DRVO – GRAĐEVNI MATERIJAL
SVOJSTVA DRVA
PREDNOSTI DRVA U ODNOSU NA OSTALE GRAĐEVNE MATERIJALE - fizička
(građa, gustoća, dimenzije i oblik, poroznost i sadržaj vode)
- kemijska
(sastav, aciditet i alkalitet)
- fizičko–kemijska
(sorpcija, stezanje i bubrenje, kretanje vode)
- laka obradivost
- mehanička
(elastičnost, čvrstoća, tvrdoća )
- estetski dojam
- termička
(rastezanje, koeficijent vodljivosti topline, specifična toplina, koeficijent difuzije topline )
MANE DRVA U ODNOSU NA OSTALE GRAĐEVNE MATERIJALE
- električna
(vodljivost ili otpor, faktor energije, dielektrična konstanta)
- akustična
(vodljivost zvuka, rezonancija, apsorpcija)
- estetska
(boja, sjaj, miris, finoća, tekstura)
- m ala zaprem inska (prostorna) m asa - relativno velika čvrstoća paralelno vlakancim a - raznovrsne m ogućnosti oblikovanja (zakrivljenost u obje ravnine, ugradivost u različite konstruktivne sustave)
- perm anentna (obnavljajuća) zaštita drvenih konstrukcija - požar, utjecaj atm osferilija i okoline, vlaga, gljivice, insekti) - ovisnost kvalitete građe o prirodnim resursim a, osjetljivost na uvjete sušenja i skladištenja (skupljanje i bubrenje) - cijena (lam elirana građa – prefabricirani elementi) 1
2
•Odnos između visine i godina starosti stabla
RAST I ANATOMSKA GRAĐA •Shematski prikaz stabla • Korijen i kroš krošnja (fiziološška funkcija) (fiziolo • Deblo – mehanič mehani čka funkcija
•Odnos između debljine i godina starosti stabla
•Prikaz strujanja hranjivih sastojaka 4
•Popre Popreč čni, radijalni i tangencijalni presjek borovine s naznakom ranog i kasnog drva u godu
STANICA – OSNOVNI ELEMENT GRAĐE DRVA Mlade stanice - tankost ijen e (stru janje hranjiv ih tvari)
Odebljav anje primarne stijen ke t ijekom rasta
•Popre Popreč čni presjek borovine sa karakteristič karakteristi čnim nazivima
Stvaranje i odebljanje sekundarne stijenke u tri sloja (proces lignifikacije ili odrv enjavanja sporiji od procesa jačanja sekundarne stijenke)
• Mrtva stanica – stijenka i šupljina upljina--lumen (nema sadr sadržžine ine)) ispunjena vodom ili zrakom 5
• Živa stanica - stijenka (membrana) i sadr sadržžina (protoplast protoplast))
6
1
• Traheide kao dugačke tankostijene stanice širokih otvora. Provodnici vode - tvore rano drvo kod četinjača • Traheide kao dugačke vlaknaste stanice debelih stijenki. Tvore kasno drvo kod četinjača i odlučne su za mehanička svojstva. • Parenheim (aksijalni, radijalni, epitelni)
Pojava POPREČNOG VLAČNOG NAPREZANJA (okomito na vlakanca drva)
Mikroskopski prikaz rasporeda provodnog (traheide traheide)) i spremi spremiššnog (parenheim parenheim)) tkiva četinja etinjač ča
7
8
KEMIJSKA SVOJSTVA DRVA
Elementarni sastav suhog drva:
- ugljik
50,0 %
- kisik
43,45 %
- vodik
6,0 %
- du dušš ik
0,2 %
- pepeo
0,3 %
FIZIČKO-KEMIJSKA SVOJSTVA DRVA
• Prva skupina sastojaka – organske i mineralne tvari (pepeo) • Druga skupina sastojaka – infiltrati (izlučevine koje se ne zadržavaju i nisu sastavni dio stijenke stanice)
VLAŽNOST DRVA – FIZIČKO SVOJSTVO Određivanje vlaž vlažnosti: A) LABORATORIJ – RAZORNE METODE Suš enje na temp Suš temp.. 103 +/+/- 2 oc minimum 5 epruveta (prema DIN 52 183)
Prosječ Prosje čan kemijski sastav stanice četinja etinjač če i lista listač če
9
10
B) VLAGOMJERI – NERAZORNA METODA ISPITIVANJA
Zrač Zra čno suho drvo – 17 17--20% vlage
- digitalni Vlažnost svje Vlaž svježže posječ posje čenog drva:
- analogni
Mjerenje otpora istosmjerne struje Otpor raste obrnuto proporcionalno vlažnosti, (ovisi i o temperaturi drva te botaničkoj vrsti)
- četinja etinjač če
40 – 200 %
- lista listač če
35 – 130 %
Određuje se ljeti za građu piljenu zimi i uskladištenu tako da postoji strujanje zraka Kod daljnjeg uskladištenja, vlažnost se kreće u istim granicama, ali ovisi i o vlažnosti i temperaturi okoline
Vlažžnost u gotovim konstrukcijama: Vla konstrukcijama:
Mjerenje površinske vlage - membrana
6 – 12 %
grijani dobro zrač zračeni prostori
9 – 15 %
zatvoreni negrijani prostori
15 – 18 % natkriti otvoreni prostori
Mjerenje dubinske vlage - šiljci
18 – 22 % potpuno slobodne konstrukcije 11
12
2
SUŠENO ILI SUHO DRVO
PROMJENA VOLUMENA
Za klasič klasične konstrukcije (puno drvo) - 18% prije ugradnje Za lijepljene lamelirane konstrukcije - 9% - 12% (± 3%)
Voda u drvu:
-Slobodna (kapilarna) - Vezana
Higroskopska Kemijski vezana
