Co to jest wytrzymałość drewna?

Jakie właściwości mechaniczne ma drewno konstrukcyjne?

Badając właściwości mechaniczne drewna konstrukcyjnego, dokonuje się oceny przede wszystkim jego wytrzymałości na rozciąganie, ściskanie, ścinanie, zmęczenie oraz zginanie statyczne.

Wytrzymałość na rozciąganie to opór, jaki stawia drewno poddawane rozciąganiu wzdłuż włókien. Najczęściej parametr ten oscyluje pomiędzy 110 a 140 MPa.

Wytrzymałość na ściskanie to z kolei opór, jaki stawia drewno poddawane sile ściskającej, powodującej najczęściej albo zniszczenie albo odkształcenie materiału konstrukcyjnego. Parametr ten jest zależny od kierunku anatomicznego drewna oraz kierunku ściskania.

W przypadku drewna konstrukcyjnego badana jest także wytrzymałość na ścinanie, czyli siła ścinająca, działająca na włókna i powodująca zniszczenie przekroju. Przeciętnie wynosi ona pomiędzy 1/8 a 1/6 wytrzymałości na ścinanie w kierunku równoległym do włókien.

Materiał konstrukcyjny poddawany naprężeniom, może ulec zniszczeniu. To właśnie zjawisko nazywane jest zmęczeniem drewna. Co istotne, może wystąpić pomimo obciążenia mniejszego od wytrzymałości drewna na obciążenia statyczne.

Wytrzymałość na zginanie statyczne jest mniejsza od wytrzymałości na rozciąganie, a większa od wytrzymałości na ściskanie.

Wytrzymałość na zginanie statyczne - przykład badania

Oznaczenie wytrzymałości na zginanie wykonała firma Drymar, prowadząca działalność w branży drzewnej od 1991 roku, posługując się normą PN-77/D-40103. Drewno. Oznaczenie wytrzymałości na zginanie statyczne.

Do badania przygotowane zostały próbki wycięte z drewna dębowego, robinii akacjowej oraz modrzewia syberyjskiego. Przed rozpoczęciem oznaczania, próbki zostały zmierzone i zważone, by potwierdzić, że ich kształt i wymiary są zgodne z wymaganiami normy. Badanie określało wytrzymałość na zginanie statyczne drewna niemodyfikowanego oraz po zmodyfikowaniu amoniakiem.

Oznaczaniu zginania statycznego poddane zostały próbki o kształtach prostopadłościanów, o wymiarach 20 x 20 x 300 mm. Nie stwierdzono widocznych wad. Pomiary przekrojów poprzecznych próbek wykonane zostały w połowie długości, w kierunku stycznym (b) i promieniowym (h) z dokładnością do 0,1 mm.

Badanie wykonano przy pomocy maszyny wytrzymałościowej TIRA Test-2300. Obciążenie odbywało się w kierunku promieniowym.

Wstępne próby zginania pozwoliły na określenie prędkości posuwu - było to 8,74 mm/min.

Zgodnie z badaniem, wytrzymałość drewna na zginanie statyczne dla drewna dębowego niemodyfikowanego wyniosła 177,3 MPa. Po zmodyfikowaniu amoniakiem wzrosła o 13%, do poziomu 200 MPa.

W przypadku robinii akacjowej niemodyfikowanej wytrzymałość na zginanie statyczne wyniosła 276,1 MPa. Po zmodyfikowaniu amoniakiem było to 288,9 MPa, co oznacza wzrost o 4,6%.

Dla modrzewia syberyjskiego niemodyfikowanego wytrzymałość na zginanie statyczne wyniosła 163,4 MPa, a po zmodyfikowaniu amoniakiem - 170,4 MPa (wzrost o 4,3%).

Wartość średnia dla drewna dębowego niemodyfikowanego po przeliczeniu na W=15% wynosiła 816 kG/cm2 (wg Wanina 762 kG/cm2), natomiast dla drewna modyfikowanego 918 kG/cm2.

Poradnik

Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!

Dołącz do naszej listy i odbierz darmowy magazyn ABC Budowania

Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!

Zapisz się

Dołącz do naszej listy i odbierz darmowy magazyn ABC Budowania

Właściwości fizyczne drewna konstrukcyjnego

Oprócz właściwości mechanicznych, istotne jest także określenie właściwości fizycznych. Należą do nich przede wszystkim barwa i rysunek drewna, jego wilgotność, gęstość, trwałość i higroskopijność.

Barwa i rysunek drewna wynikają przede wszystkim z jego gatunku. Wpływ na nie mają także warunki klimatyczne, w jakich wzrastało drzewo.

Wilgotność drewna ma większe znaczenie dla właściwości użytkowych. Oznacza stosunek masy wody do masy drewna całkowicie suchego i jest określana wagowo lub procentowo. Warto zwrócić uwagę na fakt, że drewno po ścięciu narażone jest na zmienną wilgotność - może ulegać pęcznieniu i kurczeniu.

Gęstość i ciężar właściwy drewna to parametry tożsame, zależne przede wszystkim od wilgotności materiału. Gęstość drewna wpływa na twardość i odporność na ścieranie.

Z kolei na to, jaka jest trwałość drewna, a także jego cieplne i akustyczne parametry, mają wpływ czynniki chemiczne, fizyczne (w tym wilgotność powietrza i temperatura), biologiczne (obecność grzybów czy owadów), a także gęstość i ułożenie włókien drewna.

I w końcu higroskopijność, czyli zdolność do zmiany wilgotności drewna pod wpływem temperatury i wilgotności powietrza. Wpływ na ten parametr ma struktura oraz gęstość drewna.

Autor: Damian Żabicki

Opracowanie: Aleksander Rembisz

Zdjęcia: Drymar