Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nauky o dřevě
Vybrané vlastnosti tropického dřeva merbau Bakalářská práce
2013
Tomáš Drga
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Vybrané vlastnosti tropického dřeva merbau zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny, ze kterých jsem čerpal. Souhlasím, že moje bakalářská práce smí být zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v archivu ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně, dne: ..........................................
podpis studenta: .........................................
Poděkování: V první řadě bych chtěl poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce doc. Ing. Vladimíru Grycovi, Ph.D., za jeho ochotu, odborný dohled a poskytnutí cenných rad. Díky patří Ing. Janu Tippnerovi, Ph.D., za pomoc při experimentálním měření, firmě Weekamp Doors, spol. s r. o. za poskytnutý materiál a slečně Anně Slánské za pomoc s překladem anglických textů. V neposlední řadě děkuji své rodině za podporu a trpělivost.
Abstrakt Jméno: Tomáš Drga Název práce: Vybrané vlastnosti tropického dřeva merbau Tato bakalářská práce měla za cíl zjistit vybrané fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva merbau. Ze zbytkového materiálu, jenž vznikl při výrobě dveří, byla vyrobena sada zkušebních vzorků, na kterých se prováděla měření níže uvedených vlastností. Z fyzikálních vlastností byla měřena hustota a bobtnání, z mechanických vlastností mez pevnosti v tlaku ve směru vláken. První část je zaměřena na teoretický popis vybraných fyzikálních a mechanických vlastností, charakteristikou a stavbou dřeva merbau. Ve druhé části byly naměřené hodnoty jednotlivých vlastností statisticky vyhodnoceny a výsledná data porovnávána s údaji z různých literárních zdrojů. Klíčová slova: merbau, hustota, bobtnání, mez pevnosti v tlaku ve směru vláken
Abstract Author: Tomáš Drga Title of bachelor´s work: Selected Properties of Tropical Wood Merbau This bachelor´s work was focused on finding out selected physical and mechanical characteristics of merbau wood. There were measured two physical properties - density and swelling and then strenght in pressure along fibres as a mechanical property. Measurement was taken on set of experimental merbau samples which were made of residual material. The first part of this work was aimed on theoretical description of selected physical and mechanical characteristics and structure of merbau wood. The second part dealt with statistics of measured figures and comparison of data with information from various literary sources. Key words: merbau, density, swelling, strenght in pressure along fibres
Obsah 1.
Úvod ................................................................................................................... 7
2.
Cíl práce ............................................................................................................ 8
3.
Literární přehled .............................................................................................. 9 3.1. Vybrané fyzikální vlastnosti ........................................................................... 9 3.1.1.
Hustota dřeva .......................................................................................... 9
3.1.2.
Vlhkostní vlastnosti dřeva ..................................................................... 14
3.1.3.
Bobtnání dřeva ...................................................................................... 17
3.2. Mechanické vlastnosti dřeva ........................................................................ 21 3.2.1.
Pevnost dřeva ........................................................................................ 21
3.2.2.
Faktory ovlivňující pevnost dřeva ......................................................... 24
3.3. Tropické deštné lesy ..................................................................................... 26 3.3.1.
Rozšíření a rozloha ................................................................................ 26
3.3.2.
Klima ..................................................................................................... 27
3.3.3.
Stavba a růst stromů .............................................................................. 27
3.3.4.
Struktura deštného lesa ......................................................................... 28
3.4. Lesnictví v tropických šířkách...................................................................... 30 3.4.1.
Food and Agriculture Organization of the United
Nations (FAO) .... 31
3.4.2.
International Tropical Timber Organization (ITTO) ............................ 32
3.4.3.
Rozloha lesů .......................................................................................... 32
3.4.4.
Celosvětová produkce dříví................................................................... 33
3.5. Dřevo Merbau (Intsia bijuga) ....................................................................... 37 3.5.1.
Země původu ......................................................................................... 37
3.5.2.
Lokalita výskytu .................................................................................... 38
3.5.3.
Morfologické znaky stromu .................................................................. 38
3.5.4.
Makroskopická stavba dřeva ................................................................. 38
3.5.5.
Mikroskopická stavba dřeva ................................................................. 39
4.
3.5.6.
Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva............................................... 41
3.5.7.
Zpracování a použití dřeva .................................................................... 41
Materiál a metodika ....................................................................................... 43 4.1. Výroba vzorků .............................................................................................. 43 4.2. Stanovení hustoty dřeva ............................................................................... 43 4.3. Stanovení bobtnání dřeva ............................................................................. 44 4.4. Stanovení pevnosti v tlaku podél vláken ...................................................... 44 4.5. Popisná statistika .......................................................................................... 46
5.
Výsledky .......................................................................................................... 49 5.1. Hustota dřeva při vlhkosti 0 % ..................................................................... 49 5.2. Bobtnání dřeva.............................................................................................. 50 5.3. Mez pevnosti dřeva....................................................................................... 53
6.
5.3.1.
Tlak podél vláken .................................................................................. 53
5.3.2.
Modul pružnosti .................................................................................... 55
Diskuze ............................................................................................................ 57 6.1. Vhodná alternativa dřeva merbau ................................................................. 58 6.1.1.
Alternativa z tropických dřev ................................................................ 58
6.1.2.
Alternativa z tuzemských dřev .............................................................. 59
6.1.3.
Porovnání alternativ se dřevem merbau podle ČSN EN 350–2 ............ 60
7.
Závěr................................................................................................................ 61
8.
Summary ......................................................................................................... 62
9.
Zdroje .............................................................................................................. 63
Seznam obrázků ....................................................................................................... 67 Seznam tabulek ........................................................................................................ 67
1. Úvod Již po dlouhá tisíciletí se dřevo řadí mezi nejdokonalejší materiál, který člověk používá při uspokojování svých potřeb. Ne jinak je tomu v dnešním moderním a uspěchaném světě. Určitě není nadsazené tvrdit, že dřevo člověka doprovází celým jeho životem. Nemusíme hluboce bádat, abychom si vybavili pestrou škálu obydlí, stavebně truhlářských výrobků, nábytku, pracovních pomůcek, hudebních nástrojů, hraček, sportovních potřeb, dekoračních a uměleckých předmětů, zbraní a jiných produktů, jež jsou ze dřeva běžně vyráběny. Podnět pro tak obrovské využívání této suroviny daly zejména jeho vynikající fyzikální a mechanické vlastnosti, zajímavá textura a poměrně snadná zpracovatelnost a obrobitelnost. Velkou výhodou je obnovitelnost tohoto materiálu, v čemž spočívá značná konkurenční výhoda oproti jiným zdrojům (železo, sklo, ropa). Nic ovšem není tak dokonalé, aby to nebylo bezchybné. Stejně tak tomu je i v případě dřeva, které má několik negativních vlastností. Patří zde anizotropie dřeva, dále navlhavost dřeva a s tím související bobtnání, sesychání a ztráta mechanických pevností. V neposlední řadě hořlavost a malá obranyschopnost dřeva vůči napadení dřevokazným hmyzem a houbami. To jsou ty nejzávažnější problémy, se kterými se u dřeva můžeme setkat a je nutné s nimi počítat. Tyto záporné vlastnosti náleží všem dřevinám, ať už se jedná o domácí dřeviny či dřeviny exotické. Pokud bychom však začali dřeviny porovnávat, dojdeme k poměrně jednoznačnému výsledku. Exotické dřeviny předčí ty tuzemské prakticky ve všech aspektech. K těm nejzásadnějším patří zvýšená odolnost vůči dřevokazným houbám, hmyzu a povětrnostním vlivům. Obdobně lépe jsou na tom tyto dřeviny i v momentě, kdy se zaměříme na jejich fyzikálně-mechanické vlastnosti, různorodost barev či variace textury. V důsledku uvedených charakteristik, které jsou vlastní téměř všem exotickým dřevinám, je jejich obliba na trhu opodstatněná. Konkrétním příkladem jsou dřeviny s obchodním názvem merbau. Ačkoliv se merbau může v našich podmínkách jevit jako běžná spotřební surovina, o jeho výjimečnosti se přesvědčíme v místě jeho původu – Indonésii. Zde se dřevu merbau dostává opravdové pocty. V rukou řemeslných mistrů se tvoří mosty, trámové konstrukce, honosný nábytek, vyřezávané sošky a jiné produkty z listů či plodů. Důraz je vždy kladen na využití celé dřeviny.
7
2. Cíl práce Cílem této bakalářské práce je vyhledat literární zdroje, které se zabývají problematikou stavby, fyzikálních a mechanických vlastností a použití tropického dřeva s obchodním názvem merbau (Intsia bijuga). Dále pak v souladu s normami provést experimentální zjištění hustoty dřeva, celkového bobtnání a meze pevnosti v tlaku ve směru vláken. Tyto naměřené hodnoty statisticky vyhodnotit a porovnat s údaji dostupnými v odborné literatuře. V poslední řadě vybrat vhodnou alternativu za dřevo merbau z tuzemských i tropických druhů dřev a také najít uplatnění dřeva merbau v nábytkářském nebo dřevařském průmyslu.
8
3. Literární přehled 3.1. Vybrané fyzikální vlastnosti 3.1.1. Hustota dřeva Hustota, jakožto jedna z nejdůležitějších charakteristik dřeva, vyjadřuje hmotnost objemové jednotky. Kvůli anizotropnímu charakteru dřeva a jeho nehomogenitě se zavádí pojem objemová hmotnost. Nicméně u obou případů je veličina označována ρ a jednotkou je kg·m−3 nebo g·cm−3, pro které platí následující vztah.
[kg·m−3]
Určení hustoty u dřeva je v porovnání s jinými typy materiálů docela složité hlavně z důsledku hygroskopicity dřeva. Hmotnost i objem dřeva jsou úzce propojeny s vlhkostí dřeva (Horáček, 2001; Matovič, 1993). Hustota má významný vliv na mnohé pro dřevo typické fyzikální a mechanické vlastnosti. Obecně lze říci, že dřeva s vyšší hustotou jsou pevnější, tvrdší a lépe snáší opotřebení než dřeva s nižší hustotou. Podle hustoty dřeva se řídí i jeho další mechanické a chemické zpracování, kde je důležitým aspektem hmotnostní množství dřevní hmoty obsažené v konkrétní objemové jednotce. Dále je to důležitý ukazatel vhodnosti použití dřeva na takové účely, kde je například potřeba nízké hmotnosti ve spojitosti s poměrně dobrými mechanickými vlastnostmi. Z těchto údajů je zřejmé, že znalosti o hustě dřeva neslouží jen k teoretickému užití, ale běžně se využívají v praxi (Požgaj et al., 1997).
3.1.1.1. Hustota dřevní substance Vzhledem k porézní struktuře dřeva se zavádí pojem dřevní substance, což je hmota buněčných stěn bez submikroskopických dutin, lumenů a mezibuněčných prostor. Hustota dřevní substance označována jako ρs je vyjádřena poměrem hmotnosti dřevní substance ms a příslušného objemu Vs. 9
[kg·m−3]
Hustota dřevní substance je poměrně stálá hodnota, která se pohybuje v intervalu hodnot 1 440–1 550 kg·m−3 (Horáček, 2001). Dle Matoviče (1993) se hodnota dřevní substance pohybuje mezi hodnotami 1 460– 1 570 kg·m−3. Rozmezí hodnot způsobuje chemické složení dřeva a způsob jeho zjišťování. Podle procentuálního podílu základních chemických konstituentů ovlivňuje hustotu dřevní substance zejména lignin, jenž se u různých skupin dřev pohybuje v rozmezí 15–35 % a se svou hustotou 1 350 kg·m−3 je nejlehčí základní stavební látkou. Hustoty zbylých dvou základních stavebních složek jsou pro celulózu 1 560 kg·m-3 a pro hemicelulózu 1 500 kg·m−3. Jelikož podíl těchto látek u různých dřevin bývá velmi podobný, není ρs závislá na druhu dřeviny. Tudíž se za průměrnou hodnotu ρs pro všechny dřeviny uvádí 1 530 kg·m−3. Hustota dřevní substance je důležitá zejména při teoretických výpočtech pórovitosti, maximální vlhkosti (nasáklivosti) a při technologických procesech impregnace dřeva (Horáček, 2001).
3.1.1.2. Hustota dřeva Hustota dřeva vyjadřuje hmotnost jednotkového objemu dřeva při určité vlhkosti (Požgaj et al., 1997). Pro charakteristiku hustoty dřeva používáme nejčastěji následující vlhkostní stavy: a) hustota dřeva v suchém stavu (w = 0 %), b) hustota dřeva při vlhkosti 12 %, c) hustota dřeva vlhkého (w > 0 %). V případě porovnávání výsledků a při použití u teoretických výpočtů se užívají hodnoty hustoty v absolutně suchém stavu ρ0. Pojmem absolutně suchý stav je myšlena 0% vlhkost dřeva. Hustota absolutně suchého dřeva ρ0 je menší než ρs, jelikož do dřeva jsou započítávány i mikrokapiláry a lumeny vyplněné vzduchem:
10
[kg·m−3]
m0 – hmotnost suchého dřeva [kg] V0 – objem suchého dřeva [m3]
Hustota dřeva vlhkého ρw je vyjádřena podílem hmotnosti na objemu dřeva při určité vlhkosti.
[kg·m−3]
Specifickým jevem
je hustota při 12% vlhkosti.
