Pri načrtovanju, razvoju ali izdelavi lesenih konstrukcij je pomembno poznati trdnostne lastnosti materiala – konstrukcijsko odpornost lesa, ki se meri kot en kilogram na kvadratni centimeter. Za preučevanje indikatorjev se uporabljajo vzorci standardnih velikosti, žagani iz desk ali lesa zahtevanega razreda, brez zunanjih napak, vozlov in drugih napak. Nato se vzorec testira na odpornost na stiskanje, upogibanje, raztezanje.
Vrste lesa
Les je vsestranski material, ki ga je mogoče enostavno obdelati in se uporablja na različnih področjih proizvodnje: gradbeništvo, pohištvo, posoda in drugi gospodinjski predmeti. Področje uporabe je odvisno od vrste lesa z različnimi fizikalnimi, kemičnimi in mehanskimi lastnostmi. V gradbeništvu so še posebej priljubljeni iglavci, kot so smreka, cedra, bor, macesen, jelka. V manjši meri listavci - breza, topol, trepetlika, hrast, leska, lipa, jelša, bukev.
Sorte iglavcev se uporabljajo v obliki okroglega lesa, lesa, desk za izdelavo podpornih pilotov, špirovcev, drogov, mostov, hiš, lokov, industrijskih objektov in drugih gradbenih konstrukcij. Materiali iz trdega lesa predstavljajo le četrtino celotne porabe. To je posledica slabših fizikalnih in mehanskih lastnosti lesa trdega lesa, zato ga poskušajo uporabiti za izdelavo konstrukcij z nizkimi nosilnimi obremenitvami. Običajno gredo na vozlišča osnutka in začasnih objektov.
Uporaba lesa v gradbeništvu je urejena s pravilnikom v skladu s fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi lesa. Te lastnosti so odvisne od vlažnosti in prisotnosti napak. Pri nosilnih elementih vlažnost ne sme presegati 25%, za druge izdelke teh zahtev ni, obstajajo pa standardi za specifične napake lesa.
Kemična sestava
V 99 % mase lesa so organske snovi. Sestava elementarnih delcev za vse kamnine je enaka: dušik, kisik, ogljik in vodik. Tvorijo dolge verige kompleksnejših molekul. Les je sestavljen iz:
- Celuloza je naravni polimer z visoko stopnjo polimerizacije verižnih molekul. Zelo stabilna snov, se ne raztopi v vodi, alkoholu ali etru.
- Lignin je aromatski polimer s kompleksno molekularno strukturo. Vsebuje veliko količino ogljika. Zahvaljujoč njemu se pojavi lignifikacija drevesnih debel.
- Hemiceluloza je analog navadne celuloze, vendar z nižjo stopnjo polimerizacije verižnih molekul.
- Izvlečeksnovi - smole, gume, maščobe in pektini.
Visoka vsebnost smol v drevesih iglavcev ohranja material in mu omogoča, da dolgo časa obdrži svoje prvotne lastnosti ter pomaga pri odpornosti na zunanje vplive. Lesni izdelki nizke kakovosti z velikim številom napak se večinoma uporabljajo v lesno-kemični industriji kot surovina za izdelavo papirja, lepljenega lesa ali pridobivanje kemičnih elementov, kot so tanini, ki se uporabljajo pri izdelavi usnja.
Videz
Les ima naslednje zunanje lastnosti:
- Barva. Vizualno zaznavanje odsevane spektralne sestave svetlobe. Pomembno pri izbiri hlodov kot zaključnega materiala.
- Barva je odvisna od starosti in vrste drevesa, pa tudi od podnebnih razmer, kjer je raslo.
- Sijaj. Sposobnost odboja svetlobe. Najvišja stopnja je pri hrastu, jesenu, akaciji.
- Tekstura. Vzorec, ki ga tvorijo letni obroči debla.
- Mikrostruktura. Določeno s širino obroča in vsebnostjo poznega lesa.
Indikatorji se uporabljajo pri zunanji oceni kakovosti sečnje. Vizualni pregled razkrije napake in primernost materialov za kasnejšo uporabo.
pomanjkljivosti lesa
Kljub očitnim prednostim pred sintetiziranimi materiali ima les, tako kot vsaka naravna surovina, svoje pomanjkljivosti. Prisotnost, stopnja in površina lezije je urejenanormativni dokumenti. Glavne napake lesa vključujejo:
- poraz, gniloba, glive in škodljivci;
- poševno;
- smolni žepi;
- vozli;
- razpoke.
