PergolyMěření řeziva a postup třídění
Jedním z klíčových problémů efektivního používání dřeva jako konstrukčního materiálu je garance jeho technických parametrů. Na rozdíl od umělých konstrukčních materiálů (oceli, betonu, plastů), jejichž jakost lze při výrobě ovlivnit podle účelu použití, lze u dřeva zabezpečit požadovanou jakost pouze tříděním. Dřevo, které je přírodním anizotropním materiálem, vykazuje proti umělým konstrukčním materiálům (např. oceli) poměrně vysokou variabilitu vlastností.
Příčinou vysokého rozptylu mechanických vlastností dřevěných konstrukčních prvků jsou jednak přirozené vady dřeva (suky, odklon vláken, trhliny apod.), jednak variabilita bezvadného dřeva, způsobená hlavně proměnlivostí hustoty (obecně struktury) dřeva. Rozdíly v pevnosti bezvadného dřeva jsou i v rámci jedné dřeviny značné: největší hodnoty jsou asi 2 až 3násobkem nejmenších. U konstrukčního dřeva s vadami je toto rozpětí ještě větší, přitom u řeziva je nepříznivější než u výřezů (kulatiny).
Třídění řeziva
Třídění řeziva je podle ČSN 49 0002 [1] dílčí operace při výrobě řeziva, spočívající v rozdělování jednotlivých kusů řeziva podle určitých rozlišovacích znaků do stanovených tříd. Třídění konstrukčního řeziva, kterým se základní surovina rozděluje do tříd, v nichž vlastnosti kolísají v porovnání s netříděným materiálem v menším rozsahu, částečně eliminuje nepříznivý účinek vysoké proměnlivosti mechanických vlastnosti řeziva.
Výzkumné práce vykonané v zahraničí i u nás přitom ukázaly, že běžné tzv. obchodní třídění (u nás pro nekonstrukční jehličnaté řezivo podle ČSN EN 1611-1 [3]), které je založeno převážně na vzhledu řeziva, nevyjadřuje efektivně jeho mechanické vlastnosti. U stavebního řeziva s nosnou funkcí proto dochází k požadavku účelového tzv. pevnostního třídění (anglicky „stress grading“), při kterém se řezivo posuzuje se zřetelem na jeho mechanické vlastnosti.
Vizuální třídění řeziva
Toto třídění lze realizovat vizuálním ohodnocením řeziva (tzv. Při vizuálním třídění konstrukčního řeziva patří k hlavním parametrům (kritériím) třídění rozsah suků, odklon vláken, trhliny aj. vady řeziva. Předpisy pro vizuální třídění dřeva na nosné stavební konstrukce jsou v účinnosti v řadě evropských států.
Čtěte také: Průvodce dřevěným úhelníkem pro přesné měření
V rámci CEN (Evropská normalizační organizace) se ukázalo, že vzhledem k rozdílům v existujících pravidlech vizuálního třídění používaných v různých zemích, není v současnosti možné stanovit jediný přijatelný soubor pravidel pro všechny členské státy a nebylo proto možné vypracovat společnou evropskou normu.
V České (popř. bývalé Československé) republice mají normy pro dřevo na stavební konstrukce dlouhodobou tradici dobré shody s odpovídajícími německými předpisy. S přihlédnutím k tomu a pro dosažení souladu naší normy s EN 14081-1 bez náročných a nákladných zkoušek, byla převzata (se souhlasem DIN) německá norma pro třídění jehličnatého dřeva podle pevnosti DIN 4074-1 [7] do ČSN. Stejně postupovalo i Rakousko a v tomto středoevropském regionu (Německo, Rakousko, ČR) platí pro třídění jehličnatého řeziva na stavební konstrukce společný předpis (DIN 4074-1:2012 = ÖNORM DIN 4074-1:2012 = ČSN 73 2824-1), což usnadňuje mezinárodní spolupráci v tomto ohledu.
Při vizuálním třídění se konstrukční řezivo klasifikuje podle vnějších znaků, tzv. ČSN 73 2824-1 Třídění dřeva podle pevnosti - Část 1: Jehličnaté řezivo [8] rozlišuje podle vizuálně zjistitelných znaků tři třídy: S 7, S 10 a S 13. Kritéria třídění se vztahují k referenční průměrné vlhkosti 20 %.