Drvo vlažnosti veće od 18% (puno drvo) može se primijeniti izuzetno, ali samo ako je kod izgradnje objekta omogućeno daljnje sušenje, ako je skupljanje drva konstruktivno uzeto u obzir i ako se dimenzije ne povećavaju za više od 5% Ovo odstupanje ne vrijedi za lijepljene lamelirane konstrukcije
Kemijski vezana voda ne isparava. Ona se može osloboditi posebnim postupcima uz visoku temperaturu (180 ºC) TOČKA ZASIĆENJA VLAKNA – vlažnost koja odgovara isparenju slobodne vode Za četinjače kod 20°C iznosi : 25 – 32%
13
HIGROSKOPNA RAVNOTEŽA – ravnoteža vodene pare u zraku određene temperature i količine vode u stijenki drva HIGROSKOPNO PODRUČJE – približno do 30% vlažnosti
Mijenja se obrnuto proporcionalno povišenju temperature (povećanje temperature za 1o smanjuje vlagu za 1%)
14
Dijagram vrijednosti koeficijenata skupljanja/bubrenja kod promjene vlažnosti
ČE - četinjače
Drvo isparava/upija vodenu paru samo do stanja u kojem je pritisak vodene pare okoline u ravnoteži s pritiskom u kapilarama - sorpcija
H i B – hrast i bukva
Pritisak u kapilarama manji od pritiska higr. ravnoteže – upijanje (adsorpcija)
t - tangencijalno
Pritisak u kapilarama veći od pritiska higr. ravnoteže – isparavanje (desorpcija)
SKUPLJANJE I BUBRENJE DRVA – sposobnost drva da kod promjene vlage u određenim granicama mijenja volumen (pojava povezana s količinom higroskopske vode) Srednje vrijednosti koeficijenta skupljanja odnosno bubrenja za promjenu vlažnosti od 1%:
15
r - radijalno l - longitudinalno Linearna ovisnost skupljanja/bubrenja od postotka vlažnosti (higroskopsko područje) 16
Deformacije izazvane sušenjem
Prikaz karakterističnih proizvoda pilane prije i poslije sušenja Deformacije najveće u poprečnom presjeku
Dijagram prema kojem se ovisno o uvjetima eksploatacije određuje vlažnost građe pri kojoj se uspostavlja higroskopska ravnoteža
Ravnoteža vlage zraka, drva i temperature Spoj naglavnice i stupa, te nalijeganje poprečnog na uzdužni element
17
18
3
ZAPREMINSKA (VOLUMNA) MASA
Zapreminske mase drva za različite botaničke vrste drva i različite vlažnosti (prema Campredonu)
Masa jedinice volumena drva kao poroznog tijela – ovisi o botaničkoj vrsti, ali varira i unutar iste botaničke vrste (stanište). Određuje se na uzorcima jednake vlažnosti (u pravilu 15%) Zapreminska masa ovisi o sljedećim faktorima: - vrsti drva
- širini i broju godova
- postotku učešća ranog i kasnog drva - količini infiltrata u drvu
- staništu
Apsolutno suho drvo (manje zanimljivo u graditeljstvu): - jelovina
400 kg/m3
- smrekovina
450 kg/m3
- borovina
500 kg/m3
Računska prostorna masa drva u kg/m3 19
VOLUMNA (SPECIFIČNA) MASA
20
MEHANIČKA SVOJSTVA DRVA
Masa drvne tvari u teoretski zamišljenoj jedinici volumena bez šupljina i pora (ne ovisi o faktorima bitnim za zapreminsku masu) Volumna masa ovisi samo o veličini volumnih masa glavnih sastavnih dijelova drvne tvari; celuloze i lignina
Djelovanje mehaničkih sila mijenja dimenzije i oblik tijela Ponašanje nekog tijela pod djelovanjem mehaničkih sila i način na koji se odupire njihovu djelovanju tvori skup svojstava
MEHANIČKA SVOJSTVA
Volumna masa drva iznosi 1.5 g/cm2 i ne ovisi o botaničkoj vrsti
Svojstva su promjenjiva u uzdužnom i poprečnom smjeru, a ovise i o presjeku gdje se izvodi promatranje
Volumen pora: Apsolutno suho drvo: G Vp 1 S * 100
-celuloza
1.57 kg/m3
-lignin
1.40 kg/m3
Vp – volumen pora Gs – masa apsolutno suhog drva
– volumna (specifična) masa
21
Glavne osobine drva su:
- nehomogenost - anizotropija - promjenjivost
Svojstva bitno ovise o prirodi građe, širini godova, sadržaju vode (u higroskopskom području), težini, načinu rasta i 22 greškama (činitelji koji utječu na mehanička svojstva drva)
Čvrstoća opada s porastom sadržaja vode. Izvan higroskopskog područja ne postoje razlike. (Čvrstoća na tlak paralelno vlakancima smanji se za cca 3-4 puta kod prirasta vlažnosti od 5% na 30%)
Ovisnost čvrstoće drva reducirana na 15% vlažnosti u odnosu na postotak vlažnosti
23
Ovisnost čvrstoće na tlak okomito na vlakanca u odnosu na postotak vlažnosti Ovisnost čvrstoće na savijanje i tlak paralelno s vlakancima u odnosu na postotak vlažnosti
24
4
– Prirast vlažnosti ima najmanji utjecaj na vlačnu čvrstoću – Voda u drvu približno jednako utječe na pad mehaničkih svojstava listača i četinjača Mehanička svojstva drva izravno ovise o zapreminskoj
Ovisnost čvrstoća i modula elastičnosti u odnosu vlažnosti iskazane kao postotak čvrstoće suhog drva
25
masi (broj i širina godova, količina ranog i kasnog drva ...)
