2010-12-05
1
Drewno
Budowa drzewa
Zalecany wiek:
drzewa iglaste 60-80 lat , drzewa li
ś
ciaste 100-120 lat
Korona – powstaje w wyniku rozgał
ę
zienia
pnia, obejmuje gał
ę
zie i konary
Pie
ń
– wyrasta z szyi korzeniowej i
mo
Ŝ
e przybiera
ć
dwie formy
strzałka – pie
ń
przebiega w linii prostej do
wierzchołka, drzewa iglaste (
ś
wierk, sosna,
modrzew, jodła ...), długo
ść
do 50 m
kłoda – pie
ń
rozdzielaj
ą
cy si
ę
na konary,
drzewa li
ś
ciaste, długo
ść
do 30 m
System korzeniowy – mechaniczne
zwi
ą
zanie drzewa z podło
Ŝ
em oraz
pobieranie z gleby soli mineralnych
Odziomek – dolna cz
ęść
grubizny pnia
Karpina – korze
ń
wraz z przyziemn
ą
cz
ęś
ci
ą
pnia
2010-12-05
2
Drewno – materiał budowlany
Drewno – materiał
organiczny, odnawialnym
pochodzenia ro
ś
linnego o
strukturze włóknistej, jest
materiałem anizotropowy
Makroskopowa budowa drewna
5) twardziel – twarda,
wewn
ę
trzna strefa drewna
otaczaj
ą
ca rdze
ń
, nie zawiera
Ŝ
ywych komórek, nie spełnia
funkcji fizjologicznych, mała
wilgotno
ść
6) rdze
ń
– charakterystyczny
dla gatunku drzewa
φ
0,1-1 cm
d
ą
b – gwie
ź
dzisty, jesion –
czworok
ą
t, olcha - trójk
ą
t
4) biel – mi
ę
kkie, otacza
twardziel, zawiera
Ŝ
ywe komórki,
spełnia funkcje fizjologiczne,
du
Ŝ
a wilgotno
ść
2010-12-05
3
Makroskopowa budowa drewna
3) miazga – warstwa grubo
ś
ci
jednej komórki, tkanka twórcza
która przez podział komórek
wytwarza nowe słoje bielu do
wewn
ą
trz oraz nowe warstwy
łyka na zewn
ą
trz pnia
2) łyko – powstaje w wyniku
podziału miazgi, łyko obumiera i
przekształca si
ę
w włókna
łykowe, przewodzi w dół zwi
ą
zki
organiczne
1) kora – wytwarzana przez
miazg
ę
, składa si
ę
z łyka i tkanki
korowej
Makroskopowa budowa drewna
Kora
Miazga
Łyko
Biel
Twardziel
Rdze
ń
2010-12-05
4
Mikroskopowa budowa drewna
Drewno
iglaste
Drewno
li
ś
ciaste
Przyrosty roczne
słoje – pier
ś
cienie uło
Ŝ
one współ
ś
rodkowo wzgl
ę
dem rdzenia, powstaj
ą
przez
podział komórek miazgi tworz
ą
cej
okres wegetacji – wiosna, lato
okres spoczynku – jesie
ń
, zima
szeroko
ść
do kilku
centymetrów
przyrost wczesny
przyrost pó
ź
ny
Drewno:
w
ą
skosłojowe - > 4 słoje/cm
szerokosłojowe - < 4 słoje/cm
2010-12-05
5
Mikroskopowa budowa drewna
Budowa elementarna – całkowicie suche drewno zawiera:
50% w
ę
gla, 44% tlen oraz 6% wodór
zwi
ą
zki chemiczne
drewno
iglaste
li
ś
ciaste
celuloza (błonnik) – C
6
H
10
O
5
główny element
struktury błony komórkowej
lignina (drzewnik)
hemicelulozy (poliozy drzewne)
Ŝ
ywice
inne – głównie zwi
ą
zki mineralne
≈
55%
≈
30%
≈
20%
≈
3-4%
≈
4%
≈
45%
≈
20%
≈
25%
≈
0,5%
≈
11%
Wła
ś
ciwo
ś
ci fizyczne drewna
Barwa – drewno po
ś
ci
ę
ciu zazwyczaj ciemnieje, np. olcha ciemnieje
bardzo szybko a
ś
wierk utrzymuje barw
ę
pierwotn
ą
przez długi czas
biała – jodła,
ś
wierk
Ŝ
ółta – brzoza
czerwonawa – modrzew,
ś
liwa
czarna - orzech
G
ę
sto
ść
ρ
= 1,52 – 1,56 kg/dm
3
G
ę
sto
ść
pozorna
ρ
0
