Dřevo, dřevěné výrobky a konstrukce Ing. Věra Heřmánková, Ph.D. 1
Dřevo je přírodní organický buněčný materiál. Je kompozitem vytvořeným z chemického komplexu celulózy, hemicelulózy, ligninu a extraktivních látek. 2
Dřevo je vysoce anizotropní vzhledem k podlouhlému tvaru buněk dřeva a orientované stavbě stěn buněk. Anizotropie dále vyplývá z rozdílných velikostí buněk v průběhu růstového období (jarní a letní část letokruhů) a částečně z převládajícího směru určitých typů buněk (např. dřeňových paprsků). 3
ZDROJ DŘEVA - LES Zdrojem dřeva jsou převážně dřeviny rostoucí na lesní půdě. Zhruba 25% zemského povrchu tvoří lesy. V České republice je podíl lesní půdy necelých 34% celkové rozlohy. 4
TĚŽBA DŘEVA Velmi často je prezentováno, že těžba dřeva ničí a likviduje životní prostředí, přitom roční vytěžené množství dřeva je nižší než jeho roční přírůstek. Celkový roční přírůst dřevní hmoty v ČR je cca 18 mil. m 3 a ročně se vytěží kolem 15 mil. m 3 dřeva. 5
DŘEVINY - jsou zdrojem dřeva, - jsou to víceleté rostliny, patřící do rostlinné říše, - rostou ve formě stromů (mají kmen, který se ve vrcholu rozvětvuje), keřů (rozvětvují se již od země, pro dřevozpracující průmysl nemají význam) a polokeřů (např. Borůvka a Brusinka). 6
VEGETATIVNÍ ORGÁNY DŘEVIN - Koruna - Kmen - Kořeny 7
STAVBA KMENE - Kůra (borka + lýko) - Kambium - Dřevo běl a jádro nebo vyzrálé dřevo - Dřeň 8
KŮRA - vnější povrchové vrstvy kmene, které obklopují kambium - podle vzhledu povrchu jsou kůry hladké, brázdité, šupinovité a bradavičnaté - v závislosti na druhu a stáří stromu představuje kůra 6 25 % stromu 9
KAMBIUM - buněčné pletivo - nachází se mezi vnitřní kůrou a dřevem - zajišťuje růst kmene - na jednu stranu vytváří lýko, na druhou stranu dřevo - okem je kambium neviditelné (tloušťka 30 60 mm) 10
DŘEVO hlavní část kmene, nachází se mezi dření a kůrou, spolu se dření tvoří 70 až 93 % objemu stromu 11
BAREVNÉ ZÓNY DŘEVA Běl, vnější část dřeva, slouží k vedení mízy, vody ve stromu a ukládání živin. U jednotlivých druhů dřevin se rozsah běle může lišit. Jádro je vnitřní část dřeva, nejstarší část kmene. Vzniká stárnutím buněk a ucpáním vodivých elementů. Má větší hustotu a je trvanlivější než bělové dřevo. Vyzrálé dřevo má stejnou strukturu jako dřevo jádrové. Na čerstvě skáceném stromu je běl tmavší než vyzrálé dřevo, po sušení se barevně neliší. 12
ROZDĚLENÍ DŘEVIN Podle výskytu jádra, běle a vyzrálého dřeva: dřeviny s jádrovým dřevem zřetelné bělové a jádrové dřevo, dřeviny s bělovým dřevem mají pouze bělové dřevo, dřeviny s vyzrálým dřevem po vyschnutí žádný barevný rozdíl mezi bělí a vyzrálým dřevem, dřeviny s jádrovým a vyzrálým dřevem mají jádrové, vyzrálé a bělové dřevo. 13
DŘEŇ - nachází se uprostřed kmene - je to měkké, řídké pletivo (šířka cca 2-5 mm) - v začátcích života stromu se podílí na transportu vody - má nízké mechanické vlastnosti, při vysychání vznikají směrem od dřeně nežádoucí středové, tzv. dřeňové trhliny 14
STAVBA DŘEVA Stavbu dřeva rozlišujeme dle měřítka zkoumání na: - makroskopickou vše, co lze pozorovat pouhým okem - mikroskopickou úroveň buněk (nutný mikroskop), - submikroskopickou odlišnosti v konkrétní stavbě buněčné stěny. 15
MAKROSKOPICKÁ STAVBA DŘEVA Makroskopická stavba neboli struktura dřeva je tvořena souborem znaků, které vytvářejí na povrchu dřeva charakteristickou kresbu, viditelnou makroskopicky. 16
MAKROSKOPICKÉ ZNAKY DŘEVA - letokruhy - dřeňové paprsky - dřeňové skvrny - cévy - pryskyřičné kanálky - suky - povrchové a vzhledové vlastnosti 17
LETOKRUHY Letokruhem rozumíme tloušťkový (radiální) přírůst dřeva za vegetační období. Letokruhy jsou výsledkem přerušení tloušťkového růstu stromu v Důsledku vegetačního klidu. Letokruhy lze přirovnat k soustavě kuželovitých plášťů postupně na sebe nasedajících. 18