Utjecaj količine vlage na mehanička svojstva
Ovisnost čvrstoće drva 26 prema zapreminskoj masi
Utjecaj grešaka rasta, napada gljivica i insekata na mehaničke osobine Kvrgavost - mjesta otklona vlakana (predstavljaju oslabljenje presjeka što posebno nepovoljno djeluje na čvrstoću vlaka paralelno vlakancima) Norme ograničavaju toleranciju kvrgavosti za različite kvalitetne razrede građe Usukanost - općenito smanjuje mehanička svojstva (posebno kod čvrstoće na vlak paralelno vlakancima) Modrenje drva - uzrokuju ga gljivice; neznatno smanjuje mehanička svojstva (promjene uglavnom estetske naravi i površinske) Trulenje - posljedica napada gljiva što razara celulozu koja je nosilac dobrih tehničkih svojstava (takvo drvo je tehnički nezanimljivo)
Ovisnost čvrstoće drva od smjera djelovanja sile u odnosu na smjer vlakanaca
27
Utjecaj temperature na mehaničke osobine drva Povišenjem temperature - čvrstoća se smanjuje, a puzanje povećava Smanjuje se modul elastičnosti, a raste deformacija Nepovoljan utjecaj temperature povećava kvrgavost i otklon vlakanaca, pa kod visokih temperatura na tim mjestima može doći do pucanja drva Smrzavanjem drva - rastu mehaničke osobine, ali i krtost (malen otpor savijanju kod opterećenja većeg intenziteta) Umjetno sušenje - ako se naglo provodi loše utječe na mehanička svojstva (raspucalost) Ako je provedeno postupno i pod posebnim režimom, utjecaj temperature je bez posebnog značaja na mehanička svojstva
Insekti - neznatno smanjuju mehanička svojstva, ali je bitna vrsta zaraze, kao i vrijeme kroz koje joj je drvo izloženo
28
Utjecaj primijenjenih sredstava za zaštitu na mehaničke osobine drva Antiseptici - loš izbor zaštitnih sredstava za sprečavanje trulenja i protupožarnu zaštitu može nepovoljno utjecati na kemijska svojstva drva
Utjecaj staništa (tla, položaja u šumi) Utjecaj načina uzgoja (rasta) Utjecaj dobi sječe
PRESUDAN UTJECAJ NA MEHANIČKA SVOJSTVA IMAJU ZAPREMINSKA MASA, KOLIČINA VLAGE I PRAVILNOST GRAĐE 29
30
5
REZULTATI EKSPERIMENTALNIH ISTRAŽIVANJA MEHANIČKIH SVOJSTAVA DRVA
Primjetno je kako se uzorak najbolje odupire vlačnim silama, slabije tlačnim silama, a znatno slabije poprečnim akcijama Opterećenje vlačnim silama - raspodjela opterećenja po svim cjevčicama neće biti jednolika (cjevčice popuštaju u različito vrijeme). Zbog slabe međusobne povezanosti puknute cjevčice izdvajaju se iz svežnja - NERAVAN LOM (tipičan kod ispitivanja drva na vlak) Opterećenje tlačnim silama - cjevčice opterećene na izvijanje (lom nastaje uslijed gubitka stabilnosti elemenata sve žnja), a čvrstoća na tlak ispitivanog modela manja je od čvrstoće na vlak Dopušteni naponi obiju čvrstoća približno su jednaki zbog iznimne osjetljivosti vlačne čvrstoće na kvrgavost, greške, raspukline i neparalelnost vlakanaca
Idealizirani uzorak drva izložen vlačnim naprezanjima paralelno s vlakancima, tlačnim naprezanjima paralelno s vlakancima 31 i tlačnim naprezanjima okomito na smjer vlakanaca
Čvrstoća na vlak i tlak okomito na vlakanca znatno su manje nego čvrstoće u pravcu vlakanaca (posebno je mala vlačna čvrstoća okomito na uzdužnu os svežnja) 32