[kg·m−3]
Tento vlhkostní stav udávají platné normy, poněvadž vlhkosti 12 % dosáhne dřevo dlouhodobým vystavením při běžných podmínkách v temperované místnosti (T = 20 °C; φ = 65 %) (Horáček, 2001). Hustota dřeva při 0% a 12% vlhkosti je důležitým ukazatelem kvality dřeva, hlavně jeho fyzikálních a mechanických vlastností. Obecně platí, že čím je hustota dřeva vyšší (za předpokladu stejné vlhkosti nebo w = 0 %), tím lepších fyzikálně-mechanických vlastností dřevo dosahuje (Matovič, 1993). U tuzemských dřevin se hustota dřeva pohybuje v širokém intervalu. Dle hustoty dřeva s 12% vlhkostí je možné dřeviny rozčlenit do tří skupin. V případě exotických dřev se setkáváme s ještě extrémnějším rozsahem hodnot hustoty dřeva. Za nejlehčí dřevo se pokládá balza (Ochroma lagopus sw.) s hustotou v absolutně suchém stavu ρ0 = 130 kg·m−3, oproti tomu se za nejtěžší považuje dřevo quajaku (Guaiacum officinalle L.) s hustotou ρ0 = 1 360 kg·m−3. Zvyšující se vlhkost dřeva má za následek zvyšování hustoty dřeva, ale hmotnost a objem dřeva nemají shodnou tendenci růstu. Zatímco hmotnost dřeva s postupným zvyšováním vlhkosti stoupá až do maximálního nasycení (maximální vlhkost dřeva), objem dřeva roste jen do meze hygroskopicity (Horáček, 2001).
11
Tab. 1 Rozdělení dřev podle hustoty dřeva w = 12 % (podle Horáčka 2001)
dřeva s nízkou hustotou (ρ12 < 540 kg·m−3)
borovice, smrk, jedle, topol, lípa, vrba, olše, osika modřín, tis, bříza, buk, hrušeň,
dřeva se střední hustotou (ρ12 = 540–750 kg·m−3)
dub, ořešák, jilm, jabloň, jasan, jeřáb, třešeň, kaštanovník
dřeva s vysokou hustotou (ρ12 > 750 kg·m−3)
habr, zimomráz, dřín, moruše, akát
3.1.1.3. Redukovaná hustota dřeva Redukovaná hustota dřeva ρrw je definována podílem hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu m0 a jeho objemem při určité vlhkosti Vw.
[kg·m-3]
Zmiňovaná hustota vyjadřuje, jaké množství sušiny je obsažené v nabobtnalém objemu dřeva. Redukovaná hustota při w = 0 % se shoduje s hustotou dřeva v absolutně suchém stavu ρ0. S narůstající vlhkostí hodnota ρrw klesá až do meze hygroskopicity, nad touto hranicí se již hodnota nemění. Při vlhkostech, které se pohybují nad mezí hygroskopicity jsou hodnoty minimální a již dále se nemění, protože dřevo už dále nebobtná. Takto definovaná veličina bývá označována pojmem konvenční hustota ρk nebo redukovaná hustota v čerstvém stavu ρrč. [kg·m−3]
Konvenční hustota je veličinou, které se hojně využívá při technologických výpočtech a má také důležitý význam v lesním hospodářství, dřevozpracujícím 12
průmyslu a také celulózo-papírenském průmyslu. Nachází zejména uplatnění při váhové přejímce dříví (Horáček, 2001; Matovič, 1993).
3.1.1.4. Specific gravity Při hledání hodnot hustoty dřeva pro jednotlivé dřeviny v literárních pramenech, které pochází z anglofonních zemí, se můžeme setkat s pojmy density a specific gravity. Density (resp. basic density) se podobá naší hustotě dřeva (resp. konvenční hustotě), ale tato veličina se většinou nepoužívá. Mnohem více je používána hodnota specific gravity (zkratka sp gr, G nebo S. G.), která vyjadřuje podíl hustoty dřeva a hustoty vody, případně podíl hmotnosti v absolutně suchém stavu a hmotnosti vody vytlačené ponořením tělesa. Výpočet specific gravity znázorňuje tento vztah:
mo – hmotnost dřeva v absolutně suchém stavu mdisp – hmotnost vody vytlačené ponořením tělesa
Hodnota jmenovatele je dána objemem dřeva, a ten se změní s vlhkostí zkušebního vzorku, proto je nutné vždy uvádět hodnotu vlhkosti daného vzorku. Na hustotu dřeva mají vliv dva hlavní faktory: hustota buněčných stěn anatomických elementů a vlhkost dřeva. Dalším faktorem jsou minerální a extraktivní látky, jejichž vliv je však výrazný pouze u některých druhů dřevin (Vavrčík, 2008).
3.1.1.5. Proměnlivost hustoty dřeva Velikost hustoty dřeva je nejvíce ovlivňována anatomickou stavbou dřeva, chemickým složením, vlhkostí, polohou ve kmeni, sociálním postavením stromu v porostu, stanovištními podmínkami a pěstebními opatřeními (Matovič, 1993). Chemické složení ovlivňuje nejen hustotu dřevní substance, ale také samotnou hustotu dřeva tím, že dřevo obsahuje kromě hlavních chemických konstituent i další látky. Jsou to většinou látky extraktivní, které mají za následek zvýšení hustoty 13
jádrového dřeva. Proto dřeva listnatá kruhovitě-pórovitá, jež jsou většinou jádrová, mají hustotu zpravidla vyšší než dřeva listnatá roztroušeně-pórovitá (Horáček, 2001).
3.1.2. Vlhkostní vlastnosti dřeva Dřevo se vůči okolnímu prostředí chová jako hygroskopický materiál, který dokáže přijímat nebo odevzdávat vodu ve skupenství kapalném i plynném. Dřevo je schopné přijímat i jiné kapaliny a plyny, ale z praktického hlediska se voda jeví za nejdůležitější. Strom během své existence pojímá velké množství vody, která je důležitá pro jeho růst. Po skácení se množství vody ve dřevě snižuje nebo zvyšuje, záleží na dalším zpracování a použití. Prakticky se kvůli hygroskopicitě určité množství vody ve dřevě vždy vyskytuje. Zpravidla voda ve dřevě ovlivňuje i jeho vlastnosti a mnohdy má vliv na jejich zhoršení. Zároveň je nutné si uvědomit, pokud dojde ke změně obsahu vody ve dřevě, nastávají změny v hustotě a rozměrové změny. Dále se mění odolnost vůči houbám a napadení hmyzem, fyzikální a mechanické vlastnosti, technologické postupy zpracování a další (Matovič, 1993).
3.1.2.1. Vlhkost dřeva Vlhkostí dřeva se rozumí přítomnost vody ve dřevě. Vyjadřuje se podílem hmotnosti vody k hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu – vlhkost absolutní wabs nebo podílem hmotnosti vody ke hmotnosti mokrého dřeva – vlhkost relativní wrel. Nejčastěji se absolutní i relativní vlhkost vyjadřuje v % a pro jejich výpočet se vychází z následujících vztahů.
[%]
[%]
mw – hmotnost vlhkého dřeva [kg, g] m0 – hmotnost absolutně suchého dřeva [kg, g]
14
mv – hmotnost vody [kg, g]
Hodnoty absolutní vlhkosti dřeva se využívají pro charakteristiku fyzikálních a mechanických vlastností dřeva. Znalost relativní vlhkosti dřeva se v praxi uplatňuje všude tam, kde je žádoucí vědět procentuální zastoupení vody z celkové hmotnosti mokrého dřeva, např. když se jedná o nákup či prodej dřeva podle jeho hmotnosti. Vlhkost ve kmeni rostoucího stromu se rozkládá nerovnoměrně a její hodnota se mění jak po výšce kmene, tak i po jeho průměru. Zpravidla nejvýraznější vlhkostní rozdíl mezi jádrem (vyzrálým dřevem) a bělí je u jehličnanů, u nichž má jádro 3–4 krát menší vlhkost než běl. Například jádrové dřevo či dřevo vyzrálé u borovice nebo smrku dosahuje průměrné roční vlhkosti 33–38 %, vedle toho průměrná roční vlhkost běle se pohybuje okolo 112–132 %. Vlhkost běle se zvyšuje směrem od báze k vrcholu stromu. Naproti tomu vlhkost jádra jehličnanů se prakticky nemění. V případě listnatých dřev se vlhkost po průměru kmene rozkládá mnohem rovnoměrněji. Není zde výraznější rozdíl mezi dřevy, jež mají rozlišeny jádro a běl, a mezi těmi, které jádro nemají. V obou případech se hodnoty jak středových, tak i obvodových vrstev pohybují v rozmezí 70–90 % vlhkosti. Nicméně u jádrových dřev, se vlhkost středových vrstev s rostoucí výškou mírně snižuje, zatímco vlhkost běle se téměř nemění. V případě listnatých dřev, u nichž není odlišeno jádro a běl, se vlhkost dřeva s rostoucí výškou zvyšuje. V případě mladých stromů je vlhkost dřeva vyšší a více kolísá, než je tomu u stromů starších. Je to způsobeno tím, že dřevo mladých stromů je tvořeno úplně nebo z velké části bělí. Změnu vlhkosti ve dřevě může způsobovat i střídání ročních období. Minimální vlhkosti ve dřevě je dosahováno v období léta, oproti tomu maximální vlhkost dřevo obsahuje v zimních měsících. Na vlhkost dřeva nepůsobí jen změna klimatických podmínek, ale i střídání denní doby (ráno, poledne, večer) (Gandelová et al., 2009; Matovič, 1993).
15
3.1.2.2. Rozdělení vody ve dřevě Podle způsobu uložení vody, která se ve dřevě vyskytuje, ji členíme na vodu: chemicky vázanou, vázanou – hygroskopickou a volnou – kapilární. a) Chemicky vázaná voda: součást chemických sloučenin. Ze dřeva se neodstraní sušením, ale pouze spálením. Zaujímá 1–2 % z celkového množství sušiny dřeva. Z hlediska fyzikálních a mechanických vlastností není důležitá. b) Voda vázaná – hygroskopická: vyskytuje se v buněčných stěnách. Navázání je zajištěno pomocí vodíkových můstků přes hydroxylové skupiny OH amorfní části celulózy a hemicelulóz. Vyskytuje se ve dřevě, u kterého se vlhkost v průměru pohybuje v rozmezí 0–30 %. Voda vázaná hraje nejvýznamnější roli při určování charakteristiky fyzikálních a mechanických vlastností dřeva. c) Voda volná – kapilární: zaplňuje lumeny buněk a mezibuněčné prostory. Ve dřevě je obsažená pouze v případě, že se zde nachází i voda vázaná. Z toho vyplývá, že se vyskytuje při vlhkostech dřeva od 30 % až do maximální vlhkosti 150–200 %. Voda volná tak nemá důležitý význam při charakteristice fyzikálních a mechanických vlastností, jako je tomu v případě vody vázané. Hraniční hodnota, která od sebe odděluje vodu vázanou a volnou, se stanovuje na základě určení meze nasycení buněčných stěn MNBS nebo meze hygroskopicity MH (Gandelová et al., 2009). Podle Požgaje (1997) mez nasycení buněčných stěn definujeme jako stav dřeva, při kterém dřevo obsahuje jen vodu vázanou, přičemž buněčné stěny jsou plně nasyceny vodou, bez toho aniž by se v dutinách buněk nacházela voda v kapalném skupenství. Prakticky je možné MNBS charakterizovat jako maximální vlhkost buněčných stěn u dřeva, které bylo dlouhodobě uloženo ve vodě, přičemž teplota tuto veličinu nijak neovlivňuje. V případě domácích dřevin se vlhkost MNBS pohybuje mezi 22–35 %. Liší se zejména druhem dřeviny, tedy anatomickou a chemickou stavbou dřeva. Vůči poměrně složitému určení MNBS se osvědčilo používat pro rozlišení vody vázané a volné jinou charakteristiku, a to mez hygroskopicity. MH je takovou rovnovážnou vlhkostí, kterou dosáhne dřevo dlouhodobě vystavené prostředí (vzduchu), jehož relativní vlhkost je blízká nasycení (φ = 0,995 %). Diference u těchto dvou mezních hodnot závisí hlavně na prostředí, kterému je dřevo vystaveno. Voda se u MNBS nachází ve skupenství kapalném, naopak u MH se
16
vyskytuje v plynné podobě. V rozmezí teplot 15–20 °C je vlhkost u obou veličin téměř na stejné hodnotě, tj. průměrně 30 %. MH je na rozdíl od MNBS závislá na teplotě prostředí a to nepřímo úměrně (Gandelová et al., 2009).
3.1.2.3. Rozměrové změny spojené se změnou vlhkosti Dochází-li ke změně vlhkosti u dřeva v rozsahu vody vázané, podléhá dřevo rozměrovým změnám. Pokud se snižuje vlhkost ve dřevě k mezi hygroskopicity (odpařuje se voda volná), není rozměrová změna nějak výrazná. Sesychání a bobtnání probíhá v buněčné stěně, kde se přibližují nebo naopak oddalují fibrilární struktury podle obsaženého množství vody vázané. Nemění se tedy jen rozměry jednotlivých elementů dřeva, ale i dřevo jako celek. Nejpodstatnější vliv na velikost sesychání a bobtnání má orientace fibril v buněčné stěně. Poněvadž největší zastoupení (90 %) z buněčné stěny představuje S2 vrstva sekundární buněčné stěny, u které je jen malý odklon fibril od podélné osy (15–30°), dochází tak k maximálnímu sesychání a bobtnání napříč vláken. Odklon fibril způsobuje jen nepatrné rozměrové změny v podélném směru. Malé rozměrové změny v podélném směru se vysvětlují tím, že molekuly vody nemohou vnikat mezi fibrily do valenčního řetězce v podélném spojení, takže nenastává jejich rozestupování v tomto směru. Sesychání a bobtnání jsou děje, při nichž se mění lineární, plošné nebo objemové rozměry dřevěného tělesa tím, že se mění jejich vlhkost. Můžeme je definovat jako podíl určité rozměrové změny a původní hodnoty rozměru (Horáček, 2001).
