VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV STAVEBNÍHO ZKUŠEBNICTVÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF BUILDING TESTING DIAGNOSTICKÉ METODY PRO HODNOCENÍ STAVU DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ DIAGNOSTIC METHODS FOR THE EVALUATION OF THE STATE OF TIMBER STRUCTURE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR MARTIN NGUYEN Ing. VĚRA HEŘMÁNKOVÁ, Ph.D. BRNO 2015

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště B3607 Stavební inženýrství Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3647R013 Konstrukce a dopravní stavby ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce Diagnostické metody pro hodnocení stavu dřevěných konstrukcí Ing. Věra Heřmánková, Ph.D V Brně dne prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT

3 Podklady a literatura - HOBST, L. a kol.: Diagnostika stavebních konstrukcí, knihovnicka.cz, SVOBODA, L. a kol.: Stavební hmoty 3. vydání (elektronická kniha - plný text: - Kolektiv autorů: Stavební látky cvičebnice, CERM Brno, KUKLÍK P.: Dřevěné konstrukce, ČKAIT ČSN EN 408 Dřevěné konstrukce - Konstrukční dřevo a lepené lamelové dřevo - Stanovení některých fyzikálních a mechanických vlastností - Další příslušné platné normy Zásady pro vypracování Úvod - stručný úvod do problematiky bakalářské práce. Cíl práce vypracovat metodiku průzkumu dřevěných konstrukcí krovu a přehled diagnostických metod pro hodnocení stavu dřevěné konstrukce in situ. Provést zjištění míry poškození a ověření materiálových charakteristik u konkrétního prvku dřevěné konstrukce. Teoretická část rešerše doporučené literatury a vypracování podkladů pro řešení bakalářské práce se zaměřením na: - materiálové charakteristiky a vlastnosti dřeva, - diagnostické metody zkoušení dřevěných konstrukcí, - metodiku průzkumu dřevěných konstrukcí krovu. Experimentální část provést zjištění míry poškození a ověření materiálových charakteristik u dřevěného prvku konstrukce. Zpracovat a zhodnotit výsledky experimentu se zaměřením na porovnání výsledků metody měření rychlosti šíření ultrazvukových vln a vybraných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva z konstrukce. Závěr - provést krátké shrnutí a jasně a přehledně deklarovat výsledky bakalářské práce. Struktura bakalářské/diplomové práce VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují) Ing. Věra Heřmánková, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce

4 DIAGNOSTICKÉ METODY PRO HODNOCENÍ STAVU DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ Abstrakt Tato bakalářská práce je zaměřena na popis a zhodnocení vybraných diagnostických metod používaných při průzkumu dřevěných konstrukcí. První část popisuje strukturu a vlastnosti dřeva, jeho poškození vnějšími činiteli a ochranu. Další část uvádí popis nedestruktivních, semidestruktivních a destruktivních diagnostických metod. Praktická část pak aplikuje vybrané diagnostické metody na konkrétní prvek dřevěné konstrukce. Cílem této práce je seznámení se s postupem průzkumu dřevěných prvků, jejich ověření a použití v praxi. Klíčová slova Dřevo, diagnostické metody, Pilodyn, fyzikální vlastnosti dřeva, mechanické vlastnosti dřeva, hustota dřeva, vlhkost dřeva, pevnost v tlaku. DIAGNOSTIC METHODS FOR EVALUATION OF THE STATE OF TIMBER STRUCTURES Abstract This bachelor s thesis is focused on description and evaluation of selected diagnostic methods used for a survey of timber structures. The first part describes the structure and properties of wood, damaged by external factors and protection. Another part provides a description of non-destructive, semi-destructive and destructive methods of diagnosis. The practical part applies the selected diagnostical methods on specific particular element of a wooden construction. The aim of this bachelor s thesis is to become familiar with the survey proces timber elements, verification and their application in practice. Keywords Timber, diagnostic methods, Pilodyn, physical properties of wood, mechanical properties of wood, density of wood, wood humidity, compression strenght

5 Bibliografická citace VŠKP Diagnostické metody pro hodnocení stavu dřevěných konstrukcí. Brno, s., 6 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav stavebního zkušebnictví. Vedoucí práce Ing. Věra Heřmánková, Ph.D.

6 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne podpis autora

7 PROHLÁŠENÍ O SHODĚ LISTINNÉ A ELEKTRONICKÉ FORMY VŠKP Prohlášení: Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané bakalářské práce je shodná s odevzdanou listinnou formou. V Brně dne podpis autora

8 PODĚKOVÁNÍ Rád bych chtěl poděkovat především své vedoucí bakalářské práce, paní Ing. Věře Heřmánkové, Ph.D. za odborné rády, odborné vedení, její ochotu, trpělivost, čas a vstřícnost po celou dobu zpracování této práce. Dále bych chtěl poděkovat ostatním členům Ústavu stavebního zkušebnictví Vysokého učení technického v Brně za jejich ochotu a pomoc při tvorbě této bakalářské práce, která byla zpracována s využitím infrastruktury Centra AdMaS. V neposlední řadě děkuji také své rodině a přátelům, kteří mě podporovali v celém průběhu studia.

9 Obsah ÚVOD...11 CÍL PRÁCE DŘEVO A JEHO CHARAKTERISTIKA DRUHY DŘEVIN Jehličnaté dřeviny Listnaté dřeviny STRUKTURA DŘEVA Makroskopická stavba dřeva Mikroskopická stavba dřeva Chemické složení dřeva VLASTNOSTI DŘEVA Fyzikální vlastnosti dřeva Mechanické vlastnosti dřeva TRVANLIVOST DŘEVA BIOTIČTÍ ČINITELÉ Dřevokazný hmyz Dřevokazné houby ABIOTICKÉ VLIVY Atmosférická koroze dřeva Chemická koroze dřeva OCHRANA DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ CHEMICKÁ OCHRANA MODIFIKAČNÍ OCHRANA KONSTRUKČNÍ OCHRANA VADY DŘEVA SUKY Dělení suků TRHLINY VADY STRUKTURY DŘEVA

10 5. DIAGNOSTICKÉ METODY DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ NEDESTRUKTIVNÍ DIAGNOSTICKÉ METODY Vizuální hodnocení Měření rychlosti šíření ultrazvuku Měření vlhkosti Radiační diagnostické metody SEMI-DESTRUKTIVNÍ DIAGNOSTICKÉ METODY Odporové zaražení trnu Odporové mikrovrtání Zkoušení radiálních vývrtů Zkoušení tahových mikro-vzorků Endoskopie DESTRUKTIVNÍ DIAGNOSTICKÉ METODY Odběr vzorků pro laboratorní zkoušky PRAKTICKÁ ČÁST DIAGNOSTIKA DŘEVĚNÉHO PRVKU VIZUÁLNÍ HODNOCENÍ PRVKU Určení druhu dřeviny Abiotické poškození Biotické poškození ZNAČENÍ ZKUŠEBNÍHO PRVKU STANOVENÍ VLHKOSTI PRVKU Měření vlhkosti váhovou metodou Měření vlhkosti odporovým vlhkoměrem ODPOROVÉ ZARÁŽENÍ TRNU PŘÍPRAVA VZORKŮ PRO LABORATORNÍ ZKOUŠKY ODEBRÁNÍ VZORKŮ PRO LABORATORNÍ ZKOUŠKY Přesnější určení druhu dřevokazného hmyzu POROVNÁNÍ STANOVENÝCH HUSTOT STANOVENÍ PEVNOSTI V TLAKU ROVNOBĚŽNĚ S VLÁKNY Porovnání stanovených pevností v tlaku rovnoběžně s vlákny ZÁVĚR...62 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A INTERNETOVÝCH ODKAZŮ...63 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

11 SEZNAM POUŽITÝCH WWW ODKAZŮ SEZNAM TABULEK...66 SEZNAM GRAFŮ...67 SEZNAM OBRÁZKŮ...68 SEZNAM PŘÍLOH

12 ÚVOD Dřevo lze považovat za jedno z nejstarších stavebních materiálů, které člověk využíval, již v nejstarších dobách na stavbu obydlí. Jedná se o přírodní, ekologický materiál, který patří k obnovitelným zdrojům energie, jehož využití lze spatřit v různých odvětvích lidské činnosti. Jeho rozvoj vždy úzce souvisel s možnostmi výroby z hlediska zpracování a spojování dřevěných konstrukcí. V současné době se dřevo jako stavební materiál s neustále vzrůstajícím technologickým a technickým rozvojem stává jedním z nejžádanějších materiálů na stavbu např. rodinných domků, hotelů, motorestů či na inženýrské konstrukce v podobě stožárů a lávek. Jedním z jeho vlastností je odolávat v chemicky agresivním prostředí, a proto se dnes používá také na zemědělské a průmyslové stavby. Dále se může uplatňovat při výrobě nábytků či hudebních nástrojů, apod. Další výhodou je také jeho relativně vysoká pevnost vzhledem k jeho nízké hustotě, snadná opracovatelnost, rezonanční vlastnosti, estetické vlastnosti, tepelné a akustické vlastnosti. Naopak nevýhodou dřeva je jeho náhlá změna vlastností, ke které dochází v průběhu času. Jedná se o anizotropii materiálu, což znamená, že má v různých směrech odlišné vlastnosti a odlišnou strukturu. Postupem času vlivem vlhkosti okolního prostředí můžeme zaznamenat fyzikální změny, které způsobují např. bobtnání, borcení, sesychání, apod. Dále zde patří také nízká protipožární odolnost a podléhání biotickým škůdcům. [1] [2] Prodloužení životnosti dřevěných konstrukcí můžeme snadno zajistit jejich náležitou ochrannou úpravou a odbornou diagnostikou případných závad a poruch. CÍL PRÁCE Hlavním cílem této bakalářské práce je porozumění, stanovení postupů diagnostických metod dřevěných konstrukcí při jejich poruchách a ověření materiálových charakteristik u konkrétního prvku dřevěné konstrukce. 11