Čvrstoća na smicanje u pravcu vlakanaca - slaba točka drva (manja od čvrstoća na tlak i vlak paralelno vlakancima), ali i manja od čvrstoće na odrez (posmik okomito na vlakanca precijecanje vlakanaca), pa je u mnogim slučajevima mjerodavna za dimenzioniranje Različiti moduli elastičnosti u poprečnom i uzdužnom smjeru različito se definiraju u poprečnom, radijalnom i tangencijalnom smjeru
LABORATORIJSKA ISPITIVANJA MEHANIČKIH KARAKTERISTIKA (čvrstoće, konstante elastičnosti, Poissonov koeficijent) provode se malim uzorcima pažjivo odabranim (mala vlažnost, građa bez grešaka) Nadležne norme propisuju izgled i broj uzoraka, te postupke ispitivanja Idealizirani uzorak drva izložen posmičnim naprezanjima u smjeru 33 (b) vlakanaca (a) i okomito na vlakanca – presijecanje vlakana
34
TLAČNA ČVRSTOĆA Mala epruveta 20 x 20 x 40 mm Velika epruveta 50 x 50 x 100 mm Modul elastičnosti 50 x 50 x 200 mm
Izgled uzorka i shema opterećenja za ispitivanje tlačne čvrstoće paralelno s vlakancima ( HRN. D.AI.045 )
– dijagram ispitivanja uzorka borovine na tlak 35
paralelno i okomito na vlakanca
36
6
Izgled uzorka za ispitivanje tlačne čvrstoće okomito na vlakanca (HRN. D.AI.051)
Tlak pod kutem
Mala epruveta 20 x 20 x 40 mm Velika epruveta 50 x 50 x 100 mm
Čvrstoća po HRN propisima (dopuštena naprezanja) Tlak okomito na vlakanca na djelomičnoj površini (pečatni 37 pritisak)
, c ,d c ,||, d ( c ,||, d c , , d ) sin , c 38
VLAČNA ČVRSTOĆA
Mala epruveta 20 x 25 x 320 mm Velika epruveta 50 x 46 x 600 mm Modul elastičnosti 50 x 46 x 600 mm
Izgled uzorka za ispitivanje vlačne čvrstoće paralelno s vlakancima ( HRN. D.AI.045 ) 39
– dijagram ispitivanja uzorka borovine na vlak paralelno i okomito na vlakanca
40
– dijagram za vlačna i tlačna naprezanja Ovisnost vlačne čvrstoće od smjera djelovanja sile u 41 odnosu na smjer vlakanaca
42
7
ČVRSTOĆA NA SAVIJANJE
Izgled uzorka i shema opterećenja za ispitivanje čvrstoće na savijanje (DIN 52 186)
Stadiji raspodjele normalnih naprezanja uzorka opterećenog na savijanje Čvrstoća na savijanje za četinjače je cca 7.0 kN/cm2, a granica proporcionalnosti dostiže cca 70% čvrstoće
Mala epruveta 20 x 25 x 320 mm Velika epruveta 50 x 50 x 800 mm Modul elastičnosti
43
44
50 x 50 x 800 mm
RAZLIKA između proračuna savijanja po graničnim stanjima nosivosti i proračuna po dopuštenim naprezanjima. Izgled uzorka i shema opterećenja za ispitivanje čvrstoće na savijanje (DIN 52 186)
Dijagram - s označenom nosivošću materijala
45
46
POSMIČNA ČVRSTOĆA “Rolling shear”
Vrste posmičnih čvrstoća – dijagram ispitivanja uzorka borovine za
a) posmik u smjeru vlakanaca
posmična naprezanja
b) posmik okomito na vlakanca c) odrez vlakanaca
47
48
8
Posmična naprezanja od savijanja
mala epruveta
= ( Q*S ) / ( I*b )
Stvarna raspodjela posmičnih naprezanja po plohi smicanja za simetričan i nesimetričan uzorak (ekcentrično djelovanje opterećenja uzorak) 49
Radijalna ravnina
velika epruveta
Tangencijalna ravnina
Uzorak za ispitivanje posmične čvrstoće ( HRN. D.AI.053 )
50
TRAJNA ČVRSTOĆA Rezultati laboratorijskih ispitivanja mehaničkih svojstava znatno ovise o brzini provedbe pokusa Brzina izvođenja pokusa proporcionalna je porastu mehaničkih karakteristika, a obrnuto proporcionalna porastu deformacija Poseban utjecaj na deformacije imaju TRAJNA OPTEREĆENJA Uzorci jednakih dimenzija i kvalitete opterećeni dulje vrijeme različitim intenzitetima stalnog opterećenja neće se istovremeno slomiti !