Suky jako kritérium vizuálního třídění
Jednou z hlavních charakteristik (vad) konstrukčního řeziva pří vizuálním třídění jsou suky. Bylo zjištěno, že vliv suků na pevnost řeziva závisí především na tom, jaký podíl průřezu prvku zabírají. Dovolené rozměry suků jsou proto obvykle stanoveny v závislosti na rozměrech průřezu řeziva (obrázek 2), nebo se přímo odhaduje jejich průřezový podíl (obrázek 3). Druhý postup je známý jako metoda KAR (z anglického „knot area ratio“, tj. podíl projekce suků k příslušné ploše průřezu řeziva).
Suky se přitom posuzují nejprve v celém průřezu, a potom ještě v tzv. okrajových zónách (obrázek 3). Vizuální třídění neumožňuje efektivně uvážit účinek hustoty dřeva, která má výrazný vliv na výslednou pevnost konstrukčního prvku. Vizuální třídění konstrukčního dřeva je svou podstatou složitým a málo přesným postupem s omezenými možnostmi zdokonalení. Přesnost dosažitelná při kontrole parametrů vizuálního třídění (suků, odklonu vláken aj.) je relativně nízká.
Čtěte také: Postupy měření vlhkosti dřeva
Účinnost vizuálního třídění, vyjádřená součinitelem korelace parametrů třídění a pevností řeziva je podle [11] asi 0,4 až 0,6. Realizace tohoto třídění v praxi je pro jeho komplikovanost často problematická, tj. jeho skutečná účinnost je ještě nižší. Možnost zlepšení vizuálního třídění konstrukčního řeziva proto spočívá především v zjednodušení tohoto postupu, které neovlivní významně účinnost a výtěž třídění [11].
Strojní třídění řeziva
V posledních 50 letech došlo v celosvětovém měřítku k rozvoji dokonalejšího způsobu třídění konstrukčního řeziva, tzv. Strojní třídění bylo původně založeno na poznatku, že tuhost v ohybu konstrukčního řeziva je lepším kritériem jeho pevnosti než vizuální posouzení, tj. na závislosti pevnosti a modulu pružnosti řeziva v ohybu. Pro bezvadné dřevo byla závislost jeho mechanických vlastností na modulu pružnosti v ohybu známá již dlouho před vývojem strojního třídění, pro konstrukční řezivo se suky byly uskutečněny základní experimentální práce asi před 50 lety v Sev.
Hlavním parametrem strojního třídění podle průhybu je tedy hodnota modulu pružnosti řeziva v ohybu E. Strojním tříděním se odhaduje pevnost řeziva nepřímo na základě měření jeho tuhosti. Řezivo prochází plynule strojem a měřením velikosti průhybu při určitém zatížení (případně velikosti zatížení při určité průhybu) se nedestruktivním způsobem posuzuje únosnost každého prvku. Řezivo se zpravidla zatěžuje ve směru menšího rozměru průřezu, tj. tloušťky.
Podle dostupných informací byly stroje na třídění řeziva podle pevnosti poprvé použity v r. 1963 v Sev. Americe. V r. 1974 bylo v celém světě v provozu asi 55 strojů a v r. 1987 již téměř 400 strojů [14]. V průmyslovém používání, které je zpravidla podmíněno udělením licence, je však omezený počet strojů. Rychlost automatického posuvu řeziva strojem je asi 50 až 300 (450) m/min.
Strojní třídění tedy umožňuje přesun k lepším jakostem z hlediska návrhových pevností řeziva, tj. menší spotřebu materiálu. Stroj na třídění řeziva lze nastavit na jakoukoli hodnotu návrhové pevnosti, která je v rozsahu nosné kapacity tříděného druhu řeziva.
Čtěte také: Nezbytný materiál pro stavbu
V ČR bylo zařízení na strojní třídění řeziva podle pevnosti (finský stroj Raute Timgrader) instalováno v tehdejších Severočeských dřevařských závodech, závod Jirkov.
