Teoria i niektóre praktyczne problemy w stosowaniu drewna w konstrukcjach dachowych

Liczne walory użytkowe drewna, a w szczególności: względnie duża dostępność i niska cena, łatwość obróbki mechanicznej i łączenia oraz korzystny stosunek wytrzymałości do ciężaru powodują, że materiał ten od stuleci jest powszechnie wykorzystywany w budownictwie. Konstrukcje dachowe to przykład jednego z takich zastosowań drewna, gdzie jego walory często wygrywają ze stalą, aluminium czy betonem.

Fot. 1 Cieśle w akcji

Entuzjaści szerokiego stosowania drewna w budownictwie z trudem znajdują zwolenników. Chociaż w krajobrazie Polski domów i innych budowli z drewna przybywa, to przybywa także sceptyków. Zbyt często złe wykonawstwo lub niska jakość stosowanych materiałów stają się przyczyną kłopotów inwestorów, którzy potem nierzadko szukają pomocy w sądzie. Sprawy ciągną się latami, koszty rosną, a przyczyna kłopotów jak była, tak jest.

Często dopiero w sądzie pada pytanie o jakość i klasy zastosowanego drewna: na więźbę dachową, do wywiązania ściany wieńcowej, do zbudowania mostka w parku, czy jeszcze gorzej – do wykonania szkieletu, na którym w krótkim czasie pojawiły się pleśnie.

Drewno i komputery
Czasy, gdy o jakości i wymiarach tarcicy, sposobach łączenia, rozstawach krokwi, jętek, stolców i innych ważnych cechach realizowanej konstrukcji i stosowanego drewna decydowała wyłącznie wiedza i doświadczenie cieśli i stolarzy, mijają bezpowrotnie. Coraz częściej tradycyjne konstrukcje ciesielskie projektowane są przez inżynierów, stosujących nowoczesne programy komputerowe, a zaprojektowane elementy konstrukcji przygotowywane są w sterowanych numerycznie centrach ciesielskich. Już w latach 70. ub. w.

powstała, nie bez trudności, ale z charakterystycznym dla tamtych czasów rozmachem pierwsza w Polsce duża wytwórnia konstrukcji z drewna klejonego warstwowo. Jednak dopiero w ostatnich latach konstrukcje te znajdują należne uznanie w oczach rodzimych projektantów i inwestorów. Jak grzyby po deszczu powstają hale sportowe, pływalnie, magazyny, hale produkcyjne i duże obiekty handlowe. Zwiększa się liczba firm oferujących drewniane domy z prefabrykowanych ścian, stropów i dachów. Miło jest patrzeć, jak szybko i sprawnie, na domach jednorodzinnych i wielokondygnacyjnych budynkach mieszkalnych, powstaje więźba dachowa z profesjonalnie zaprojektowanych i wykonanych wiązarów.

Nowoczesność stawia jednak wymagania. Narzędzia i maszyny, programy komputerowe, wiedza i umiejętności wszystkich uczestników procesu budowlanego oraz jakość materiałów, akcesoria i wyrobów muszą być w swoistej synergii. Końcowy sukces, czyli pełna satysfakcja i bezpieczeństwo użytkowników, zależy od tego, czy właściwie przygotowany projekt zrealizują kompetentni wykonawcy, stosując odpowiednie materiały, akcesoria i wyroby budowlane. Teoretycznie jest to względnie łatwe do zrealizowania, gdy konstruktor posłuży się stosowną normą projektową, a zakupione i prawidłowo wbudowane w obiekt wyroby budowlane spełniać będą wymagania określone w zharmonizowanych z Dyrektywą 89/106 EWG specyfikacjach technicznych.

