STANOVENÍ VLASTNOSTÍ STANOVENÍ VLASTNOSTÍ KONSTRUKČNÍHO DŘEVAKONSTRUKČNÍHO DŘEVAKONSTRUKČNÍHO DŘEVAKONSTRUKČNÍHO DŘEVA

PETR KUKLÍKPETR KUKLÍK

„Inovace metod hodnocení existujících stavebních konstrukcí“

ČVUT v Praze , Fakulta stavební

seminář Stanovení vlastností materiálů při hodnocení existujících konstrukcí

Masarykova kolej, 3. 4. 2007

Užitné vlastnosti dřevaUžitné vlastnosti dřevaVzhledVzhled//Konstrukční vlastnosti Konstrukční vlastnosti //TrvanlivostTrvanlivost

VzhledVzhledKresbaKresba a a barvabarvaVadyVadyRozměrováRozměrová stabilitstabilitaa & & emcemc% %

č íč íKonstrukční vlastnostiKonstrukční vlastnostiVýznamnéVýznamné např.např. pevnostpevnosta a tuhosttuhostFunkčnostFunkčnost např.např. rozměrovározměrová stabilitstabilitaa

-- ssesychání a bobtnáníesychání a bobtnání//emcemcPřímostPřímost-- zborcení zborcení

TrvanlivostTrvanlivostBiologicBiologickéké ohroženíohroženíPřirozenáPřirozená trvanlivosttrvanlivost / / ochranaochrana

Užitné vlastnosti dřevaUžitné vlastnosti dřevaPožadované vlastnosti

• Vzhled• Konstrukční vlastnosti• Trvanlivost

Vlastnosti

MikrostrukturaSpecifikace

• Materiál / druh dřeviny• Třída a vlhkost• Rozměry• Způsob ochrany

SměrySměry pevnostipevnosti a a tuhostituhosti

Orientace vláken

Pevné a tuhé rovnoběžně s vlákny

Slabé kolmo k vláknům

VlhkostVlhkost vv buňkáchbuňkách dřevadřeva

Nevysušenédřevo

Rostoucístrom

100%

odstraněnávázanávoda

volná voda

Vysušenédřevo 15%

25%

Nasycení vláken

vázaná vodaČástečněvysušené

dřevo

TrváníTrvání zatíženízatížení -- DDotvarováníotvarováníTuhostTuhost::

DotvarováníDotvarování ((přídavná deformace od zatíženípřídavná deformace od zatížení))funfunkcekce pohybu vlhkostipohybu vlhkosti, , velikostivelikosti aa trvánítrvání zatíženízatíženíobjeví se u všech zatíženíobjeví se u všech zatíženímmodeodelováno součinitelemlováno součinitelem dotvarovánídotvarovánímmodeodelováno součinitelemlováno součinitelem dotvarovánídotvarování

Přímávlákna

Spirálovitěobtočenávlákna Dotvarování důležité pro architekty

a inženýry při stanovení mezníchdeformací

TrváníTrvání zatíženízatížení -- ZtrátaZtráta pevnostipevnostiPevnostPevnost::�� s růstems růstem doby trvánídoby trvání aa velikostivelikosti zatíženízatížení se snižujese snižuje pevnostpevnost�� mmodeodelována pomocí modifikačníholována pomocí modifikačního součinitelesoučinitele

funfunkcekce trvánítrvání extrémů zatíženíextrémů zatíženív průběhuv průběhu životnosti konstrukceživotnosti konstrukce

Stálérůzné kombinace zatížení majírůzné kombinace zatížení mají

rozdílné trvánírozdílné trvání účinků zatíženíúčinků zatížení

(Všechny kompozity se taktochovají)

0

0.5

1

1.5

1

5 sec 5 min 5 hrs 5 day 5 mth 50 yr

StáléOkamžikové

Trvání zatížení

kmod

ProProdukcedukce řezivařezivaStromyStromy jsoujsou ppředepnutyředepnutyŘezánímŘezáním prkenprken z kmenůz kmenů se uvolní se uvolní vnitřní napětívnitřní napětí aa nastane pomalánastane pomalázměnazměna tvaru řezivatvaru řezivaOhnuté stromyOhnuté stromy vykazují velký vykazují velký odklon vlákenodklon vláken

příčné

podélné vesměru

Výrobci minimalizujíproblémy

•kvalitním řezáním•kontrolou kvality -tříděním

odklon vlákenodklon vlákentloušťky

šroubové

podélné vesměru šířky

Suky•diskontinuita vláken na okraji•odklon vláken na okraji•většinou redukce pevnosti a tuhosti