13 1. DŘEVO A JEHO CHARAKTERISTIKA Dřevo je jedna z mála přírodních surovin, která se trvale obnovuje. Může být technicky definováno jako hygroskopický, nehomogenní, biologický, propustný, anizotropní materiál. Jedná se o rostlinné pletivo, ve kterém buněčné stěny obsahují lignin, jehož funkcí je spojování mezibuněčných vláken, zpevnění celulózových molekul v rámci buněčných stěn a dřevu dodává dostatečnou pevnost především v tlaku. [2] 1.1 Druhy dřevin Dřeviny dělíme na jehličnaté a listnaté, dále na měkké a tvrdé, jejichž hranice není nijak určena. Lesní porosty ČR podle údajů z roku 2013 tvoří 73,89% jehličnatých a 26,11% listnaté dřeviny. Největším zástupcem jehličnanů je smrk ztepilý (51,07%) a hned za ním, je druhý v pořadí borovice (17,61%). U listnatých dřevin má největší zastoupení buk (7,80%) a následně dub (7,25%). [3] [4] [18] Na dřevěné konstrukce se používá nejčastěji smrkové dřevo, jelikož se jedná o poměrně měkký, lehký, pružný a snadno zpracovatelný materiál. Pro výrobu speciálních materiálů např. dřevěných hmoždíků, kolíků, klínů apod. se používá dřevo dubové, které je tvrdé, těžké, houževnaté, trvanlivé a má vysokou pevnost v tlaku i v tahu. Tab. 1: Zastoupení jednotlivých druhů dřevin v lesních porostech ČR Dřeviny Jehličnaté Listnaté Zastoupení v [%] Druh Jednotlivě Celkové Smrk 51,07 Jedle 1,06 Borovice 17,61 73,89 Modřín 3,88 Ostatní 0,27 Dub 7,25 Buk 7,80 Bříza 2,76 26,11 Ostatní 8,30 12

14 1.1.1 Jehličnaté dřeviny Jehličnaté dřeviny jsou označovány jako měkké dřeviny. Délka jejich růstu je většinou okolo let, dosahují výšky m a průměru kmene 1 2 m. Patří do třídy nahosemenných rostlin a většina z nich jsou stálezelené neopadavé rostliny. [2] [7] Mají stromovitý a keřovitý vzrůst a jsou vývojově starší než listnaté dřeviny. Většina má pravidelnou velmi hustou korunu a tmavou barvu. Z geografického hlediska rostou především v mírnějším pásmu. Patří zde např. smrkové, jedlové, borové a modřínové dřevo. Smrk je nejčastější používaná dřevina na dřevěné konstrukce. Má bílou až nažloutlou barvu s výraznými letokruhy. Je měkký, lehký, pružný, snadno zpracovatelný a štípatelný. V suchu je smrkové dřevo velmi trvanlivé a naopak ve vlhku rychle hnije. Obr. 1: Smrkové dřevo [19] Borovice má zpravidla načervenalou barvu. Její dřevo je měkké, křehké, lehké až středně těžké, málo pružné a poměrně sukovité, jehož suky se po čase uvolňují a vypadávají. Oproti smrkovému dřevu je tvrdší, má větší obsah pryskyřice, což zajišťuje velmi dobrou odolnost vůči vlhkosti. Využívá se zejména ve stolařství např. pro výrobu okenních rámů, pražců a postelí. Obr. 2: Borovicové dřevo [19] 13

15 Jedle má z hlediska pravidelnosti růstu lepší jakost než smrk, ale z hlediska zpracování je však náročnější. Zpravidla má šedobílou barvu dřeva, avšak časem šediví až černá. Má menší obsah pryskyřice a je méně trvanlivé než dřevo smrkové a borové. Je měkké, pružné, nosné, ohebné a velmi dobře štípatelné. Využití této dřeviny je obdobné jako u smrkového dřeva. Obr. 3: Jedlové dřevo [19] Modřín je jediný z jehličnatých dřevin, jehož jehličí každoročně opadává. Má světle žlutou barvu, postupem času však červená, hnědne a tmavne. Je velmi pružná, trvanlivá a obsahuje velké množství pryskyřice. [2] [7] Obr. 4: Modřínové dřevo [19] Listnaté dřeviny Listnaté dřeviny jsou dřeviny tvrdé patřící mezi krytosemenné rostliny. Rostou 120 až 150 let do výšky 20 až 50 m (u dubu až 60 m), s průměrem kmene až 1,5 m (u dubu až 3 m). Patří zde dubové a bukové dřevo. 14

16 Dub je tvrdá, pevná, těžká, houževnatá a trvanlivá dřevina. Jeho dřevo je žlutohnědé barvy. Má velkou pevnost v tlaku i v tahu, a proto je nejvhodnějším dřevem pro výrobu dřevěných hmoždíků, klínů, kolíků apod. Na suchu má dlouhou životnosti, avšak ve vodě je jeho životnost téměř neomezena, jelikož obsahuje třísloviny. Je-li dubové dřevo vhodně impregnováno, je pak značně odolné i proti ohni. Používá se zejména ve vodním stavitelství, při stavbě lodí, ale běžně také pro výrobu okna, dveří, nábytku apod. Obr. 5: Dubové dřevo [19] Buk je na rozdíl od dubového dřeva měkčí a méně houževnatý. Zpravidla má načervenalou barvu. Dřevo buku je těžce opracovatelné, pevné, málo pružné, značně sesychá, praská a špatně odolává vlhkosti, pokud není vhodně impregnováno. Bukové dřevo se využívá zejména v nábytkářství, truhlářství či při výrobě kuchyňského nářadí. Obr. 6: Bukové dřevo [19] Ostatní listnaté dřeviny se na dřevěné konstrukce téměř nepoužívají. [3][4][5] 15

17 1.2 Struktura dřeva Jak již bylo zmíněno, dřevo je organický, nehomogenní, anizotropní a hygroskopický materiál. Tyto vlastnosti jsou důsledkem makroskopické a mikroskopické stavby dřeva Makroskopická stavba dřeva Makroskopickou stavbu dřeva lze zpozorovat pouhým okem, případně pomocí zvětšovacího skla. Jedná se o základní postup při určování druhu dřevin, rozpoznání vad a třídění kvality. Je ovlivněna fyzikálním a mechanickými vlastnostmi. Mezi makroskopické znaky dřeva patří letokruhy, dřeň, dřeňové paprsky, dřeňové skvrny, jádro, vyzrálé dřevo, suky, pryskyřičné kanálky, cévy, kambium, lýko a kůra. [16] Obr. 7: Příčný řez kmenem [5] 16

18 Letokruhy jsou tloušťkové přírůstky vytvořené během jednoho vegetačního období. U dřevin, které rostou v mírném pásmu lze letokruhy zpozorovat pouhým okem nebo lupou. Skládají se ze dvou odlišných vrstev jarního a letního dřeva. Jejich stavba a šířka závisí na věku dřeviny, poloze v kmeni a na geografických podmínkách. Šířka letokruhu má vliv na fyzikálně mechanické vlastnosti dřeva. Obr. 8: Letokruhy stromu [Zdroj: Dřeň je měkké, řídké pletivo uprostřed kmene o šířce asi 2 až 5 mm. Má špatné mechanické vlastnosti, kdy při vysychání dochází ke vzniku středových trhlin. Jádro je tmavě zbarvená část kmene obklopující dřeň. Má pravidelný tvar, vysokou hustotu, nízkou náchylnost vůči sesychání a zvyšuje stabilitu kmene. Suky jsou pozůstatky živých či odumřelých větví. Vyskytují se u všech dřevin, kde na příčném řezu mají oválný tvar, na tangenciálním oválný nebo kruhový tvar a na radiálním řezu mají tmavší pruh. Stavba dřeva má válcově kuželovitý tvar, který se zkoumá ve třech základních řezech a směrech. Mezi základní řezy kmene patří: příčný, radiální a tangenciální řez. 17

19 Příčný řez je vedený kolmo k ose kmene se soustředným uspořádáním letokruhů Radiální řez je vedený středem kmene, v rovině rovnoběžné s osou kmene, letokruhy mají tvar svislých pásů Tangenciální řez je vedený v rovině rovnoběžné s osou kmene nebo větve vzdálené od středu kmene, letokruhy vytvářejí parabolický útvar tzv. fládr [13] [16] [26] Obr. 9: Schématické znázornění základních řezů kmenem příčný, radiální, tangenciální [13] Mikroskopická stavba dřeva Mikroskopickou stavbu dřeva nelze zpozorovat pouhým okem, jelikož se zabývá její buněčnou stavbou a pro jejich pozorování je nutné použít mikroskop. Podle jejich funkcí rozlišujeme tři typy buněk: parenchymatické buňky, sklerenchymatické buňky a cévy. [14] [26] Parenchymatické buňky vyživovací, vodící a zásobní buněčné elementy Sklerenchymatické buňky vyztužovací buněčné elementy Cévy vodivé buněčné element 18

20 Podle složitosti makroskopické neboli anatomické stavby dřeva dělíme dřeviny na jehličnaté a listnaté. Pro stavební konstrukce bývá mikroskopická stavba dřeva méně významná než makroskopická. Obr. 10: Mikroskopická stavba jehličnatých dřevin [13] Obr. 11: Mikroskopická stavba listnatých dřevin [13] 19