V letokruzích lze u některých dřev rozlišit světlejší část letokruhu (jarní časné dřevo) a tmavší část (letní pozdní dřevo). 19
Stavba a šířka letokruhu je typická pro jednotlivé druhy dřevin a je ovlivněna polohou ve kmeni a podmínkami stanoviště. Šířka letokruhu má vliv na fyzikálně mechanické vlastnosti dřeva. 20
Počet letokruhů u dřevin mírného pásma nemusí vždy souhlasit s věkem stromu. Za určitých podmínek může totiž dojít k vytvoření dvou přírůstkových vrstev během jednoho roku, nebo se přírůstek vůbec nevytvoří. 21
DENDROCHRONOLOGIE Dendrochronologie je metoda datování dřeva založená na měření šířek letokruhů. Umožňuje datovat dřeva z archeologických výzkumů, dřevěné prvky historických staveb především krovy, stejně jako nábytek, dřevěné sochy nebo staré obrazy. 22
Vzorek dřeva je změřen na speciálním měřicím stole, odkud je informace přenášena do počítače. Zde se pak zobrazí ve formě křivky, která je pomocí datovacího programu porovnávána se standardní křivkou pro danou dřevinu. 23
Dendrochronologicky lze zjistit přesný rok, ve kterém se jednotlivé letokruhy na vzorku vytvořily. 24
DŘEŇOVÉ PAPRSKY Různě mohutná seskupení parenchymatických buněk, která jsou orientována kolmo na osu kmene. 25
CÉVY (TRACHEJE) Vodivé elementy dřeva listnáčů. Jedná se o různě dlouhé kapiláry orientované ve směru osy kmene. 26
PRYSKYŘIČNÉ KANÁLKY Tvořeny buňkami, které tvoří a vylučují pryskyřici. Jsou charakteristické pro jehličnaté dřeviny. U našich listnatých dřev se nevyskytují. Dle orientace v kmeni rozlišujeme vertikální a horizontální pryskyřičné kanálky. 27
DŘEŇOVÉ SKVRNY Pásy tzv. hojivého parenchymu, které vznikly v důsledku poškození kambia. Typický je výskyt u dřev listnatých dřevin. 28
SUKY Jsou základy živých nebo pozůstatky odumřelých větví. Suky jsou považovány za vadu dřeva. Slouží jako pomocný diagnostický znak pro určování dřeva jehličnanů. 29
POVRCHOVÉ A VZHLEDOVÉ VLASTNOSTI - barva (jádro a běl) - lesk - zvláštnosti textury dřeva (očka, svalovitost, kořenice, lískovcové dřevo, reakční dřevo) - vůně 30
BARVA DŘEVA Barevná odlišnost existuje mezi jednotlivými dřevinnými druhy, mezi zónou jádra a běli, mezi jarním a letním dřevem v letokruhu. Barva dřeva je významným, ale značně proměnlivým diagnostickým znakem. 31
LESK DŘEVA Lesk dřeva je schopnost směrově odrážet světelné paprsky od hladkého opracovaného povrchu dřeva. Tuto schopnost mají zejména dřeňové paprsky. Lesk je nejvýraznější na radiálním řezu, kde dřeňové paprsky tvoří lesklé plošky. 32
TEXTURA DŘEVA Textura dřeva vzniká kombinací a výrazností makroskopických znaků (letokruhy, dřeňové paprsky...) na povrchu opracovaného dřeva. Textura, stejně jako barva a lesk, určuje dekorační hodnotu dřeva. Texturu mohou zvýraznit některé zvláštnosti struktury dřeva. 33
ZVLÁŠTNOSTI TEXTURY DŘEVA Očka, svalovitost 34
ZVLÁŠTNOSTI TEXTURY DŘEVA Kořenice 35
ZVLÁŠTNOSTI TEXTURY DŘEVA Lískovcové dřevo 36
Dřevo je organický, nehomogenní, anizotropní a hygroskopický materiál. Abychom mohli dřevo lépe chránit před poškozením je třeba vyjít ze znalostí o stavbě dřeva. Dřevo má válcově-kuželovitou stavbu, která se zkoumá ve třech základních řezech a směrech. 37
ZÁKLADNÍ ŘEZY DŘEVEM Rozeznáváme příčný, radiální a tangenciální řez. Na těchto řezech se popisuje struktura dřeva. 38
PŘÍČNÝ (TRANSVERSÁLNÍ) ŘEZ - P Řez vedený v rovině kolmé k ose kmene a je charakteristický soustředným uspořádáním letokruhů. 39
RADIÁLNÍ (STŘEDOVÝ) ŘEZ - R Řez vedený v rovině rovnoběžné s osou kmene a procházející středem kmene (dření) Letokruhy mají tvar svislých pásů. 40
TANGENCIÁLNÍ (FLÁDROVÝ) ŘEZ - T Řez vedený v rovině rovnoběžné s osou kmene a neprocházející středem kmene Letokruhy vytvářejí parabolické útvary (fládry) 41