Klasyfikacje wytrzymałościowe drewna
„Drewno może skutecznie konkurować z innymi materiałami budowlanymi”. Aby to miłe „drzewiarzom” hasło było skutecznie i zgodnie z przepisami technicznymi urzeczywistniane, producenci drewna konstrukcyjnego muszą sprostać rosnącym wymaganiom formalnym i jakościowym. Coraz surowszym wymaganiom jakościowym towarzyszą coraz bardziej sformalizowane procedury nadzorowania wymaganych standardów produkcyjnych i wykonawczych. W przypadku drewna konstrukcyjnego chodzi głównie o trafne i możliwie powszechnie stosowane sposoby nieniszczącego prognozowania wytrzymałości i sztywności, czyli klasyfikowania wytrzymałościowego.

W tradycyjnym budownictwie z drewna stosowano tzw. tarcicę ogólnego przeznaczenia, a o sposobie jej użycia najczęściej decydowała wiedza i doświadczenie cieśli. Od wielu lat powinna to być tarcica konstrukcyjna (drewno konstrukcyjne). Obserwacje współczesnego rynku drewna budowlanego w Polsce wskazują na to, że zmiany w postępowaniu producentów i podmiotów wykorzystujących drewno zachodzą zdecydowanie za wolno. Podstawowa różnica pomiędzy tarcicą ogólnego przeznaczenia a tarcicą konstrukcyjną polega na tym, że zgodnie ze ściśle określonymi zasadami dla tarcicy konstrukcyjnej oszacowuje się (zwykle w tartaku) wytrzymałość i sztywność, a dla tarcicy ogólnego przeznaczenia nie.

Stosownie do rozporządzenia ministra infrastruktury z 7 kwietnia 2004 r. projektowanie drewnianych konstrukcji budowlanych powinno się odbywać zgodnie z aktualnym wydaniem normy PN-B-03150:2000 Konstrukcje drewniane – Obliczenia statyczne i projektowanie. Teoretycznie od roku 2005 projektowanie konstrukcji drewnianych mogło się odbywać również według normy PN-EN 1995-1-1:2005 (U) Eurokod 5: Projektowanie konstrukcji drewnianych Część 1–1: Zasady ogólne i zasady dla budynków.

Już w opublikowanej w 2000 roku normie PN-B-03150:2000 wprowadzono szereg regulacji z Eurokodu 5. Jedną z istotniejszych kwestii było wprowadzenie klas wytrzymałościowych drewna konstrukcyjnego według normy EN 338:1995 Drewno konstrukcyjne. Klasy wytrzymałości.

Aby realizacja procesu budowlanego mogła przebiegać bez zakłóceń, konieczne było przyporządkowanie klasom wytrzymałościowym drewna wg EN 338 klas sortowniczych drewna klasyfikowanych zgodnie z normą PN-D-94021:1982 Tarcica iglasta konstrukcyjna sortowana metodami wytrzymałościowymi. Mimo braku wyników krajowy badań, wykonanych według reguł przyjętych w krajach UE, z konieczności, w oparciu o wcześniej realizowane badania nad krajowym drewnem konstrukcyjnym, przyporządkowanie takie zostało dokonane i sformalizowane w Załączniku Z-2.2.3 normy PN-B-03150:2000 oraz Załączniku krajowym do normy PN-EN 1912:2000 Drewno konstrukcyjne. Klasy wytrzymałości. Wizualny podział na klasy i gatunki. W kolejnych latach przyporządkowanie to ulegało stopniowej modyfikacji.

W kwietniu 2010  norma PN-B-03150:2000 została zastąpiona normą PN-EN 1995-1-1:2010

Prowadzone głównie na drewnie sosnowym wieloletnie badania doprowadziły do opracowania tablicy NA.2 w Załączniku krajowym do PN-EN 1995-1-1: kwiecień 2010 EUROKOD 5. Projektowanie konstrukcji drewnianych. Część 1–1: Postanowienia ogólne. Reguły ogólne i reguły dotyczące budynków.