3.1.3. Bobtnání dřeva Bobtnáním (α) bývá označována schopnost dřeva zvětšovat svoje lineární rozměry, plochu nebo objem při absorpci vody vázané v intervalu 0 % – MH (MNBS). Rozeznává se: a) bobtnání lineární (v jednotlivých anatomických směrech – podélné, radiální a tangenciální), b) bobtnání plošné (změna plochy tělesa), c) bobtnání objemové (změna objemu tělesa).
17
Dále se rozlišuje bobtnání celkové (maximální) a bobtnání částečné. Celkovým bobtnáním bývá označován proces bobtnání dřeva od absolutně suchého stavu až do meze hygroskopicity. Pokud se jedná o bobtnání v jakémkoliv menším intervalu, zavádí se pojem částečné bobtnání. Bobtnání se vyjadřuje podílem změny rozměru k původní hodnotě. Nejčastěji se hodnoty změny tělesa v důsledku bobtnání udávají v %.
[%]
α – rozměr tělesa, jeho plocha nebo objem; i – index udávající směr, plochu nebo objem; w1 – vlhkost před bobtnáním; w2 – vlhkost po ukončení bobtnání
Z praktického hlediska je příhodné vědět, jak se změní rozměry, plocha nebo objem, jestliže nastane změna vlhkosti o 1 %. Pro tyto účely slouží koeficient bobtnání Kα, který lze zjistit podle vztahu:
[%/1%]
Nebo pokud je známo celkové bobtnání dle vztahu:
[%/1%]
Je ovšem nezbytné si uvědomit, že výpočet a užití koeficientu bobtnání usuzuje, že změny rozměrů těles pod mez hygroskopicity jsou lineárně úměrné změnám vlhkosti. Toto tvrzení není zcela shodné se skutečností, ale pro jeho použití v praxi je postačující (Gandelová et al., 2009). Dalším zajímavým poznatkem je rozdíl v objemu vody před a po absorbování vody dřevem. Voda před pohlcením měla o něco větší objem. Zmenšení objemu vody v systému (dřevo-voda) se nazývá kontrakce a vysvětluje se stlačením (zhuštěním) vody v prostorách buněčné stěny, které vzniká poměrně velkým tlakem. Voda v buněčných
18
stěnách je pod tlakem 3 000–4 000 atmosfér, tudíž dochází ke zmenšení objemu a zvětšení hustoty. Kontrakce nastává při zvyšování vlhkosti v rozmezí 0–6 %. Další množství absorbované vody už nepodléhá stlačení (Perelygin, 1960). S rostoucí hustotou se zvětšuje i objem nabobtnalého dřeva. K přibližnému stanovení hodnoty celkového objemového bobtnání je užíváno vztahu:
[%]
Empiricky stanovené celkové objemové, tangenciální a radiální bobtnání lze určit použitím níže uvedených vztahů:
Jak už bylo řečeno v úvodu této kapitoly, má i bobtnání anizotropní povahu. Nejvýraznější bobtnání u dřeva se projevuje v příčném směru. U tuzemských dřev se udává bobtnání ve směru radiálním 3–6 %, v tangenciálním je bobtnání ještě výraznější a to 6–12 %. Podél vláken je hodnota poměrně malá a není větší než 1 %, průměrně kolísá okolo 0,1–0,4 %. Součtem všech těchto bobtnání (podélné, radiální a tangenciální) se zjistí celkové objemové bobtnání. V praxi se běžně bobtnání v jednotlivých anatomických směrech vyjadřuje poměrem:
Další termín, jenž souvisí s touto kapitolou, se nazývá diferenciální bobtnání, což je poměr radiálního a tangenciálního bobtnání, který vychází ze vztahu:
U určování diferenciálního bobtnání hraje významnou roli hustota dřeva, s rostoucí hustotou se hodnota snižuje. Z toho důvodu má většina jehličnatých dřev vyšší hodnotu 19
diferenciálního bobtnání než dřeva listnáčů. Rozpětí hodnot se pohybuje od 1 do 3,5 (Gandelová et al., 2009).
20
3.2. Mechanické vlastnosti dřeva Dřevo se díky svým specifickým vlastnostem řadí mezi materiál se širokou škálou uplatnění. K těm nejdůležitější se rozhodně řadí mechanické vlastnosti, z nichž nejvýznamnější jsou pevnost a pružnost (Požgaj et al. 1997). Mechanické vlastnosti dřeva charakterizují schopnost dřeva odolávat působení vnějších sil. Dělí se do tří skupin: a) základní vlastnosti – pružnost, pevnost, plastičnost a houževnatost, b) odvozené vlastnosti – tvrdost, odolnost proti tečení, odolnost proti trvalému zatížení a odolnost proti únavovému lomu, c) technologické vlastnosti – štípatelnost, opotřebovatelnost, impregnovatelnost a ohybatelnost. Vůči uspořádání a orientaci molekul stavebních látek ve dřevě, mají i mechanické vlastnosti anizotropní charakter. Orientace kovalentních a vodíkových vazeb určují velikost a orientaci mechanických vlastností na úrovni mikrostruktury a makrostruktury dřeva. Ve směru podélném jsou více namáhány vazby kovalentní, v příčném směru zase vodíkové můstky. Tvar a uspořádání základních mechanických elementů dřeva, tracheid a libriformních vláken, směr fibril ve střední vrstvě sekundární buněčné stěny a rozdílná orientace kovalentních a vodíkových vazeb způsobují podstatný rozdíl mechanických vlastností ve směru podélném a kolmém na vlákna. Síly působící kolmo na vlákna vytváří větší deformace zploštěním buněk, než kdyby namáhaly vlákna podélná (Gandelová et al., 2009; Požgaj et al. 1997).
3.2.1. Pevnost dřeva Pevnost dřeva charakterizuje odpor (odolnost) dřeva proti jeho trvalému porušení. Kvantitativně se vyjadřuje napětím, při kterém se poruší soudržnost tělesa – napětím na mezi pevnosti
. Vzhledem k tomu, že teoretická pevnost dřeva nelze vypočítat pro
žádný způsob mechanického namáhání, stanovuje se pevnost dřeva jako skutečná pevnost dřeva. Hodnoty o pevnosti dřeva se získávají pomocí zkoušek, při kterých se monitoruje skutečné napětí v momentě porušení tělesa. Pouze v případě tlaku napříč
21
vláken, kde nedojde ke konečnému porušení, je pevnost definována jako konvenční pevnost. V zásadě se pevnost dřeva rozděluje podle: a) stavu napjatosti – jednoosý a víceosý, b) způsobu namáhání – tlak, tah, ohyb, krut a smyk, c) časového průběhu zatížení – statické a dynamické, d) účinků zatížení na dřevo – destruktivní a nedestruktivní způsob (Gandelová et al., 2009).
3.2.1.1. Pevnost dřeva v tlaku Dle směru působící síly vůči orientaci vláken a letokruhů dřeva se rozeznává: a) pevnost v tlaku ve směru vláken (
),
b) pevnost v tlaku napříč vláken, ve směru radiálním ( ve směru tangenciálním (
), ).
Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken (pevnost v tlaku napříč vláken se zjišťuje graficky z pracovního diagramu) se vypočítá podle vztahu pro normálové napětí, který je uvedený níže (Gandelová et al., 2009).
Fmax – síla na mezi pevnosti [N] a, b – příčné rozměry tělesa [mm]
Pevnost dřeva v tlaku ve směru vláken Pevnost dřeva v tlaku ve směru vláken se řadí mezi jednu z nejdůležitějších vlastností dřeva vůbec. Působí-li tlak na těleso ve směru podél vláken, dochází k deformaci, projevující se zkrácením délky tělesa. Typ deformace souvisí s jakostí
22
a stavbou dřeva. Významnými faktory jsou v tomto případě hustota a vlhkost dřeva (Požgaj et al., 1997; Gandelová et al., 2009). U dřeva suchého s vysokou hustotou a tedy i s vysokou pevností vzniká zatížením porušení dřeva ve formě smyku jedné části tělesa (např. testovaného vzorku) vzhledem k druhé po linii, jenž na tangenciální ploše probíhá pod úhlem 60° vzhledem k podélné ose tělesa. Jedná-li se o dřevo vlhké s nízkou hustotou a malou pevností dochází k otlačení vláken na čelních plochách a k vybočení stěn zatěžovaných těles. V oblasti, kde dochází k porušení dřeva, nastávají změny v mikroskopické stavbě jednotlivých elementů. Při zkoumání tlaku podél vláken, lze určité porušení zaznamenat již při počátečním zatížení tělesa. Takové porušení se projevuje vytvářením příčných rysek na tracheidách jehličnanů – tzv. skluzových čar, které s osou tracheid svírají úhel 70°. Tyto skluzové čáry se poté mění na čáry porušení, přičemž v této fázi ještě nenastává zakřivení vláken. V následné fázi jsou pouhým okem viditelné deformace buněčných stěn a celých vláken. Průměrná hodnota meze pevnosti v tlaku podél vláken u dřev s vlhkostí 12 % je cca 50 MPa, přičemž variační koeficient se nachází v rozmezí 8–16 %. Hodnoty meze úměrnosti v tlaku ve směru vláken se mění s druhem dřeva a v literatuře jsou uváděny následovně: tvrdé listnáče 56 % meze pevnosti, měkké listnáče 60 % meze pevnosti, jehličnany 68 % meze pevnosti. Rozdílné hodnoty v mezi pevnosti u jednotlivých druhů dřev má patrně za následek jejich lišící se stavba dřeva. Vyšší hodnota meze úměrnosti v případě jehličnatých dřevin se vykládá pravidelnější stavbou. Naopak dřeva tvrdých listnáčů (tj. kruhovitě pórovitých) a dřeva s méně pravidelnou stavbou mají hodnotu meze úměrnosti nižší. Za nejlepší předpoklad pro přenos vzniklého napětí se jeví elementy s tlustšími buněčnými stěnami. Jedná se tedy o letní tracheidy u jehličnanů a libriformní vlákna v případě listnáčů. Napětí v buněčných stěnách je přenášeno přes makromolekuly celulózy a hemicelulóz na amorfní výplň celulózní kostry buněčné stěny. Působením tlaku tak vzniká zřetelná plastická deformace, která je zapříčiněná trvalými změnami ve struktuře ligninu a případně narušením spojů lignino-sacharidového komplexu (Gandelová et al., 2009). 23
3.2.2. Faktory ovlivňující pevnost dřeva 3.2.2.1. Vlhkost dřeva Při posuzování závislosti pevnosti a pružnosti dřeva na vlhkosti lze říci, že se stoupající vlhkostí do meze hygroskopicity se pružnost a pevnost dřeva snižuje. Vliv vody vázané a její vztah k mechanickým vlastnostem je důležitý zejména v souvislosti s použitím dřeva jako konstrukčního prvku a při jeho technologickém zpracování. Dřevěné konstrukce během své životnosti často podléhají změnám povětrnostních podmínek, které s sebou nesou změnu jejich rovnovážné vlhkosti v rozsahu 9–22 %. Průběh křivky, která znázorňuje změnu pevnosti dřeva v závislosti na změně obsahu vody vázané, má nelineární charakter. Avšak v intervalu 9–15 % lze nahradit tuto oblast přímkou. Změní-li se vlhkost dřeva o 1 % v rozsahu vody vázané, nastane změna pevnosti průměrně o 3–4 % (výjimkou je pevnost v tahu) (Gandelová et al., 2009). Matovič (1993) pro názornost uvádí, že dřevo vysušené na pokojovou teplotu má hodnotu pevnosti v tlaku ve směru vláken 2–2,5krát vyšší, než dřevo čerstvě skácené. Vlhkost dřeva pohybující se nad mezí hygroskopicity nemá významný vliv na pevnost v tlaku podél vláken. Pro přepočet na 12% vlhkost se užívá vztahu:
w – vlhkost dřeva v době zkoušení – pevnost dřeva při zkoušení – opravný koeficient pro daný způsob zatížení
Při podrobnějším zkoumání vlivu vlhkosti na mechanické vlastnosti u tahu a tlaku ve směru vláken bylo z experimentálních výsledků prokázáno, že vztah mezi napětím a deformací u tahu ve směru vláken se v rozmezí vlhkostí 0 % – MH výrazně neliší. Z toho vyplývá, že namáhané vazby ve struktuře dřeva, jež přenáší napětí, nejsou výrazně oslabeny vazbami vody ve dřevě. Pevnost dřeva v tahu určují především kovalentní vazby v krystalické části celulózy. Oproti tomu vznikají významné rozdíly ve vztahu mezi napětím a deformací při vlhkosti w = 0 % a na mezi hygroskopicity při zatížení v tlaku ve směru vláken. Je-li vlhkost rovna mezi hygroskopicity zmenší se mez pevnosti 3,5krát a celková deformace 24
až 7krát. Usuzuje se tak, že tlakem jsou namáhány i ty vazby, které jsou oslabené navázanými molekulami vody (tj. vodíkové vazby mezi lignino-sacharidovými komplexy). Vliv vlhkosti na mechanické vlastnosti tedy závisí na zapojených vazebných energiích při konkrétním způsobu zatížení (Gandelová et al., 2009).