21 Mezi mikroskopickou stavbu dřeva patří také základní anatomické směry ve dřevě axiální směr, radiální směr, tangenciální směr Axiální směr je rovnoběžný s podélnou osou kmene Radiální směr je vedený ve směru dřeňových paprsků a je kolmý na plochu tangenciálního řezu Tangenciální směr má směr tečny k letokruhům a je kolmý na plochu radiálního řezu [14] [23] Obr. 12: Základní anatomické směry v kmeni [26] Chemické složení dřeva Chemické složení dřeva je u jednotlivých druhů dřevin téměř neměnné a jejich složení lze vyjádřit procentuálně takto: Tab. 2: Chemické procentuální složení dřeva Chemické procentuální složení dřeva [%] Uhlík Kyslík Vodík Dusík 49,5 44,2 6,3 0,2-1,5 Následně tyto prvky vytvářejí celou řadu organických látek jako je celulóza, hemicelulóza, lignin a tzv. extraktivní látky. [13] 20

22 1.3 Vlastnosti dřeva Dřevo je tzv. anizotropní materiál, což znamená, že má v různých směrech rozdílné vlastnosti. Svými vlastnostmi se zejména liší ve směru rovnoběžně s vlákny a kolmo k vláknům, které se dále ještě odlišují v radiálním a v tangenciálním směru. Ve směru rovnoběžně s vlákny mají největší pevnost i tuhost a současně nejmenší deformace od účinku teploty, sesychání či bobtnání. Vlastnosti dřeva dělíme na fyzikální, kde patří vlastnosti určující vnější a vnitřní vzhled dřeva a na vlastnosti mechanické. [3] Fyzikální vlastnosti dřeva Fyzikální vlastnosti dřeva dělíme na vlastnosti určující vnější a vnitřní vzhled dřeva. Mezi vlastnosti určující vnější vzhled dřeva patří: barva, lesk, textura, vůně dřeva. Barva dřeva charakterizuje daný druh dřeva. Základními látky, které určují jejich barevné rozlišení, jsou: lignin, celulóza a hemicelulóza. Zpravidla mívají dřeviny vyrůstané v mírném pásmu světlejší barvu než dřeviny v tropickém pásmu. Barva dřevin je ovlivněna jejím stářím, slunečním zářením a různými škůdci. Měří se pomocí tzv. kolorimetrů. Lesk dřeva zajišťují dřeňové paprsky, které odrážejí sluneční paprsky od povrchu dřeviny. Největší lesk vzniká na radiálním řezu. Textura dřeva závisí zejména na makroskopické stavbě dřeva (letokruhy, dřeňové paprsky, apod.). Jehličnaté dřeviny mívají jednodušší texturu, která je převážně tvořena letokruhy. Listnaté dřeviny mají naopak složitější stavbu dřeva, a proto mají složitější texturu. Vůně dřeva může sloužit jako rozpoznávací znak. U čerstvých dřevin bývá jejich vůně výraznější, jelikož je určena obsahem aromatických látek silice, pryskyřice, třísloviny, atd. [3] [17] Mezi vlastnosti určující vnitřní vzhled dřeva patří: hustota dřeva, vlhkost dřeva, tepelné, elektrické a akustické vlastnosti dřeva. Hustota dřeva závisí na množství vody, které obsahuje čili na vlhkosti. Zvětšuje se zvýšením vlhkosti, ale hmotnost a objem dřeva nerostou stejným způsobem. Hustoty se nejčastěji stanovují při těchto vlhkostních stavech: 21

23 hustota dřeva v suchém stavu (w = 0 %) hustota dřeva při vlhkosti (w = 12 %) hustota vlhkého dřeva (w = 0 %) Hustota dřeva je charakterizována podílem hmotnosti a objemu dřeva při určité vlhkosti. Dolní index udává procentuální vlhkost, při které je hustota stanovena. m m a b c V w ρ w = = w w [%] ( 1) m w hmotnost dřeva [kg]; V w objem dřeva [m 3 ] Speciální případem je hustota dřeva při 12% vlhkosti, jelikož je dosažena dlouhodobějším vystavením dřeva běžným podmínkám temperované místnosti. Jednotlivé hustoty dřevin v ČR se pohybují v širokém intervalu. dřeva s nízkou hustotou (ρ 12 < 540 kg/m 3 ) borovice, smrk, jedle, topol, lípa, olše dřeva se střední hustotou (ρ 12 = kg/m 3 ) modřín, tis, bříza, buk, dub dřeva s vysokou hustotou (ρ 12 > 750 kg/m 3 ) habr, moruše, akát Tab. 3: Průměrné hodnoty hustoty dřeva Hustota dřeva [kg/m 3 ] Dřeviny Čerstvě vytěženého Při vlhkosti 15% Při vlhkosti 0% Smrk Jedle Jehličnaté Borovice Modřín Dub Listnaté Buk Vlhkost dřeva je dána množstvím vody, které je ve dřevu obsaženo. Můžeme jej také charakterizovat jako hmotnostní poměr vody obsažené ve dřevě k hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu. Se zvyšující vlhkostí se pružností a pevnostní vlastnosti dřeva snižují. [3] [20] w m m m w 0 = [%] ( 2) m w hmotnost vzorku před vysušením [kg]; m 0 hmotnost vzorku po vysušení [kg] 0 22

24 Voda způsobující vlhkost bývá rozdělena na hygroskopicky vázanou vodu a vodu volnou. Hygroskopicky vázaná voda se nachází v buněčných stěnách a způsobuje objemové změny dřeviny (bobtnání, sesychání). Vyskytuje se při vlhkosti do bodu nasycení podle druhu dřevin mezi 25% - 35%. Volná voda se nachází mimo buněčné stěny a nezpůsobuje objemové změny. Vyskytuje se při vlhkostí vyšší než bod nasycení. Bod nasycení bývá zpravidla při vlhkosti 30%. Obr. 13: Objemové změny v buňkách vlivem hygroskopicky vázané a volné vody [3] Bobtnání dřeva je schopnost dřeva zvětšovat své lineární rozměry (plocha, objem) při přijímání vázané vody, která proniká mezi mikrofibrily. Je to přesně opačný jev než sesychání udávající se v %. Při bobtnání dochází ke zvětšování rozměrů buněčných stěn a tím i celého dřeva. Tento proces u suchého dřeva je výrazně rychlejší, s přibývající vlhkostí se ale zpomaluje. Sesychání dřeva je opakem bobtnání. Při tomto procesu se zmenšují lineární rozměry (plocha, objem) dřeva při ztrátě vázané vody. Sesychání můžeme rozdělit do 3 skupin na málo sesychavá, středně sesychavá a hodně sesychavá. Málo sesychavá olše, tis, topol, atd. Středně sesychavá smrk, borovice, dub, atd. Hodně sesychavá modřín, lípa, buk, habr, atd. Borcení dřeva vzniká nestejným sesycháním či bobtnáním dřeva. Tento jev se vyskytuje jak v podélném, tak i v radiálním a tangenciálním směru. Dřevo jako anizotropní materiál nevysychá stejnoměrně a dochází vlivem vnitřního napětí k deformacím. V důsledku nerovnoměrného sesychání dělíme borcení na podélné a příčné. 23

25 Příčné borcení o o o o je vyvolané rozdílným radiálním a tangenciálním sesycháním je tím větší, čím větší je jeho vzdálenost od dřeně k obvodu kmene čtvercový průřez se mění na obdélníkový kruhový průřez se mění na obdélníkový Obr. 14: Příčné borcení dřeva v různých směrech vlivem sesychání [3] Podélné borcení o o vzniká nerovnoměrným podélným sesycháním dřeva, které způsobují prohnutí nebo stočení dřeva je tím větší, čím větší je jeho vzdálenost od dřeně k obvodu kmene Obr. 15: Podélné borcení dřeva [3] Tepelné vlastnosti dřeva jsou charakterizovány tepelnou vodivostí a teplotní délkovou roztažností. Jelikož má dřevo velmi nízkou teplotní vodivost, slouží jako izolační materiál. Elektrické vlastnosti dřeva především u suchého dřeva se jeví jako velmi dobrý izolant. S rostoucí vlhkostí a teplotou elektrický odpor prudce klesá. [3] [17] [20] 24

26 1.3.2 Mechanické vlastnosti dřeva Mechanické vlastnosti charakterizují schopnost odolávat působení vnějších sil a mimo jiné mechanickými vlastnostmi dřeva rozumíme vlastnosti z hlediska pevnosti a pružnosti. Jedná především o pevnost v tlaku, tahu, smyku, ohybu, moduly pružnosti, houževnatost a štípatelnost. Při těchto namáháních má dřevo v různých směrech rozdílné mechanické vlastnosti. Obr. 16: Ukázka rozdílných mechanických vlastností v závislosti na typu namáhání [Zdroj: Přednášky od Ing. Milan Šmak, Ph.D.] 25