Informacje zamieszczone w tej tablicy powinny być aktualnie powszechnie wykorzystywane przez projektantów konstrukcji z drewna i producentów tarcicy konstrukcyjnej. Przykładowo z tej tablicy wynika, że jeśli projektant wykonał stosowne obliczenia i zaprojektował więźbę dachową z drewna sosnowego w klasie wytrzymałościowej C24, to w tartaku zgodnie z regułami określonymi w normie PN-D-94021:1982 powinna być wysortowana tarcica w klasie sortowniczej KS.

Inną ważną formalną, ale mająca duże znaczenie praktyczne, kwestią wynikającą z Tablicy NA.2 jest to, że w projektach nie powinno się przyjmować innych klas drewna niż te, które można wysortować z krajowego surowca. W krajach wspólnoty europejskiej produkcja klasyfikowanego wytrzymałościowego drewna powinna się odbywać zgodnie z regułami podanymi w normie EN 14081-1:2005 Konstrukcje drewniane. Drewno konstrukcyjne o przekroju prostokątnym sortowane wytrzymałościowo. Część 1:  Wymagania ogólne. W praktyce wdrażanie tej normy odbywa się z dużymi oporami, co skutkuje między innymi tym, że końcowa data okresu przejściowego jej stosowania,  była już kilkakrotnie przesuwana, obecnie jest to 31.12.2011 roku.

Oznacza to, że z dniem 31.12.2011 ustanie domniemanie zgodności wprowadzanego do obrotu drewna konstrukcyjnego z wcześniej obowiązującymi specyfikacjami technicznymi i przepisami. Norma EN 14081-1 otwiera zestaw kolejnych norm dotyczących drewna konstrukcyjnego:

• EN 14081-2:2005 Konstrukcje drewniane – Drewno konstrukcyjne o przekroju prostokątnym sortowane wytrzymałościowo – Część 2: Sortowanie maszynowe; dodatkowe wymagania dotyczące wstępnych badań typu,

• EN 14081-3:2005 Konstrukcje drewniane – Drewno konstrukcyjne o przekroju prostokątnym sortowane wytrzymałościowo – Część 3: Sortowanie maszynowe; dodatkowe wymagania dotyczące zakładowej kontroli produkcji,

• EN 14081-4:2009 Konstrukcje drewniane – Drewno konstrukcyjne o przekroju prostokątnym sortowane wytrzymałościowo – Część 4: Sortowanie maszynowe; Nastawy urządzeń sortujących do kontroli maszynowej.

W normie EN 14081-1:2005 określono:

• podstawowe terminy i definicje,

• wymagania:

              – ogólne,
              – dotyczące zasad  sortowania wizualnego,
              – dotyczące zasad sortowania maszynowego,
              – dotyczące trwałości biologicznej,
              – dotyczące reakcji na ogień,
              – wymagane zasady oceny zgodności,

• podstawowe zasady przeprowadzania Wstępnego Badania Typu (WBT),

• podstawowe zasady opracowywania, wdrożenia i prowadzenia Zakładowej Kontroli Produkcji (ZKP),

• zasady oznakowania CE i etykietowania,

• wymagany system poświadczania zgodności,

• podstawy wystawiania deklaracji zgodności WE.

W Europie stosowanych jest wiele zasad wizualnego wytrzymałościowego sortowania drewna. Wszystkie te zasady są dopuszczone, o ile uwzględniają ogólne reguły zaprezentowane w normie EN 14081-1; oznacza to że nie będzie jednej, wspólnej dla wszystkich krajów członkowskich normy sortowniczej.

Norma EN 14081-1:2005 dotyczy drewna o przekroju prostokątnym (tarcicy szorstkiej i struganej) sortowanego wytrzymałościowo wizualnie lub maszynowo, z odchyłkami od wymiarów nominalnych zgodnych z normą EN 336:2003 Drewno konstrukcyjne. Wymiary, odchyłki dopuszczalne.