Izgled uzoraka za ispitivanje posmične čvrstoće paralelno vlakancima (DIN 52 187) 51
TRAJNA ČVRSTOĆA (0-1)
52
Deformacije koje pripadaju trajnoj čvrstoći uzorka
Početna deformacija (nep osredno nakon nanošenja opterećenja) (1-2)
Pov ećanje deformacije u v remenu pod djelov anjem trajnog opterećenja kon st. intenziteta (uz uv jet da ono ne prelazi od ređenu granicu )
(2-3)
Primarna pov ratna deformacija u trenutku rast erećenja Zaostala deformacija teži konačnoj v rijednosti
Ovisnost deformacije o vremenu, za uzorke opterećene različitim intezitetima opterećenja Ukupna deformacija - elastična i plastična
Ovisnost deformacija od vremena za opterećeni i rasterećeni uzorak.
PUZANJE - proces neprekidnog povećanja deformacija pod djelovanjem stalnog opterećenja 53
TEČENJE - etapa puzanja u kojoj je primjetna jednolika brzina 54 prirasta deformacija
9
Deformacije koje pripadaju trajnoj čvrstoći uzorka
TRAJNA ČVRSTOĆA Maksimalno naprezanje kod kojeg se uzorak ne slama pod djelovanjem trajnog opterećenja konstantnog intenziteta
Ako naprezanja izazvana trajnim opterećenjem jednolikog intenziteta ne prelaze granicu trajne čvrstoće, deformacije se (s porastom vremena) prigušuju i asimptotski približavaju deformacijama koje pripadaju trajnoj čvrstoći uzorka U obrnutom slučaju, s vremenom se deformacije povećavaju do sloma Krivolinijski dio krivulje - područje u kojem nastaju većim dijelom elastične povratne deformacije Pravolinijski dio krivulje - područje plastičnih deformacija koje se mogu povećavati (2) ili asimptotski približavati graničnoj vrijednosti (1) Treći dio (konkavni) kri vulje - područje naglog povećanja deformacija koji završava lomom
55
Dijagram trajne čvrstoće (na savijanje) Krivulja čvrstoće na savijanje za drvo izloženo trajnom (stalnom) opterećenju jednolikog intenziteta Asimptotski pad čvrstoće do granične vrijednosti ili trajne čvrstoće
56
KONSTANTE ELASTIČNOSTI Dugotrajna opterećenja promjenjivog predznaka izazivaju slom kod naprezanja manjih od čvrstoće (UMOR MATERIJALA) Umor materijala je znatan kod intenziteta iznad 65% čvrstoće statički opterećenih uzoraka U području 35%-65% čvrstoće (statički opterećenih uzoraka) čvrstoća uzoraka izloženih promjenjivom opterećenju je veća
Srednja vrijednost modula elastičnosti i posmika za PILJENU GRAĐU (puno drvo) u kN/cm2
Simetrično ciklička opterećenja intenziteta do 35% čvrstoće ne dovode do loma
Drvo je ELASTIČAN MATERIJAL, ali su njegova elastična svojstva ovisna od smjera promatranja
Granica čvrstoće drva na izmjenična opterećenja iznosi približno 35% čvrstoće statički opterećenih uzoraka 57
Najveću vrijednost ima modul elastičnosti u smjeru vlakanaca (uzdužna ravnina) - utjecaj botaničke vrste, građe, volumne mase, sadržaja vode, ...
EL = 300 - 2500 kN/cm2 ET = (1/23 - 1/40) * EL
(u tangencijalnom smjeru)
ER = (1/6 - 1/23) * EL
(u radijalnom smjeru)
Broj ELASTIČNIH KONSTANTI potrebnih za opisivanje linearne veze napona i deformacija (Hooke-ov zakon) ovisan je o broju promatranih ravnina simetrije (ANIZOTROPIJA !!!)
58
Vrijednosti Poisson-ovog koeficijenta (ilustrativne vrijednosti - prema Wangaardu):
LR = 0.372
TR = 0.245
LT = 0.467
RL = 0.040
RT = 0.435
TL = 0.025
Moduli posmika definiraju se kao: GLR = (1/15) * EL
(radijalna ravnina popr. pr.)