DRUHY DŘEVIN JEHLIČNATÉ DŘEVINY Jehličnaté dřeviny (nahosemenné) jsou tzv. měkké dřeviny. Rostou 80 až 100 let. Dosahují výšky 25 až 40 m a průměru kmene až 2 m. Ve stavebnictví se nejvíce používají smrk, jedle a borovice, k dekoračním účelům modřín. 42
SMRK Dřevo smrku je bílé až nahnědlé, s výraznými letokruhy. Jádro není barevně odlišeno. Smrk je i přes svou měkkost houževnatý, poměrně pevný a pružný. 43
JEDLE Jedle má nažloutle až načervenale bílé dřevo a její textura je málo dekorativní. Její mýtní věk se pohybuje mezi 90 a 130 lety a výtěžnost užitkového dřeva obvykle činí 80-90 %. 44
BOROVICE Dřevo borovice je měkké, bělová část je bílá až k okru, jádro oranžově hnědé. Letokruhy jsou výrazné. Největší nevýhodou při obrábění a broušení je silné zanášení nástrojů pryskyřicí. 45
MODŘÍN Modřínové dřevo je tvrdší než smrkové a borové a je pevné a trvanlivé. Bělová vrstva je žlutohnědá, jádro okrové až červenohnědé, na vzduchu tmavne. Má hustou texturu a mnoho dekorativních drobných suků. 46
DRUHY DŘEVIN LISTNATÉ DŘEVINY Listnaté dřeviny (krytosemenné) se dělí na měkké bělové (lípa, osika ), měkké jádrové (topol, vrba ), tvrdé bělové (buk, habr ) a tvrdé jádrové (dub, jasan ). Rostou 120 až 150 let. Dosahují výšky 20 až 25 m a průměru až 1,5 m (dub i více). Ve stavebnictví se nejvíce používá dřevo dubové a bukové. 47
DUB Dubové dřevo je jedno z nejžádanějších. Má úzkou světlehnědou běl a široké hnědé jádro. Jeho základními vlastnostmi jsou tvrdost, pevnost a trvanlivost. Z našich dřev nejlépe odolává povětrnostním podmínkám. 48
BUK Bukové dřevo je tvrdé, málo pružné, poměrně pevné. Barvu má světle hnědou až narůžovělou, pařením získá tmavší, charakteristickou barvu. Je stejnorodé a husté. Trvanlivostí nevyniká, ale velmi dobře se obrábí, moří a lepí. 49
VLASTNOSTI DŘEVA Dřevo je výrazně anizotropní materiál, což znamená, že má v různých směrech odlišné vlastnosti. 50
Základní anatomické směry ve dřevě jsou: - axiální směr, který je rovnoběžný s podélnou osou kmene, - radiální směr, který je vedený ve směru dřeňových paprsků a je kolmý na plochu tangenciálního řezu, - tangenciální směr, který má směr tečny k letokruhům a je kolmý na plochu radiálního řezu. AS RS TS 51
FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI DŘEVA Voda ve dřevě Dřevo je ve vztahu k okolnímu prostředí hygroskopickým materiálem schopným přijímat nebo odevzdávat vodu, a má schopnost měnit svoji vlhkost podle vlhkosti okolního prostředí. 52
FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI DŘEVA Voda ve dřevě Ve většině případů voda ve dřevě ovlivňuje i vlastnosti dřeva a způsobuje často jejich zhoršení. Se změnou obsahu vody ve dřevě jsou spojeny změny fyzikálních a mechanických vlastností, odolnosti proti houbám a napadení hmyzem a další procesy. 53
Vlhkost dřeva Vyjadřuje se podílem hmotnosti vody k hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu. Vlhkost se nejčastěji vyjadřuje v procentech. 54
55
Bobtnání dřeva Bobtnáním nazýváme schopnost dřeva zvětšovat svoje lineární rozměry, plochu, nebo objem při přijímání vody. Bobtnání se vyjadřuje podílem změny rozměru k původní hodnotě a uvádí se nejčastěji v procentech. Bobtnání podél vláken nepřesahuje 1%, v radiální směru je 3-6% a v tangenciálním směru je 6-12%. 56
Sesýchání dřeva Sesýcháním nazýváme proces, při kterém se zmenšují lineární rozměry, plocha nebo objem tělesa v důsledku ztráty vody vázané. Na základě hodnot sesýchání rozdělujeme dřeva na: - málo sesýchavá - tis, olše, vrba, topol,... - středně sesýchavá - borovice, smrk, jedle, dub,... - hodně sesýchavá - modřín, bříza, buk,... 57
Borcení dřeva Při sesýchání nebo bobtnání dřeva dochází ke změnám tvaru výřezu - borcení dřeva. Příčné borcení je vyvoláno rozdílným radiálním a tangenciálním sesýcháním uvažovaného výřezu. 58
Podélné borcení vzniká nerovnoměrným podélným sesýcháním dřeva, které způsobí prohnutí nebo stočení řeziva. 59
