27. Mechaniczne właściwości drewna
Mianem mechanicznych właściwości drewna określa się zdolności przeciwstawiania się działaniu sił
zewnętrznych.
Siły zewnętrzne mogą mieć charakter statyczny lub dynamiczny. Przy zastosowaniu drewna zawsze
należy brać pod uwagę, że własności mechaniczne warunkowane są wieloma czynnikami, do których
należą przede wszystkim: wilgotność drewna, gęstość, udział drewna wczesnego i póz
nego oraz wady
drewna (miejsce ich występowania i rozmiar). Wskutek działania sił zewnętrznych drewno zmienia
swe pierwotne wymiary i kształty. W przypadku, gdy po usunięciu siły powodującej odkształcenie
materiał wraca do pierwotnego kształtu i wymiarów mamy do czynienia z własnością zwaną
sprężystością. W normalnych warunkach drewno jest materiałem dość kruchym o małej
plastyczności.
Do podstawowych własności mechanicznych drewna mających zastosowanie w praktyce zalicza się
wytrzymałość na ściskanie, zginanie, zmęczenie, łupliwość, twardość oraz ścieralność. Z uwagi na
anizotropową budowę drewna, wytrzymałość określa się oddzielnie dla kierunku wzdłuż włókien i
prostopadle (ukośnie) do włókien. Uwzględnia się kierunek poprzeczny, styczny i promieniowy.
Drewno wykazuje największą wytrzymałość wzdłuż włókien, w kierunku stycznym i promieniowym
wytrzymałość jest wielokrotnie niższa. Anizotropia wytrzymałości drewna jest wynikiem jego budowy
anatomicznej oraz wypadkową działania i wpływu szeregu innych czynników. Im większy jest udział
promieni rdzeniowych w drewnie tym mniejsze jest zróżnicowanie właściwości mechanicznych, które
głównie uwarunkowane jest równoległym do osi pnia ułożeniem komórek.
Wzrost wilgotności od 0% do punktu nasycenia włókien powoduje spadek wytrzymałości drewna.
Odchylenia przebiegu włókien od kierunku równoległego do osi drewna (skręt włókien) również
zmniejszają wytrzymałość drewna. Wytrzymałość drewna wzrasta w miarę wzrostu gęstości pozornej.
Obecność wad w drewnie szczególnie sęków (ich rodzaj i rozmieszczenie) oraz niewielki nawet udział
zgnilizny powoduje obniżenie wytrzymałości drewna.
Twardość drewna jest to opór jaki stawia materiał ciałom wciskanym w jego powierzchnię.
Twardość drewna zależy w dużym stopniu od rodzaju przekroju. Wytrzymałość drewna na ściskanie -
Przy ściskaniu drewna wzdłuż włókien przed pojawieniem się widocznych odkształceń zachodzą
zmiany w błonach komórkowych. W cewkach drewna iglastego pojawiają się na wstępie krótkie, a
następnie zwiększające się i łączące w linie rysy tworząc wyraz
ną strefę uszkodzenia.
Błony komórkowe ulegają odkształceniu w postaci ich ścinania i miażdżenia. Przed całkowitym
zniszczeniem drewno wydaje charakterystyczne dz
więki (trzaskanie) będące ostrzeżeniem o
naruszeniu częściowej struktury, dlatego też jest niezastąpionym materiałem przy zabezpieczeniu
wszelkich prac podziemnych, szczególnie w górnictwie.
Wytrzymałość na zginanie statyczne rośnie wraz ze wzrostem gęstości drewna oraz równoległego
układu włókien.
Największą wytrzymałość wykazuje drewno, gdy przebieg włókien jest maksymalnie zbliżony do
kierunku elementów konstrukcyjnych (np. belek). W przypadku, gdy kierunek przebiegu włókien w
stosunku do osi belki wynosi około 20 stopni wytrzymałość obniża się do 50%. Drewno o dużej ilości
sęków umiejscowionych szczególnie po środku długości oraz w dolnej, rozciągającej płaszczyz
nie belki
powoduje znaczne obniżenie wytrzymałości na zginanie.
Wytrzymałość drewna na zmęczenie jest to odporność drewna na działanie zmiennych
długotrwałych obciążeń, po których drewno ulega zniszczeniu pod działaniem sił znacznie mniejszych
niż przy jednorazowym obciążeniu.
Takie działanie sił zmiennych w praktyce zaobserwować można w elementach konstrukcji
mostowych, lotniczych. Wytrzymałość na zmęczenie wzrasta wraz ze wzrostem gęstości, przy czym w
drewnie nie obserwuje się zjawiska samoulepszania na działanie sił zmiennych jak to ma miejsce w
przypadku metali.
Ścieralność drewna to zmiany zachodzące na powierzchni drewna polegające na ubytku drewna i
jego masy na skutek tarcia.