3.2.2.2. Hustota dřeva Jelikož množství vody vázané přímo ovlivňuje mechanické vlastnosti, při hodnocení vlivu hustoty na pevnost se vliv vody omezí přepočtem na 12% nebo 0% vlhkost. Vztah mezi hustotou a mechanickou pevností dřeva je poměrně komplikovaný. Pevnost dřeva není závislá jen na množství dřevní substance v objemové jednotce, ale souvisí i s anatomickou stavbou dřeva. Mezi moduly pružnosti a hustotou dřeva existuje kladná lineární závislost. Vzroste-li hustota dřeva o 0,1 g·cm−3, navýší se modul pružnosti ve směru vláken o 2–5 %, ve směru napříč vláken se hodnoty zvětší v rozsahu 1–9 %. Hustota má významné postavení hlavně v případech, kdy se jedná o suché dřevo. Při vlhkosti vyšší než mez hygroskopicity svůj význam ztrácí. Všeobecně platí, že s rostoucí hustotou se zvyšuje i pevnost dřeva, avšak pro detailnější zjištění vztahu mezi hustotou a pevností je vhodné analyzovat makroskopickou stavbu letokruhů (tj. šířka letokruhu a podíl letního dřeva), kde můžeme uvažovat i o vlivu struktury dřeva (Gandelová et al., 2009).
3.2.2.3. Teplota Při krátkodobém působení na dřevo se stoupající teplotou klesá pevnost v tlaku. V atmosférických podmínkách při poklesu teploty na původní hodnotu dřevo nabývá původní hodnoty pevnosti v tlaku. Při dlouhodobém vystavení dřeva v teplotách nad 65–70 °C dochází k trvalému snížení hodnot pevnosti v tlaku podél vláken. K prudkému poklesu pevnosti v tlaku ve směru vláken dochází při teplotách nad 200 °C (Matovič, 1993).
25
3.3. Tropické deštné lesy Tropický deštný les (dále jen TDL) je biom vyskytující se v rovníkové zóně po obou stranách rovníku. Jeho jména jsou často v různých jazycích spojována s vodními srážkami: deštný les, ombrofilní les, lat. pluvisilva, angl. rainforest, něm. Regenwald. Kromě spojení s deštěm se TDL hojně označují přívlastkem „vždyzelený“ nebo „stálezelený“. Usuzuje se tak vzhledem ke zdánlivě celoročnímu olistění stromových korun (Jeník a Pavliš, 2011).
Obr. 1 Tropické lesy světa (http://cs.wikipedia.org)
3.3.1. Rozšíření a rozloha Až na výjimky leží TDL v blízkosti rovníku, mezi 10° severní a 10° jižní šířky. S přihlédnutím ke geohistoricky vzniklým rozdílům v druhovém zastoupení organizmů v ekosystémech lze rozlišovat čtyři geografické varianty: Americký TDL Africký TDL Indo-Malajský TDL Australasijský TDL Ve Střední Americe, Karibské oblasti, na Havajském souostroví a v deštivých hornatinách jihozápadní Asie biom TDL přesahuje 20° severní šířky. Podobně je tomu 26
také v jihozápadní Brazílii a na východní polovině Madagaskaru, kde biom překračuje 20° jižní šířky. V oblasti suché východní Afriky dokonce TDL chybí i na rovníku a pokrývá pouze svahy dešťově bohatých velehor (Kilimandžáro, Mount Kenya nebo Ruwenzori). Původní plocha TDL obnášela 12,5 miliónů km2, což odpovídalo asi 8,3 % pevniny. V současnosti jsou plochy tohoto biomu výrazně redukovány. Vystřídaly jej druhotné ekosystémy patřící plantážím, pastvinám anebo orné půdě (Jeník a Pavliš, 2011).
3.3.2. Klima Perhumidní klima TDL se vyznačuje rovnoměrně teplým a rovnoměrně vlhkým podnebím v průběhu celého roku. Průměrný roční úhrn srážek se zde pohybuje okolo 2 000 až 3 000 mm (na svazích pohoří výjimečně přes 10 000 mm za rok). Měsíční průměrná teplota se minimálně liší od denní průměrné teploty. Obě hodnoty jsou vyšší než 25 °C. Dráha slunce a diurnální rytmus světla a tmy jsou po celý rok jen málo odlišné, avšak i malá vzdálenost od rovníku může ovlivnit délku fotoperiody a biorytmy přítomných organizmů (Jeník a Pavliš, 2011).
3.3.3. Stavba a růst stromů Dominantní životní formou biomu jsou velké fanerofyty, zejména dvouděložné stromy, dřevnaté liány a stromovité palmy. Jejich vegetativní orgány vytvářejí základní stavební konstrukci, která umožňuje velkou diverzifikaci mikrobiotopů a významně ovlivňuje eko-biologické vazby. Nadzemní orgány stromů TDL mají rozdílnou architekturu, která se projevuje v rozmanitém rozvoji větvení a tloustnutí kmene, nasazováním a rozmístěním letorostů a polohou generativních orgánů. Listy dřevin i bylin v TDL nabývají rozmanitých tvarů a také délka jejich setrvání na větvích je rozdílná. Stáří listů může dosahovat až 15 měsíců. Jednoduché i složené listy mohou mít řapíky s klouby, jež umožňují pohyb listu podle ozáření. Jejich čepele jsou opatřené kapacími špičkami, které ulehčují odvodnění často mokrého povrchu. U „vždyzelených“ stromů je běžné, že rašení a odlisťování neprobíhá současně. U tropických stromů se výměna listoví dělí na: 27
periodickou výměnu listoví, při níž úplnému odlistění časově předchází nové rašení; listy vytrvají 4 až 11 měsíců; periodickou výměnu listoví se souběžným opadem a rašením, staré listy vytrvají až 12 měsíců; periodickou výměnu listoví s opadem starých listů až po rozvoji nového listoví, listy setrvají 7 až 15 měsíců; průběžnou výměnu olistění, při níž souběžně probíhá opad i rašení a jednotlivé listy zůstávají ve funkci po dobu 3 až 15 měsíců. Velmi rozličná je stavba květů a plodů. Většinou je přizpůsobena opylovačům z říše živočichů. Zajímavostí je např. kauliflorie, což je tvorba květu při kmeni, kde jsou reprodukční orgány nápadné a dosažitelné pro nelétavý hmyz, zejména pro mravence. Dále se květy v tropech často vyskytují na tlustých větvích, přímo na kmeni, bázi kmene, ale i listech, kdy se květy vyskytují na hlavní žilce listové čepele. Ekologickou interpretaci kvetení lze charakterizovat efektivním výskytem květů v období atraktivním pro opylovače. Stromy v TDL mají velmi rozdílně utvářené kmeny a kořeny. Typické jsou báze kmenů hluboce modelované do tzv. pilířů – mylně považovaných za „deskovité kořeny“. Při velké výšce a mělkém zakořenění pilíře nejen zvyšují stabilitu stromu v zamokřené půdě, ale také udržují tepelnou rovnováhu kmene tím, že do stinného přízemí vyzařují teplo přiváděné z osluněné a přehřáté koruny. Často se zde vyskytují opěrné anebo chůdovité kořeny, které zvyšují stabilitu stromu, a různé typy dýchacích kořenů, jež jsou nápomocny při výměně dýchacích plynů mezi rostoucím kořenem a silně zamokřenou půdou (Jeník a Pavliš, 2011).
3.3.4. Struktura deštného lesa Ekosystém TDL je dynamický a jeho stavba se mění hlavně růstem, změnami stromového lešení, vyvolanými rozmnožováním, růstem a odumíráním jedinců, kteří spolu soutěží o světlo a živiny. Pionýrské druhy světlin rostou velmi rychle, během pěti let dosáhnou výšku přes deset metrů a ztrácejí vitalitu po několika desetiletích. V jejich zástinu se pomalu, ale setrvale, vyvíjejí dominantní druhy vrchních pater, které tvoří dlouhodobou armaturu TDL a zahrnují většinu dřevařsky zajímavých druhů. 28
V optimálně vyvinutém nížinném TDL lze rozlišit pět pater. Vrchní stromové patro složené z korun emergentních (vyčnívajících) stromů, které se navzájem nedotýkají a vystupují nad spodním korunovým zápojem jako „pole hlávkového zelí“. V tomto patře probíhá bohatý život opírající se o přímý zdroj tepla, vzdušnou vlhkost, vysokou primární produkci biomasy a celodenní aktivitu konzumentů. Střední stromové patro vytváří relativně stínomilné dřeviny nebo koruny dorůstající generace emergentních stromů. Na hustém zápoji se podílejí také liány a přisedavé rostliny – epifyty. V tomto patře se nejvíce rozvíjí křehké listoví, květy a plody a na nich závislí konzumenti. V tomto visutém prostředí se po většinu času soustřeďují specializované druhy savců, ptáků, plazů a hmyzu. Spodní stromové patro tvoří početná skupina malých stromů a stromovitých rostlin, jež díky své genetické dispozici nemohou přesáhnout výšku cca 10 metrů. K nalezení jsou zde také robustní kmeny starých i mladých stromů, které poskytují substrát epifytům a árónovitým liánám a zároveň potravu, úkryt či spojující dráhy pro migrující živočichy. Patro trpasličích stromků a vysokých bylin (ve výšce 1 až 5 m) je obsazené specializovanými dřevinami s krátkým většinou nevětveným kmenem a také robustními kmeny starých stromů. Na zavlhčených místech do tohoto patra vrůstají mohutné byliny z čeledi zázvorovitých a marantovitých. Přízemní patro je tvořené bází velkých stromů a na nich vytvořenými pilíři nebo vzdušnými opěrnými kořeny. Povrch půdy obsazují semenáčky stromů, širokolisté dvouděložné byliny, kapraďorosty a mechorosty. V zamokřených místech z půdy pomístně vystupují kolíkovité nebo kolenovité dýchací kořeny (Jeník a Pavliš, 2011).
29
3.4. Lesnictví v tropických šířkách Tropické lesní hospodářství se začalo rozvíjet od počátku 19. století v zemích pod britskou koloniální správou (v Indii a Barmě). Netrvalo dlouho a rozšířilo se do mnoha regionů Afriky. Lesníci vzděláváni na univerzitách v Británii a Francii se tak stali nejlepšími znalci TDL. Z počátku byla aktivita lesníků v TDL zaměřena na výběrnou těžbu a všeobecnou ochranu dřevařsky žádaných druhů stromů. Teprve v minulém století se lesní hospodářství diverzifikovalo na: dosažení vysoké produktivity při těžebních operacích v přírodních lesích, šetrnější těžební intervence za aplikace přirozené obnovy pro vytvoření kvalitní dřevní zásoby lesního majetku (systém přirozené obnovy), přírodě blízké hospodaření v rámci národních parků a jiných chráněných území, zakládání a management plantáží (monokultur), kombinaci zemědělsko-lesnických systémů, restaurační postupy a obnovu lesa na degradovaných půdách. Odhaduje se, že v tropických oblastech se celkově nachází přes 2 000 milionů ha degradované půdy, z nichž 758 milionů ha má potenciál pro zalesnění. Obtížnost hospodaření v těchto zeměpisných šířkách je způsobena komplexností sociologických, ekonomických a politických faktorů. Dále pak charakterem prostředí, velkou biodiverzitou a složitou strukturou lesa. Ve většině tropických zemí lesnictví stagnuje na prvním stádiu selekce vhodných druhů dřevin, analýze bio-ekologických vlastností pěstebních směsí a výběru vhodných pěstebních postupů. Vedle komerčně zaměřených plantáží se v oblasti biomu TDL nachází jen malé množství vzorových lesnických provozů. Hlavním cílem lesopěstebního hospodářství v TDL je posílit druhovou mozaiku tak, aby odpovídala ekonomickým potřebám a zajišťovala dlouholetou zásobu dřevní hmoty, zdroje nedřevěných produktů a důležité ekologické funkce v krajině. Také ochrana biodiverzity, vodních a půdních fondů patří mezi priority tropického lesnictví. Prakticky musí lesnictví podporovat funkční podnikatelský plán pro ekonomicky návratné hospodaření a generovat odpovídající zisk pro krytí nákladů na obnovu. Modifikace struktury a druhové skladby TDL ve prospěch ekonomické výtěžnosti je úzce spojená s konkrétními stanovištními podmínkami. V porostech, kde je žádoucí 30
intenzivně hospodařit, bývá důležitým prvním krokem výběr a důsledná aplikace vhodné pěstební techniky. Při hospodaření s primárním TDL i v částečně vytěžených sekundárních lesích je nasnadě optimalizovat vývoj porostu v čase, tj. stimulovat spontánní sukcesní vývoj obohacovacími podsadbami i probírkami tak, aby užitkové druhy co nejrychleji dosáhly vrchního patra a méně významné druhy zůstaly v podúrovni. Mezi emergentními stromy TDL rostou druhy s vynikajícími vlastnostmi, které od 18. století využívá evropská a severoamerická průmyslová industrializace a které zůstávají významným zdrojem i v době kovových a umělohmotných materiálů. I přes známost anatomických a technologických vlastností mnoha set tropických stromů zůstávají tisíce druhů bez anatomického prozkoumání a adekvátního využití. Jsou spotřebovávány jako zdroj anonymní celulózy nebo jako palivové dříví. Zvýšená potřeba dřeva vede k zakládání tropických lesních plantáží, které kvantitou dřeva i výnosem převyšují produkci v přírodních TDL. Část odborníků tvrdí, že v roce 2050 bude převážná většina průmyslového dřeva pocházet z nevelkého území tropických a subtropických plantáží. Přírodní lesy mají pak globálně chránit životní prostředí a produkovat širokou škálu nedřevních produktů. Lesnímu hospodářství v tropech je věnováno mnoho pozornosti ze strany mezinárodních organizací (FAO, UNEP, UNESCO). Narůstající plochy plantáží jsou taktéž podnětem k diskuzi o ochraně životního prostředí (Jeník a Pavliš, 2011).