Pryskyřičné kapsičkyt át j í říč lák

Přirozené vadyPřirozené vady ddřevařeva

•ztráta spojení napříč vláken•menší pevnost ve smyku a tuhost

Trhliny•menší spojení napříč vláken•snížení pevnosti ve smyku a tuhosti

Dřeň a jádrové dřevo•obsahuje slabé juvenilní dřevo

Reakční dřevo –tlakové dřevo

Průkazné zkoušky

Vizuální třídění

Metody stanovení vlastností dřevaMetody stanovení vlastností dřeva

Strojní třídění

Nedestruktivní zkoušky

Průkazné zkouškyPrůkazné zkoušky

Způsob namáhání

Třída konstrukčního dřeva podle ČSN 49 1531-1

Jehličnaté dřeviny Listnaté dřeviny

(smrk, jedle, borovice, modřín)

(dub, buk, jasan)

S0 SΙ SΙΙ SΙ

Ohyb fm,k 27 22 16 30

Tah ft,0,k 16 13 10 18

ft,90,k 0,3 0,3 0,3 0,6

Tlak fc,0,k 22 20 17 23

S0 = S13

SΙ = S10

SΙΙ = S7

ČSN EN 384ČSN EN 408

fc,90,k 5,1 5,1 4,6 8

Smyk fv,k 2,5 2,4 1,8 3

E0,me

an

12 000

10 000

8 000

12 500

Modul E0,05 8 000

6 700

5 400

10 500

pružnostiE

E90,m

ean

400 330 270 830

E90,05 270 220 180 690

Modul Gmea

n

750 630 500 780

pružnostiG

G05 500 420 330 650

Hustota ρk 380 370 350 5300

0,650 100 150 200 250

0,7

0,8

0,9

1,0

1

2

3

4

5A

B

ks

VyšetřováníVyšetřování konstrukčníchkonstrukčníchvlastnostívlastností

MaláMalá bezvadábezvadá tělískatělíska --data data vystihujívystihují pouze pevnost dřevní hmotypouze pevnost dřevní hmoty

pro konstrukční dřevo musíme pro konstrukční dřevo musíme redukovatredukovat pevnostpevnost s ohledem na s ohledem na růstové vadyrůstové vady

Konstrukční tělesaKonstrukční tělesa –– řezivořezivokonstrukčních rozměrůkonstrukčních rozměrů připři rereálnýchálnýchpodmínkách zatíženípodmínkách zatíženíKonstrukčníKonstrukční dřevodřevo

pevnost v tahupevnost v tahu < < pevnost v tlakupevnost v tlakutahové poruchytahové poruchy -- třískovétřískové, , křehkékřehké, , náhlénáhlé, , hlasitéhlasitétlakové poruchytlakové poruchy -- záhybovézáhybové, du, dukktiltilníní, , vleklévleklé, , nehlučnénehlučné

Vizuální tříděníVizuální třídění

ČSN 73 2824 ČSN 73 2824 --1 (idt DIN 4074 1 (idt DIN 4074 --1)1)splňuje podmínky ČSN EN 518splňuje podmínky ČSN EN 518třídy S7 S10 a S13třídy S7 S10 a S13třídy S7, S10 a S13třídy S7, S10 a S13

ČSN EN 338 ( C22, C24 atd.)ČSN EN 338 ( C22, C24 atd.)ČSN EN 1912 (S10 = C24)ČSN EN 1912 (S10 = C24)

Příklad měření Příklad měření

Těleso

ρ12

[kg/m3]

Sukpoměr

[mm/mm ]

Tloušťkaletokruh

[mm]

Odklonvláken[mm/m]

Estat

[MPa]

fm

[MPa]