Kruljavost zmanjšuje trdnost lesa, še posebej pomembno je njihovo število, velikost in lokacija. Vozli so razdeljeni na vrste:
- Zdravo. Tesno raste skupaj s telesom drevesa in trdno sedi v žepih, brez gnilobe.
- Spustni meni. Po žaganju materiala odlepite in odpadete.
- Pohoten. Temne barve in gostejše strukture glede na sosednji les;
- Zatemnjeno. Vozli z začetno stopnjo razpada.
- Ohlapno - pokvarjeno.
Glede na lokacijo so vozli razdeljeni na:
- šivano;
- kregasti;
- zaraščeno;
- pastorki.
Slant prav tako zmanjšuje upogibno trdnost lesa in je značilna prisotnost razpok in spiralnih plasti v okroglem lesu, v žaganem materialu pa so usmerjene pod kotom na rebra. Izdelki s takšno napako so nizke kakovosti, uporabljajo se izključno kot začasne utrdbe.
Vzroki za razpoke so odvisni od zunanjih pogojev in vrste lesa. Nastanejo kot posledica neenakomernega sušenja, zmrzali, mehanskih obremenitev in številnih drugih dejavnikov. Pojavljajo se tako na živih drevesih kot na posekanih. Glede na položaj na deblu in obliko se razpoke imenujejo:
- frosty;
- sernitsa;
- metika;
- shrink.
Razpoke ne zmanjšujejo le kakovosti lesa, ampak prispevajo tudi k hitremu propadanju in uničenju vlaken.
Gniloba nastane kot posledica okužbe s gnitnimi in drugimi vrstami gliv, ki se pojavljajo na rastočih in posekanih drevesih. Glive, ki živijo na živih deblih, so parazitske, ki okužijo letne obroče in povzročijo njihovo luščenje. Druge vrste se usedejo že na gotove konstrukcije in povzročajo propadanje, razslojevanje, razpoke.
Vzrok za pojav škodljivih organizmov je ugodno okolje za njihovo razmnoževanje: vlažnost nad 50% in toplota. Na dobro posušenem lesu se mikroorganizmi ne razvijejo. V posebno kategorijo škodljivcev je treba vključiti žuželke, ki se raje naselijo v lesenih konstrukcijah, se v njih premikajo, s čimer poškodujejo vlakna in zmanjšajo njihovo moč.
Vlažnost lesa
Eden od pomembnih kazalcev za normativno in oblikovno odpornost lesa. Vpliva na odstotek vode v vlaknih debla. Vlaga - odstotek mase vlage v suhem materialu. Formula za izračun je videti takole: W=(m–m0)/m0 100, kjer je m začetna masa obdelovanca, m 0 - teža absolutno suhega vzorca. Vlažnost se določi na dva načina: s sušenjem in z uporabo posebnih elektronskih merilnikov vlage.
Les delimo na več vrst glede na vsebnost vlage:
- Mokra. Zvsebnost vlage več kot 100%, kar ustreza dolgemu bivanju v vodi.
- Sveže narezano. Z vsebnostjo od 50 do 100%.
- Sušenje na zraku. Z vsebnostjo vode iz vlaken od 15 do 20%.
- Sobno suho. Z vsebnostjo vlage od 8 do 12%.
- Popolnoma suho. Z 0 % vsebnostjo vode, pridobljeno s sušenjem pri 102°.
Voda je na drevesu v vezani in prosti obliki. Prosta vlaga je v celicah in medceličnem prostoru, vezana - v obliki kemičnih vezi.
Vpliv vlage na lastnosti lesa
Obstaja več vrst lastnosti glede na vsebnost vlage v strukturi lesa:
- Krčenje je zmanjšanje volumna vlaken lesne celuloze, ko se iz njih odstrani vezana voda. Več vlaken, več je vlage vezanega tipa. Odstranjevanje vlage ne daje takšnega učinka.
- Deformacija - sprememba oblike lesa v procesu sušenja. Pojavi se, ko polena niso pravilno posušena ali žagana.
- Absorpcija vlage - higroskopnost lesa ali sposobnost vpijanja vlage iz okolja.
- Nabrekanje - povečanje volumna lesnih vlaken, ko je material v vlažnem okolju.
- Vpojnost vode - sposobnost lesa, da poveča lastno vlago z vpijanjem kapljajoče tekočine.