3.4.1. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) FAO je specializovaná organizace OSN se sídlem v Římě, která byla založena v roce 1945. Hlavním cílem této organizace je zabezpečit dostatek kvalitních potravin a pitné vody pro obyvatelstvo rozvojových zemí. Dále pak se snaží o zvýšení úrovně výživy, o efektivnější zemědělskou produktivitu, zlepšení životního stylu obyvatel rozvojových zemí a v neposlední řadě přispívá k růstu světové ekonomiky. V souvislosti s tím jsou její snahy směřovány jednak na zvyšování zemědělské produkce v těchto zaostalejších státech, čímž by mělo být zajištěno potřebné množství potravin. FAO také provádí rozsáhlé globální průzkumy o stavu lesního fondu. Organizace se snaží zavádět v krajině takové metody hospodaření, aby co nejvíce omezily erozi půdy, a snaží se 31
zabránit dalším záborům zejména lesní půdy. Stávající metody hospodaření vyčerpávají půdu, a proto dochází k její postupné degradaci (http://www.fao.org).
3.4.2. International Tropical Timber Organization (ITTO) ITTO je mezinárodní organizace, která vznikla na začátku 80. let. Zabývá se ochranou, řízenou těžbou a obchodováním s tropickými dřevinami. Organizace je složena z 59 členů, kteří zastupují 80 % z celkové rozlohy tropických lesů a 90 % z globálního obchodu s tropickým dřevem. ITTO vznikla pod záštitou OSN v době, kdy se celosvětově zvyšovaly obavy o osud tropických deštných lesů. Zatímco na jedné straně byl každý znepokojován rychlostí odlesňování v tropických zemích, současně naproti tomu stál fakt, že obchod s tropickým dřevem byl jedním s hlavních klíčů zvýšení hospodářského rozvoje v těchto zemích. Nalezení kompromisu mezi těmito protichůdnými skutečnostmi je hlavním úkolem ITTA (http://www.itto.int).
3.4.3. Rozloha lesů Přestože se názory na to, co je vlastně les a co už není, dosti významně liší, většina mezinárodních institucí přijala za svou kompromisní definici Organizace Spojených národů pro výživu a zemědělství (FAO). V tomto pojetí zabírají lesy více než 41 milionů km2, což je 31 % souše. Pro srovnání je to plocha 4krát větší, než je rozloha Evropy. V souvislosti s tím je nutné si uvědomit, že na počátku vývoje zemědělství zhruba před 8 000 lety plocha lesů pokrývala více než 50 % pevniny. Výrazný vliv na lesnatost různých částí světa mají především klimatické podmínky. Rozšíření lesa na Zemi je nerovnoměrné. Polovinu celkové lesní plochy najdeme v pěti zemích (Ruská federace, Brazílie, Kanada, USA, Čína). Velkoplošné odlesňování zahájené s rozvojem zemědělství bývá považováno v celosvětovém měřítku za nejvýznamnější změnu využívání území. Úbytek původních lesů, k němuž dochází zejména v tropech, činil v posledních desetiletí 130 000 km2 ročně. I přestože je to pořád dosti vysoká ztráta, lze pozorovat, že se kácení, vypalování a zaplavování lesů v uplynulé dekádě přece jen zpomalilo. Ještě v 90. letech činil roční 32
úbytek lesního porostu 160 000 km2. Ničení na zeměkouli významně vyrovnává jednak přirozené šíření lesa, jednak zalesňování a to jak ploch, kde už les někdy rostl, tak zcela nových ploch. Globálně tedy čistý úbytek lesa v letech 2000-2010 činil 52 000 km2 ročně. Podobně jako v případě lesnatosti se významně liší změny rozlohy lesů v jednotlivých světadílech. Evropa, která hostí čtvrtinu všech lesů na Zemi, je na tom z tohoto hlediska dobře. V důsledku rozsáhlých dotačních programů z Evropské unie se plocha lesů na tomto kontinentě od začátku tisíciletí rozrostla o 7 000 km2. Největší zalesňovací program probíhá v této době v Číně, kde se v letech 2000-2010 ročně semenáčky osázelo 20 000–30 000 km2 plochy. Bohužel velkou část vysázených lesních porostů představují monokultury, často invazivních nepůvodních dřevin. Nicméně plocha zakládaných lesů v Číně je tak velká, že vyrovnává objemné ničení původních lesů, které probíhá zejména v jihovýchodní Asii, především v Indonésii a Malajsii. O rozsahu a rychlosti úbytku lesů na zeměkouli rozhoduje do značné míry nejen výsadba nových lesů v Číně, ale také ničení primárních lesů v Jižní Americe, hlavně tedy v Brazílii. V Africe se odlesňování nedaří nijak výrazně omezit. Rozloha lesů v Severní a Střední Americe se v posledním desetiletí příliš nezměnila, přestože Kanada se řadí k největším vývozcům surového dřeva a výrobků dřevozpracujícího průmyslu na světě a těžba zde roste. K překvapivě rozsáhlému mizení lesů došlo v hodnoceném období v Austrálii. Na vině je jednak záměrné ničení lesa pro získání půdy pro pastviny a zástavbu, ale také velké a pravidelně se opakující požáry (Plesník a Pelc, 2011).
3.4.4. Celosvětová produkce dříví FAO na konci každého roku vytváří statistiky o lesní produkci z předcházejícího roku. Tyto statistiky zahrnují 52 kategorií produktů, 21 produktových skupin z 245 zemí a oblastí (Lebedys, 2011). Údaje ze zprávy Global Forest Products Facts and Figures pro rok 2007–2011 jsou uvedeny níže.
33
3.4.4.1. Hlavní události v letech 2007–2011 Toto stručné shrnutí obsahuje především významné události a vývoj poslední doby na trhu se dřevem a s materiály, které jsou z této suroviny tvořeny. Všechny závěry se opírají o data hlavních skupin produktů, jejichž rozdělení je uvedeno v nadcházející kapitole. Některé nejdůležitější závěry a shrnutí: Je pravdou, že ve statistickém vyjádření se významně projevuje vliv ekonomické krize, avšak v různých regionech a na různých trzích je dopad krize odlišný. Zatímco celosvětová produkce kulatiny pro výrobu řeziva v letech 2007-2009 klesala a v dalších letech se už nezvýšila, produkce panelů na bázi dřeva byla v roce 2011 vyšší než v roce 2007. Produkci celulózy a papíru hospodářská krize postihla pouze v roce 2009. Nejvíce recesi pocítily Evropa a Severní Amerika, naproti tomu zbylé 3 hlavní světové regiony nepocítily dopad krize tak razantně. Během zmíněných let vzrostl význam Číny jako spotřebitele, ale i jako výrobce dřevěných produktů. Nutno podotknout, že předčila Kanadu v produkci řeziva a USA v produkci papíru, vlnité lepenky a dřevního vlákna. Čína hraje důležitou roli na mezinárodním trhu s lesnickou produkcí. Je světově největším dovozcem pilařské kulatiny a řeziva, zároveň obsazuje přední příčku ve vývozu panelů na bázi dřeva. Řadí se také k největším dovozcům papíru i přesto, že od roku 2007 vzrostla v Číně jeho produkce. V Rusku došlo v uplynulých pěti letech ke změně skladby produkce. Klesl export pilařské kulatiny a stoupl vývoz řeziva. Protože Rusko dodávalo po dlouhou dobu značné množství pilařské kulatiny Číně, kde ale v letech 2007– 2009 klesl dovoz tohoto produktu, znamenala tato situace změnu ve skladbě produkce a propad vývozu pilařské kulatiny z Ruska. Čínská ekonomika se sice uzdravila, ale této příležitosti se chopily ostatní státy (USA, Kanada, Nový Zéland) a staly se tak hlavními dovozci pilařské kulatiny pro Čínu. V porovnání s produkcí a spotřebou řeziva výrazně roste produkce a spotřeba panelů na bázi dřeva.
34
Na trzích s celulózou a papírem byl vývoj v letech 2007–2011 mírný s růstovým trendem 1 % ročně. Nicméně je nutné si uvědomit, že tato informace je souhrnná a vyrovnává výkyvy v různých státech, protože produkce a spotřeba papíru a celulózy značně vzrostla v oblasti Asie a Pacifiku, zatímco v Evropě a Severní Americe klesala (Lebedys, 2011).
Obr. 2 Sklady průmyslové kulatiny v Číně (http://www.cites.org)
3.4.4.2. Rozdělení hlavních produktů ze dřeva podle FAO: a) Průmyslová kulatina – všechna kulatina využívána na jiné než energetické účely. Obsahuje pilařskou kulatinu, kulatinu pro výrobu dýh a ostatní průmyslovou kulatinu (plotové sloupky, telegrafické sloupy). b) Řezivo – skládá se z prken, trámů, latí, pražců, které přesahují 5 mm tloušťky. Patří sem jednak řezivo povrchově opracované, tak i neopracované. Do tohoto sortimentu ovšem nepatří dřevěné podlahy. c) Panely na bázi dřeva – do této kategorie výrobků spadají dýhy, překližky, dřevotřískové a dřevovláknité desky. 35
d) Dřevní vlákna e) Papír a lepenka – tvoří skupinu výrobků, do níž patří novinový papír, papír pro tisk a psaní, ostatní papír a lepenka (balící papír pro průmyslové i domácí využití, hygienický papír a jiné). f) Palivové dříví – zahrnuje kulatinu, která se používá pro účely vaření, vytápění nebo pro výrobu elektrické energie. Do této kategorie spadá dřevo potřebné pro výrobu dřevěného uhlí, patří zde dřevo z větví a z ostatních částí stromů, které se nedá využít jinak (Lebedys, 2011).
Tab. 2 Produkce hlavního sortimentu ze dřeva pro rok 2011 (podle Lebedyse 2011) Produkce hlavního sortimentu ze dřeva pro rok 2011 průmyslová kulatina mil. m3
%
Evropa
524
33
144
USA a Kanada
426
27
Asie a Pacifik
335
Jižní Amerika a Karibik Afrika Celková produkce v roce 2011
panely na bázi dřeva
řezivo mil. m3 %
dřevní vlákna
papír a lepenka
palivové dříví
mil m3
%
mil tun
%
mil tun
%
mil m3
%
35
74
26
102
26
107
26
171
9
101
25
41
14
119
30
89
22
38
2
22
111
27
154
53
141
35
183
46
769
41
220
14
42
10
16
6
32
8
21
5
282
15
72
5
8
2
3
1
4
1
3
1
631
33
1 578
100
406
100
288
100
398
100
403
100
1 891
100
36
3.5. Dřevo Merbau (Intsia bijuga) Tímto obchodním názvem bývá označováno dřevo stromu z rodu Intsia. Jedná se o druhy Intsia bijuga, Intsia palembanica a další druhy stejného rodu. Roček (2005) ve své publikaci pro toto dřevo uvádí další možné obchodní názvy, pod kterými je možné tuto dřevinu najít. Jsou jimi hintsy, ipil (Filipíny), kwila (Austrálie), kalabau (Čína) a Moluccan ironwood (Nizozemsko). Wagenführ (2002) ve své literatuře zmiňuje obchodní názvy merbau (Malajsie, Indonésie), hintzy (Madagaskar), ipil (Filipíny), mirabow (Filipíny), makamog (Thajsko), go nuoc (Vietnam) a kwila (Papua Nová Guinea).
3.5.1. Země původu Lokalita výskytu uvedených dřevin se nachází ve státech jihovýchodní Asie. Jedná se hlavně o Indonésii, Malajsii, Sabah, Sarawak, Thajsko, Vietnam, Filipíny, Papuu Novou Guineu, Novou Kaledonii a Madagaskar. Většina těchto oblastí se nachází kolem pobřeží s nadmořskou výškou do 600 metrů (Orwa et al., 2009).
Obr. 3 Výskyt dřeva merbau (http://www.worldagroforestry.org)
37
3.5.2. Lokalita výskytu Dřevo merbau se vyskytuje v lokalitách, kde průměrný roční úhrn srážek dosahuje 1 500–2 300 mm. Průměrná roční teplota v oblastech růstu se pohybuje mezi 26–27 °C. Merbau toleruje široké spektrum půd. Nevadí mu lehké, střední ani těžké půdy s pH v rozmezí hodnot 6,1–7,4. Lze ho nalézt na písčitých a korálových plážích, v periodicky zaplavovaných lokalitách, v suchých mangrovech, ale také ve vnitrozemí. Dřevina se vyznačuje pomalým růstem a pomalou regenerací. Nepříznivě na ni působí nízké teploty. Intsia bijuga je odolná vůči větru, nevadí jí promáčené ani suché půdy (vydrží období sucha) a je rezistentní vůči napadení termity (Orwa et al., 2009; Randolph et al., 2006).
3.5.3. Morfologické znaky stromu V dospělosti strom dorůstá výšky 20–45 m. Kmen je válcovitý, do výšky 15–20 m bez větví a s průměrem pohybujícím se od 0,7–1,5 m. V přímořských oblastech může být kmen pokroucený. Zejména u starších stromů se občas na kmeni vyskytují vysoké kořenové náběhy. Kůra stromu je zbarvena do červenohnědých až šedých odstínů. Je tlustá zhruba 1 cm s lehce šupinatým až hladkým povrchem Merbau má bohatou korunu, ve které se nachází další menší koruny. Listy jsou 8– 15 cm dlouhé, střídavé, velké, sudozpeřené, se dvěma jařmy, krátce řapíkaté, eliptické až vejčité, lehce zahnuté, tuhé, často na vrcholu vykrojené s dosti výraznou žilnatinou. Květy jsou v krátkých stažených hroznech asi 5 cm velké a mají čtyři volné kališní lístky světle zelené barvy. Korunní lístek je pouze jeden, okrouhlého tvaru a bílé až růžové barvy. Zralé plody jsou široké hnědé lusky, asi 10–18 cm dlouhé, ploché, ve kterých se nachází menší množství zploštělých semen (Roček, 2005; Wagenführ, 2000).
