výřezy, včetně výřezů pro stavební účely a výřezů na výrobu pražců (jakost A a B). V doporučených pravidlech pro měření a třídění dříví v České republice 2008 této jakosti odpovídají sortimenty řazené rovněž do III. třídy jakosti a to – Výřezy pro pilařské zpracování – jehličnaté a Výřezy pro pilařské zpracování – listnaté. Pravidla však takto obecně surovinu nedefinují, ale uvádí přesné požadavky pro jednotlivé druhy dřeviny. U nás převažuje třídění dle Doporučených pravidel, které jakostní třídy podle rozsahu vad dále dělí ještě na kvalitativní třídy A, B, C a D. Protože pro nosné prvky se nejčastěji využívá jehličnaté řezivo a nejvíce je v této oblasti zastoupen smrk, uvádí následující tabulka specifika pro smrkové výřezy. Tabulka 8.: Klasifikace vad a jejich zatřídění do III. jakostní třídy, výřezy pro pilařské zpracování – Smrk, kvalita A a B Kvalita
Charakteristika
Suky
zdravé, srostlé nesrostlé nezdravé
Trhliny
dřeňové, hvězdicovité
A
B čerstvé dříví běžné až dříví prvotřídní jakosti, prvotřídní jakosti, zdravé čerstvé, zdravé a rovné kmeny bez výskytu boulí kmeny téměř bez suků a a skupinových suků a dalších vad nebo s dále s vadami, do malými vadami takového rozsahu, jenž je uveden níže do 4 cm do 3 cm max. na 1 ks na 1 bm do 3 cm do 2 cm max. na 2 ks na nedovoluje se 1 bm max do 1/4 tloušťky čela, nedovoluje se čepu (pokračování)
37
Tabulka 9.: Klasifikace vad a jejich zatřídění do III. jakostní třídy, výřezy pro pilařské zpracování – Smrk, kvalita A a B (pokračování)
Trhliny
odlupčivé, výsušné současný výskyt přecházející křivost jednod.
točitost
Vady růstu sbíhavost
nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se průhyb méně než 15 % STP
nedovoluje se průhyb méně než 15 % STP
do 29 cm STP: pod 5 cm/bm dovoluje se
do 29 cm STP: pod 5 cm/bm dovoluje se
od 30 cm STP: pod 7 cm/bm dovoluje se
od 30 cm STP: pod 7 cm/bm dovoluje se
do 19 cm STP:
do 19 cm STP:
od 20 do 29 cm STP:
do 30 cm STP:
nedovoluje se
nejvýše 10 % průměru čela, čepu se nedovoluje
excentrická dřeň zbarvení tvrdá Vady hniloba způsobené měkká houbami hniloba, trouchnivost mělké Napadení hmyzem hluboké
nejvýše 10 % tloušťky čela, čepu nedovoluje se
nejvýše 10 % tloušťky čela, čepu nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se
nedovoluje se nedovoluje se
nedovoluje se nedovoluje se
Ostatní neuvedené vady
nedovoluje se
nedovoluje se
křemenitost
Rozměry kulatiny délka,min. průměr čepu
minimální jmenovitá délka 3 m, minimální průměr čepu b.k . 11 cm, nebo dle dohody mezi dodavatelem a odběratelem
Stoupání, tl. stupně, max. průměr čela, šířka letokruhů apod.
dle dohody mezi dodavatelem a odběratelem
38
Tabulka 10.: Klasifikace vad a jejich zatřídění do III. jakostní třídy, výřezy pro pilařské zpracování – Smrk, kvalita C a D Kvalita
zdravé, srostlé
C dříví běžné jakosti až méně hodnotné, dovoleny jsou vady, které výrazně nesnižují přirozené vlastnosti dřeva a rozsah níže uvedených vad nesmí být překročen do 6 cm
nesrostlé
co 5 cm
Charakteristika
Suky
Trhliny
nezdravé dřeňové, hvězdicovité odlupčivé, výsušné současný výskyt přecházející křivost jednod.