- Gostota - izmerjena kot masa na enoto prostornine. Ko se vlažnost poveča, se gostota poveča in obratno.
- Prepustnost - sposobnost prehajanja vode skozi sebe pod visokim pritiskom.
Po sušenjules izgubi svojo naravno elastičnost in postane bolj tog.
Trdota
Koeficient trdote se določi z uporabo Brinellove metode ali Yankee testa. Njihova temeljna razlika je v tehniki merjenja. Po Brinellu se kaljena jeklena krogla položi na ravno leseno površino in nanjo deluje s 100 kilogramsko silo, po kateri se izmeri globina nastale luknje.
Test Yankee uporablja 0,4-palčno kroglo in meri, koliko sile, v funtih, je potrebna, da se kroglica potisne polovice premera v drevo. V skladu s tem višji kot je rezultat, trše je drevo in večji je koeficient. Vendar pa se znotraj iste sorte razlikujejo kazalniki, ki so odvisni od načina rezanja, vlažnosti in drugih dejavnikov.
Spodaj je tabela trdote lesa Brinell in Yankee za najpogostejše vrste.
| ime | Trdota po Brinellu, kg/mm2 | Yankee trdota, funti |
| Acacia | 7, 1 | |
| Breza | 3 | 1260 |
| karelska breza | 3, 5 | 1800 |
| brest | 3 | 1350 |
| Hruška | 4, 2 | |
| hrast | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| smreka | 660 | |
| Lipa | 400 | |
| macesen | 2, 5 | 1200 |
| Alder | 3 | 590 |
| evropski oreh | 5 | |
| španski oreh | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Fir | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| bor | 2, 5 | 380-1240 |
| češnja | 3, 5 | |
| Jablana | 1730 | |
| pepel | 4-4, 1 | 1320 |
Iz tabele trdote lesa je razvidno, da:
- trepetlika, smreka, jelka, bor - zelo mehka drevesa;
- breza, lipa, jelša in macesen so mehki les;
- brest in oreh sta srednje trda;
- hrast, jabolka, češnjev jesen, hruška in imajo koeficient normalne trdote;
- bukev, kobilica in tisa so zelo trde sorte.
Tri les je trpeženna mehanske obremenitve in se uporablja za kritične komponente lesenih konstrukcij.
Gostota
Gostota je neposredno povezana z vsebnostjo vlage v vlaknih. Zato se za pridobitev homogenih merilnih kazalnikov posuši na raven 12%. Povečanje gostote lesa vodi do povečanja njegove mase in moči. Glede na vlago se les deli v več skupin:
- Kamnine z najmanjšo gostoto (do 510 kg/m3). Sem spadajo jelka, bor, smreka, topol, cedra, vrba in oreh.
- Rdeče s srednjo gostoto (v območju 540-750 kg/m3). Sem spadajo macesen, tisa, brest, breza, bukev, hruška, hrast, jesen, jereba, jabolka.
- Kamni z visoko gostoto (več kot 750 kg/m3). Ta kategorija vključuje brezo in zalogo.
Spodaj je tabela gostote za različne drevesne vrste.
| ime pasme | Gostota kamnin, kg/m3 |
| Acacia | 830 |
| Breza | 540-700 |
| karelska breza | 640-800 |
| bukev | 650-700 |
| češnja | 490-670 |
| brest | 670-710 |
| Hruška | 690-800 |
| hrast | 600-930 |
| smreka | 400-500 |
| Vrba | 460 |
| cedra | 580-770 |
| evropski javor | 530-650 |
| kanadski javor | 530-720 |
| poljski javor | 670 |
| macesen | 950-1020 |
| Alder | 380-640 |
| Oreh | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| Fir | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| lila | 800 |
| sliva | 800 |
| bor | 400-500 |
| topol | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| ptičja češnja | 580-740 |
| češnja | 630 |
| Jablana | 690-720 |
Iglavce imajo najnižjo gostoto, listopadne vrste pa največjo gostoto.
Stabilnost
Izračunana odpornost lesa vključuje tako stvar, kot je stabilnost naizpostavljenost vlagi. Stopnja se meri na petstopenjski lestvici, ko se spremeni vlažnost zraka:
- Nestabilnost. Pomembna deformacija se pojavi tudi pri rahli spremembi vlažnosti.
- Povprečna stabilnost. Ob rahli spremembi vlažnosti se pojavi opazna stopnja deformacije.
- Relativna stabilnost. Ob rahli spremembi vlažnosti se pojavi rahla stopnja deformacije.