Točne vrijednosti konstanti elastičnosti (E) i Poisson - ovog koeficijenta za pojedine vrste drva
GLT = (1/9 - 1/10) * EL
(tangencijalna ravnina p.p)
LABORATORIJSKA ISPITIVANJA
GRT = (1/10) * GLR
(poprečna ravnina) 59
60
10
OSTALA MEHANIČKA SVOJSTVA
TRAJNOST DRVA
ŽILAVOST - sposobnost drva da pod vanjskim utjecajima
Svojstvo da se odupire štetnom djelovanju atmosferilija i raznih kemijskih tvari, te štetočinama biljnog i životinjskog podrijetla
pretrpi deformacije, a da se ne slomi Žilavost je tim veća što je uočljivija razlika između granice elastičnosti i granice loma
Činitelji trajnosti - botanička vrsta drva
TVRDOĆA - otpor kojeg drvo pruža utiskivanju drugog tijela u svoju masu (ovisi o botaničkoj vrsti, zapreminskoj masi, količini vlage)
- položaj u poprečnom presjeku (srž, bijel) - težina drva (kod iste vrste)
Teže drvo iste vrste je tvrđe; s porastom vlage tvrdoća opada
- vrijeme sječe
Tvrdoća je najveća u poprečnom presjeku (prosječna vrijednost za četinjače je cca 3.0 kN/cm2, a za tvrdo drvo cca 7.0 kN/cm2)
- SADRŽAJ VODE
OTPORNOST NA HABANJE - odupiranje postupnom skidanju slojeva pod utjecajem mehaničkih sila
- kemijske tvari - eksploatacijski uvjeti
61
62
Mjeri se debljinom skinutog sloja (najslabiji otpor na habanje - smreka)
OSTALA SVOJSTVA DRVA TERMIČKA SVOJSTVA - rastezanje, koeficijent vodljivosti topline, specifična toplina, koeficijent difuzije topline Trajnost obrađenog drva u godinama ELEKTRIČNA SVOJSTVA - vodljivost ili otpor, faktor energije, dielektrična konstanta AKUSTIČNA SVOSTVA - vodljivost, rezonancija, apsorpcija Trajnost drva u ovisnosti o uvjetima eksploatacije Za uporabu drva u zemlji (granični sloj zemlja - zrak) hrast i bor su trajnosti cca 12 godina, jela i smreka do 8 godina, a bukva manje od 4 godine (nezaštićeno drvo)
63
TERMIČKA SVOJSTVA Koeficijent termičkog linearnog istezanja - ovisi o botaničkoj vrsti drva i smjeru promatranja (vlakanca) Niska vrijednost koeficijenta - nema temperaturnih dilatacija U smjeru vlakanaca
t = (2 - 4) * 10-6
Okomito na vlakanca radijalni smjer
t = (25 - 30) * 10-6
tangencijalni smjer
t = (30 - 45) * 10-6
ESTETSKA SVOJSTVA - boja, sjaj, miris, finoća, tekstura
Specifična toplina drva (količina topline u kJ potrebna da se 1 kg tvari zagrije za 1C) - visoka Suho drvo temperature 0 C
1.114 [kJ C]
Suho drvo veće temperature
c = 1.114 + 0.00486 * t [kJ 65 C]
64
Drvo se polako zagrijava i polagano rasprostire toplinu po svojoj unutrašnjosti - koristi se (četinjače) kao izolacioni materijal
Koeficijent vodljivosti - veličina vodljivosti topline; mater. konstanta koja izražava količinu topline u kJ koju treba utošiti za zagrijavanje kocke volumena 1m3 za 1h, tako da razlika temperature zagrijavane/nasuprotne površine iznosi u tom vremenu 1C Vodljivost topline ovisi o vlazi (proporcionalno) i težini drva Vodljivost je veća u smjeru, nego poprijeko na vlakanca (razlika posebno velika kod poroznih drva) Za četinjače, koef. vodljivosti poprijeko na vlakanca (vlaga 15%) 0.523 kJ/m 3/h/ C Drvo ima 400x veći otpor prolazu topline od čelika, 10x u odnosu 66 na beton, i 5x u odnosu na opeku
11
Područje izmjenične struje
ELEKTRIČNA SVOJSTVA Iskoristiva sa stanovišta određivanja sadržaja vode, te sušenja drva visokofrekventnom strujom (izrada lijepljenih lameliranih nosača, posebno montažni spojevi)
Dielektrična konstanta - bezdimenzionalna veličina koja pokazuje koliko je puta veći kapacitet kondenzatora s drvom (dvije ploče koje se napajaju izmjeničnom strujom) u odnosu na kapacitet kondenzatora iste veličine sa zrakom (mjera dielektričnosti)
Suho drvo - slab vodič električne struje (pruža veliki otpor)
Područje istosmjerne struje Specifični električni otpor - električni otpor vodiča jedinične duljine i površine (određuje veličinu električnog otpora) Činitelji:
Dielektrik - neutralizira električni naboj ploča kondenzatora
Koeficijent energije - pokazatelj gubitka energije u dielektriku (mjera zagrijavanje dielektrika) ili omjer izgubljene električne energije u odnosu na totalnu električnu energiju priloženu pločama kondenzatora
- vlažnost drva - temperatura - vrsta drva - smjer vlakanaca
67
Činitelji: vrsta drva, težina, količina vlage, smjer pružanja vlakanaca, frekvencija izmjenične struje
68
AKUSTIČNA SVOJSTVA
ESTETSKA SVOJSTVA