točitost
Vady růstu sbíhavost
křemenitost excentrická dřeň
D dříví, které může být využitelné pro pilař. Zpracování a které vzhledem k jeho vadám nelze zatřídit do kval. A,B,C a rozsah níže uvedených vad nesmí být překročen do 8 cm do 10 cm max. 1ks na 1 bm do 8 cm
do 3 cm max do 1/3 tloušťky čela, čepu max do 1/4 tloušťky čela, čepu dovoluje se nedovoluje se mělká výsušná se povoluje průhyb od 15 % do 20 průhyb od 21 % do 32 % STP % STP do 29 cm STP: méně než 8 cm/bm dovoluje dovoluje se (dřívímusí se být ještě vhodné pro od 30 cm STP: méně pilařské zpracování) než 10 cm/bm dovoluje se do 19 cm STP: > 1,50 - do 19 cm STP: > 2,00 2,00 cm/bm dovoluje se cm/bm dovoluje se od 20 do 29 cm STP: > od 20 do 29 cm STP > 1,50 - 2,50 cm/bm 2,50 cm/bm dovoluje se dovoluje se od 30 do 44 cm STP: > od 30 do 44 cm STP: > 2,00 - 3,00 cm/bm 3,00 cm/bm dovoluje se dovoluje se od 45 cm STP: > 2,00 - od 45 cm STP: > 4,00 4,00 cm/bm dovoluje se cm/bm dovoluje se nejvýše 40 % průměru dovoluje se čela, čepu bez omezení bez omezení (pokračování)
39
Tabulka 11.: Klasifikace vad a jejich zatřídění do III. jakostní třídy, výřezy pro pilařské zpracování – Smrk, kvalita C a D (pokračování) zbarvení Vady tvrdá hniloba způsobené měkká houbami hniloba, trouchnivost mělké Napadení hmyzem hluboké Ostatní neuvedené vady Rozměry kulatiny délka,min. průměr čepu
nedovoluje se nedovoluje se
max. do 2/3 plochy čela nebo čepu max. do 2/3 plochy čela nebo čepu
nedovoluje se
nedovoluje se
dovoluje se bez omezení nedovoluje se dle dohody mezi dodavatelem a odběratelem. minimální jmenovitá délka 3 m, minimálníprůměr čepu b.k 11 cm, nebo dle dohody mezi dodavatelem a odběratelem
Stoupání, tl. stupně, max. průměr čela, šířka letokruhů apod.
dle dohody mezi dodavatelem a odběratelem
8 JAKOSTNÍ ZNAKY KULATINY PRO KONSTRUKČNÍ POUŽITÍ Žádný předpis ani přehled jakostních znaků přímo pro surovinu pro výrobu nosníků neexistuje a vychází se proto z obecných požadavků na kulatinu či řezivo. Předpisy na kulatinu dovolují vady, které požadavky na řezivo nepřipouští, naopak na řezivu jsou stanoveny vady, které na kulatině nelze hodnotit. Bylo by vhodné, kdyby předpisy na kulatinu a řezivo pro konstrukční prvky vzájemně korespondovaly. Z uvedených předpisů se jako nejvhodnější jeví požadavky na hranoly dle ČSN 73 2824 ve srovnání s požadavky Doporučených pravidel pro měření a třídění dříví v České republice 2008, protože definují shodné posuzovací znaky.
Následující
tabulka
tedy
bude
vycházet
z těchto
požadavků,
s vyloučením kritérií, která na kulatině nelze stanovit (např. obliny). Budeme vycházet z toho, že jakostní znaky, které musí splňovat řezivo – materiál pro výrobu hranolů – musí splňovat také surovina pro jeho výrobu. Může být lepší, nicméně neměla by být výrazně horší. Uvedené hodnoty by měly být stanoveny při vlhkosti cca 20 %, protože vlhkost ovlivňuje např. křivost či trhliny.