Hustota dřeva Hustota dřeva je charakterizována podílem hmotnosti a objemu dřeva při určité vlhkosti. Hustota dřeva se zvyšuje s vlhkostí, ale hmotnost a objem dřeva nerostou stejným způsobem. 60
Pro charakteristiku hustoty dřeva používáme nejčastěji následující vlhkostní stavy: - hustota dřeva v suchém stavu (w = 0%) - hustota dřeva vlhkého (w > 0%) - hustota dřeva při vlhkosti 12% Za nejlehčí dřevo se pokládá balza s hustotou v suchém stavu 130 kg.m -3, za nejtěžší dřevo guajaku 1360 kg.m -3. 61
Hustota dřeva domácích dřevin: - Dřeva s nízkou hustotou ρ 12 < 540 kg.m -3 borovice, smrk, jedle, topol, lípa, vrba, olše,... - Dřeva se střední hustotou ρ 12 = 540-750 kg.m -3 modřín, tis, bříza, buk, dub, ořešák, jilm, jasan, třešeň... - Dřeva s vysokou hustotou ρ 12 > 750 kg.m -3 habr, zimostráz, dřín, moruše, akát... 62
Teplotní roztažnost Je charakterizována koeficientem teplotní roztažnosti. Poměry koeficientu v jednotlivých směrech jsou podobné jako u bobtnání či sesýchání, ale hodnoty jsou výrazně menší. S ohledem na takto nízké hodnoty můžeme rozměrové změny dřeva vlivem teploty ve srovnání s vlhkostními zanedbat. 63
Tepelná vodivost Dřevo je, zvláště ve směru napříč vláken dobrým tepelným izolátorem. Na dobrých tepelně-izolačních vlastnostech dřeva se podílí jeho značná pórovitost. Tepelná vodivost dřeva závisí do značné míry na hustotě a vlhkosti dřeva. 64
Hořlavost dřeva Spočívá v určení faktorů a podmínek, které průběh hoření ovlivňují. Samotná hořlavost není fyzikální veličinou ale veličinou popisnou, která vyjadřuje chování dřeva při působení vyšších teplot. 65
Doba od zahájení působení zvýšené teploty a dodávky kyslíku po samovznícení vyvíjejících se plynů ze dřeva (zápalnost dřeva) se vyjadřuje časem vzplanutí. S rostoucí hustotu a vlhkostí dřeva roste, se zvyšujícím se obsahem doprovodných látek tuků a pryskyřic klesá. Čas vzplanutí dřeva (s) v závislosti na teplotě Dřevo 200 C 250 C 300 C 350 C 400 C smrk 19,6 5,3 2,1 1 0,3 borovice 11,8 6 2,3 1,4 0,5 lípa 14,5 6 1,6 1,2 0,3 dub 13,3 4,7 1,6 1,2 0,5 66
Akustické vlastnosti dřeva Dřevo je materiálem s velmi dobrými akustickými vlastnostmi, které ho předurčují ke zlepšení akustických vlastností společenských místností a koncertních síní. 67
MECHANICKÉ VLASTNOSTI DŘEVA 68
Modul pružnosti dřeva v tahu a tlaku Průměrná hodnota modulu ve směru vláken se pro domácí dřeviny udává v rozpětí 10 000-15 000 MPa při w = 12%. Napříč vláken je tato hodnota až 25x menší, přičemž v radiálním směru je o 20-50% vyšší než ve směru tangenciálním. Vzájemný poměr mezi jednotlivými směry lze stanovit E L :E R :E T» 20:2:1 69
Moduly pružnosti a smykové moduly vybraných dřevin v hlavních směrech pružné symetrie (w = 11-12%) Modul pružnosti (MPa) Dřevina v tlaku a tahu v ohybu ve smyku E L E R E T E oh G LR G LT G RT smrk 14 300 680 470 12 800 1 230 800 55 jasan 15 700 1 875 1 250 13 900 1 325 1 080 255 topol 13 900 885 350-840 385 110 70
Pevnost dřeva v tlaku / tahu S ohledem na směr působící síly k orientaci vláken a letokruhům dřeva rozlišujeme: 1. pevnost v tlaku ve směru vláken 2. pevnost v tlaku napříč vláken - ve směru radiálním - ve směru tangenciálním 71
Pevnost dřeva v tlaku Pevnost dřeva v tlaku ve směru vláken je velmi důležitou vlastností dřeva. Působením tlaku na těleso podél vláken dojde k deformaci, projevující se zkrácením délky tělesa. Charakter deformace závisí na jakosti a stavbě dřeva. druh dřeva s p (MPa) w = 12% w 30% modřín 64,5 25,5 borovice 48,5 21 smrk 44,4 19,5 habr 60 26,5 akát 75,5 41,5 buk 55,5 26 dub 57,5 30,4 topol 39 18 72
Pevnost dřeva v tlaku Při působení tlaku napříč vláken nedochází k celkovému porušení tělesa, ale dochází k postupné deformaci a zhušťování dřevní struktury v celém objemu. Proto se pevnost určuje z meze úměrnosti na základě stanovených kritérií. Takto stanovená mez úměrnosti se označuje jako konvenční mez pevnosti. 73