Třídy pevnosti a Eurokód 5
Přitom Rk je charakteristická pevnost materiálu, γM > 1 je dílčí součinitel spolehlivosti pro vlastnost materiálu, kterým se převádí charakteristická pevnost na návrhovou hodnotu. Vyjadřuje se jím ta složka rozptylu pevnosti, která není zahrnuta v charakteristické hodnotě a další náhodné nebo nenáhodné vlivy (např. stupeň kontroly).
Eurokód 5 pro navrhování dřevěných konstrukcí používá tzv. třídy pevnosti. Pro rostlé konstrukční dřevo (řezivo), jsou stanoveny včetně charakteristických hodnot v ČSN EN 338 [16] a jsou označeny pro jehličnatě dřeviny C14 až C50 a pro listnaté dřeviny D18 až D70. Pro vysvětlení této koncepce lze poznamenat, že v rámci EU se používá na stavební konstrukce dřevo různých dřevin z evropských zemí popř. importované z Kanady, USA aj. zemí.
Systém dvanácti tříd pevnosti C14 až C50 a osmi tříd pevnosti D18 až D70, odstupňovaných podle charakteristické pevnosti dřeva v ohybu, zahrnuje prakticky celý rozsah konstrukčního dřeva od nejhorších jakostí nejslabších druhů dřeva až po nejkvalitnější jakosti listnatého dřeva vysoké hustoty. Systém tříd pevnosti umožňuje slučovat dřeviny a jakosti (třídy národního třídění) na základě jeho charakteristické pevnosti.
Zvolenou třídu pevnosti lze splnit vizuálním nebo strojním tříděním (strojní třídění se v ČR dosud nepoužívá) při použití dřeva různých dřevin, není-li druh dřeva výslovně předepsán např. Normy pro vizuální třídění konstrukčního dřeva jsou v účinnosti v řadě zemí a vztahují se na různé druhy a jakosti dřeva. Aby bylo možné stanovit pro tyto národní jakosti charakteristické vlastnosti pro navrhování podle Eurokódu 5, byla vydána evropská norma ČSN EN 1912 [18], ve které jsou přiřazeny (na základě dlouhodobých zkušeností nebo zatěžovacích zkoušek) k jednotlivým národním jakostem třídy pevnosti podle ČSN EN 338.
Vlastnosti dřeva
Dřevo je pravděpodobně nejstarším stavebním materiálem. Stanovení vlastností přírodního dřeva se provádí na normou určených vzorcích, které jsou prosté jakýchkoliv vad (suků, smolnatosti, dřeně a jiných vad. U dřeva pro stavební účely zjišťujeme především jeho fyzikálně mechanické vlastnosti. Tyto vlastnosti jsou silně závislé na průběhu vláken ve dřevě, jelikož dřevo je silně anizotropním materiálem. Z tohoto důvodu se často zkoušky provádí ve více směrech.
Vlhkost dřeva
Vlhkost dřeva je poměr hmotnosti vody k hmotnosti sušiny dřeva. Voda chemicky vázaná - je součástí chemických sloučenin a nelze ji ze dřeva odstranit sušením (pouze spálením). Je ve dřevě zastoupena i při nulové vlhkosti dřeva. Její množství se zjišťuje chemickou analýzou dřeva. Celkové množství se pohybuje v rozmezí 1 - 2 % sušiny dřeva.
- Voda vázaná (hygroskopická) - nachází se v buněčných stěnách. Je vázána vodíkovými můstky na hydroxilové skupiny OH amorfní části celulózy a hemicelulóz. Voda vázaná se ve dřevě vyskytuje při vlhkostech 0 - 30 %.
- Voda volná (kapilární) - vyplňuje ve dřevě lumeny buněk a mezibuněčné prostory.