3.5.4. Makroskopická stavba dřeva Merbau patří mezi jádrová dřeva. Běl dřeva je od jádra velmi dobře odlišena. Je 5– 8 cm široká a má nevýraznou žlutavě bílou barvu často se zelenavými odlesky. Z dalšího hlediska je téměř nevyužitelná.
38
Jádro se se svou velmi proměnlivou barvou může vyskytovat v barvách od hnědošedé až po bronzovou tmavnoucí na tmavě hnědou. Textura je poměrně hrubá, rovnovlákná, někdy vlivem točitosti mírně pruhovaná. Cévy lze pozorovat jako drobné rýhy na příčných řezech místy vyplněné žlutohnědým obsahem (olejnaté pryskyřice). Dřeňové paprsky se projevují na radiálním řezu v podobě zrcátek, na tangenciálního řezu v podobě svislých čárek o délce 2–5 mm. Povrch je na omak mírně mastný, s ojedinělým leskem. V suchém stavu nemá dřevo charakteristický zápach (Roček, 2005; Wagenführ, 2000).
3.5.5. Mikroskopická stavba dřeva Dřevo merbau se řadí mezi roztroušeně pórovité dřeva. Cévy se vyskytují jednotlivě nebo tvoří malé radiální skupinky po dvou až třech. Průměr cév dosahuje 120–280 µm. Často jsou vyplněny světlými, žlutými až tmavě červenohnědými látkami, jež jsou ve vodě rozpustné. Dřeňový paprsek je homogenní a 1–4 vrstvý. V parenchymatických buňkách dřeňových paprsků se mohou vyskytovat anorganické krystaly. Axiální dřevní parenchym je u merbau paratracheální vazicentrický křídlovitý až splývavý (Roček, 2005; Wagenführ, 2000).
Obr. 4 Mikroskopická struktura dřeva merbau – příčný řez (Šlezingerová et al., 2003) 39
Obr. 5 Mikroskopická struktura dřeva merbau – radiální řez (Šlezingerová et al., 2003)
Obr. 6 Mikroskopická struktura dřeva merbau – tangenciální řez (Šlezingerová et al., 2003)
40
3.5.6. Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva Hustota dřeva se při vlhkosti 12 % pohybuje okolo 830 kg·m−3, v surovém stavu dosahuje hodnot 1 100–1 300 kg·m−3. Hodnoty sesychání v tangenciálním směru 2,6 %, v radiálním směru 1,2 %. Mez pevnosti v tlaku podél vláken je uváděna v rozmezí 58– 85 MPa, ve statickém ohybu dosahuje mez pevnosti 115–155 MPa (Roček, 2005). Velkou předností tohoto dřeva je dobrá odolnost proti dřevokazným houbám a hmyzu.
3.5.7. Zpracování a použití dřeva Sušící proces je středně rychlý s minimálním nebezpečím vzniku deformací a trhlin. Merbau se postupem času nemění a neztrácí na své hmotnosti. Opracování merbau je složitější, jelikož dřevo značně otupuje nástroje. Doporučuje se používat nástroje z tvrdých kovů. Po dostatečném upravení dřeva párou je možné merbau poměrně dobře ohýbat. V případě použití vrutů, šroubů a hřebíků je nutné otvor nejprve předvrtat, jinak může dojít k zalomení zmiňovaných spojovacích materiálů. V případě klížení není dřevo merbau nijak problematické. Pro dokončování dřeva se nejvíce osvědčily laky a lazury na bázi alkydových pryskyřic, které však musí být nanášeny na předchozím dvouvrstvém základním nátěru. V případě dokončování výrobků, které jsou přednostně určeny pro exteriérové použití, se nedoporučuje provádět nátěr vodouředitelným materiály. Impregnace merbau je velmi obtížná (Randolph et al., 2006). Merbau je díky svým už zmíněným vynikajícím vlastnostem velmi vhodné nejen pro vnitřní, ale zejména venkovní použití, kde jsou kladeny vysoké nároky na rozměrovou stabilitu. Z tohoto hlediska se jedná o ty nejnáročnější produkty vstupní i vnitřní dveře, vrata, zimní zahrady, obložení bazénů, terasy a jiné. Přičemž je nutné, aby byl zamezen přímý kontakt s železnými kovy, aby nedošlo ke zčernání materiálu a tím ke znehodnocení suroviny. Z tohoto důvodu je nezbytné, aby všechny spojovací materiály, se kterými dřevo merbau přijde do styku, byly vyrobeny z ušlechtilé oceli. Další uplatnění dřeva merbau je ve vodním a lodním stavitelství, ve výrobě pražců, ve výrobě nádob pro chemický průmysl nebo ve výrobě násad ručních nástrojů. V interiéru jsou to pak podlahy, schody, zábradlí, obložení stěn a stropů, všechny namáhané rámové konstrukce, stoly, sedací nábytek, lišty a jiné. V zemích výskytu je 41
merbau hojně využíváno pro řezbářské účely a drobné zejména kuchyňské předměty (Randolph et al., 2006).
Obr. 5 Dřevěná terasa z merbau (http://www.stavbaweb.cz)
42
4. Materiál a metodika 4.1. Výroba vzorků Materiál na zkušební tělíska, která byla potřebná pro tuto bakalářskou práci, poskytla firma Weekamp Doors, spol. s r. o. Tento výrobní závod nizozemské společnosti leží v obci Lačnov ve Zlínském kraji a zabývá se výhradně výrobou dveří převážně z exotického dřeva. Materiál byl vybrán tak, aby jednotlivé přířezy, které byla firma ochotna poskytnout, nebyly z jednoho kusu fošny, ale z více kusů fošen. Následně byly přířezy převezeny do truhlářské dílny, kde došlo k jejich zpracování. Nejprve byla za pomoci srovnávací frézy vytvořena plocha, která byla rovnoběžná s růstovými zónami. K ní byla posléze vytvořena kolmá plocha. Dále byly z takto nachystaných přířezů za pomocí formátovací pily vytvořeny hranolky 23×23 mm s délkou, která odpovídala délce přířezu. Posléze hranolky několikrát prošly tloušťkovací frézkou, aby byly získány hranolky 20×20 mm. Pak už se z hranolků vykrátila zkušební tělíska o délce 30 mm. Tímto zmiňovaným postupem bylo dosaženo toho, že všechny vzorky byly speciálně ortotropní. Ze zhotovených vzorků se pak vybralo 79 kusů zkušebních tělísek. Snahou bylo vybrat vzorky z více kusů přířezů a z více míst v přířezu. Sada tělísek byla číselně označena pro usnadnění práce při stanovení hustoty, bobtnání a meze pevnosti v tlaku podél vláken.
4.2. Stanovení hustoty dřeva Všechna zkušební tělíska byla v konvenční sušárně při teplotě 103 +/- 2 °C vysušena na 0% vlhkost. Následně posuvným měřítkem s přesností na setiny milimetru byly rozměry sady vzorků změřeny a zapsány pro další zpracování. Měření se provádělo u každého vzorku vždy ve směru radiálním, tangenciálním a podélném. Hodnoty příčných rozměrů byly brány vždy uprostřed tělíska, délková hodnota byla zjišťována ze vzdálenosti styčných ploch měřidla, které bylo přiloženo úhlopříčně k průřezu vzorku. Následným krokem bylo zvážení jednotlivých dřevěných tělísek. Vážení probíhalo na analytické digitální váze s přesností na tisícinu gramu. Z takto získaných dat byl vypočítán nejprve objem a pak hustota podle níže uvedených vzorců. 43
[m3] V – objem zkušebního vzorku [m3] a – délka radiálního směru [m] b – délka tangenciálního směru [m] c – délka podélného směru [m]
[kg·m−3]
ρ0 – hustota zkušebního vzorku při 0% vlhkosti [kg·m-3] m0 – hmotnost zkušebního vzorku při 0% vlhkosti [kg] V0 – objem zkušebního vzorku při 0% vlhkosti [m3]
4.3. Stanovení bobtnání dřeva Ke zjištění bobtnání byla opět použita celá sada vzorků, která byla předchozích 14 dnů máčena ve vodě. Během této doby dosáhly vzorky meze hygroskopicity. Od zmíněné hodnoty už bobtnání dále neroste. Za opětovného použití posuvného měřítka byly zjištěny rozměry tělísek ve všech třech anatomických směrech. Z takto zjištěných hodnot se celkové bobtnání vypočte podle vzorce:
[%]
α – rozměr tělesa, jeho plocha nebo objem; i – index udávající směr, plochu nebo objem; w1 – vlhkost před bobtnáním; w2 – vlhkost po ukončení bobtnání
4.4. Stanovení pevnosti v tlaku podél vláken U testovaných vzorků, které byly vysušeny a následně klimatizovány na 12% vlhkost, byly za pomoci posuvného měřítka zjištěny rozměry těles. Tato data byla 44
automaticky vkládána do programu testXpert, jenž byl přímo napojen na posuvné měřidlo. Následovalo zvážení na analytické digitální váze. Hmotnost vzorků poté byla následně zapisována do programu společně s pořadovým číslem vzorků. Poté byla zkušební tělíska vždy po jednom vkládána do zkušebního stroje, kde po připevnění tenzometrických členů bylo zahájeno měření. V momentě, kdy dojde ke zborcení vzorku, dojde ke zvednutí horního příčníku, program provede vyhodnocení testu do tabulky a vynese graf průběhu napětí a deformace. Program pak automaticky provede výpočet pevnosti podle vzorce:
[MPa]
σmax – pevnost zkušebního tělíska (MPa) Fmax – maximální síla působící na tělísko (N) S – plocha, na kterou síla působí (mm2)
45
4.5. Popisná statistika Popisná statistika se zabývá popisem stavu nebo vývoje hromadných jevů. Nejprve se vymezí soubor prvků, na nichž se bude uvažovaný jev zkoumat. Následně se všechny prvky vyšetří z hlediska studovaného jevu. Výsledky šetření – kvalitativní i kvantitativní, vyjádřeny především číselným popisem, tvoří obraz studovaného hromadného jevu vzhledem k vyšetřovanému souboru (Drápela a Zach, 1999; Pavelka a Klímek, 2000). Při zjišťování vlastností dřeva merbau byly použity níže uvedené statistické charakteristiky.
Aritmetický průměr ( ) Udává, jaká stejná část ze součtu hodnot numerické proměnné připadá na jednu jednotku (Pavelka a Klímek, 2000).
Medián ( ) Je hodnota, kterou nese prostřední prvek v statistickém souboru uspořádaném podle velikosti. Rozděluje počet hodnot uspořádaného souboru na dvě poloviny. Pro soubor s lichým počtem je medián roven hodnotě přímo prostřednímu prvku, v souboru se sudým počtem hodnot se stanoví jako průměrná hodnota dvou „prostředních“ prvků (Pavelka a Klímek, 2000).
pro N liché pro N sudé
46
Variační rozpětí (R) Hodnota variačního rozpětí je vyjádřena rozdílem mezi maximální a minimální hodnotou souboru a to buď absolutně v jednotkách měřené veličiny, nebo relativně (Drápela a Zach, 1999).
Směrodatná odchylka (S) Směrodatná odchylka je ideální a nejčastěji používaná charakteristika variability. Splňuje všechny požadavky na dobrou charakteristiku variability. Rozměr směrodatné odchylky je stejný jako rozměr veličiny, což je také výhodou. Směrodatná odchylka vlastně udává, jak se v průměru v daném souboru odchylují hodnoty od aritmetického průměru (Pavelka a Klímek, 2000).
Variační koeficient (Vx) Je mírou tzv. relativní variability. Používá se k vzájemnému porovnání variability různých souborů (Pavelka a Klímek, 2000).
Nesouměrnost (asymetrie nebo šikmost) Projevuje se tak, že se v souboru nachází více hodnot menších než větších ve srovnání se střední hodnotou (levostranná nesouměrnost) nebo více hodnot větších než
47
menších ve srovnání se střední hodnotou (pravostranná nesouměrnost). Řadí se do charakteristiky tvaru (Drápela a Zach, 1999).
Zahrocenost (špičatost, koncentrace, exces) Patří k základním tvarovým vlastnostem rozdělení četnosti souboru. Jedná se o srovnání „výšky a strmosti kopce“ polygonu rozdělení četností (statisticky řečeno o srovnání koncentrace dat kolem určité skupiny hodnot) se základním vzorem rozložení hodnot daným normálním rozdělením (Drápela a Zach, 1999). Pro snadnou přehlednost statisticky zpracovaných hodnot, bude v kapitole 5 použito krabicových grafů, které jsou k tomuto vyjádření velmi vhodné.
Krabicový diagram Jedná se o diagram, jenž v jednom obrázku poskytuje informaci o maximální a minimální hodnotě v souboru měřených hodnot, dále o mediánu a horním a dolním kvartilu tohoto souboru a některé další informace (Pavlík, 2005).
48
5. Výsledky V této kapitole budou statisticky zpracovány výsledky jednotlivých měření, která byla prováděna na testovaných vzorcích. Jednotlivé ukazatele popisné statistiky budou vyobrazeny v tabulkové podobě a výsledky budou mezi sebou graficky porovnávány za pomoci krabicových grafů.