Przyjęte w normie EN 14081-1:2005 ważniejsze terminy i definicje to:

• deska kontrolna: element symulujący właściwości; służy do dynamicznej kalibracji maszyny,

• producent: wytwórca odpowiedzialny za zgodność produktu z normą,

• sortowanie wytrzymałościowe maszynowe: proces, w którym sztuka tarcicy jest sortowana w sposób maszynowy, nieniszczący, na podstawie jednej lub kilku jej właściwości, w razie konieczności także za pomocą oceny wizualnej, w klasach, którym przypisywane są wartości charakterystyczne wytrzymałości, sztywności i gęstości (np. wg EN 338); dopuszczone są dwa systemy kontrolne sortowania maszynowego: kontrola produktu lub kontrola maszyny w obu przypadkach konieczne jest przeprowadzenie WBT (ITT) i wdrożenie ZKP (FPC),

• sortowanie wytrzymałościowe wizualne: proces zaliczania każdej sztuki tarcicy na podstawie oceny wizualnej do klasy o określonych wartościach wytrzymałości, sztywności i gęstości.

Zgodnie z EN 14081-1:2005:

• oznaczona klasa nie ulega zmianie, jeśli głębokość obróbki nie jest większa niż:

              – 5 mm, o ile wymiar początkowy nie był większy niż 100 mm,
              – 10 mm, o ile wymiar początkowy był co najmniej 100 mm,

• jeśli w wyniku sortowania wizualnego ustalono klasy zgodne z EN 1912, to ich wartości charakterystyczne przyjmuje się odpowiednio według normy EN 338, w przeciwnym razie należy wykonać badania według EN 384,

• jeśli w wyniku sortowania maszynowego ustalono klasy zgodne z EN 338, to ich wartości charakterystyczne przyjmuje się zgodnie z tą normą; w przeciwnym razie należy wykonać badania według EN 384 (np. gdy konieczna jest znajomość parametrów tarcicy przy zginaniu „na płask”),

• sortowanie wizualne powinno być wykonywane zgodnie z Załącznikiem A normy (krajowe normy sortownicze muszą być zgodne z tymi wytycznymi!), w którym uwzględniono wady:

              – sęki (patrz EN 1310),
              – skręt włókien (patrz EN 844-9 i EN 1310),
              – gęstość i słoistość (patrz EN 384),
              – pęknięcia (patrz EN 1310),
              – oblina,
              – spaczenia (patrz EN 1310),
              – zgnilizny (patrz EN 844-10 w kwestii terminów),
              – chodniki po owadach,
              – drewno reakcyjne (patrz EN 844-7 w kwestii terminów),
              – inne (np. zakorki),

• przy sortowaniu maszynowym nie mogą być pomijane cechy wizualne, których dopuszczalne wartości maksymalne podano w tabeli 1 normy, a w przypadku gdy maszyna pomija końce tarcicy, należy ocenić je wizualnie według wytycznych w tabeli 2 normy,

• naturalną trwałość tarcicy (niezabezpieczanej) przyjmuje się według EN 350-2; przykładowo: sosna zwyczajna (Pinus sylvestris L.), twardziel zaliczona jest do klas odporności na:

              – grzyby: 3–4 (średnio i mało trwałe), biel: 5 (nietrwała),
              – spuszczela: S (podatne),
              – kołatki: S,
              – termity: S,

• drewno konstrukcyjne zabezpieczone przed atakiem biologicznym powinno dodatkowo spełniać warunki podane w normie: EN 15228 Structural timber-Structural timber preservative treated against biological attack,

• na życzenie producenta (np. gdy tak stanowią odpowiednie przepisy) drewno konstrukcyjne powinno być właściwie zaklasyfikowane pod względem klasy reakcji na ogień według normy EN 13501-1; bez potrzeby wykonywania badań można zaklasyfikować tarcicę pod względem klasy reakcji na ogień według załącznika C normy, tj. przy gęstości powyżej 350 kg/m³ i grubości powyżej 22 mm do klasy D-s2, d0.