Důležitou hodnotou vlhkosti je tzv. mez nasycení buněčných stěn MNBS nebo mez hygroskopicity MH, kdy buněčné stěny jsou vodou ještě nasyceny, ale v buněčných dutinách již voda není. Dřevo s vlhkostí do této meze mění svoje vlastnosti, zejm. mechanické, ale nad touto mezí jsou téměř stálé. MNBS představuje hranici mezi vodou vázanou a volnou. Rozdíl mezi MNBS a MH spočívá v prostředí, kterému je dřevo vystaveno. U MNBS je to voda ve skupenství kapalném, u MH ve skupenství plynném. Při teplotě 15 - 20˚C mají obě veličiny přibližně stejnou hodnotu(cca 30 %).
Dřevo čerstvě poraženého stromu (w = 50 - 100%), ale některá dřeva (např.
Z nepřímých metod jsou rozšířené metody elektrofyzikální (odporová, kapacitnídielektrická), radiometrické (založené na absorpci různých druhů záření), akustické (využití rychlosti šíření nebo adsorpce zvuku a ultrazvuku) nebo termofyzikální. Pro svoji jednoduchost a rychlost je asi nejpoužívanější metodou zjišťování vlhkosti pomocí elektrických vlhkoměrů.
Připravený vlhké zkušební těleso zvážíme s přesností na 0,01 g. Poté se zkušební těleso vysuší při teplotě 103 ± 2°C do ustálené hmotnosti (změna hmotnosti mezi dvěma váženími prováděnými po dvou hodinách nepřekročí 0,01 g).
Hygroskopicita a nasákavost
Hygroskopicita (navlhavost) - je schopnost dřeva pohlcovat ze vzduchu vodní páry. Vlhkost dřeva časem ustálí na tzv. rovnovážné vlhkosti, která závisí na teplotě a vlhkosti vzduchu. Tomuto stavu říkáme stav vlhkostní rovnováhy. Nasákavost(hydroskopicita) je schopnost dřeva pohlcovat vodu, do níž bylo ponořeno. Množství pohlcené vody závisí na době, po kterou bylo dřevo ve vodě. Udává se v procentech.
Bobtnání a sesychání dřeva
Bobtnáním α nazýváme schopnost dřeva zvětšovat lineární rozměry, plocha nebo objem tělesa při přijímání vázané vody (v rozsahu vlhkosti 0 % - MNBS). Bobtnání se vyjadřuje podílem změny rozměru k původní hodnotě. Udává se v %. Ve směru podélném bobtná o 0,1 až 0,6 %, ve směru radiálním bobtná o 3 až 6 % a ve směru tangenciálním bobtná o 6 až 12 %.
Dřevěný vzorek se vysuší v sušárně na W = 0 % při 103±2°C. Po vyjmutí ze sušárny se zjistí rozměry tělesa a následně se vloží do vody temperované na 20°C. Ve vodní lázni se ponechá 24 hodin. Po vyjmutí z vody se těleso osuší a opět se změří jednotlivé rozměry.
Sesychání β - Sesychání je opakem bobtnání. Proces, při kterém se zmenšují lineární rozměry, plocha nebo objem tělesa při ztrátě vody vázané. Pro výpočet sesychání platí obdobné vztahy jako pro bobtnání. Sesychání je dáno součtem lineárních sesychání v podélném, radiálním a tangenciálním směru se stejným podílem v jednotlivých směrech.
Je provázeno tvořením drobných trhlin a může být způsobeno nerovnoměrným vysoušením a vadami dřeva.
Objemová hmotnost dřeva
Je definována podílem hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu m0 a jeho objemem při určité vlhkosti Vw. Tato objemová hmotnost udává, kolik sušiny se nachází v nabobtnalém objemu dřeva. Redukovaná objemová hmotnost při w = 0 % je totožná s hustotou absolutně suchého dřeva ρ0. Je definována podílem hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu m0 a jeho objemem při vlhkosti nad mezí hygroskopicity, kdy již nezávisí na vlhkosti dřeva, protože dřevo dále nebobtná. Speciálním případem ρw je objemová hmotnost dřeva při 12% vlhkosti.
Norma předepisuje pro zkušební tělesa tvar pravoúhlého hranolu se základnou 20 × 20 mm a délkou podél vláken 25 ± 5 mm. Rozměry zkušebního tělesa se změří posuvným měřítkem s přesností 0,1 mm.
tags: #mereni #reziva #delka #postup