5.1. Hustota dřeva při vlhkosti 0 % Celkem bylo pro experimentální zjištění hustoty dřeva použito 79 zkušebních tělísek. Bylo zjištěno, že hodnota aritmetického průměru hustoty dřeva v absolutně suchém stavu byla 736,83 kg·m−3. Aritmetický průměr a medián se jen mírně liší. Míra variability byla nižší, čemuž odpovídá nízká hodnota variačního koeficientu 3,84 %. Celková popisná statistika pro hustotu dřeva je v tab. 3. Variabilitu hodnot hustoty dřeva v absolutně suchém stavu popisuje krabicový graf (obr. 6). Tab. 3 Statistické vyhodnocení hustoty dřeva merbau
Hustota dřeva při vlhkosti 0 % ukazatele popisné statistiky
hodnota
aritmetický průměr [kg·m−3]
736,83
medián [kg·m−3]
732,14
−3
minimum [kg·m ]
690,91
−3
maximum [kg·m ]
793,95 −3
variační rozpětí [kg·m ]
103,04 −3
směrodatná odchylka [kg·m ]
28,29
variační koeficient [%]
3,84
nesouměrnost
0,34
zahrocenost počet měření [ks]
−1,03 79
49
810 790
hustota [kg·m−3]
770 750 730 710 690 670 650
Obr. 6 Rozsah hodnot hustoty dřeva při vlhkosti 0 %
5.2. Bobtnání dřeva Pro analýzu celkového bobtnání dřeva byla použita všechny zkušební tělíska (79 ks vzorků). Hodnoty celkového bobtnání radiálního, tangenciálního a objemového jsou uvedeny v tab. 4. Průměrné hodnoty celkového bobtnání dřeva merbau byly pro radiální směr 2,80 %, pro tangenciální směr 5,40 % a pro objemové bobtnání 8,64 %. V případě porovnání hodnot aritmetického průměru a mediánu je možné si povšimnout jen nepatrné odlišnosti celkového bobtnání v radiálním, v tangenciálním a v objemovém bobtnání. Také je možné pozorovat, že všechny tři zkoumané druhy bobtnání vykazují vyšší variabilitu bobtnání. Statisticky zpracované výsledky jsou také patrné z krabicového grafu (obr. 7). Závislost jednotlivého druhu bobtnání na hustotě je patrná z obr. 8.
50
Tab. 4 Statistické vyhodnocení celkového bobtnání dřeva merbau Celkové bobtnání dřeva ukazatele popisné statistiky
druh bobtnání radiální
tangenciální
objemové
aritmetický průměr [%]
2,80
5,40
8,64
medián [%]
2,78
5,42
8,59
minimum [%]
1,76
4,01
6,50
maximum [%]
4,13
7,37
11,05
variační rozpětí [%]
2,38
3,36
4,55
směrodatná odchylka [%]
0,50
0,59
1,04
17,94
10,95
12,07
0,36
−0,01
0,10
− 0,13
1,02
−0,47
79
79
79
variační koeficient [%] nesouměrnost zahrocenost počet měření [ks]
12 10
bobtnání [%]
8 6 4 2 0
radiální bobtnání
tangenciální bobtnání
objemové bobtnání
Obr. 7 Rozsah hodnot pro jednotlivé druhy celkového bobtnání
51
12
10
bobtnání R
[%]
bobtnání T
[%]
bobtnání V
[%]
bobtnání [%]
8 y = 0,0086x + 2,2809 R² = 0,0548 6 y = 0,0028x + 3,3127 R² = 0,0184
4
y = 0,0034x + 0,2613 R² = 0,0377
2
0 680
700
720
740
760
780
800
hustota při w = 0 % [kg·m−3] Obr. 8 Lineární závislost celkového radiálního, tangenciálního a objemového bobtnání na hustotě dřeva
52
5.3. Mez pevnosti dřeva 5.3.1. Tlak podél vláken Statisticky vyhodnocené výsledky zjišťování meze pevnosti v tlaku podél vláken u dřeva merbau jsou vyobrazeny v tab. 5. Průměrná hodnota meze pevnosti v tlaku podél vláken byla zjištěna 84,15 MPa. Variabilita tlaku podél vláken je nízká, což je patrné z variačního koeficientu 4,88 %. Rovnoměrné rozložení hodnot naměřených výsledků lze pozorovat z krabicového grafu na obr. 9. Ovlivnění meze pevnosti v tlaku podél vláken hustotou je zobrazeno na obr. 10. Tab. 5 Statistické vyhodnocení meze pevnosti v tlaku podél vláken Mez pevnosti v tlaku podél vláken ukazatele popisné statistiky
hodnota
aritmetický průměr [MPa]
84,15
medián [MPa]
85,40
minimum [MPa]
75,58
maximum [MPa]
92,01
variační rozpětí [MPa]
16,43
směrodatná odchylka [MPa]
4,11
variační koeficient [%]
4,88
nesouměrnost
−0,48
zahrocenost
−0,54
počet měření [ks]
79
53
95
mez pevnosti [MPa]
90
85
80
75
70
Obr. 9 Rozsah hodnot meze pevnosti v tlaku podél vláken
100
mez pevnosti [MPa]
95 90 85 y = 0,0068x + 79,075 R² = 0,0023
80 75 70 680
700
720
740
760
780
800
820
hustota při w = 12 % [kg·m-3] Obr. 10 Lineární závislost meze pevnosti v tlaku podél vláken na hustotě dřeva
54
5.3.2. Modul pružnosti Tab. 6 v sobě zahrnuje statisticky vyhodnocené výsledky naměřených hodnot modulu pružnosti. Průměrná hodnota modulu pružnosti byla 25 382,95 MPa. Hodnoty aritmetického průměru a mediánu nejsou příliš rozdílné. Na obr. 11 je možné sledovat variabilitu statisticky vyhodnocených hodnot shrnutých v krabicovém grafu. Závislost modulu pružnosti na hustotě je znázorněna na obr. 12. Tab. 6 Statistické vyhodnocení modulu pružnosti Modul pružnosti ukazatele popisné statistiky
hodnota
aritmetický průměr [MPa]
25 382,95
medián [MPa]
24 950,08
minimum [MPa]
15 004,23
maximum [MPa]
39 567,32
variační rozpětí [MPa]
24 563,09
směrodatná odchylka [MPa] variační koeficient [%] nesouměrnost zahrocenost počet měření [ks]
5 760,06 22,69 0,47 −0,23 79
55
45 000
modul pružnosti [MPa]
40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000
Obr. 11 Rozsah hodnot modulu pružnosti
45 000
modul pružnosti [MPa]
40 000 35 000 30 000 25 000 y = -17,028x + 38053 R² = 0,0075
20 000 15 000 10 000 680
700
720
740
760
780
800
820
hustota při w = 12 % [kg·m−3] Obr. 12 Lineární závislost modulu pružnosti v tlaku podél vláken na hustotě
56
6. Diskuze Tato závěrečná práce se zabývala vybranými vlastnostmi tropického dřeva s obchodním názvem merbau (Intsia bijuga). Hustota zkoumaných vzorků dřeva merbau se nacházela v rozmezí 690,91– 793,95 kg·m−3 při vlhkosti 0 %. Průměrná hodnota hustoty dřeva byla 736,83 kg·m−3 při 0 % vlhkosti. Rozmezí těchto hodnot se shoduje s literárními zdroji, které pro hustotu dřeva merbau udávají při 0 % vlhkosti 770 kg·m−3 a pro 12% vlhkost 830 kg·m−3 (Roček, 2005; Wagenführ, 2000). Ze statisticky vyjádřených hodnot byla zjištěna nízká variabilita hustoty dřeva zkoumaných vzorků. Celkové bobtnání dřeva merbau bylo zjištěno následující: v radiálním směru mělo průměrnou hodnotu 2,80 % a rozsah 1,76–4,13 %. Literatura udává hodnotu radiálního bobtnání 0,4–1,2 % (Wagenführ, 2000) a 1,2 % (Roček, 2005). Celkové bobtnání v tangenciálním směru mělo průměrnou hodnotu 5,40 % a rozsah 4,01–7,33 %. V literatuře se pro celkové tangenciální bobtnání uvádí hodnoty 0,7–2,6 % (Roček, 2005; Wagenführ, 2000). Průměrná hodnota celkového objemového bobtnání byla 8,64 %. Rozpětí hodnot u objemového bobtnání bylo mezi 6,50–11,05 %. Wagenführ (2000) pro celkové objemové bobtnání uvádí hodnotu okolo 6,1 %. Zvýšené hodnoty jednotlivých typů bobtnání s porovnáním s literaturou mohly být zapříčiněny odklonem dřevních vláken, anatomickou stavbou, chemickým složením a původem testovaných vzorků. Mezi bobtnáním a hustotou dřeva je přímo úměrná závislost (obr. 8). Ovlivnění bobtnání hustotou dřeva souvisí s větším zastoupením chemických konstituent v jednotkovém objemu hustšího dřeva, tudíž se zde vyskytuje větší počet potencionálních sorpčních míst v tlustších buněčných stěnách elementů dřeva. S rostoucí hustotou dochází také k výraznějšímu modifikování tvaru anatomických elementů a zmenšování rozdílů v radiálním a tangenciálním směru. To vede ke snížení anizotropie rozměrových změn s nárůstem hustoty dřeva (Horáček, 2001). Mez pevnosti v tlaku podél vláken byla naměřena v rozsahu 75,58–92,01 MPa, s průměrnou hodnotou 84,15 MPa. Tyto zjištěné informace odpovídají údajům z dostupných zdrojů. Literatura uvádí pro mez pevnosti v tlaku hodnoty 58–85 MPa (Roček, 2005) a hodnoty 60–73–85 MPa (Wagenführ, 2000). Hodnoty modulu pružnosti podél vláken uváděné v literaturách jsou 15 400 MPa (Roček, 2005) a 13 000–15 400–16 500 MPa (Wagenführ, 2000). Námi naměřené 57
hodnoty se pohybovaly v rozsahu 15 004,23–39 567,32 MPa. Průměrná hodnota modulu pružnosti byla zjištěna 25 382,95 MPa. Tato hodnota byla poměrně dosti vysoká v porovnání s literaturou. Dále je z obr. 12 patrné, že kvůli velké variabilitě naměřených hodnot se nepotvrdila závislost, že s rostoucí hustotou roste modul pružnosti. Velikosti modulů pružností jsou základními charakteristikami dřeva příslušných dřevin a teoreticky je nemůžeme s dostatečnou přesností vypočítat. Zjišťujeme je experimentálně podle norem na tělesech definovaných rozměrů (Gandelová et al, 2009).
6.1. Vhodná alternativa dřeva merbau Z uvedených hodnot je zřejmé, že se dřevo merbau díky svým dobrým fyzikálním a mechanickým vlastnostem řadí k velmi kvalitnímu materiálu. Jeho vlastnosti jsou ponejvíce ovlivněny anatomickou stavbou dřeva, chemickým složením, vlhkostí, hustotou a vegetačními podmínkami. Z tohoto důvodu se alternativa v řadách tuzemských dřev bude hledat poměrně obtížně.
6.1.1. Alternativa z tropických dřev Jako alternativa z řad tropických dřev bylo vybráno dřevo doussié (Afzelia bipindensis). Hustota dřeva doussié je při vlhkosti 0 % udávána 700 kg·m−3. Celkové bobtnání pro jednotlivé anatomické směry je pro dřevo doussié následující: v radiálním směru 2,2–3,0 %, v tangenciálním směru 3,6–4,4 % a objemové bobtnání 6,4–7,7 %. Mez pevnosti v tlaku podél vláken se rozpíná mezi hodnotami 65–70–79 MPa. Modul pružnosti je v případě tohoto dřeva stanoven na 14 500–17 700 MPa (Roček, 2005; Wagenführ, 2000). Pokud by byly zmíněné údaje pro vybrané fyzikálně-mechanické vlastnosti dřeva doussié porovnávány s hodnotami dřeva merbau, dalo by se říci, že mírně vyšší hustotu má merbau. Toto může být ovlivněno jednak rozlišnou anatomickou stavbou nebo odlišným chemickým složením. Při srovnávání hodnot naměřeného celkového bobtnání u dřeva merbau s hodnotami bobtnání dřeva doussié podle literárních zdrojů se hodnoty celkového bobtnání pro jednotlivý anatomický směr téměř shodují. Při porovnání 58
hodnot doussié a merbau pouze z literárních zdrojů je patrné, že menších hodnot dosahuje dřevo merbau. V případě meze pevnosti v tlaku podél vláken je na tom opět nepatrně lépe merbau. Naopak je tomu u modulu pružnosti, který je mírně vyšší u doussié. Obě tyto mechanické vlastnosti ovlivňuje hustota, anatomická stavba, chemické složení a vlhkost. Celkově lze konstatovat, že se obě dřeva v těchto vybraných vlastnostech hodně podobají, a tak by dřevo doussié bylo vhodnou alternativou dřeva merbau. Další možnou alternativou z exotických druhů dřev, které by se vybranými vlastnostmi podobaly dřevu merbau, jsou courbaril (Hymenaea courbaril), iroko (Chlorophora courbaril) a teak (Tectona grandis) (Wagenführ, 2000).