Producent deklaruje zgodność z normą EN 14081-1:2005 po:

• wykonaniu Wstępnego badania lub oszacowania typu (WBT),

• wdrożeniu Zakładowej kontroli produkcji (ZKP) i uzyskaniu od jednostki notyfikowanej CERTYFIKATU ZKP, gdyż zgodnie z tablicą ZA.2 dla drewna konstrukcyjnego przyjęto System poświadczania zgodności: 2+.

ZKP przy produkcji drewna konstrukcyjnego sortowanego wizualnie, wdraża i realizuje każdy producent przy współpracy z jednostką notyfikowaną.

Zgodnie z EN 14081-1:2005 producent tarcicy powinien założyć odpowiednią dokumentację, opracować i utrzymywać system kontroli produkcji (ZKP) w celu zagwarantowania, że właściwości wyrobów wprowadzanych do obrotu są zgodne z deklarowanymi.

Stąd raz na zmianę należy sprawdzić:

• pochodzenie i gatunek tarcicy,

• odchyłki od wymiarów nominalnych,

• przebieg sortowania,

• wilgotność tarcicy sortowanej po wysuszeniu,

• oznakowanie,

a raz na rok należy skontrolować:

• fachowość personelu, włączając w to ocenę jakości sortowania materiału (aktualnie według PN-82/D-94021 pkt. 3.3.1 są to osoby posiadające specjalne uprawnienia),

• poprawność wskazań stosowanych wilgotnościomierzy (przeprowadzić ich kalibrację).

Wystawienie przez producenta Deklaracji zgodności EC (WE) jednocześnie upoważnia go do umieszczania na wyrobach oznakowania CE. Oznakowanie powinno być umieszczone bezpośrednio na wyrobie, a w uzasadnionych przypadkach w dokumentach handlowych dołączanych do wyrobu. Oznakowanie powinno zawierać m.in. deklarowane wartości użytkowe oraz informacje dotyczące sposobu montażu.

W praktyce budownictwa drewnianego w Polsce znajomość, a tym bardziej poprawne stosowanie nowych regulacji w zakresie drewna konstrukcyjnego jest stosunkowo niewielkie. Przykładowo, choć minęło już wiele lat od opublikowania normy PN-B-03150:2000 Konstrukcje drewniane. Obliczenia statyczne i projektowanie, gdzie wprowadzono obowiązek projektowania z zastosowaniem klas wytrzymałościowych drewna wg normy EN 338 (klasy wyróżniane literą C), ciągle jeszcze można spotkać się z projektami, w których wpisywana jest „stara” klasa wytrzymałościowa drewna, najczęściej K27. Inną złą praktyką jest projektowanie na klasę C27, przyjmowaną poprzez bezkrytyczne kojarzenie liczby 27, chociaż klasa C27 nie jest odpowiednikiem klasy K27.

Jeszcze inną formalną kwestią, ale mającą często ogromne praktyczne znaczenie, jest zwyczajowe traktowanie niektórych elementów konstrukcji jako elementów niekonstrukcyjnych. Takim przykładem są szeroko stosowane łaty i kontrłaty czy deski użyte do deskowania połaci dachowej. Te sortymenty tarcicy są zwykle zamawiane w najniższych klasach według normy dla tarcicy ogólnego przeznaczenia (PN-D-96000:1975). W roku ubiegłym Polski Komitet Normalizacyjny bez zastąpienia wycofał z Katalogu Norm jedną z podstawowych norm stosowanych w Polsce w handlu tarcicą PN-D-96000:1975 Tarcica iglasta ogólnego przeznaczenia, dodatkowo komplikując obrót i stosowanie drewna w budownictwie i nie tylko.

mgr inż. Andrzej Noskowiak
Instytut Technologii Drewna w Poznaniu

Źródło: Dachy, nr 5 (137) 2011

 Usługi Ciesielskie - domy drewniane - domy szkieletowe - konstrukcje dachowe więźby - www.lech-bud.org