= 0,45 – 0,83 kg/dm
3
Wilgotno
ść
– jest jednym z najwa
Ŝ
niejszych czynników wpływaj
ą
cych na
wła
ś
ciwo
ś
ci techniczne drewna
Przewodno
ść
cieplna – jest zale
Ŝ
na od g
ę
sto
ś
ci pozornej, wilgotno
ś
ci i
kierunku przewodzania (przewodno
ść
cieplna wzdłu
Ŝ
włókien jest 2x
wi
ę
ksza ni
Ŝ
w poprzek)
dla sosny:
λ
┴
= 0,14 [W/mK]
λ
║
= 0,30 [W/mK]
dla d
ę
bu:
λ
┴
= 0,20 [W/mK]
λ
║
= 0,40 [W/mK]
2010-12-05
6
Wła
ś
ciwo
ś
ci mechaniczne drewna
Wytrzymało
ść
na
ś
ciskanie – najwi
ę
ksza wzdłu
Ŝ
włókien
Grab:
f
c
║
= 66 [MPa]
D
ą
b, buk:
f
c
║
= 53 [MPa]
Wytrzymało
ść
na rozci
ą
ganie – najwi
ę
ksza wzdłu
Ŝ
włókien (kilkana
ś
cie
do 25 razy wi
ę
ksza ni
Ŝ
w poprzek), generalnie około 2x
wi
ę
ksza od wytrzymało
ś
ci na
ś
ciskanie
Grab:
f
t
║
= 107 [MPa]
Buk:
f
t
║
= 135 [MPa]
Sosna:
f
t
║
= 104 [MPa]
Wytrzymało
ść
na zginanie – około 2x wi
ę
ksza od wytrzymało
ś
ci na
ś
ciskanie
D
ą
b:
f
f
┴
= 78 [MPa]
Buk:
f
f
┴
= 105 [MPa]
Twardo
ść
– najwi
ę
ksz
ą
twardo
ść
wykazuje drewno wzdłu
Ŝ
włókien
Grab: 8,9 [kN] Buk: 7,8 [kN] D
ą
b: 6,7 [kN]
Rodzaje wody w drewnie
Woda wolna – pobrana z otoczenia, wypełnia pory w komórkach i
przestrzeni mi
ę
dzykomórkowej (głównie w bielu)
Woda zwi
ą
zana fizycznie – wchłaniana przez drewno w postaci pary
wodnej z powietrza,
ś
ci
ś
le zwi
ą
zana z błon
ą
komórkow
ą
Woda kapilarna – wyst
ę
puje w kapilarach błony komórkowej
Woda zwi
ą
zana chemicznie – nie ma du
Ŝ
ego znaczenia, wchodzi
jedynie w skład ró
Ŝ
nych substancji wyst
ę
puj
ą
cych w drewnie
2010-12-05
7
P
ę
cznienie i skurcz drewna
P
ę
cznienie – wzrost wilgotno
ś
ci
Skurcz – spadek wilgotno
ś
ci
Odkształcenie – zmiana wymiarów liniowych
1)
1)
1)
1)
ε
wzdłu
Ŝ
włókien
= 0,1 – 1,0 %
2)
2)
2)
2)
ε
w poprzek włókien
= 3 – 6 %
3)
3)
3)
3)
ε
w kierunku stycznym
= 6 – 12 %
Wilgotno
ść
równowagowa – warunki
normalne, osłoni
ę
te przed działaniem
opadów – wilgotno
ść
drewna około 12-15%
Wilgotno
ść
maksymalna – stan pełnego
nasycenia włókien w skutek pochłaniania
pary wodnej z powietrza – wilgotno
ść
drewna około 30%
Paczenie si
ę
drewna
drewno klejone = ograniczenie zjawiska
« paczenia si
ę
»
Paczenie – zjawisko deformacji,
spowodowane jest anizotropi
ą
skurczu w kierunku
promieniowym i stycznym
2010-12-05
8
Wilgotno
ść
a wytrzymało
ść
wzór Bauchingera
R
12
= R
w
×
[1+
α
×
(w-12)]
gdzie:
α
– współczynnik zale
Ŝ
y od rodzaju
wytrzymało
ś
ci oraz gatunku drewna
w – wilgotno
ść
drewna
R
w
- wytrzymało
ść
1) – rozci
ą
ganie wzdłu
Ŝ
włókien
α
=0,015
2) – zginanie
α
=0,04
3) –
ś
ciskanie wzdłu
Ŝ
włókien
α
=0,05
4) –
ś
cinanie wzdłu
Ŝ
włókien
α
=0,03
Zalety drewna
Du
Ŝ
a wytrzymało
ść
wła
ś
ciwa,
Wysoki moduł spr
ęŜ
ysto
ś
ci,
Dost
ę
pno
ść
i odnawialno
ść
surowca drzewnego,
Łatwo
ść
obróbki,
Łatwo
ść
klejenia,
Łatwo
ść
wykonywania poł
ą
cze
ń
,
Mo
Ŝ
liwo
ść
prefabrykacji elementów wielkowymiarowych,
Walory estetyczne elementów drewnianych.