27 Zjišťují se většinou statickými zkouškami na zkušebních tělesech podle příslušných norem a ovlivňují je řada činitelů jako je: objemová hmotnost, konstrukční rozměr, vlhkost a teplota dřeva, vady dřeva, rychlost zatěžování a doba trvání zatížení. [3] [20] Objemová hmotnost větší objemová hmotnost zajišťuje lepší mechanické vlastnosti dřeva Konstrukční rozměr při větších konstrukčních rozměrů prvku dochází ke zhoršením mechanických vlastností Teplota dřeva se zvyšující teplotou, se zhoršují jejich mechanické vlastnosti (pevnost v tlaku) Vlhkosti dřeva se zvyšující vlhkostí až do bodu nasycení, se zhoršují jejich mechanické vlastnosti (pevnost v tlaku) Vady dřeva zásadně zhoršují mechanické vlastnosti (pevnost v tahu) Rychlost zatěžování rychlejším zatěžování konstrukce se pevnost dřeva zvětšuje Doba trvání zatížení - při dlouhodobém zatížení dřeva jejich pevnost klesá až na 60% krátkodobé pevnosti dřeva Pevnost dřeva popisuje odolnost dřeva vůči trvalému poškození vyvolané vnějšími silami. Je vyjádřená napětím, při kterém dochází k porušení soudržnosti. Toto napětí, při kterém dochází k porušení tělesa, se určuje pomocí zkoušek s danými postupy. Podle způsobu porušení rozdělujeme na pevnost v tahu, tlaku, v ohybu, v kroucení a ve smyku. Pevnost dřeva ovlivňuje především vlhkost, hustota, anatomická stavba dřeva a směr vláken. Pevnost dřeva v tlaku lze charakterizovat jako odolnost proti vnějším silám, které se snaží dřevo stlačit. Pevnost v tlaku se dále dělí na pevnost ve směru vláken a napříč vláken (tangenciální směr a radiální). Vypočítá se pomocí vzorce pro normálové napětí. F σ = max p a b [ MPa] ( 3) F max maximální síla [N]; a,b rozměry tělesa [mm] 26

28 Tab. 4: Hodnoty meze pevnosti v tlaku ve směru vláken u některých dřev Druh dřeva σ p [MPa] Druh σ p [MPa] w = 12% w = 30% dřeva w = 12% w = 30% modřín 64,5 25,5 akát 75,5 41,5 borovice 48,5 21,0 dub 55,5 26,0 smrk 44,4 19,5 buk 57,5 30,4 habr 60,0 26,5 topol 39,0 18,0 Tab. 5: Hodnoty meze pevnosti v tlaku napříč vláken u některých dřev Druh dřeva V radiálním směru při vlhkosti V tangenciálním směru při vlhkosti w = 12% w > 30% w = 12% w > 30% modřín 4,5 2,7 6,1 2,5 borovice 5,2 3,1 7,6 3,1 smrk 3,4 2,3 4,0 2,0 dub 11,0 6,5 8,5 5,1 jilm 5,8 3,5 4,8 2,9 buk 12,9 7,3 8,5 5,3 habr 14,0 7,9 8,5 5,2 Pevnost dřeva v tahu lze charakterizovat jako odolnost vůči prodloužení. Vyznačuje se zejména velkou rozdílnosti v podélném a příčném směru z důvodu anizotropie. Jakmile se překročí mez pevnosti, dřevo začne praskat. V podélném směru má dřevo výrazně vyšší pevnost než ve směru příčně radiálním a příčně tangenciálním. Vypočítá se obdobným vzorcem jako u pevnosti v tlaku. Fmax σ t = a. b [ MPa] ( 4) F max maximální síla [N]; a,b rozměry tělesa [mm] 27

29 Tab. 6: Hodnoty meze pevnosti v tahu ve směru vláken u některých dřev Druh dřeva σ t [Mpa] σ t [Mpa] Druh dřeva w = 12% w 30% w = 12% w 30% modřín dub borovice jasan smrk dub jedle bříza Tab. 7: Hodnoty meze pevnosti v tahu napříč vláken u některých dřev σ t [MPa] Druh dřeva Radiálním při vlhkosti w = 12% Tangenciálním při vlhkosti w = 12% smrk dub buk habr Pevnost dřeva v ohybu se vykazuje především na nosníku, který je podepřený z obou stran podporami. Z konstrukčního hlediska se ohybová pevnost materiálu považuje za velmi významnou mechanickou vlastnosti dřeva. Vzniká působením síly přímo na střed nosníku. Zpravidla se sleduje pevnost dřeva v ohybu napříč vláken v tangenciálním směru, kde se mez pevnosti pohybuje okolo 100 MPa. Vztah pro maximální napětí se vyjadřuje následovně: M σ max = Pa W [ ] M ohybový moment [Nm]; W průřezový modul [m 3 ] ( 5) 28

30 Pevnost dřeva v kroucení je charakteristická smykovými napětími působící ve dvou na sebe kolmých rovinách. Dřevo má poměrně malou pevnost v kroucení, jelikož je ovlivněna vlhkostí. Lze vypočítat dle následujícího vzorce. M τ k = W k [ MPa ] ( 6) M k kroutící moment [N.mm]; W modul průřezu [mm 3 ] Pevnost dřeva ve smyku je ve všech třech směrech rozdílná, jelikož dřevo je anizotropní materiál, tudíž má ve všech směrech rozdílné vlastnosti. Smyk se určuje při působení dvou stejně velkých sil vyvolávající posunutí dvou sousedních průřezů. Největší smykovou pevnost vykazuje dřevo v příčném směru na vlákna. Na smyk jsou především namáhány konstrukční spoje. Vztah pro výpočet pevnosti ve smyku: F τ R, T = b. l max [ MPa] ( 7) F max maximální smykové zatížení [N]; b šířka smykové plochy [mm]; l délka smykové plochy [mm] Pružnost dřeva lze charakterizovat jako schopnost dřeva vrátit se do původního tvaru po uvolnění vnějších sil. Je dána modulem pružnosti, který udává hodnotu napětí, při němž se v mezích pružnosti mění pevnostní parametry dřeva. S vyšším modulem pružnosti je potřeba vyššího napětí k vyvolání deformací. Modul pružnosti se udává v MPa a závisí zejména na druhu dřeviny, hustotě, vlhkosti, anizotropii a také na vadách dřeva. Houževnatost dřeva odpovídá mechanické práce, které je potřeba k vytvoření plastické deformace. Rozděluje se statickou a dynamickou (rázovou) houževnatost. Rázovou houževnatostí se rozumí absorpcí práce vykonané rázovým ohybem. Mezi dřeva s nejvyšší houževnatostí patří akát, buk, dub. Štípatelnost dřeva charakterizujeme jako odolnost proti vniknutí klínu, které rozděluje dřevo na dvě části při působení tlaku a ohybu. Zpravidla bývá odolnosti proti štípání u listnatých dřevin vyšší než u jehličnatých dřevin. Tvrdost dřeva lze charakterizovat jako schopnost odolávat proti vnikání cizího tělesa. Má velký význam při opracování dřeva, kdy se dřevo opotřebovává posunem, narážením, apod. Tvrdost závisí na druhu dřeva, jeho anatomické stavbě a také kvalitě dřevních vláken. Podle druhu zatížení tvrdost rozdělujeme na statickou a dynamickou. 29

31 Ohýbatelnost dřeva je schopnost deformovat se účinkem vnějších sil na nový tvar a nadále si ho udržet i po působení těchto sil. Pro zajištění tvaru musí být dřevo po ohybu vysušeno. Ohýbatelnost je ovlivněna především obsahem ligninu ve dřevě a zvyšuje se pomocí plastifikací dřeva, tzn. vlhkem a teplem. [1] [5] 2. TRVANLIVOST DŘEVA Trvanlivost dřeva charakterizujeme jako odolnost vůči vnějším působícím vlivům. Je závislá na kvalitě dřeva, konstrukčnímu řešení, způsobu užívání, údržbě, vlhkosti a dalších faktorů. Pro zvýšení trvanlivosti dřeva je nutná ochrana před nežádoucími vlivy. [25] Buňky dřeva, které jsou složené z organických polymerů, jsou velice náchylné na poškození vlivem biotických činitelů a abiotických vlivů. 2.1 Biotičtí činitelé Biotičtí činitelé poškozují dřevo z důvodu vlhkosti a okolního prostředí. Mezi nejhorší biotické činitele řadíme dřevokazný hmyz, dřevokazné houby, ale také plísně a bakterie, který pro svůj život potřebují vlhkost Dřevokazný hmyz Dřevokazný hmyz napadají dřevo v čerstvém stavu, ale také ve stavu zabudovaném ve stavbě či ve zpracované formě. Poškození způsobují zejména jejich larvy, které dřevo poškozují tzv. požerkami vytvářející ve dřevě chodbičky a následně snižují mechanické vlastnosti dřeva. [3] [15] Obr. 17: Požerky Tesaříka krovového [Zdroj: Obr. 18: Larva z čeledi tesaříkovitých v kukelní komůrce [Zdroj: 30

32 Pro svůj vývoj potřebuje dřevokazný hmyz nejméně vlhkost 10%. Teplota se u jednotlivých druhů různí v rozmezí od 18 C do 30 C. Mezi nejčastěji vyskytující se druhy patří: Tesařík krovový, Tesařík fialový, Červotoč proužkovaný a Hrbohlav parketový. Obr. 19: Tesařík krovový [30] Obr. 20: Červotoč proužkovaný [30] Obr. 21: Hrbohlav parketový [30] Dřevokazné houby Dřevokazné houby napadají strom již v průběhu jeho životnosti a způsobují jeho hnilobu. Zpravidla hniloba dřeva nevzniká, jestliže nepřekročí-li vlhkost dřeva 20%. Při napadení dřevokazných hub, dřevo většinou zesvětlí, měkne, ztrácí svou hmotnost, ale objem zůstává stejná. Nejlepší ochranou proti těmto houbám je vysušení. Mezi nejrozšířenější dřevokazné houby patří: Dřevomorka domácí, Koniofora sklepní, Pornatka Vaillantova a Trámovka plotní. [3] [27] Obr. 22: Dřevomorka domácí [30] Obr. 23: Koniofora sklepní [30] 2.2 Abiotické vlivy Vlivem abiotického působení dřevo degraduje a ztrácí své mechanické vlastnosti. Mezi hlavní abiotické činitelé, které způsobují degradaci dřeva, patří: atmosférická koroze, termická koroze a chemická koroze. 31