40
Tabulka 12.: Vlastní návrh jakostní třídy kulatiny pro výrobu konstrukčních prvků Třídění kulatiny Třída pevnosti
Znaky třídění srostlé nesrostlé šířka letokruhů výsušné Trhliny dřeňové odlupčivé Suky
Zakřivení
točitost
křivost zamodrání Zabarvení pruhovitost hniloba Tlakové dřevo Poškození hmyzem Zárost Další znaky
S 13, C 30 do 1/5 nedovoluje se do 4 mm dovoluje se nedovoluje se nedovoluje se
S 10, C 24 do 1/4 nedovoluje se do 6 mm dovoluje se nedovoluje se nedovoluje se
S 7, C 16 do 1/2 nedovoluje se do 8 mm dovoluje se dovoluje se dovoluje se
1 mm / 25 mm šířky
1 - 2 mm / 25 mm šířky
2 mm / 25 mm šířky
max. 15 % do 1/5 povrchová nedovoluje se do 1/5
max. 15 % do 2/5 povrchová nedovoluje se do 2/5
20 % dovoluje se dovoluje se pouze tvrdá do 2/5 chodbičky do 2 mělké mělké mm průměru nedovoluje se mělký, částečný mělký, částečný uváží se přiměřeně dle ostatních znaků třídění
9 DISKUZE Pro kulatinu a řezivo jsou stanoveny vizuální znaky třídění, které jsou z velké části shodné jak pro kulatinu, tak pro řezivo. Některé ze znaků, stanovených pro řezivo, však není možné na kulatině určit (např. obliny, odklon vláken). Pro stavební řezivo důležitou pevnost lze stanovit pomocí přístrojů, destruktivním a nedestruktivním způsobem. Měření pevnosti na kulatině je však z hlediska možností ekonomických i technologických téměř nemožné. Proto se stanovuje hodnocením vizuálních znaků na kulatině. Jelikož neexistuje žádná zvláštní norma ani předpis, který by definoval jakost výřezů pro konstrukční použití, vychází se z běžné pilařské suroviny. Pro masivní nebo lepené prvky existuje zvlášť třídění řeziva i speciální požadavky na lamely. Stanovit speciální předpis pro třídění kulatiny je důležité 41
proto, aby bylo možné zvýšit výtěž stavebních sortimentů. Z porovnání návrhu (Tabulka 10) a požadavků dle Doporučených pravidel (Tabulka 8 a 9) vyplývá, že by bylo možno převzít toto kvalitativní třídění a vzhledem k němu stanovit odchylky, které musí splňovat hranoly. Ani volba kvalitní kulatiny nám nemusí zaručit její stoprocentní vhodnost pro výrobu kvalitních nosníků. Po opracování kulatiny se mohou u některých kusů objevit vady, které nemusí být na povrchu kulatiny patrné např. lokální shluk vad. Proto by u řeziva či náhodně vybraných vzorků hotových výrobků mělo proběhnout i měření pevnosti (viz kapitola 6.1) a stoprocentní vizuální kontrola vyrobeného řeziva je nezbytná vždy. Pro jiné materiály než řezivo nejsou stanoveny speciální parametry. Materiály jako parallam, microllam nebo intrallam se vyrábí z částí dýh nebo dýhového odpadu. Pro části dýh by bylo velmi obtížné nějaké požadavky stanovit. Díky složení z malých částí dýh nejsou tyto materiály na vadu suroviny tak citlivé, jelikož se vliv jednotlivých vad rozloží. Na tyto materiály tedy není třeba surovinu vybírat speciálním postupem. Pro výrobu se standardně používá dýhárenská kulatina. Třídění suroviny tedy vychází z parametrů definovaných pro výrobu loupaných dýh (II. jakostní třída dle Doporučených pravidel). Tato surovina je jakostnější než surovina pilařská, lze ji tedy pro výrobu lepených prvků doporučit i bez detailnějších rozborů.
10 DOPORUČENÍ Z
porovnání
kritérií
uvedených
v tabulce
10
s kritérii
uvedenými
v Doporučených pravidlech (Tabulka 8 a 9) vyplývá, že pro stavební řezivo by bylo vhodné převzít již existující jakostní třídu III. Výřezy pro pilařské zpracování. Z uvedených hodnot je jasné, že kvalitativní třída D je zcela nevhodná, protože připouští přítomnost vypadavých suků a příliš velkou křivost. Pro třídu S 7, C 16 by bylo možno využít i kvalitativní třídu C s vyloučením kusů s vypadavými suky. Třída B je vhodná pro S 10, C 24 i S 13, C 30 opět s omezením nesrostlých suků a stejně tak u třídy A. 42
Užití Doporučených pravidel je vhodné nejen proto, že stanovuje shodné třídicí znaky, ale také z toho důvodu, že jsou pro třídění nejčastěji využívána. Zavedení nového předpisu by tedy bylo méně problematické.
