Pevnost dřeva

Pevnost dřeva charakterizuje odolnost dřeva vůči jeho trvalému porušení. Kvantitativně se pevnost vyjadřuje napětím, při kterém se poruší soudržnost tělesa - napětím na mezi pevnost σ_p. Pevnosti dřeva se zjišťují prostřednictvím zkoušek, kde se sleduje síla v okamžiku porušení tělesa. Jedinu výjimkou je pevnost dřeva v tlaku napříč vláken, která je definována jako konvenční pevnost, jelikož zde konečného porušení tělesa nelze dosáhnout.

S ohledem na směr působící síly rozlišujeme:

1. pevnost v tlaku ve směru vláken (σ_p ||)
2. pevnost v tlaku napříč vláken

• ve směru radiálním (σ_p kolmo - R)
• ve směru tangenciálním (σ_p kolmo - T)

Stanovení pevnosti v tlaku ve směru vláken dle ČSN 49 0110

Princip. Principem zkoušky je zatěžování zkušebního tělesa a odečet maximálního zatížení při jeho porušení v tlaku.

Zkušební postup. Zkušební tělesa mají tvar pravoúhlého hranolu se základnou 20 × 20 mm a délkou ve směru vláken 30 mm. V polovině výšky zkušebního tělesa se změří rozměry průřezu s přesností 0,1 mm. Zkušební těleso se vloží do lisu a rovnoměrně se zatěžuje. Při porušení vzorku se odečte maximální zatížení F_max.

Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken σ_w v N/mm² při vlhkosti zkušebního tělesa W se vypočítá dle vztahu:

σ_w = F_max / a.b

Se stoupající vlhkostí do meze hygroskopicity se pružnostní a pevnostní vlastnosti dřeva snižují. Dřevěné konstrukce jsou během své životnosti často vystaveny různým povětrnostním podmínkám a rovnovážná vlhkost se pohybuje většinou v rozsahu 8 až 25 %.

Změna pevnosti dřeva má v závislosti na změně obsahu vázané vody nelineární průběh, který v intervalu 9 - 15 % můžeme nahradit přímkou. Při změně vlhkosti o 1 % v rozsahu vody vázané se pevnost dřeva změní průměrně o 3 - 4 % (výjimkou je pevnost v tahu). Přepočet na 12% vlhkost se provádí podle vztahu:

Opravný koeficient α závisí na způsobu zatížení: Tlak ve směru vláken α = 0,04 / Tlak napříč vláken α = 0,035 / Tah ve směru vláken α = 0,01 / Tah napříč vláken (R) α = 0,01 / Tah napříč vláken (T) α = 0,025 / Statický ohyb α = 0,04 / Smyk ve směru vláken α = 0,03.

Výsledek zkoušky pevnosti v tlaku ve směru vláken zaokrouhlete na 0,5 N/mm².

Pevnost dřeva v tlaku napříč vláken

Na rozdíl od tlaku ve směru vláken dochází k postupné deformaci a zhušťování dřevní struktury v celém objemu. Při působení tlaku napříč vláken nedochází ve většině případů k celkovému porušení tělesa. Proto se v tomto případě pevnost v tlaku určuje z meze úměrnosti. Vlastní mez úměrnosti je obtížné určit, proto byla zavedena tzv. konvenční mez pevnosti.

Rozlišují se vpodstatě tři druhy pevnosti v tlaku napříč vláken:

1. tlak na celou plochu
2. tlak na část délky
3. tlak na část délky a šířky

Pevnost dřeva v ohybu

Pevnost dřeva v ohybu je jednou z nejdůležitějších mechanických vlastností. U dřeva rozlišujeme dva způsoby pevnosti v ohybu s ohledem na průběh vláken a to:

• pevnost v ohybu, kdy vlákna probíhají rovnoběžně s podélnou osou tělesa a síla působí napříč vláken v radiálním nebo tangenciálním směru
• pevnost v ohybu, kdy vlákna probíhají kolmo na podélnou osu tělesa, kdy příčný řez je orientován ve směru působící síly nebo kolmo k působící síle.