33 2.2.1 Atmosférická koroze dřeva Jedná se o přirozený proces stárnutí dřeva, které je ovlivněna vlhkostí, teplotou, slunečním zářením a různými agresivními plyny. Na životnosti dřevěné konstrukce má zásadní vliv jeho umístění (exteriér, interiér) Chemická koroze dřeva Je to proces, který probíhá po kontaktu s agresivními chemickými látkami, především zásadami, kyselinami a oxidovadly. I když je dřevo poměrně odolné vůči chemické korozi v porovnání vůči jiným stavebním materiálům, tak agresivní chemické látky zhoršují jeho fyzikální a mechanické vlastnosti. Příčinou mohou být kyselé deště nebo také chemické látky aplikované do dřeva za účelem zvýšení odolnosti proti biotickým škůdcům, snížením hořlavosti, apod. [9] [10] [23] 3. OCHRANA DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ Jelikož je dřevo organického původu, je vystavena řadou znehodnocení, před kterým ho musíme ochránit. Jeho ochranu dělíme na chemickou, modifikační a konstrukční. 3.1 Chemická ochrana Chemická ochrana dřeva slouží především ke zvýšení trvanlivosti dřeva. Používá se na dlouhodobou preventivní ochranu dřeva proti biologickým škůdcům v infikovaném prvku. Podle hloubky průniku chemického prostředku se rozlišuje impregnace povrchová, polohloubková a hloubková. [9] Obr. 24: Chemická ochrana dřeva pomocí prostředku Lignofix [29] 32

34 3.2 Modifikační ochrana Cílem této ochrany je zachování nebo zlepšení stávajících vlastností jako je termická odolnost, pevnost, pružnost, nízká hmotnost, odolnost vůči agresivním chemikáliím, apod. Při této ochraně se záměrně mění struktura dřeva pro dosažení těchto vlastností. Tato ochrana se uplatňuje zejména v nábytkářství. Z hlediska designu lze měnit barvy. Nevýhodou použití modifikovaného dřeva je vyšší cena. [9] [12] 3.3 Konstrukční ochrana Konstrukční ochrana dřeva vychází z použití vhodných druhů dřeva, zajištění kvality dřeva a spojovacích materiálů, použití povrchových nátěrů pro zamezení vniknutí vody, dřevokazných škůdců či řešení protipožárních opatření. Znehodnocení dřevěné konstrukce může být především způsobeno biologických napadením, vniknutí srážkové vody, povětrnostními vlivy, vysokou teplotou, ohněm a mechanickým opotřebením, které musíme omezit. Dřevěná konstrukce musí být dobře odvětraná, nesmí docházet k přímému styku s komíny a jinými zdroji vysokých teplot a také nesmí být vystavěna v prostorech s různou manipulační technikou. [9] 4. VADY DŘEVA Vady dřeva lze charakterizovat jako změnu skutečného stavu od původního stavu, které nepříznivě ovlivňují jeho vlastnosti. Většinou vznikají během růstu, při těžbě, manipulaci, uskladnění dřeva či působení vlhkosti a okolního prostředí. Některé vady mohou vznikat také těžebními zásahy, vlivem biotických nebo abiotických činitelů (viz kapitola 2). Tyto vady mohou být viditelné (točivost, vidličnatost) nebo skryté (hniloba). Lze jim předejít správným pěstováním, ale někdy nikoliv, jelikož mohou být některé tyto vady dědičné (křivost, vidličnatost). [5] 33

35 4.1 Suky Jedná se o zarostlé části živé nebo odumřelé větvě, které mají vlastní letokruhy a výrazně snižují jejich pevnost. Obr. 25: Suk ve dřevě [28] Obr. 26: Srostlý suk [28] Dělení suků Podle tvaru: kruhové, oválné, křídlové Podle polohy: na ploše, boční, hranový Podle uspořádání: jednotlivé, seskupené Podle stavu dřeva suku: zdravé, rohovité, nahnilé, shnilé Podle viditelnost: srostlé, částečně srostlé, nesrostlé [4] Obr. 27: Suk (a) křídlový; (b) boční; (c) procházející; (d) hranový; (e) plošný; (f) skupinový [Zdroj: Přednášky od Ing. Milan Šmak, Ph.D.] 34

36 Vysoká škola technická v Brně, Fakulta stavební Bakalářská práce, akad. rok 2014/ Trhliny Trhliny můžeme definovat jako roztržení dřeva po směru dřevních vláken. Vznikají většinou během růstu stromu, vlivem sesychání nebo během těžby. Tyto trhliny dělíme na trhliny čelní a boční. Obr. 28: Čelní trhlina odlupčivá [28] 4.3 Obr. 29: Boční trhlina vysušená [28] Vady struktury dřeva Vady struktury dřeva vznikají odchylkou od původní struktury dřeva. Řadíme sem točivost, křemenitost, zárost, zásušek. Obr. 30: Točivost [28] Obr. 31: Křemenitost [28] Obr. 32:Zásušek[28] 35

37 5. DIAGNOSTICKÉ METODY DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ Z hlediska zajištění spolehlivosti dřevěných konstrukcí je velmi důležitý vývoj diagnostických metod pro zhodnocení stavu dřevěných konstrukcí. Díky těmto metodám můžeme zjistit a posoudit jednotlivé vady dřevěných konstrukcí. Diagnostické metody pro posouzení stavu dřevěné konstrukce dělíme na metody nedestruktivní, semi-destruktivní a destruktivní. Nedestruktivní diagnostické metody Vizuální hodnocení Měření rychlosti ultrazvukových vln Měření vlhkosti Radiometrie Radiografie Semi-destruktivní diagnostické metody Odporové zarážení trnu Odporové mikrovrtání Odporové zatlačování trnu Vytahování vrutu Zkoušení radiálních vývrtů Zkoušení tahových mikro-vzorků Endoskopie Destruktivní diagnostické metody Odběr vzorku pro laboratorní zkoušky 36

38 Pro závěrečné vyhodnocení zkoušení je nejvýhodnější provést kombinaci několika nedestruktivní a semi-destruktivních zkoušek. Jestliže vyžadujeme ještě větší přesnost vyhodnocení, je vhodné toto nedestruktivní zkoušení nadále kombinovat s metodou destruktivní. [6] [8] 5.1 Nedestruktivní diagnostické metody Nedestruktivní metody pro zhodnocení stavu dřevěných konstrukcí patří mezi nejčastěji používané metody diagnostiky. Jsou to tzv. neinvazivní diagnostické metody, což znamená, že nekladou při diagnostice nároky na zásah do konstrukce. Tyto metody se používají především u historických dřevěných konstrukcí, kde jsou destruktivní metody nežádoucí. Přístroje pro měření těchto metod bývají obvykle malé, rychlé a snadné k použití. [6] [8] Vizuální hodnocení Vizuální hodnocení je nejrozšířenější a zároveň nejjednodušší diagnostický postup za účelem získání informací nejen o vlastnostech, ale také o stavu materiálu, apod. Touto metodou lze zjistit přítomnost biologických škůdců a následně je určit. Dále je možné odhalit různé deformace prvků, uvolnění spojů v konstrukci a určení kritických míst, u kterých je nutné se jim věnovat vice dopodrobna. Hodnocení přirozených vad dřeva je při celkovém hodnocení prvků problematické a proto se vizuálním tříděním vzorku dřeva přiřazují vizuální jakostní třídy, pro které je určena norma ČSN EN 1912 ( ) Konstrukční dřevo Třídy pevnosti Přiřazení vizuálních tříd jakosti a dřevin. [6] [8] Měření rychlosti šíření ultrazvuku Měření rychlosti šíření ultrazvukových vln je jedna z nejpoužívanějších diagnostických metod, která je zcela nedestruktivní, jelikož poskytuje okamžité výsledky a to nejen místní, ale také celkového stavu prvku. Diagnostické přístroje pracují s frekvencemi od 20 khz do 500 khz, záleží na typu přístroje a používaných sondách. Mezi nejpoužívanější ultrazvukové přístroje patří Arborsonic Decay Detector, Sylvatest, Pundit a Tico. [6] [8] 37

39 Obr. 33: Ultrazvukový přístroj TICO se sondami o různých frekvencích [6] Nejčastěji se měří pomocí dvou sond. Jedna z nich je budič ultrazvukového signálu a druhá snímač. Rychlost šíření vlny je závislé na druhu dřeva, jeho vlastnostech, hustotě, tuhosti a na vadách zkoumaného prvku dřeva, kde patří např. suky a trhliny. Také je závislá na vlhkosti dřeva, jelikož s rostoucí vlhkostí jeho rychlost klesá. V místech vyskytujících se trhlin je doba průchodu vlny delší než ve zdravém dřevě. Nejpřesnější výsledky získáváme při měření rychlosti šíření vln podél vláken, kdy při průzkumech konstrukcí in-situ je nemožné tuto metodu provést. Dalším způsobem měření je měření rychlosti prostupu napříč vláken, kdy se přikládají sondy z obou protilehlých stran prvku, což je přesnější, ale na druhou stranu je mít přístup na obě protilehlé strany prvku. Měřením na více místech po celém prvku lze odhalit lokální poruchy, které nám měření podélně jen naznačí. [6] [8] Nevýhodou je měření u prvků větších rozměrů, jelikož při velké vzdálenosti mezi sondami dochází k útlumu signálů, který lze zajistit použitím nižších frekvencí, u kterých je měření méně přesné. Obr. 34: Možnosti přikládání sond při měření ultrazvukem [6] A) Přímé měření podél vláken; B) Nepřímé měření podél vláken; C) Přímé měření napříč vláken Možnost detekce poškozených míst závisí na vlnové délce. Pomocí ultrazvukové diagnostiky nelze detekovat vady, které mají rozměr menší než polovinu vlnové délky. Proto bývají vhodnější 38