2010-12-05
9
Niejednorodno
ść
wła
ś
ciwo
ś
ci
mechanicznych i
odkształceniowych ze wzgl
ę
du na
wady naturalne drewna,
Ograniczone wymiary drewna
naturalnego,
Budowa anizotropowa,
Łatwopalno
ść
,
Wpływ wilgotno
ś
ci i temperatury
na zmiany wytrzymało
ś
ci i
wymiarów,
Podatno
ść
na korozj
ę
biologiczn
ą
.
Kontrola jako
ś
ci drewna, eliminacja
odcinków tarcicy nie spełniaj
ą
cych
wymaga
ń
w drewnie klejonym,
Klejenie wielkowymiarowych
elementów konstrukcyjnych z desek,
Mo
Ŝ
liwo
ść
kształtowania przekroju w
sposób ograniczaj
ą
cy wpływ
niejednorodno
ś
ci drewna,
Stosowanie przekrojów wi
ę
kszych
ni
Ŝ
1000 cm
2
i impregnatów
opó
ź
niaj
ą
cych zapłon,
Impregnacja wgł
ę
bna ograniczaj
ą
ca
wpływ wilgotno
ś
ci na wytrzymało
ść
,
Stosowanie impregnatów grzybo- i
owadobójczych.
Wady drewna
Ś
rodki zaradcze
Materiały drzewne
1. Drewno okr
ą
głe
2. Tarcica
3. Drewno klejone
4. Materiały płytowe
5. Materiały podłogowe
6. Materiały do pokry
ć
dachowych
2010-12-05
10
Wady drewna
P
ę
kni
ę
cie - przebiegaj
ą
ce
wzdłu
Ŝ
włókien drewna nie
wyklucza go jako materiału do
budowy konstrukcji. Gro
ź
ne s
ą
p
ę
kni
ę
cia przebiegaj
ą
ce w
poprzek włókien
S
ę
k przechodz
ą
cy - czyli taki, który
przerasta element konstrukcyjny od
jednej kraw
ę
dzi do kraw
ę
dzi
przeciwległej. W miejscu jego
przebiegu drewno jest osłabione i
mo
Ŝ
e p
ę
kn
ąć
.
Wady drewna
Prze
Ŝ
ywiczenie -
plamy
Ŝ
ywicy psuj
ą
jedynie wygl
ą
d
drewna. Nie jest to
wada wykluczaj
ą
ca
drewno jako materiał
konstrukcyjny.
Huba - przerost tego
grzyba powoduje w
drewnie zgnilizn
ę
mi
ę
kk
ą
. Wada
wykluczaj
ą
ca drewno
jako materiał
konstrukcyjny.
Sinizna -
szaroniebieskie
przebarwienie drewna
głównie iglastego. Psuje
wygl
ą
d drewna, ale nie
obni
Ŝ
a jego
wytrzymało
ś
ci
2010-12-05
11
Wady drewna
Skr
ę
t włókien -
fragment ze skr
ę
conymi
włóknami to miejsce,
które ma gorsz
ą
wytrzymało
ść
. Elementy
z tak
ą
wad
ą
nie nadaj
ą
si
ę
na konstrukcj
ę
Chory s
ę
k - czyli s
ę
k,
który nie jest trwale
zro
ś
ni
ę
ty z drewnem lub,
co gorsza, wypadł.
Powstała dziura znacznie
osłabia wytrzymało
ść
elementu
konstrukcyjnego
Zakorek -
fragment kory
wro
ś
ni
ę
ty w
drewno