konvenční mez pevnosti (MPa) v tlaku napříč vláken ve směru druh dřeva radiálním při vlhkosti tangenciálním při vlhkosti 12% > 30 % 12% > 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 2 dub 11 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 7,9 8,5 5,2 74
Pracovní diagram dřeva namáhaného ve směru vláken (plná čára) a napříč vláken (čárkovaná čára) 75
Pevnost dřeva v tahu Pevnost dřeva v tahu ve směru vláken je v porovnání s ostatními vlastními pevnostmi největší. Porušení tělesa při namáhání v tahu se projevuje roztrhnutím buněk dřeva ve střední části tělesa. druh dřeva mez pevnosti v tahu ve směru vláken (MPa) w = 12% w 30% modřín 125 96 borovice 103 79 smrk 103 79 jedle 79 61 dub 132 100 jasan 145 109 buk 123 92 bříza 139 106 76
Dřevo zatěžované na tahu napříč vláken vykazuje jednu z nejmenších pevností vůbec, proto bychom se při použití dřeva na nosné konstrukce měli tomuto způsobu zatížení vyhnout. Pevnost dřeva v tahu mez pevnosti (MPa) v tahu napříč vláken ve směru druh dřeva radiálním při vlhkosti tangenciálním při vlhkosti 12% 12% smrk 2.2 1.7 dub 5.8 - buk 4.4 3.4 habr 4.6 3.8 77
Pevnost dřeva v ohybu Zpravidla se sleduje a používá pevnost dřeva v ohybu napříč vláken. Zkušební tělesa zkouší tak, aby zatížení působilo v tangenciálním směru (tangenciální ohyb). Rozdíly mezi pevností dřeva v ohybu v radiálním a tangenciálním směru jsou jen u dřeva jehličnatých dřevin (v tangenciálním směru o 10-12% větší než v radiálním). U listnatých dřevin jsou hodnoty meze pevnosti dřeva při statickém ohybu v obou směrech prakticky stejné (rozdíly max. 2-4%). 78
Pevnost dřeva v ohybu v tangenciálním směru druh dřeva mez pevnosti v ohybu při vlhkosti (MPa) w = 12% w 30% modřín 112 62 borovice 86 50 smrk 80 44 jedle 69 41 dub 108 68 jasan 123 75 buk 109 65 bříza 110 60 79
Pevnost v ohybu, kdy vlákna probíhají kolmo na podélnou osu tělesa se prakticky nevyskytuje. Hodnoty meze pevnosti jsou v tomto případě velmi nízké. 80
Faktory ovlivňující pevnost dřeva Se stoupající vlhkostí se pružnostní a pevnostní vlastnosti dřeva snižují. Vliv teploty na mechanické vlastnosti se mění s vlhkostí. Zvyšováním teploty a vlhkosti se pevnost výrazně snižuje, přičemž současné působení obou faktorů snižuje pevnost více, Než působení každého samostatně. 81
82
Mez pevnosti dřeva dubu v tlaku ve směru vláken vyjádřená v % meze pevnosti při 0 C a 0% vlhkosti Teplota Vlhkost dřeva (%) ( C) 0 10 15 30 45 60 25 92 60 47 31 31 31 45 85 50 39 25 24 24 60 79 43 32 19 20 19 80 73 33 24 13 13 12 100 66 24 15 7 6 6 83
84
S rostoucí hustotou se pevnost dřeva zvyšuje. 85
Rázová houževnatost dřeva Dřevo má schopnost absorbovat práci vykonanou rázovým ohybem, tuto vlastnost nazýváme rázovou houževnatostí dřeva. Rázovou houževnatost vyjadřujeme spotřebovanou energií na přeražení dřeva definovaných rozměrů. Na zjištění této vlastnosti používáme např. Charphyho kladivo. 86
Tvrdost dřeva Tvrdostí charakterizujeme schopnost dřeva klást odpor proti vnikání jiného tělesa do jeho struktury. Podle druhu zatížení se rozlišuje tvrdost statická a dynamická. 87
Zjišťování statické tvrdosti dřeva spočívá v zatlačování ocelové kuličky daného průměru statickým zatížením na plochu dřeva. Dynamická tvrdost je podíl potenciální energie kuličky padající volným pádem ze stanovené výšky ku ploše otlačení, kterou kulička vytvoří. 88
Naše dřeviny dělíme podle tvrdosti při w = 12 % na dřeva: - měkká - tvrdost 40 MPa a méně: smrk, jedle, borovice, topol, lípa vryp nehtem tvoří zřetelnou rýhu, - středně tvrdá - tvrdost 40-80 MPa: jasan, jilmy, duby, ořech vryp netvoří výraznou rýhu, - dřeva tvrdá - tvrdost nad 80 MPa: habr, akát, tis. 89