40 ultrazvuky s vyšší frekvencí a menší vlnovou délkou pro detekci poškození drobných dutých míst a vad v materiálu. [6] [8] Tab. 8: Odhadovaný stupeň poškození dřeva na základě průměrné rychlosti šíření ultrazvukového vlnění napříč vláken při vlhkosti 12-16% Průměrná rychlost kolmo na vláka [m/s] Druh dřeva Stupeň poškození smrk, jedle borovice dub Měření vlhkosti Jelikož je vliv vlhkosti na vlastnostech dřeva velice významný, jeho určení a zjišťování v konstrukci je nedílnou součástí diagnostiky. Zvýšená vlhkost často zvyšuje riziko poškození dřevokaznými houbami a dřevokazným hmyzem. V místech se zvýšeným obsahem vody je nutné provést detailně průzkum, zhodnocení a také rozsah vzniklého poškození. Mezi klasické metody zjišťování vlhkosti patří gravimetrická metoda, která je založena na porovnání hmotnosti vzorku v normálním a v absolutně suchém stavu. Vlhkost je vyjádřena procentuálním zastoupením vody ve dřevě. Pro stávající zabudované dřevěné prvky se vlhkost stanoví pomocí příručních vlhkoměrů. Kalibrací těchto vlhkoměrů lze zjistit vlhkostní obsah s ohledem na druh dřeva a okolní teplotu. Na základě jejich principu práce, rozdělujeme vlhkoměry na odporové, absorpční, kapacitní, mikrovlnné a jiné. Jako nejčastěji používané příruční vlhkoměry jsou vlhkoměry odporové. Jejich princip spočívá v používání elektrického odporu materiálu dřeva, kdy se do prvku dřeva přitlačují nebo zarážejí elektrody do určité hloubky. Obr. 35: Odporový vlhkoměr [6] 39

41 5.1.4 Radiační diagnostické metody Jedná se o zcela nedestruktivní metody, které se využívají zejména při diagnostice historických dřevěných konstrukcí. Do této skupiny se řadí radiometrie a radiografie. Obě tyto metody jsou založeny na ionizujícím záření, u kterých je důležité zvláštní bezpečnostní opatření. Radiometre, patří mezi nedestruktivní diagnostické metody umožňující měření objemové hmotnosti a vlhkosti bez porušení materiálu s využitím ionizujícího záření. Ve stavebnictví se tato metoda využívá zejména v případech, kde je měření objemové hmotnosti a vlhkosti klasickými metodami příliš zdlouhavé nebo technicky nerealizovatelné. Princip radiometrie je založen na průchodu a zeslabení záření gama, případně na rozptylu záření gama v měřeném materiálu. Jako nejčastěji využívaný zdroj záření gama se používá zářič cesium Cs 137. Detektory záření bývají buď Geiger-Müllerovi počítače částic, nebo scintilační detektory, které jsou spojeny s vyhodnocovací jednotkou. Výsledkem měření je četnost impulsů za časovou jednotku, které lze pomocí kalibrační křivky převést na objemovou hmotnost. [6] [8] Metoda průchodu a zeslabení záření gama Tato metoda je založena na umístění zdroje záření a detektoru na protilehlých stranách měřeného materiálu. V závislosti na tloušťce materiálu a jeho objemové hmotnosti se záření při průchodu materiálem zeslabuje. Výsledkem tohoto měření získáme průměrnou objemovou hmotnost měřeného materiálu mezi zdrojem záření a detektorem. Při této metodě dosáhneme velmi přesných výsledků. Metoda průchodu a zeslabení záření gama Při použití této metody se zaznamenává pouze rozptyl záření v materiálu tzv. Comptonovým efektem, který spočívá v umístění detektoru a záření na jedné straně materiálu. Přímému průchodu záření ze zářiče do detektoru brání stínící vrstva z materiálu velké hustoty, nacházející se mezi zdrojem záření a detektorem. 40

42 Radiografie je založena na rozptylování a absorbování rentgenového záření a záření gama, který prochází prostředím. Umožňuje zobrazení vnitřní struktury, vad či poruch zcela bez porušení materiálu. Míra zeslabení záření po průchodu materiálem se graficky zaznamenává na radiografickém filmu nebo moderněji mnohonásobně použitelné tzv. záznamové fólie. Pokud se projeví světlejší stopy nižšího zčernání na vyvolaném filmu, jsou to místa s vyšší hustotou. U zdravého dřeva s vyšší objemovou hmotností se pohltí a rozptýlí větší množství záření a následně způsobí menší zčernání filmu, u poškozeného dřeva to bývá přesně naopak. [6] [8] Obr. 36: Radiogram masivního jedlového trámu v konstrukci krovů historického objektu [6] 41

43 5.2 Semi-destruktivní diagnostické metody Při této diagnostické metodě dochází k minimálnímu poškození dřevěného prvku Odporové zaražení trnu Tato metoda se řadí mezi semi-destruktivní metody a jejím nejpoužívanějším přístrojem je Pilodyn 6J Forest, který umožňuje měřit hloubku průniku trnu s průměrem 2,5 mm vystřeleného do dřeva při konstantní práci 6J, přičemž poškození zkušebního materiálu je velmi malé a téměř zanedbatelné. Hloubka zaraženého trnu je maximálně 40 mm, podle kterého lze určit hustotu dřeva, míru poškození dřeva biotickými činiteli anebo také k měření tvrdosti chemicky ošetřeného materiálu. Dalšími verzemi tohoto zařízení jsou např. Pilodyn 12J, Pilodyn 18J, které mají větší úderovou sílu, nebo Pilodyn 4JR umožňující opakovaný výstřel. Před každým měřením je nutností Pilodyn kalibrovat, jelikož jeho funkce mohou být ovlivněny vlhkostí umožňující lepší průnik do dřeva. Z důvodu pravidelného střídání jarního a letního dřeva v rámci letokruhů je nejpříznivější testovat daný dřevěný prvek v radiálním směru, jehož výsledky se jeví průkaznější. Při testování v tangenciálním směru jsou výsledky zkreslující, jelikož dochází k zaražení trnu pouze do jedné části letokruhů. Pro stanovení hustoty konstrukčního dřeva je nutné znát její vlhkost. Následně lze metodou vniku rázové trnu do dřeva určit hustotu dle následujícího vztahu. [6] [8] [ ] ρ 12 = 0, , t p 1 0,007 (w 12) ρ 12 hustota při dvanácti procentní vlhkosti dřeva [g/cm 3 ], t p hloubka vniku rázového trnu do dřeva o známé vlhkosti [mm], w vlhkost dřeva v době měření [%] ( 8) Obr. 37: Pilodyn 6J Forest [6] 42

44 Na základě stanovené hustoty lze pomocí odvozených regresivních závislostí stanovit pevnost v ohybu nebo modul pružnosti. Závislost hustoty na těchto mechanických vlastnostech je znázorněna v následujícím grafu. Červená křivka znázorňuje průměrnou hodnotu a spodní pětiprocentní kvantil. [3] Graf 1: Závislost pevnosti v ohybu a modulu pružnosti na hustotě dřeva [3] Odporové mikrovrtání Na rozdíl od odporového zarážení trnu tato metoda poskytuje přehled o vnitřní struktuře postupným pronikáním dřevěného prvku. Přístroj, kterým se tato metoda měří je např. Resistograph 2450-S a je založen na odporu materiálu k prostupu malého vrtáku s průměrem 1,5 3,0 mm. Obr. 38: Resistograph firmy Rinntech [6] Výstupem z měření je grafický záznam tzv. dendrogram, který udává odpor dřeva v průběhu vrtání. Vrcholy bodů v grafickém záznamu odpovídají vyšším odporům a tudíž i vyšší hustotě, zatímco nižší body bývají spojené s nižším odporem a nižší hustotou. 43

45 Obr. 39: Dendogram grafický záznam naznačující snížení odporu dřeva vlivem hniloby [6] Odporové mikrovrtání je závislé na vlhkosti. Optimální je vrtání v radiálním směru, protože je zaručeno střídání jarního a letního dřeva v letokruhu. Jelikož může docházet k ohýbání prvku kvůli malému průměru vrtáku, je nezbytně nutné zajistit jeho ostrost. Vzhledem k poskytování lokálních informací je vhodné provést více vrtů nebo zkoušku spolu s jinými druhy nedestruktivních metod. [6] [8] 44