43
11 ZÁVĚR Cílem práce bylo stanovit kritéria pro výběr suroviny vhodné k výrobě nosníků, protože v ČR předpis na výběr suroviny k výrobě tohoto sortimentu prozatím chybí. Vycházelo se z dostupných norem a předpisů pro třídění řeziva a kulatiny. Důležitou vlastností pro výběr suroviny je pevnost a pružnost. Ta se dá stanovit jak přístrojovým měřením, tak vizuálním posouzením rozsahu a četnosti vad. Měřením dostaneme přímo příslušnou třídu pevnosti dle ČSN EN 338. Rozsah a počet znaků (vad) je rozhodující pro zařazení řeziva do vizuálních tříd pevnosti nebo pro zařazení kulatiny do kvalitativních tříd. Uvedeny jsou i prvky z dýh a dýhového odpadu. Pro tyto prvky se však využívá dýhárenská kulatina, jakostnější než kulatina pro pilařské zpracování. Požadavky na výběr takovéto suroviny se tedy práce nezabývala. Dřevěné nosníky lze vyrábět z masivu, lamel či vrstvením dýh. Požadavky na hranoly a lamely stanovuje ČSN 73 2824. Kulatina se třídí dle Doporučených pravidel nebo ČSN 48 0050. Z uvedených dostupných předpisů byla pro stanovení speciální třídy kulatiny vybrána norma ČSN 73 2824 a Doporučená pravidla, která stanovují shodné posuzovací znaky. Předpokladem bylo, že kulatina pro výrobu stavebního řeziva musí splňovat minimálně podmínky stanovené pro hranoly, může být lepší, ale v žádném případě citelně horší. Porovnání požadavků z těchto dvou předpisů vznikl vlastní návrh na třídění kulatiny k výrobě řeziva pro stavební použití. Výsledná tabulka vychází z porovnání ČSN 73 2824 a Doporučených pravidel. Z výsledků vyplynulo, že pro třídění suroviny pro stavební řezivo je vhodné převzít již existující třídu z Doporučených pravidel a vzhledem k ní pouze stanovit odchylky, aby splňovala minimální požadavky stanovené pro hranoly. Zavedení takového předpisu je usnadněno rozšířeným využíváním Doporučených pravidel pro třídění kulatiny na pilách. Z tohoto důvodu bylo vyloučeno srovnání s ČSN 48 0050.
44
Zavedení zvláštního předpisu je podstatné pro zvýšení výtěže a zhospodárnění výroby stavebního řeziva vyloučením kulatiny vhodné pro pilařské zpracování, nikoliv však pro výrobu konstrukčních prvků.
12 SUMMARY The aim of the work was to establish criteria for the selection of material suitable for the production of beams, because in Czech Republic prescription for selecting raw material to manufacture these products so far lacking. An important feature for the selection of raw material is strength and flexibility. Strength can be measured to determine instrumentation or visual assessment of the extent and frequency of defects. It is important for inclusion in quality classes. Sorting of raw materials for the manufacture of veneer or of veneering scrap work did not address. Proposal for special classes created by comparing ČSN 73 2824 and Recommended rules for measuring and classifying wood in Czech Republic 2008. These provisions provide the same sorting kriteria. The results showed that for sorting raw materials for construction timber should take an existing class of the recommended rules and due to it establish only exceptions to meet the minimum requirements laid down for beams. The introduction of such regulation is facilitated by the widespread use of Recommended Rules for sorting raw material to sawmills. For this reason it was excluded compared with ČSN 48 0050. The introduction of a special regulation is essential
for to increase
production construction timber and rationalize production of timber exclusion saw-timber
suitable for sawmill processing, but not for the manufacture of
structural elements.
45
13 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK OBRÁZEK 1 KVH HRANOLY A JEJICH VYUŽITÍ
14
OBRÁZEK 2 DUO, TRIO HRANOLY S PŘÍKLADEM JEJICH VYUŽITÍ V KONSTRUKCI
16
OBRÁZEK 3 BSH HRANOLY A JEJICH UŽITÍ V KONSTRUKCI (DEKWOOD)
18
OBRÁZEK 4 MICROLLAM
19
OBRÁZEK 5 PARALLAM
20
OBRÁZEK 6 INTRALLAM
21