Brzina rasprostiranja zvuka - ovisi o pravilnosti (bolje kod četinjača) i zdravlju građe (zdravo drvo - jasan, oštar i kratak zvuk; trulo drvo mukli i kratki; šuplje drvo odzvanja muklo i dugo)
Boja - svojstvo se procjenjuje na prosušenoj građi (8-22% vlage) i odnosi se samo na srž drva
Apsorpcija zvuka - svojstvo drva da upija zvuk (refleksija zvuka ili jeka javlja se u prostorima koji slabo upijaju zvuk - dobra akustična svojstva drva razlog su njegove česte upotrebe kao materijala za oblaganje zidnih i podnih ploha) 69
Finoća - ovisi o građi, pravilnosti nizanja elemenata, o njihovom uzdužnom toku i duljini (manja duljina i pravilniji raspored jamči veću finoću) Tekstura - svojstvo koje se odnosi na izgled mehanički obrađenih površina Ovisi o anatomskoj građi, obliku debla i načinu obrade, a različita je u poprečnom, radijalnom ili tangencijalnom, te spiralnom presjeku (tekstura spiralnog presjeka bitna za izradu furnira ljuštenjem) Tekstura može biti pravilna (pripada drvu pravilnog oblika debla, unutarnje građe i rasporeda elemenata; karakteristična za četinjače) i nepravilna (listače) Po teksturi drva mogu se procijeniti njegova tehnička svojstva
71
Ovisi o vrsti drva, vrsti i gustoći anatomskih elemenata, vrsti I kemijskom sastavu infiltrata, staništu, klimi … Boja našeg drva - od bjelkaste do tamnosmeđe Po boji se može ocijeniti vrsta, kvaliteta, zdravlje drva, kao i način prerade Sjaj - svojstvo drva da reflektira svjetlost Ovisi o vrsti drva, građi, infiltratima i načinu obrade Miris - potiče od infiltrata (sama drvna tvar nema mirisa), najmanji je na staništu, a po intenzitetu ovisi da li je drvo okoreno, tesano ili piljeno (pod jačim 70 pritiskom miris je intenzivniji)
PROTUPOŽARNA SIGURNOST Protupožarna sigurnost građevnih materijala mjerljiva je prema dva kriterija: - zapaljivost - ponašanje pod djelovanjem požarnih temperatura Čelik kod visokih temperatura gubi svoja mehanička svojstva (urušavanje konstrukcije) Armirani i prednapregnuti beton najprije raspucava i mrvi se (učinak se pojačava gašenjem požara), a zatim se deformira uslijed smanjenja mehaničkih svojstava armature i betona Drvo gori, ali tek pod djelovanjem ekstremnih temperatura potpuno sagorijeva - mala toplinska provodljivost i izolirajuća svojstva nagorjelog drva
72
12
PONAŠANJE U POŽARNIM TEMPERATURAMA Proces gorenja drva u prosjeku započinje kod 200°C kad iz drva izlaze zapaljivi plinovi koji su kod 250°C takve koncentracije da se drvo vanjskom akcijom zapali
Ovisnost vremena do paljenja drva i temperature Proces gorenja drva - posljedica kemijskog rastvaranja konstantnim prirastom temperature (ovisi o vremenskom intervalu predgrijavanja)
73
Sagorijevanje je kratkotrajno - premalo plina za kontinuirano gorenje (količina se bitno smanjuje stvaranjem sloja nagorene površine) Temperature niže od 300°C - nisu interesantne za stabilnost konstrukcije Iznad 300°C - stvaraju se plinovi s povećanom količinom ugljikovodika Kod cca 400°C - velika koncentracija ugljikovodika toplinske vrijednosti oko 19000 kJ/m3 Između 350 °C i 400°C - samozapaljivanje plinova s brzim porastom temperature (do 500°C ) koja je prava požarna temperatura Iznad 500°C - znatno smanjenje ispuštanje plinova, a rast debljine pougljenjenog sloja (prosječna brzina stvaranja 74 sloja 0.8mm/min - meko drvo i 0.6mm/min - tvrdo drvo)
Poprečni presjek lameliranog lijepljenog drva prije i nakon ispitivanja vatrootpornosti Nakon cca 30min djelovanja požarnih temperatura stvara se vanjski pougljenjeni sloj debljine 1.8-2.4cm (izolirajući) Povećanjem njegove debljine širi se nesagoreni dio presjeka uslijed prirasta temperature U unutrašnjosti su (mala toplinska provodljivost) znatno niže temperature - prirodna požarna otpornost drva
Ovisnost debljine pougljenog sloja i vremena djelovanja požarnih temperatura. 75
76
Promjene n astale pri temperaturi do 100°C zanemarive
Koeficijenti provodljivosti za različite materijale
Smanjenje mehaničkih svojstava povećanjem temperature Nezapaljivi građevinski materijali s visokom koeficijentima vodljivosti , uslijed konstantnog zagrijavanja, vrlo brzo gube čvrstoću u požarnim uvjetima Kod drva se pad mehaničkih svojstava odnosi uglavnom na pougljenjeni dio presjeka
77
Vatrootpornost drvenog i čeličnog stupa (CSTB – Pariz; sila intenziteta 100kN)
78
13