TŘÍDĚNÍ DŘEVA DLE NOREM Dřevo se třídí třemi různými způsoby: - vizuálně, - strojně, - dle tříd pevnosti 90
Vizuální třídění třeva Dřevo se třídí jeho vizuálním posuzováním. Jakost dřeva se přitom určuje prostřednictvím vizuálně poznatelných charakteristik dřeva, především suků a šířky letokruhů. 91
Pro vizuální třídění dřeva podle pevnosti v současnosti platí česká technická norma ČSN 73 2824-1. Významné vlivy určující pevnost, jako je například hustota dřeva, mohou být vizuálně vystiženy pouze nedostatečně, například pomocí šířky letokruhů. 92
93
Strojní třídění dřeva Výše uvedené nevýhody vizuálního třídění dřeva podle pevnosti mohou být překonány strojním tříděním. Většina v současné době průmyslově používaných strojů na třídění jsou takzvané ohybové stroje, kterými se určuje průměrný modul pružnosti na krátkém rozpětí. 94
Třídy pevnosti dřeva V Evropské unii byl zaveden jednotný systém tříd pevnosti dřeva (ČSN EN 338) označených podle charakteristické pevnosti v ohybu. Pro zatřídění dřeva do těchto pevnostních tříd byly vypracovány normy ČSN EN 384 a ČSN EN 408, které popisují průkazné zkoušky některých fyzikálně-mechanických vlastností. 95
Charakteristická hodnota mechanických vlastností a hustoty konstrukčního dřeva je hodnota, která odpovídá 5% kvantilu statistického rozdělení příslušného souboru dřeva. 5% kvantil se stanovuje na základním souboru dřeva. Základní soubor dřeva musí být reprezentativní z hlediska původu, rozměrů a jakosti. Počet zkušebních těles nesmí být menší než 40. 96
Referenční vlhkost dřeva odpovídá teplotě 20 C a relativní vlhkosti 65%. Referenční příčné rozměry zkušebních těles při stanovení mechanických vlastností konstrukčního dřeva musí být 150 mm. 97
Stanovení pevnosti v ohybu Prostě podepřené zkušební těleso se zatěžuje na ohyb až do porušení, symetricky dvěma břemeny při rozpětí rovnajícím se 18-ti násobku výšky. Tažená strana se vybírá náhodně. 98
Stanovení pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny Podstatou stanovení pevnosti v tlaku je zjištění maximálního zatížení při zatěžování zkušebního tělesa v tlaku a výpočet tlakového napětí v průřezu při tomto zatížení: 99
JEHLIČNATÉ DŘEVINY LISTNATÉ DŘEVINY PEVNOSTNÍ VLASTNOSTI (v N/mm 2 ) C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50 D18 D24 D30 D35 D40 D50 D60 D70 Ohyb f m,k 14 16 18 20 22 24 27 30 35 40 45 50 f m,k 18 24 30 35 40 50 60 70 Tah rovnoběžně s vlákny f t,0,k = 0,6 f m,k 8 10 11 12 13 14 16 18 21 24 27 30 f t,0,k = 0,6 f m,k 11 14 18 21 24 30 36 42 Tah kolmo k vláknům f t,90,k = 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 f t,90,k = 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Tlak rovnoběžně s vlákny f c,0,k = 5 (f m,k ) 0,45 16 17 18 19 20 21 22 23 25 26 28 29 f c,0,k = 5 (f m,k ) 0,45 18 21 23 25 26 29 32 34 Tlak kolmo k vláknům f c,90,k = 0,007 r k 2,0 2,2 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,1 3,2 f c,90,k = 0,015 r k 7,5 7,8 8,0 8,1 8,3 9,3 10,5 13,5 Smyk f v,k 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 f v,k 3,4 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,5 5,0 TUHOSTNÍ VLASTNOSTI (v kn/mm 2 ) Průměrná hodnota modulu pružnosti rovnoběžně s vlákny 5% kvantil modulu pružnosti rovnoběžně s vlákny Průměrná hodnota modulu pružnosti kolmo k vláknům Průměrná hodnota modulu pružnosti ve smyku HUSTOTA (v kg/m 3 ) E 0,mean 7 8 9 9,5 10 11 11,5 12 13 14 15 16 E 0,mean 9,5 10 11 12 13 14 17 20 E 0,05 = 0,67 E 0,mean 4,7 5,4 6,0 6,4 6,7 7,4 7,7 8,0 8,7 9,4 10,1 10,7 E 0,05 = 0,84 E 0,mean 8,0 8,4 9,2 10,1 10,9 11,8 14,3 16,8 E 90,mean = E 0,mean / 30 0,23 0,27 0,30 0,32 0,33 0,37 0,38 0,40 0,43 0,47 0,50 0,53 E 90,mean = E 0,mean / 15 0,63 0,67 0,73 0,80 0,87 0,93 1,13 1,33 G mean = E 0,mean / 16 0,44 0,50 0,56 0,59 0,63 0,69 0,72 0,75 0,81 0,88 0,94 1,00 G mean = E 0,mean / 16 0,59 0,63 0,69 0,75 0,81 0,88 1,06 1,25 Hustota r k 290 310 320 330 340 350 370 380 400 420 440 460 r k 500 520 530 540 550 620 700 900 Průměrná hodnota hustoty r mean = 1,2 r k 350 370 380 400 410 420 440 460 480 500 530 550 r mean = 1,2 r k 600 620 640 650 660 740 840 1080 POZNÁMKA: Tabelované hodnoty odpovídají dřevu s vlhkostí při teplotě 20 C a relativní vlhkosti 65%. 100