46 5.2.3 Zkoušení radiálních vývrtů Princip zkoušení radiálních vývrtů je založen na odběru velmi malých vzorků válcovitého tvaru o průměru 4,8 mm v radiálním směru a vzniklého otvoru v prvku o velikosti 10 mm. Vzorek se odebírá konstantní rychlostí ze zdravé části dřeva z důsledku střídání jarního a letního dřeva (jejich letokruhů) v radiálním směru pomocí elektrické vrtačky se speciálním vrtákem v délce minimálně 20 mm. Hrot vrtáku musí být vždy ostrý a čistý. Vzorek bývá uložen při přenosu do laboratoře ve schránce, který ho chrání před případným poškozením a změně vlhkosti. Získané vývrty mohou být používány pro učení několika dalších vlastností dřeva, jako jsou např.: hustota, vlhkost, modul pružnosti a pevnosti v tlaku podél vláken. Pro zkoušení radiálních vývrtů ve směru vláken dřeva se používají čelisti s drážkami, které umožňují zatěžování tlakem kolmo na osu vývrtu. Pro měření vzdálenosti mezi čelistmi a měření deformace vývrtu se používají dva lineárně proměnné snímače. Výsledkem zkoušení je pracovní diagram, který zaznamenává závislost působící tlakové síly a deformace. [6] [8] Obr. 40: Odebírání radiálního vývrtu [11] Výpočet tlakové pevnosti se vypočítá podle vzorce: f c = Fmax l d c [ MPa] ( 9) F max zatížení odpočítané z diagramu [N]; l délka radiálního vývrtu [mm]; d c průměr radiálního vývrtu [mm] Obr. 41: Kompletní vybavení pro odběr radiálního vývrtu [6] Obr. 42: Zatěžovací čelisti s drážkou pro radiální vývrt [6] 45

47 5.2.4 Zkoušení tahových mikro-vzorků Odběr vzorků pro zkoušení se provádí pomocí přestavitelné okružní pilky dvěma řezy pod úhlem 45 k povrchu prvku, jejichž hloubka řezu je upravena tak, aby vznikla trojúhelníková lišta s pravoúhlými stěnami v rozmezí 5-8 mm. Odběr těchto vzorků nesmí mít žádné přirozené vady, jak jsou např. suky, trhliny či jiné poškození. Pro uchycení mikro-vzorku v zatěžovacím stroji se na oba konce vzorků nalepí dřevěné bloky pravoúhlého tvaru a následně vloží do jednoduchých čelistí. [6] [8] Obr. 43: Okružní pila s pojezdem upravená pro odběr tahových mikrovzorků [6] Obr. 44: Trojúhelníkové lišty délkově zkrácené [6] Touto zkouškou je zjišťována tahová pevnost a modul pružnosti, jejichž výsledky není třeba korelovat a jsou srovnatelné se standardním testem. Vzhledem k zásahu do povrchu konstrukce tuto zkoušku nelze zrealizovat u historických konstrukcí, jelikož vzniká poměrně značná rýha. Maximální tahovou pevnost pro každý prvek lze určit podle vztahu: f c = Fmax 1. b. h 2 2 [ MPa] ( 10) F max porušení při zatížení [N]; b přepona trojúhelníkové lišty [mm]; h výška trojúhelníkové lišty [mm] Endoskopie Endoskopie je semi-destruktivní metoda, při které se používá přístroj endoskop či videoskop v případě stropních konstrukcí, těžce dostupných míst nebo zazděných prvků. Pomocí endoskopu lze vizuálně posuzovat biotické poškození dřeva, dále je možné odhadovat stádium hub, změny barvy, zborcení, povrchový rozklad a mechanické poškození. Vzhledem k charakteristickému požerku a trusu lze určit dřevokazný hmyz, ale pro přesnější určení hniloby a hmyzu je nutný jejich odběr vzorků. 46

48 V současné době jsou endoskopy vybaveny zdrojovou jednotkou, ovládacím panelem s displejem, osvětlením a pružným bovdenem s mikrokamerou, který se společně s mikrokamerou zasouvá do předem připraveného otvoru o velikosti mm. Během zkoušení, zařízení umožňuje sledovat na displeji aktuální obraz z mikrokamery, který je zároveň ukládán do videosouboru. Po ukončení zkoušky je vhodné otvor zazátkovat. [6] [8] Obr. 45: Endoskopický přístroj Videoprobe XL PRO [6] Obr. 46: Obraz získaný pomocí přístroje Videoprobe XL PRO z jednotlivých vrtaných sond [6] 5.3 Destruktivní diagnostické metody Destruktivní diagnostické metody jsou zkoušky, při kterých dochází k odběru části nebo celého prvku pro laboratorní zkoušky Odběr vzorků pro laboratorní zkoušky Odběr vzorků je zcela destruktivní metoda. Zkoušky se provádí na zkušebních tělesech bez suků, smolnatosti i jiných vad s příčnými rozměry 150 mm. Mohou mít ale také menší nebo větší rozměry, přičemž jejich charakteristické hodnoty musí být upraveny danými součiniteli. Zkouškami se zjišťují fyzikální a mechanické vlastnosti, kdy na jejich výsledek má značný vliv vlhkost dřeva. U nedestruktivních zkoušení vlastností dřeva jsou výsledky pouze orientační a proto se, pro jejichž zpřesnění doplňují průkazkou destruktivní zkouškou dle ČSN EN 384 Konstrukční dřevo- Stanovení charakteristických hodnot mechanických vlastností a hustoty a ČSN EN 408 Dřevěné konstrukce Konstrukční dřevo a lepené lamelové dřevo Stanovení některých fyzikálních a mechanických vlastností. [6] [8] 47

49 6. PRAKTICKÁ ČÁST DIAGNOSTIKA DŘEVĚNÉHO PRVKU Pro praktickou část bakalářské práce byla odebrána část vodorovného trámu tzv. roubenky z roku 1915 konkrétněji ze stodoly, která byla určena k demolici v obci Huslenky, okres Vsetín. Délka odebraného trámu měřila 960 mm s příčnými rozměry 180 mm a 220 mm, jehož účelem bylo provedení diagnostických zkoušek pro získání fyzikálních a mechanických vlastností dřeva za příslušných diagnostických přístrojů. Roubenka byla značně prohnilá a poškozená trhlinami. Pro stanovení některých fyzikálních a mechanických vlastností bylo provedeny tyto diagnostické metody: nedestruktivní (vizuální hodnocení, odporové měření vlhkosti), semi-destruktivní (odporové zarážení trnu pomocí přístroje Pilodyn 6J Forest) a destruktivní (odebírání vzorků pro laboratorní zkoušky). Obr. 47: Pohled na stodolu Obr. 48: Místo odebrání trámu v konstrukci 6.1 Vizuální hodnocení prvku Určení druhu dřeviny Druh dřeviny bylo vizuálně velmi obtížné určit, jelikož trám byl zabudovaný ve stavbě více než 100 let, jehož povrch byl znečištěn a zbarven. Avšak při pohledu na čerstvý řez prvkem bylo vidět, že má dřevo světlou barvu, zřetelné hranice mezi letokruhy a s nerozlišeným přechodem z jádra na běl. Na základě těchto makroskopických vlastností se určilo, že se jedná pravděpodobně o dřevo smrkové. Pro přesnější určení druhu dřeva by se musel použít mikroskop a taky by se musela prozkoumat část mikroskopické stavby dřeva. Obr. 49: Čerstvý řez prvkem 48

50 6.1.2 Abiotické poškození Na první pohled byly viditelné suky různých velikostí a značné porušení rozsáhlými podélnými trhlinami, které sahaly až ke dřeni dřeva. Obr. 50: Poškození prvku abiotickými vlivy Biotické poškození Dále bylo na povrchu viditelné značné narušení biotickými škůdci. Podle velikosti výletových otvorů a způsobu poškození dřeva se pravděpodobně jednalo o napadení nejméně dvou druhů hmyzu, a to pravděpodobně tesaříkem a červotočem. Obr. 51: Poškození prvku biotickými činiteli 6.2 Značení zkušebního prvku Pro provedení zkoušek na trámu byl prvek nejprve podélně rozdělen po 100 mm a jednotlivé řezy byly označeny podle polohy, čísly 1 9. Obr. 52: Podélné rozdělení prvku 49

51 Poté byl trám rozdělen příčně, a to podle os na kvadranty I IV pro přípravu prvků ve zkušební místnosti. Obr. 53: Příčné rozdělení prvku 6.3 Stanovení vlhkosti prvku Vlhkost byla naměřena dvěma způsoby, a to váhovou metodou a metodou odporovým vlhkoměrem prostřednictvím přístroje Hygrogest Měření vlhkosti váhovou metodou Pro stanovení vlhkosti podle váhové metody byl prvek nejprve zvážen v přirozeném stavu, poté vysušením při teplotě (103±2) C do ustálené hmotnosti a po vysušení byl prvek opět zvážen. Hmotnost prvku ve vlhkém stavu byla m 1=13,101 kg a po vysušení m 0=12,051 kg. Dle uvedeného vzorce byla vypočtena výsledná vlhkost w. w m m m 1 0 = = = 0 13,101 12, , 71% 12, Měření vlhkosti odporovým vlhkoměrem Pro určení procentuální vlhkosti, které je nutné pro následné stanovení hustoty odporovým zarážením trnu, byl použit přístroj Hygrogest Postup měření spočíval v opakovaném zarážení ocelových sond vlhkoměru do hloubky 2 cm po vzdálenosti 10 cm ve čtyřech řezech A, A, B, B. Před měřením bylo nutné nastavit vlhkoměr dle příslušného druhu dřeva a okolní teploty. 50

52 Tab. 9: Vlhkost jednotlivých stran trámu stanovená odporovým vlhkoměrem Hygrogest 6500 Číslo řezu Vzdálenost od začátku prvku [cm] Vlhkost stanovena odporovým vlhkoměrem [%] Označení stran A A' B B' ,60 11,10 12,10 11, ,80 12,00 13,20 12, ,10 12,00 15,20 13, ,40 13,80 15,30 13, ,10 13,80 15,40 13, ,30 13,50 15,00 13, ,30 13,00 15,20 13, ,20 12,50 15,10 13, ,20 12,50 14,20 13, ,70 12,10 13,20 12,90 Průměrná vlhkost jednotlivých stran [%] 13,97 12,63 14,39 13,01 Průměrná vlhkost trámu [%] 13,50 Graf 2: Vlhkost jednotlivých stran a průměrná vlhkost měřená vlhkoměrem po délce roubenky Z výše uvedeného grafu lze vyčíst, že nejvyšší vlhkost byla naměřena uprostřed a nejvyšší sesychání na okrajích prvku v důsledku větší stykové plochy s okolním vzduchem. Grafy jednotlivých vlhkostí stran A, A, B, B jsou uvedeny v příloze č. 1 51