6.1.2. Alternativa z tuzemských dřev Najít vhodnou nebo alespoň trochu podobnou náhradu z tuzemského výběru dřev nebylo jednoduchým úkolem, neboť škála našich dřev není takového rozsahu jako u dřev tropických. Nicméně se jako nejvhodnější jeví dřevo dubu zimního (Quercus petraea). Dub zimní má při 0% vlhkosti hustotu 390–650–930 kg·m−3. Pro celkové sesychání je uváděna hodnota v radiálním směru 4–4,6 %, v tangenciálním směru 7,8– 10 % a celkové objemové bobtnání dosahuje 12,6–15,6 %. Mez pevnosti v tlaku napříč vláken u dřeva dubu zimního je 48–65–70 MPa. Pro modul pružnosti je uváděna hodnota 9 200–13 000–13 500 MPa (Wagenführ, 2000). Kollmann (1951) uvádí pro hustotu dřeva dubu zimního při 0% vlhkosti hodnotu 390–930 kg·m−3. Celkové bobtnání v radiálním směru 4 %, v tangenciálním směru 7,8 % a objemové bobtnání 12,2 %. Mez pevnosti dosahuje v tomto případě 65 MPa. Při porovnání se dřevem merbau lze dospět k tvrzení, že rozsah hustot dřev se vzájemně překrývá. Nicméně je zřejmé, že hlavně u dubu je rozpětí hodně rozsáhlé a může dosahovat hlavně menších hodnot hustoty. Vše ovšem záleží na anatomické skladbě, chemickém složení a na stanovištních podmínkách. Bobtnání má merbau nižší než dub. Tyto rozměrové změny ponejvíce ovlivňuje vlhkost, hustota a anatomická stavba. Ve vybraných mechanických vlastnostech dosahuje vyšších hodnot taktéž merbau. Je patrné, že merbau mírně předčilo dřevo dubu zimního, ale z tuzemských dřev se jeví jako nejlepší možná alternativa. 59
6.1.3. Porovnání alternativ se dřevem merbau podle ČSN EN 350–2 Norma ČSN EN 350–2 obsahuje přehled přirozené trvanlivosti rostlého dřeva vybraných dřevin považovaných za důležité v evropských zemích pro konstrukční účely. Zahrnuje jejich trvanlivost se zřetelem k dřevokazným houbám, dřevokazným broukům,
termitům
a
mořským
škůdcům
dřeva.
Dále
podává
informace
o impregnovatelnosti, původu, hustotě a šířce bělového dřeva. Tab. 7 mezi sebou porovnává dřeva merbau, doussié a dubu zimního v přirozené trvanlivosti, impregnaci a šířce bělového dřeva. Je patrné, že nejvíce odolné je dřevo doussié a nejhůře je na tom dub zimní. Impregnovatelnost jádra je u všech dřev extrémně obtížná. Šířka běle je největší u dřeva merbau, což není žádoucí z pohledu využitelnosti. Tab. 7 Porovnání alternativ se dřevem merbau podle ČSN EN 350-2 obecný název
merbau
doussié
dub zimní
vědecký název
Intsia bijuga
Afzelia bipindensis
Quercus petraea
Jihovýchodní Asie
Západní Afrika
Evropa
730–800–830
730–800–830
670–710–760
houby
1–2 (velmi trvanlivé – trvanlivé)
1 (velmi trvanlivé)
2 (trvanlivé)
hmyz
–
–
S (náchylné)
termiti
M (středně trvanlivé)
D (trvanlivé)
M (středně trvanlivé)
jádro
4 (extrémně obtížně)
4 (extrémně obtížně)
4 (extrémně obtížně)
běl
–
2 (středně lehce)
1 (impregnuje se lehce)
M (průměrná 5–10 cm)
S (malá 2–5 cm)
S (malá 2–5 cm)
původ hustota při w = 12 % [kg·m−3]
přirozená trvanlivost
impregnovatelnost
šířka bělového dřeva
60
7. Závěr Tato bakalářská práce měla za cíl zjistit fyzikálně-mechanické vlastnosti dřeva s obchodním názvem merbau (Intsia bijuga). V souladu s normami bylo provedeno experimentální měření, které bylo následně statisticky vyhodnoceno. Průměrné hodnoty vybraných vlastností jsou pro přehlednost shrnuty níže v tab. 8. Tab. 8 Souhrn průměrných hodnot jednotlivých měření hustota ρ0 [kg·m−3]
736, 83
celkové bobtnání v radiálním směru [%]
2,80
celkové bobtnání v tangenciálním směru [%]
5,40
celkové objemové bobtnání [%]
8,64
mez pevnosti v tlaku podél vláken [MPa] modul pružnosti [MPa]
84,15 25 382,95
Ze zjištěných fyzikálních a mechanických vlastností je patrné, že dřevo merbau je velmi kvalitním materiálem, který nachází široké uplatnění jak v interiéru, tak i v exteriéru. Merbau se používá na výrobu dekorativních a uměleckých předmětů (obklady stropů a stěn, řezbářské výrobky), namáhaných interiérových prvků (schody, podlaha, stoly) a na sortiment produktů, které spojují interiér s exteriérem nebo produkty přímo do venkovního prostředí (dveře, terasy, zahradní nábytek). Poslední dobou se v České republice zvyšuje zájem o produkty vyráběné z tropických druhů dřev, mezi něž se bezesporu řadí i merbau. I z toho důvodu by bylo vhodné získávat další informace o vlastnostech tohoto materiálu. Pevnost v ohybu, v krutu, tvrdost a porovnávání variability těchto hodnot po poloměru kmene či výšce kmene dřeva merbau je určitě zajímavým námětem pro další navázání na tuto závěrečnou práci.
61
8. Summary In this bachelor´s work was done experimental measurement of selected physical and mechanical characteristics of merbau wood. Then were made statistics of discovered data, put in tables and compared with information in specialized literary sources. A list of literature that was used is situated in separate chapter “References”. The chosen characteristics were found out on tropical wood - merbau (Intsia bijuga). Merbau usually occurs south-east Asia. Every single measure was taken on sample of size 20×20×30 mm. There were used 79 experimental samples in general. Merbau is wood of higher density (736,83 kg·m−3). It has got low values of total swelling (8,64 %) and relatively high limit of strength in pressure along fibres (84,15 MPa). Because of these characteristics merbau is often used for window, door and floor production or exterior use. Merbau wood is suitable for products which require size stability and sufficient strength.
62
9. Zdroje Literární zdroje BAAR, J. 2009. Anatomická studie dřeva vybraných tropických dřevin rostoucích na území Francouzské Guyany. Diplomová práce Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 82 s. ČSN EN 350-2: Trvanlivost dřeva a materiálů na jeho bázi – Přirozená trvanlivost rostlého dřeva – Část 2: Přirozená trvanlivost a impregnovatelnost vybraných dřevin, 1996 DRÁPELA, K., ZACH, J., 1999. Statistické metody I.: pro obory lesního, dřevařského a krajinného inženýrství. 1. vydání. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 160 s. ISBN 80-7157-416-3. FUČÍKOVÁ, M. 2008. Anatomická studie dřeva vybraných tropických dřevin rostoucích na území Francouzské Guyany. Diplomová práce Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 88 s. GANDELOVÁ, L., HORÁČEK, P., ŠLEZINGEROVÁ, J., 2009. Nauka o dřevě. 3. vydání. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 176 s. ISBN 978-807375-312-2. GLATZ, L. 2010. Vybrané vlastnosti tropických dřev panga–panga a tigerwood. Bakalářská práce Brno: Mendelova univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 42 s. HORÁČEK, P., 2001 Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva I. 1. vydání. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 124 s. ISBN 80-7157-347-7. JENÍK, J., PAVLIŠ, J., 2011. Terestrické biomy: lesy a bezlesí Země. 1. vydání. Brno: Mendelova univerzita v Brně, 238 s. ISBN 978-80-7375-481-5.
63
JEŘÁBEK, M. 2008 Vybrané vlastnosti tropického dřeva Bangkirai. Bakalářská práce Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 46 s.
KOLLMANN, F., 1951. Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe. 2. vydání. Berlin: Springer-Verlag, 1050 s. MATOVIČ, A., 1993. Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva a materiálů na bázi dřeva. 1. vydání. Brno: Vysoká škola zemědělská, 212 s. ISBN 80-715-7086-9 PAVELKA, F., 2000. Aplikovaná statistika. 1. vydání. Brno: VUT, 131 s. ISBN 80214-1545-2. PAVLÍK, J., 2005.
Aplikovaná statistika. Praha: Vysoká škola chemicko-
technologická, 172 s. ISBN 80-708-0569-2. PERELYGIN, M., L., 1960. Nauka o dreve. 1. vydání. Bratislava: Slovenské vydavatelstvo technickej kultury, 388s. PLESNÍK, J., PELC, F., Současný stav a výhled lesů ve světě a v Evropě. Ochrana přírody, 66 (4). 28–32. POŽGAJ, A., CHOVANEC, D., KURJATKO, S., BABIAK, M., 1997. Štruktúta a vlastnosti dřeva. 2. vydání. Bratislava: Príroda, 488 s. ISBN 80-07-00960-4. ROČEK, I., 2005. Dřeva tropických oblastí. 1. Vydání. Praha: Česká zemědělská univerzita, Fakulta lesnická a environmentální, 327 s. ISBN 80-213-1346-3. SUPÍK, D. 2009. Vybrané vlastnosti tropického dřeva massaranduba. Bakalářská práce Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 66 s.
TONG, P., S., CHEN, H., K., 2009. Review of trade in merbau from major range states. Selangor [Malaysia]: TRAFFIC Southeast Asia, 172 s. ISBN 978-983-3393-176. 64
VAVRČÍK, H., GRYC, V., RYBNÍČEK, M., 2008. Variabilita vybraných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva dubu letního - vliv věku, poloměru kmene a výšky. 1. vydání. Kostelec nad Černými lesy: Lesnická práce, 52 s. ISBN 978-80-87154-18-2. WAGENFÜHR, R., 2002. Obrazový lexikon: dřevo. 1. vydání. Překlad Bohumil Hurda. Praha: Grada Publishing, 347 s. ISBN 80-247-0346-7. WAGENFÜHR, R., 2000. Holzatlas. 5. vydání. Mnichov: Fachbuchverlag Leipzig, 707 s. ISBN 34-462-1390-2.
Elektronické publikace GRULICH, V. Intsia bijuga (Colebr.) Kuntze [online]. 2011. Citováno 10. března 2013. Dostupné na World Wide Web:
LEBEDYS, A. Global Forest Products Facts and Figures [online]. 2011. Citováno 28. dubna 2013. Dostupné na World Wide Web: ORWA et al. Agroforestry Database 4.0 [online]. 2009. Citováno 10. března 2013. Dostupné na World Wide Web: RANDOLPH, R. Intsia bijuga (vesi) [online]. 2006. Citováno 20. března 2013. Dostupné na World Wide Web:
Internetové zdroje ŠLEZINGEROVÁ et al, Lexikon tropických dřev 2003 [online]. 2012. Citováno 29. dubna 2013. Dostupné na World Wide Web:
65
InsideWood. InsideWood [online]. 2004 citováno 15. dubna 2013 Dostupné na World Wide Web: FAO. FAO: Food and Agriculture Organization of the United Nations, for a world without hunger [online]. 2013 citováno 10. května 2013. Dostupné na World Wide Web: Soubor:Tropicke lesy sveta.png - Wikipedie: [online]. 2008 citováno 7. května 2013. Dostupné na World Wide Web: ITTO. The International Tropical Timber Organization (ITTO) [online]. 2004-2011 citováno 1. května 2013. Dostupné na World Wide Web: MEIER, E. The Wood Database [online]. 2013 citováno 1. května 2013. Dostupné na World Wide Web: Podlahy PP s.r.o. Podlahy PP s.r.o.: [online]. 2007 citováno 23. dubna 2013 Dostupné na World Wide Web: Stavbaweb. Stavbaweb [online]. 2007–2010 citováno 30. dubna 2013. Dostupné na World Wide Web:
66
Seznam obrázků Obr. 1 Tropické lesy světa (http://cs.wikipedia.org) ...................................................... 26 Obr. 2 Sklady průmyslové kulatiny v Číně (http://www.cites.org) ................................ 35 Obr. 3 Výskyt dřeva merbau (http://www.worldagroforestry.org) ................................. 37 Obr. 4 Mikroskopická struktura dřeva merbau – příčný řez (Šlezingerová et al., 2003) 39 Obr. 5 Dřevěná terasa z merbau (http://www.stavbaweb.cz) ......................................... 42 Obr. 6 Rozsah hodnot hustoty dřeva při vlhkosti 0 % .................................................... 50 Obr. 7 Rozsah hodnot pro jednotlivé druhy celkového bobtnání ................................... 51 Obr. 8 Lineární závislost celkového radiálního, tangenciálního a objemového bobtnání na hustotě dřeva .............................................................................................................. 52 Obr. 9 Rozsah hodnot meze pevnosti v tlaku podél vláken ............................................ 54 Obr. 10 Lineární závislost meze pevnosti v tlaku podél vláken na hustotě dřeva .......... 54 Obr. 11 Rozsah hodnot modulu pružnosti ...................................................................... 56 Obr. 12 Lineární závislost modulu pružnosti v tlaku podél vláken na hustotě ............... 56
Seznam tabulek Tab. 1 Rozdělení dřev podle hustoty dřeva w = 12 % (podle Horáčka 2001) ................ 12 Tab. 2 Produkce hlavního sortimentu ze dřeva pro rok 2011 (podle Lebedyse 2011) ... 36 Tab. 3 Statistické vyhodnocení hustoty dřeva merbau ................................................... 49 Tab. 4 Statistické vyhodnocení celkového bobtnání dřeva merbau ................................ 51 Tab. 5 Statistické vyhodnocení meze pevnosti v tlaku podél vláken ............................. 53 Tab. 6 Statistické vyhodnocení modulu pružnosti .......................................................... 55 Tab. 7 Porovnání alternativ se dřevem merbau podle ČSN EN 350-2 ........................... 60 Tab. 8 Souhrn průměrných hodnot jednotlivých měření ................................................ 61
67