Pevnost dřeva se vypočte ze vztahu:

Zpravidla se sleduje a používá pevnost dřeva v ohybu napříč vláken. Při zkoušení dřeva se orientují zkušební tělesa obvykle tak, aby zatížení působilo napříč vláken v tangenciálním směru (tangenciální ohyb). Větší rozdíly mezi pevností dřeva v ohybu v radiálním a tangenciálním směru byly zjištěny jen u dřeva jehličnatých dřevin (mez pevnosti v tangenciálním směru je o 10 - 12 % větší než v radiálním směru). U listnatých dřevin jsou hodnoty meze pevnosti dřeva při statickém ohybu v obou směrech prakticky stejné (rozdíly maximálně 2 - 4 %).

Houževnatost dřeva

Zkoušení, Charpyho kladivo

Princip. Houževnatostí dřeva rozumíme odolnost dřeva proti dynamickému (rázovému) namáhání, zjišťujeme ji přerážecí zkouškou. Při přerážecí zkoušce naráží na střed zkušebního vzorku kyvadlové kladivo z konstantní výšky. Zjišťujeme energii potřebnou k porušení tělesa při působení dynamického zatížení. Rázovou houževnatost vypočítáme z poměru energie a příčných rozměrů zkušebního tělesa.

Podle vzhledu lomu můžeme určit jakost dřeva.

• Jakostní dřevo - lom třískovitý a dlouze vláknitý.
• Nekvalitní, křehké dřevo - lom hladký.
• Průměrně jakostní dřevo - lom zubovitý.

Houževnatost dřeva je silně ovlivněna vadami dřeva, sušením dřeva při vyšších teplochách, násilnou impregnací, atd.

Mezi houževnaté dřeviny můžeme zařadit například jasan, dub, buk, tis nebo smrk.

Zkušební postup. Zkušební tělesa mají tvar pravoúhlého hranolu se základnou 20×20 mm, délka podél vláken je 300 mm. Jedna boční hrana zkušebního tělesa musí být v radiální, druhá v tangenciální rovině. Ve středu délky zkušebního tělesa změříme šířku v radiálním a výšku v tangenciálním směru s přesností 0,1 mm. Vlastní zkoušku provedeme kyvadlovým Charpyho kladivem, které pracuje na principu změny polohové potenciální energie v kinetickou. Vzorek umístíme do přístroje umístí tak, aby byl porušen jediným úderem kladiva na radiální povrch (při tangenciálním ohybu). Nastavíme počáteční polohovou energii zafixováním kladiva pod úhlem počátečního vychýlení. Kladivo po uvolnění jediným úderem poruší zkoušený vzorek. Na úchylkoměru přístroje pomocí vlečného ukazatele odečteme velikost úhlu překyvu po přeražení vzorku.

Práci Q v [J] potřebnou pro přeražení zkušebního vzorku určíme ze vztahu

Rázovou houževnatost A v [J/cm] při vlhkosti materiálu W v okamžiku zkoušky vypočteme ze vztahu

Zjištěná rázová houževnatost A_W se přepočítává pro vlhkost 12% na A₁₂ v [J/cm²] dle vztahu

Kde:

Vypočtenou hodnotu rázové houževnatosti zaokrouhlete na 0,1 [J/cm²].

Tvrdost dřeva

Tvrdost je odpor, který klade povrch tělesa proti vnikání jiného tělesa. U dřeva se určuje buď podle Brinella nebo podle Janky.

Podle Brinella - vtlačuje se ocelová kulička průměru 10 mm určitou silou do dřeva. U měkkých dřev se používá zatížení 100 N, u tvrdých 1000 N, u ostatních 500 N. Měření se provádí na zkušebním vzorku a měří se průměr jamek vzniklých zatlačením kuličky. Z velikosi zatížení a z velikosti plochy vtlačeného důlku se vypočítá tvrdost dřeva. Na zkušebním vzorku se dělá několik otisků, vzdálených od sebe a od kraje nejméně 25 mm. Tvrdost podle Brinella se vypočte podle vzorce :

kde:

Podle Janky se zatlačuje do dřeva razidlo zakončené půlkulatou plochou průměru 11,284 mm a to do hloubky 5,642 mm (vytváří důlek o ploše 1 cm²). Razidlo se vtlačuje ve směru vláken. Síla vynaložená na vytlačení důlku udává přímo tvrdost.

Z našich dřevin jsou nejtvrdší habr, tis, dub, jasan, buk, hruška. Nejměkčí pak topol, vrba, lípa, smrk, jedle.