OBRÁZEK 7 I NOSNÍK SE STOJNOU Z OSB A PÁSNICÍ Z PARALLAMU
22
OBRÁZEK 8 PEVNĚ SROSTLÉ SUKY
25
OBRÁZEK 9 NADMĚRNÁ SUKATOST, NEVHODNÉ PRO STAVEBNÍ ŘEZIVO
25
OBRÁZEK 10 MĚLKÁ JÁDROVÁ TRHLINA – DOVOLUJE SE
26
OBRÁZEK 11 SILNÁ ODLUPČIVÁ TRHLINA – NEDOVOLUJE SE
26
OBRÁZEK 12 NADMĚRNÁ TOČITOST
26
OBRÁZEK 13 ÚPLNÝ ZÁROST S PATRNÝM ODKLONEM VLÁKEN
26
OBRÁZEK 14 KŘIVOST NAD 15 %
27
OBRÁZEK 15 SILNĚ SBÍHAVÝ KUS
27
OBRÁZEK 16 ZAPAŘENÍ PŘECHÁZEJÍCÍ V HNILOBU
27
OBRÁZEK 17 TROUCHNIVOST
27
OBRÁZEK 18 HLUBOKÉ POŠKOZENÍ HMYZEM
28
OBRÁZEK 19 POŠKOZENÍ JMELÍM
28
OBRÁZEK 20 CIZÍ TĚLESO - KÁMEN
28
OBRÁZEK 21 POŠKOZENÍ PTACTVEM
28
OBRÁZEK 22 SMOLNÍK
29
OBRÁZEK 23 PROSMOL
29
46
Tabulka 13.: Hodnoty pevnosti a pružnosti pro KVH hranoly Tabulka 14.: Hodnoty pevnosti a pružnosti pro hranoly Duo a Trio Tabulka 15.: Kritéria třídění pro hranoly dle ČSN EN 73 2824-1 Tabulka 16.: Charakteristika tříd lamel pro lepené lamelové prvky dle ČSN 73 2824 - 1 Tabulka 17.: Požadavky na řezivo pro výrobu KVH hranolů dle ČSN EN 73 2824 – 1a doplňující požadavky nad rámec normy Tabulka 18.: Požadavky na řezivo pro výrobu Duo a Trio hranolů dle ČSN EN 73 2824 – 1a doplňující požadavky nad rámec normy Tabulka 19.: Přiřazení pevnostních tříd dle ČSN EN 338 vizuálním třídám jakosti dle ČSN 73 2824 - 1 Tabulka 20.: Klasifikace vad a jejich zatřídění do III. jakostní třídy, výřezy pro pilařské zpracování – Smrk, kvalita A a B Tabulka 21.: Klasifikace vad a jejich zatřídění do III. jakostní třídy, výřezy pro pilařské zpracování – Smrk, kvalita C a D Tabulka 22.: Vlastní návrh jakostní třídy kulatiny pro výrobu konstrukčních prvků
14 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE [1] ING.
KAREL ONDRÁČEK. Produkce dřevní suroviny. První vydání. Brno:
Ediční středisko MZLU v Brně, 2008. ISBN 978-80-7375-142-5 [2] KAREL JANÁK. Sklady dřevní suroviny. První vydání. Brno: ediční středisko MZLU v Brně, 2008. ISBN 978-80-7375-214-9 [3] Dr. Ing. KRÁL PAVEL, Dr. Ing. Jaroslav Hrázský. Výroba dýh a překližovaných materiálů. První vydání. Brno: ediční středisko MZLU Brno, 2000. ISBN 80-7157-423-6 [4] KOLEKTIV AUTORŮ. Zpracování dřeva: Materiály - Výrobky - Konstrukce Technologie. Praha: Verlag Dashöfer nakladatelství, spol.s.r.o., 2009 [5] HAVÍŘOVÁ ZDEŇKA. Dům ze dřeva. druhé vydání. Era, 2006. Stavba. ISBN 80-7366-060-1
47
Internetové zdroje: [1] KUKLÍK, Petr a Anna KUKLÍKOVÁ. Lesnická práce. Silvarium.cz [online]. Copyright © 2010 [cit. 2012-04-26]. Dostupné z: http://www.silvarium.cz/lesnicka-prace-c-5-02/zjistovani-vlastnosti-drevadynamickymi-metodami [2] Materiály. Mech [online]. © 2000-2012 [cit. 2012-04-26]. Dostupné z: http://mech.fd.cvut.cz/members/micka/materialy/Drevo%20prezentace.pdf [3] Stora Enso. [online]. [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://www.storaenso.com/ [4] Lesnická a dřevařská fakulta: Rozcestník. Česká zemědělská univerzita v Praze [online]. © 2007 [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://fld.czu.cz/ [5] Produkty. Dekwood: Stavební řezivo [online]. 2009 © DEK [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://dekwood.cz/produkty-9 [6] Dřevostavby. Svět dřevostavby: Magazín o moderních dřevostavbách [online]. [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://www.svet-drevostavby.cz/ Použité normy: [1] ING. TOMÁŠ WOJNAR. Doporučená pravidla pro měření a třídění dříví v České republice 2008. 2. vydání 2007. Lesnická práce, s.r.o., 2007, 149 s. ISBN 978-80-87154-01-4 [2] ČSN 73 2824-1. Třídění dřeva podle pevnosti: Část 1: Jehličnaté řezivo. 7/2006 [3] ČSN EN 14081-1. Dřevěné konstrukce - Konstrukční dřevo obdélníkového průřezu tříděné podle pevnosti: Část 1: Obecné požadavky. 7/2006 [4] ČSN EN 338. Konstrukční dřevo: Třídy pevnosti. 5/2010 [5] ČSN EN 1912+A4. Konstrukční dřevo - Třídy pevnosti: Přiřazení vizuálních tříd jakosti a dřevin. 10/2010 [6] ČSN 49 1531-1. Dřevo na stavební konstrukce: Část 1: Vizuální třídění podle pevnosti
48