TRVANLIVOST DŘEVA Buňky dřeva se skládají z organických polymerů, které jsou náchylné na poškození abiotickými vlivy (oheň, slunce, voda, kyslík, emise apod.) a biologickými škůdci (bakterie, houby, hmyz, ptáci, savci apod.). Trvanlivost dřeva ovlivňuje mnoho faktorů, a to např. o jaký druh dřeva se jedná, ke je uchováváno a skladováno, k jakému účelu bylo použito, atd. 101
Dřevokazné houby (hniloba) Hniloba je závažnou vadou, jejímiž původci jsou houby. Houby napadají a poškozují velmi často už živý strom a tento proces pokračuje ve znehodnocování hotového výrobku. Hniloba se navíc projevuje až ve stadiu, kdy již nebývá možné dřevo zachránit. 102
Nejlepší a nejjednodušší ochranou pro dřevo je vysušení. Hniloba dřevo nenapadne v případě, nepřekročí-li vlhkost dřeva 20%. Nejrozšířenější dřevokazné houby - Dřevomorka domácí - Koniofora sklepní - Trámovka plotní - Pornatka Vaillantova 103
Dřevokazný hmyz Dřevu také škodí dřevokazný hmyz, který v něm vyžírá chodbičky. Podobně jako houby poškozuje hmyz dřevo v živém stromě i dřevo zpracované. 104
Dřevokazný hmyz má podstatně nižší nároky na vlhkost dřeva než dřevokazné houby. Pro napadení dřevokazným hmyzem postačuje vlhkost dřeva 10 12 %. Dřevokazný hmyz - Kůrovci - Pilořitky - Hrbohlavci - Červotoči - Tesaříci - krovový, fialový, obrovský, skladištní, smrkový 105
DŘEVĚNÉ VÝROBKY Ve stavebnictví se využívají tyto dřevařské výrobky: - lesní spotřební sortimenty (surové dříví) - pilařské výrobky (řezivo, přířezy, dýhy) - zušlechtěné dřevěné materiály (překližky, laťovky) - výrobky z aglomerovaného dřeva, - hlavní dřevařské výrobky (stavební dílce, okna) 106
Lesní spotřební sortimenty - výřezy průmyslové - sloupovina, sloupové výřezy - tyče a tyčky s kůrou i odkorněné - rovnané dříví průmyslové 107
PILAŘSKÉ VÝROBKY - ŘEZIVO Druhy řeziva dle tvarů a rozměrů průřezů: - deskové - platí, že šířka je minimálně dvojnásobek tloušťky. - hraněné - platí, že šířka je menší než dvojnásobek tloušťky. - polohraněné - má dvě plochy rovnoběžné a boky oblé. 108
Deskové řezivo - fošny - mají tloušťku větší než 40 mm - prkna - mají tloušťku maximálně 40 mm - krajinová prkna - mají tloušťku max. 25 mm a musí mít po celé délce levou plochu alespoň dotčenou pilou - krajiny - mají tloušťku max. 25 mm 109
Hraněné řezivo - hranoly (mají příčný průřez větší než 100 cm 2 ) - hranolky (mají příčný průřez 25-100 cm 2 ) - latě (mají příčný průřez 10-25 cm 2 ) - lišty (mají příčný průřez menší než 10 cm 2 ) 110
Polohraněné řezivo Polohraněné řezivo - trámy (mají tloušťku větší než 100 mm) - polštáře (mají tloušťku maximálně 100 mm) 111
PILAŘSKÉ VÝROBKY Přířezy hrubé a opracované (pro výrobu nábytku, vlysů a spárovek) Dýhy polotovar pro výrobu překližkových desek, dýhových vrstvených materiálů a povrchové úpravy konstrukčních desek. 112
ZUŠLECHTĚNÉ DŘEVĚNÉ MATERIÁLY Dřevěné prvky, jejichž dřevo bylo ošetřeno tak aby se upravily jeho vlastnosti pro určité použití, patří sem: - překližky a překližkové desky - laťovky - vrstvené dřevo zhuštěné 113
Překližky jsou překližované desky vyrobené ze tří nebo více vrstev loupaných nebo krájených dýh. Jednotlivé dýhy jsou na sebe lepeny křížem. Počet dýh je vždy lichý. 114
Laťovky jsou překližované desky, skládající se z laťovkového středu, který je z obou stran odýhován jednou nebo dvěma konstrukčními dýhami. 115