11 537 0,17 0,88 42,0 18 197 77,2212 437 0,22 1,43 2,0 11 375 55,8513 449 0,22 1,59 19,0 13 225 51,9314 441 0,26 2,65 27,0 11 650 47,0415 450 0,24 1,80 14,0 14 037 39,5416 554 0,12 1,00 14,0 16 184 75,8117 541 0,30 1,51 43,0 17 244 61,6818 539 0,10 1,45 44,0 14 195 69,7919 406 0,30 3,72 60,0 6 718 24,3320 473 0,25 3,53 59,0 8 675 27,3221 479 0,20 2,10 15,0 14 577 50,88

Vliv kritérií tříděníVliv kritérií třídění

93,8 96,3 95,596,6

708090

100

6,9 6,3 9,1153,7 2,303,4

010203040506070

A B C Průměr

%

SukOdklon vlákenTloušťka let.

Četnost tříd pevnostiČetnost tříd pevnosti

67 69 65 67,2

32,52933 31,240

60

80

%

C16

C22

0 1,62,52

32,529 31,2

0

20

40

A B C Průměr

% C22

C27

Strojní tříděníStrojní třídění

Nedestruktivní zkouškyNedestruktivní zkoušky

Vlhk t Ult kVlhkost

Penetrace

Ultrazvuk

OzvučeníVytažení vrutu

Ultrazvuk

Příklad použití nedestruktivní zkouškyPříklad použití nedestruktivní zkoušky

Tlaková vlna

Vztah mezi hustotou dřevaVztah mezi hustotou dřevaa hloubkou vniku rázového kolíkua hloubkou vniku rázového kolíku

][g/cm312ρ

0,7

0,612ww −=Δ

2019181716151413121110

0,5

0,4

0,3

0,298765 [mm]t 12,p

987727,0t102027,0 12,p12 +−=ρ

( )w007,01tt p12,p Δ−=

Porovnání pevností dřeva v ohybuPorovnání pevností dřeva v ohybuTřídy podle

ČSN 73 2824-1 idt DIN 4074-1(Třídy podle

ČSN 491531-1)

Pevnost podle ČSN P EN 1995-1-1

a ČSN P EN 1995-2

[MPa]

Hustota[kg/m3]

Pevnostvýpočet

[MPa]

Pevnostzkouška

[MPa]

S 10 (SΙ) 22 460 33 983 40 04S 10 (SΙ) 22 460 33,983 40,04S 10 (SΙ) 22 402 34,221 41,50S 13 (S0) 27 437 31,282 49,37S 10 (SΙ) 22 492 44,040 50,90S 13 (S0) 27 409 39,775 55,41S 13 (S0) 27 537 61,395 77,22

Zplastizování tlačeného okraje nosníkuZplastizování tlačeného okraje nosníku

Nelineární chování dřevaNelineární chování dřeva

Bilineární pracovní diagramBilineární pracovní diagramkonstrukčního dřeva namáhaného ohybemkonstrukčního dřeva namáhaného ohybem

,3 1t mff

−

, 1,288 (1)c m cf f=

, 1,698 (2)t m tf f=

(7.20)

0,2,

, ,

,,

,

0,4(4)

2,2 1,2

t m

t m c mt

t mc c m

c m

ff ff

ff ff

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥=⎢ ⎥

+⎢ ⎥⎣ ⎦

,,

,

,

(3)1

c mm c m

t m

c m

ff f f

f

=+

Hodnoty pevností dřeva vHodnoty pevností dřeva v ohybu fohybu fmm, tahu f, tahu ftt, tlaku f, tlaku fcc, , tahu za ohybu ftahu za ohybu ft,mt,m a tlaku za ohybu fa tlaku za ohybu fc,mc,m v MPav MPa

ffmm fftt ffcc

podle rovnic (1) a (2)

podle rovnic(3) a (4)

fft,mt,m ffc,mc,m fft,mt,m ffc,mc,m

22 13 20 22 26 22 2222 13 20 22 26 22 2227 16 22 27 28 27 2530 18 23 30 30 30 2640 24 26 41 33 41 3250 30 29 51 37 53 3760 36 32 61 41 67 4070 42 34 71 44 80 45

DĚKUJI ZA POZORNOSTDĚKUJI ZA POZORNOSTDĚKUJI ZA POZORNOSTDĚKUJI ZA POZORNOST