Osiguranje sigurnosti drvenih inžinjerskih konstrukcija Propisima određene minimalne dimenzije poprečnih presjeka u ovisnosti od 30-minutnog (klasa F-30), odnosno 60-minutnog (klasa F-60) požara (DIN 4102) KLASA F-30; KLASA F-60 Elementi koji nakon 30 (60) - minutnog požara: zadrže nosivost maks. računskog opterećenja ne prekorači se dopuštena brzina progibanja
Vatrootpornost konstrukcija iz različitih materijala i drvenih elemenata
79
f / t = L2 / (9000*H)
f / t
brzina progibanja u cm/min
L
raspon (u cm)
H
statička visina presjeka (u cm)
80
Vatrootpornost lameliranih nosača prema DIN 4102
Vatrootpornost stupova prema DIN 4102 81
Najmanje dimenzije nosača od punog drva (HRN U.C9.500)
82
Vatrootpornost drvenih panela ( DIN 4102 )
Najmanje dimenzije nosača od lijepljenog lameliranog drva (HRN U.C9.500)
83
84
14
POŽARNO OPTEREĆENJE - ukupna količina topline koje se oslobađa iz zapaljenog materijala u jedinici prostora SPECIFIČNO POŽARNO OPTEREĆENJE - prosječna vrijednost ukupnog požarnog opterećenja po tlocrtnoj jedinici površine prostora (J/m2 ili MJ/m2) PROTUPOŽARNA SREDSTVA - povećanje protupožarne otpornosti ili usporavanje širenja požara (količina dima i toksičnost svodena na minimum) KEMIJSKA ZAŠTITA - boraks, borna kiselina, diamonijev fosfat, amonijev sulfat, cinkov klorid, amonijev klorid itd.) Vatrootpornost lameliranih lijepljenih nosača (DIN 4102) 85
Premazi mogu imati zaštitno djelovanje i do 10 godina
KEMIJSKi PREMAZI - u obliku tankog filma; razvijaju kod većih temperatura pjenastu toplinsko - izolirajuću masu s većom količinom fosforne i klorovodične kiseline (nesagorive su) koje štite prirodnu protupožarnu 86 rezervu drvene konstrukcije
GLJIVICE I INSEKTI
Protupožarna sredstva mogu biti transparentna (vrlo skupa) ili sive boje (cijenom pristupačnija, ali eliminiraju sva estetska svojstva DK) Efekt uporabe protupožarnih sredstava je povećanje temperature zapaljenja Zaštitno djelovanje može imati i oblaganje vatrostalnim pločama (skupo i čini drvo nevidljivim) IMPREGNACIJA - postupak vakuuma i utiskivanja antiseptika ili antipira). Dubokom impregnacijom (u specijalnim komorama pod velikim pritiskom; traje 2-20 sati) stvaraju se gotovo potpuno negorivi materijali
Gljivica hrasta (Deadalea quercina) Razvija se na vlazi 32% - 55%
Postupak potapanja u toplo-hladnim vakumiranim komorama 87 Drvo tamni, povećava se težina, gubitak čvrstoće za 20%
88
RAZARANJE DRVA GLJIVICAMA Gljivice - paraziti koji za svoje održavanje koriste organsku tvar drva i tako ga razaruju Za rast trebaju vlagu, određenu temperaturu i ph koncentraciju Trulenje izazvano gljivicama, po podrijetlu se dijeli na: Mrtvački sat
- u otvorenim prostorima (stupišta, dalekovodi ...)
Anobium punctatum
- u zatvorenim prostorima (podrumi, tavani …) Drvo napadnuto gljivicama - mijenja boju što je znak i smanjenja drvne mase (time i mehaničkih svojstava) Fermentima gljivice razaraju celulozu - crvena trulež (nosilac dobrih mehaničkih svojstava)
89
Kod bijele truleži rastvara se i celuloza i lignin
90
15
Za građevinarstvo je najvažnija prava kućna gljivica - u povoljnim uvjetima razvoja gljivice, drvo izgubi cca 50% svoje čvrstoće Zaštita od ove gljivice je najkompleksnija
RAZARANJE DRVA INSEKTIMA Insekti - razaraju bjelančevine i celulozu, a bijel i srž glavna su područja njihova razorna djelovanja Dijele se prema tome da napadaju:
Impregnirano drvo - nepovoljno za razvoj gljivica Gljivice koje ne razaraju drvnu masu manje su opasne uzrokuju samo modrenje (promjena boje) KONSTRUKTIVNA ZAŠTITA - ne stvaranje uvjeta za ravoj gljivica (ograničavanje vlažnosti, omogućena cirkulacija zraka …) Ukoliko konstruktivna zaštita ne funkcionira, fungicidi su nedjelotvorni
- svježu građu
- suhu građu
- vlažnu građu
- natrulu građu
Za graditeljstvo su najinteresantniji insekti koji napadaju četinjače (kućni crv - Hylotrupes bajalus; i mrtvački sat Anobijum punctatum) Ne trebaju vlagu za razvoj, ličinke su vrlo otporne i mogu dugo gladovati Ostale vrste insekata - ose, kukci, mravi
91
92
Obavezna literatura: 1. Bjelanović, A., Rajčić, V.: “Drvene konstrukcije prema europskim normama” – poglavlja “Drvo kao konstrukcijski materijal” i “Trajnost” Prilog udžbenika sadrži i popis usvojenih normi niza EN za ispitivanje svojstava drva, drvnih proizvoda i spajala na kojima se temelje norme niza EN 1995-1-1
93
16