Ścieralność zależna jest od gatunku drewna, twardości i rodzaju przekroju. Drewno póz
ne ma wyższą
wytrzymałość na ścieranie niż drewno wczesne, styczny przekrój drewna wykazuje najmniejszą
odporność na ścieranie, łatwo rozwłóknia się i łuszczy.
W praktyce ścieralność ma duże znaczenie w użytkowaniu wszelkich materiałów podłogowych, kostki
brukowej oraz częściach maszyn i urządzeń narażonych na ścieranie.
A
upliwość drewna czyli właściwość polegająca na rozłupaniu drewna pod wpływem działania
narzędzi w kształcie zbliżonym do klina, zależy od gatunku i budowy drewna.
Drewno o skręcie i falistym przebiegu włókien, sękate, żywiczne wykazuje mniejszą łupliwość niż
drewno o równomiernej budowie. A
upliwość osiąga największą wartość wzdłuż kierunku
promieniowego, wzdłuż stycznych płaszczyzn maleje. W kierunku prostopadłym do kierunku włókien
drewna nie można rozłupać, jedynie można przepiłować. W miarę wzrostu gęstości drewna maleje
jego łupliwość.
28. Etapy produkcji drewna klejonego i jego cechy w porównaniu z drewnem litym
Drewno klejone warstwowo jest materiałem konstrukcyjnym powstający poprzez sklejanie
wielu warstw desek z drewna wysokiej jakości, zwanych lamelami. Proces produkcji rozpoczyna się
od starannego suszenia komorowego lameli z drewna iglastego do wilgotności 8-12%. W dalszym
etapie produkcji drewno poddawane jest sortowaniu i zostaje przydzielone do z góry zdefiniowanych
klas wytrzymałości. Przy tym zostają usunięte wszelkie niedoskonałości drewna takie jak duże sęki i
oflisy. Powierzchnie desek, które zostaną sklejone są dokładnie obrabiane przez strugarki aby
pojedyncze elementy były dokładnie dopasowane. Jak najszybciej po tym procesie deski są ze sobą
sklejane aby zapobiec zabrudzeniom i innym zniekształceniom powierzchni sklejanej. Kleje
stosowane w tej technologii składają się z reguły z żywicy, utwardzacza i wypełniaczy. Klej może być
nanoszony na drewno ręcznie bądz
maszynowo w zależności od wielkości powierzchni. Pojedyncze
deski, na które został naniesiony klej są łączone ze sobą
i umieszczane w prasie. Wartość ciśnienia i czas prasowania uwarunkowany jest kształtem
wytwarzanych elementów. Dla elementów prostych wartość ciśnienia mieści się
w przedziale od 0,6 do 0,8 N/mm2 , a czas prasowania od 6 do 14 godzin. W przypadku elementów
wygiętych ciśnienie wynosi od 0,8 do 1,0 N/mm2 , a czas prasowania od 12 do 20 godzin. Przez cały
proces prasowania temperatura otoczenia powinna wynosić minimum 20 . Po kolejnych trzech
dniach leżakowania w ciepłym pomieszczeniu sklejone elementy są gotowe aby je w pełni obciążyć.
Drewno warstwowe wolno produkować tylko przedsiębiorstwom, które udowodniły swą umiejętność
klejenia drewna w elementach przeznaczonych do celów konstrukcyjnych.
Drewno klejone, w porównaniu z drewnem litym ma wyższą wytrzymałość wynikającą z tzw. efektu
laminarnego, co jest skutkiem tego, że jest formowane z desek o ograniczonej liczbie wad. Dla
porównania elementy konstrukcyjne z drewna klejonego warstwowo klasy GL24h wykonane są z
desek drewna klasy C24.
Drewno klejone warstwowo daje możliwości na pokonywanie ponad stumetrowych rozpiętości. Bez
dodatkowych kosztów pozwala belki kształtować w łuki, natomiast prostym belkom przy większych
obciążeniach nadawanie mniejszego łuku, czyli przeciwnej strzałki ugięcia. W przypadku drewna
litego, wielkość elementów ograniczona jest co do wielkości tworzywa,
a konstrukcje mają rozstaw do kilkunastu metrów, gdzie wraz z powiększeniem rozstawu, zwiększa
się stopień skomplikowania więz
by i jej wysokości. Elementy składające się
z drewna klejonego, przechodzą przez obróbkę oraz sklejanie tarcicy, czyli desek
o wysokości od 5 do 50mm, połączonych na długość na mikro-wczepy. To wszystko powoduje, że
elementy klejone są dużo bardziej wytrzymałe i sztywniejsze od tradycyjnych belek o tym samym
wymiarze.
29. Podać składniki ugięć końcowych elementu drewnianego. Omówić czynniki