Vrstvené dřevo zhuštěné Chceme-li u dřeva výrazně zvýšit jeho objemovou hmotnost, musíme strukturu dřeva změnit. Jednou z možností je dřevo slisovat přibližně na poloviční objem při teplotě 140 až 160 C a tlaku 10 až 15 MPa. 116
VÝROBKY Z AGLOMEROVANÉHO DŘEVA Vznikají spojením rozdělené dřevní hmoty pryskyřičnými, minerálními nebo vlastní hmotě aktivovanými pojidly. Využívá se přitom dřevěného odpadu (dřevotřískové desky, dřevovláknité desky, pilinotřískové desky, kůrové desky, heraklit, cementotřískový panel...) 117
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Nejstarší prokazatelné stopy použití dřeva jako stavebního materiálu nás vedou do starší a střední doby kamenné. V mladší době kamenné neolitu se začíná masivně rozvíjet rovněž pravěké stavitelství ze dřeva. 118
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Dalším přínosným obdobím pro rozvoj dřevostaveb bylo antické Řecko a Řím. V Číně a Japonsku se dochovaly rozsáhlé mnohapodlažní komplexy zejména sakrálních staveb ze dřeva starých tři tisíce let. Počínaje 7. stoletím se v Evropě rozvíjela znalost těžkých skeletových a hrázděných staveb. 119
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE V českých zemích bylo se používalo v období středověku pro obytné domy roubení. Němečtí osadníci přicházející do Čech v průběhu 13. století sebou přinesli znalosti o technologii hrázděné stavby. Oba systémy bylo možné kombinovat. 120
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Poté postupně dřevo pro svoji vyšší cenu a menší dostupnost přestává být oblíbeným stavebním materiálem a celodřevěná stavba se vytrácí. Dřevo jako konstrukční materiál je vytlačováno do oblasti stropních a střešních konstrukcí, kde lze za něj i v průběhu 19. století jen stěží nalézt vhodnou a ekonomicky přijatelnou náhradu. 121
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Přelom 19. a 20. století náleží dřevěným stavbám v oblasti výstavních pavilónů a lázeňských staveb. 122
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Dřevěné stavby získávají počátkem 20. století pověst staveb levnějších s nižší životností. Zejména v období komunismu byla posilována tendence využití dřevěných domů pouze jako rekreačních objektů. V současnosti zaznamenáváme snahu o zvýšení podílu dřevostaveb u nás po vzoru severských a západoevropských států. 123
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Stavby ze dřeva mají své dobré i stinné stránky, a tak je nutné při výběru optimální varianty výstavby zvážit všechna kritéria. Nezbytná je realizace zkušeným odborníkem, správný návrh, odpovídající řešení konstrukčních detailů v kontextu celé stavby. 124
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Rozdělení dřevěných konstrukcí: - Celodřevěné stavby dřevostavby RD, haly, mosty - Konstrukce zastřešení ( krovy, vazníky ) - Dřevěné konstrukce nebo části konstrukcí ( stropy, podhledy, podlahy, obklady, schodiště, pergoly, okna...) 125
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Dřevostavby - montované ze sendvičových panelů - panelová konstrukce z masivu - konstrukce z fošen či hranolů - skeletový systém z trámů - roubenky a sruby 126
DŘEVĚNÉ HALY 127
AI01 STAVEBNÍ LÁTKY A GEOLOGIE Dřevěné mosty Dle nosné konstrukce: - Trámy celistvého průřezů používá se při malých rozpětí. - Trámy složeného plnostěnného průřezu - Vzpěradla a věšadla do rozpětí 15 m - Lepené oblouky - Individuální soustavy - Dřevěné hřebíkové konstrukce - Dřevěné lepené konstrukce 128
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Dřevěné střešní konstrukce - Krovy - Vazníky 129
DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE Dřevěné stropní konstrukce - klasické stropy (povalové, trámové, kazetové, fošnové) - současné stropy (fošnové, z nosníků složeného průřezu, krabicové, z masivního dřeva, dřevobetonové) 130
Dotazy? Děkuji za pozornost! Ing. Věra Heřmánková, Ph.D. 131