53 6.4 Odporové zarážení trnu Tato metoda byla provedena prostřednictvím přístroje Pilodyn 6J Forest. Princip spočívá v zarážení trnu o průměru 2,5 mm do povrchu dřeva po určitých vzdálenostech a následného odečtení hloubky zaražení z přístroje. Poškozeným místům např. hnilobou nebo dřevokazným hmyzem a místům s výskytem suků je vhodné se při měření vyhnout. Měření bylo provedeno na všech stranách prvku v řezech vzájemně vzdálených 2 cm. Trn byl následně vyšetřován v ose každé strany. Pro stanovení hustoty se po dokončeném měření, použila průměrná vlhkost vzorku v době měření w = 13,50% a společně s hloubkou zaražení trnu dosadila do následujícího vztahu. Obr. 54: Měření hloubky zarážení trnu [ ] ρ 12 = 0, , t p 1 0,007 (w 12) ( 11) ρ 12 hustota při dvanácti procentní vlhkosti dřeva [g/cm 3 ], t p hloubka vniku rázového trnu do dřeva o známé vlhkosti [mm], w vlhkost dřeva v době měření [%] Následující grafy znázorňují průběh hustoty jednotlivých stran po délce trámu roubenky. Graf 3: Hustota dřeva strany A stanovena na základě měření Pilodynem po délce prvku 52

54 Vysoká škola technická v Brně, Fakulta stavební Bakalářská práce, akad. rok 2014/2015 Graf 4: Hustota dřeva strany A stanovena na základě měření Pilodynem po délce prvku Graf 5: Hustota dřeva strany B stanovena na základě měření Pilodynem po délce prvku Graf 6: Hustota dřeva strany B stanovena na základě měření Pilodynem po délce prvku 53

55 Z výše uvedených grafů lze vyčíst, že strany A a B měly nejmenší průměrnou hodnotu hustoty, jelikož se jednaly o strany, které byly nejvíce prohnilé a taky kde byl výskyt trhlin největší, což je důvodem hlubšího zarážení trnu. Zároveň byl vzorek částečně po povrchu zvětralý, což bylo dalším důvodem hlubšího zarážení trnu. Na základě těchto faktorů byla hustota stanovená touto metodou mírně podhodnocena. 6.5 Příprava vzorků pro laboratorní zkoušky Pro ověření výsledků provedených semi-destruktivní metodou odporovým zarážením trnu a získání pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny, byl trám rozřezán na 4 části po kvadrantech I IV. Poté abychom dosáhli dostatečného počtu vzorků, jsme se rozhodli vzhledem k poškození trámu připravit prvky o rozměrech 18x18 mm a výšce 100 mm. Vzhledem k velikosti trámu jsme byli nuceni pro řezání použít kotoučovou i pásovou pilu. Vzniklý vzorek byl následně ohoblován v důsledku nerovného povrchu. Obr. 55: Řezání trámu na kotoučové pile Obr. 56: Řezání trámu na pásové pile 6.6 Odebrání vzorků pro laboratorní zkoušky Celkem bylo vytvořeno ve tvaru hranolu 349 vzorků, z nichž některé byly natolik poškozené, že se s nimi už dál zkoušet nemohlo. Poté se použitím digitálního posuvného měřidla změřily jejich rozměry (výška obou podstavců, výška) a pak se následně každý prvek zvážil jak v přirozeném stavu, tak i ve vysušeném stavu. 54

56 Tab. 10: Počet vyrobených zkušebních těles jednotlivých řezů Číslo řezu Celkem Počet vyrobených zkušebních vzorků Kvadrant I. (AB) Kvadrant II. (A'B) Kvadrant III. (A'B') Kvadrant IV. (AB') vzorků 116 vzorků 57 vzorků 104 vzorků Obr. 57: Přehled zkušebních vzorků získaných z trámu Obr. 58: Příklady zkušebních vzorků s různými stupni poškození dřevokazným hmyzem 55

57 6.6.1 Přesnější určení druhu dřevokazného hmyzu Při vizuálním hodnocení celého prvku se již odhadoval druh dřevokazného hmyzu. Po rozřezání prvku na malé hranoly nebyly nalezeny žádné larvy ani dospělý hmyz, a proto nelze s jistotou určit přesný druh hmyzu. Na vzorcích však bylo vidět velké množství chodbiček s různou velikostí a tvaru otvorů, podle nichž jsme zkusili alespoň odhadnout, o jaký druh hmyzu se jedná. Obr. 59: Různé typy otvorů ve vzorku A otvory o průměru cca 1,5-2 mm Červotoč proužkovaný B otvory o průměru cca 3-3,5 mm Červotoč umrlčí C otvory o průměru cca 8-9 mm Tesařík krovový Obr. 60: (A) Červotoč proužkovaný [30] Obr. 61: (B) Červotoč umrlčí [30] Obr. 62: (C) Tesařík krovový [30] 56

58 6.7 Porovnání stanovených hustot Pro ověření správnosti výsledků se provedlo porovnání hustot ze semi-destruktivní zkoušky (Pilodyn) a destruktivní zkoušky (zkušební tělesa). Nejprve se u každého zkušebního tělesa změřily rozměry a hmotnost. Poté se provedl výpočet dle vztahu uvedeného níže a určila se průměrná hodnota jednotlivého řezu. m m a b c V w ρ w = = w w [%] ( 12) m w hmotnost dřeva [kg]; V w objem dřeva [m 3 ] Číslo řezu Tab. 11: Srovnání hustot dřeva stanovených Pilodynem a laboratorním zkoušením Vzdálenost od začátku prvku [cm] Srovnání stanovených hustot Hustota stanovená odporovým zaražením trnu [kg/m 3 ] Hustota stanovená odběrem laboratorních vzorků [kg/m 3 ] Označení strany Označení strany A A' B B' A A' B B' , , , , ,09 348, ,79 347, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,44 356, , , , , , , , , , , , , , , ,1 355, , , , , , , , , , , , , , , , ,4 385, , , , , , , , , ,595 Číslo řezu Vzdálenost od začátku prvku [cm] Průměrná hustota řezů stanovena odporovým zaražením trnu [kg/m 3 ] Průměrná hustota řezů stanovena odběrem laboratorních vzorků [kg/m 3 ] , , , , , , , , , , , , , , , , , ,024 Ze zkušebních vzorků byly vybrány pouze povrchové vzorky jednotlivých řezů odpovídajících konkrétní straně trámu. Hustoty dřeva těchto vybraných zkušebních vzorků byly zprůměrovány a porovnány s průměrnými hodnotami hustot řezů stanovených odporovým zarážením trnu přístrojem Pilodyn 6J Forest. 57

59 Graf 7: Průměrné hustoty řezů stanovené Pilodynem a laboratorní zkouškou Z důvodu výskytu trhlin bylo měření Pilodynem méně přesné zejména na konci prvku, jelikož byl trn vstřelován do trámu v blízkosti podélných trhlin. Méně přesné měření mohlo také ovlivnit zvětralý povrch prvku. Z grafu lze vyčíst, že průběh hustot je relativně srovnatelný a měření hustoty Pilodynem lze zde považovat za dostatečně přesné. 6.8 Stanovení pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny Jako poslední část měření bylo zjišťování na zkušebních tělesech pevnost v tlaku rovnoběžně s vlákny. Jednotlivé prvky se postupně vkládaly do lisu, kde byly zatěžovány pomocí tlačné desky opatřené kulovým kloubem. Zatěžování probíhalo rovnoměrnou rychlostí až do porušení vzorku. Ze zatěžovací zkoušky jsme následně získali hodnoty maximální zatěžovací síly pro jednotlivé prvky, ze kterých se spočítala pevnost v tlaku dle uvedeného vztahu níže. f c,0 Fmax = a b [ Pa] ( 13) f c,0 pevnost v tlaku rovnoběžně s vlákny [Pa]; F max maximální zatěžovací síla [N]; a,b půdorysné rozměry podstavy vzorku [m] Jelikož vzorek neměl normou předepsanou referenční vlhkost dřeva 12%, ale musela se vypočítat váhovou metodou, která vyšla okolo 3-3,5%, tak bylo zapotřebí pevnost vzorků upravit dle ČSN následujícím vztahem. ( ) f = fc,0 1+ α w 12 [MPa] ( 14) fc,0 pevnost v tlaku rovnoběžně s vlákny [N/mm 2 ]; w vlhkost [%]; α = 0,04 opravný vlhkostní koeficient 58

60 Tab. 12: Pevnost v tlaku rovnoběžně s vlákny dle ČSN Číslo řezu Pevnost v tlaku rovnoběžně s vlákny dle ČSN [MPa] Označení strany A A' B B' 1 27,19 25,92 24,96 28, ,20 23,59 24,88 24, ,01 26,81 26,09 27, ,45 26,27 27,51 26, ,98 28,61 28,44 30, ,60 26,37 27,65 27, ,01 25,08 25,07 24, ,88 29,62 28,43 30, ,38 30,02 27,95 29,41 Obr. 63: Zatěžovaný prvek v lisu Obr. 64: Schéma zkoušky pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny [Zdroj: Stavební látky cvičebnice] 59