- Stabilnost. Brez vidnih deformacij z rahlo spremembo vlažnosti.
- Absolutna stabilnost. Popolnoma nobenih deformacij ni niti pri veliki spremembi vlažnosti.
Spodaj je grafikon stabilnosti običajnih vrst lesa.
| ime pasme | Stopnja stabilnosti |
| Acacia | 2 |
| Breza | 3 |
| karelska breza | 3 |
| bukev | 1 |
| češnja | 4 |
| brest | 2 |
| Hruška | 2 |
| hrast | 4 |
| smreka | 2 |
| cedra | 4 |
| evropski javor | 2 |
| kanadski javor | 2 |
| poljski javor | 1 |
| macesen | 2-3 |
| Alder | 1 |
| ameriški oreh | 4 |
| brazilski orešček | 2 |
| Oreh | 4 |
| evropski oreh | 4 |
| španski oreh | 3 |
| Aspen | 1 |
| Fir | 2 |
| topol | 1 |
| ptičja češnja | 1 |
| češnja | 2 |
| Jablana | 2 |
Številke so izračunane za les z vsebnostjo vlage 12%.
Mehanske značilnosti
Kakovost lesa določajo naslednji kazalci:
- Odpornost proti obrabi - sposobnost lesa, da se upre obrabi med trenjem. S povečanjem trdote materiala se njegova obraba zmanjša z neenakomerno porazdelitvijo po površini vzorca. Vsebnost vlage v lesu vpliva tudi na odpornost proti obrabi. Nižji kot je, večji je upor.
- Deformabilnost - sposobnost obnavljanja oblike po izginotju delujočih sil. Ko je les stisnjen,deformacija obdelovanca, ki izgine z obremenitvijo. Glavni kazalnik deformabilnosti je elastičnost, ki se povečuje z vsebnostjo vlage v lesu. S postopnim sušenjem se elastičnost izgubi, kar vodi do zmanjšanja odpornosti proti deformacijam.
- Fleksibilnost - naravna sposobnost lesa, da se upogiba pod obremenitvami. Listopadne vrste imajo dobro zmogljivost, iglavci v manjši meri. Te sposobnosti so pomembne pri izdelavi upognjenih izdelkov, ki jih najprej navlažimo in nato upognemo in posušimo.
- Udarna trdnost - sposobnost absorbiranja udarne sile brez sekanja lesa. Preskušanje se izvaja z jekleno kroglo, ki jo z višine spustimo na obdelovanec. Listopadne sorte kažejo boljše rezultate kot iglavci.
Stalne obremenitve postopoma poslabšajo lastnosti lesa in vodijo do utrujenosti materiala. Tudi najbolj trpežno drevo ni sposobno vzdržati zunanjih vplivov.
Zakonske specifikacije
Indikatorji normativne odpornosti so potrebni za izdelavo različnih vrst konstrukcij. Les je primeren, če kazalniki niso nižji od izračunanih vrednosti. Pri preskusih se uporabljajo samo standardni vzorci z vsebnostjo vlage ne več kot 15%. Za les z drugačno vrednostjo vlage se uporablja posebna formula za konstrukcijsko odpornost, nato se kazalniki pretvorijo v standardne vrednosti.
Pri načrtovanju lesenih konstrukcij je pomembno poznati dejanske vrednosti trdnosti izvornega materiala. V resnici so manjše od normativnih, pridobljenih na testnih vzorcih. Referenčni podatkipridobljeno z obremenitvijo in deformacijo vzorcev standardnih velikosti.
oblikovne značilnosti
Konstrukcijska odpornost lesa so napetosti v različnih ravninah lesenih vzorcev, ki nastanejo zaradi določenih obremenitev, ki jih lahko drevo zdrži poljubno dolgo, dokler ni popolnoma uničeno. Te številke se razlikujejo za raztezanje, stiskanje, upogibanje, striženje in drobljenje.
Dejanske številke dobimo tako, da normativne podatke pomnožimo s koeficienti delovnih pogojev.
| ime | Koeficient odpornosti na les | ||
| stres vzdolž vlaken | Napetost čez vlakna | chipping | |
| macesen | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| sibirska cedra | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| bor | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Fir | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| hrast | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| javor, jasen | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Acacia | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| bukev, breza | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| brest | 1 | 1, 6 | 1 |
| topol, jelša, trepetlika, lipa | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Na delovne razmere vpliva cel seznam dejavnikov. Zgornji koeficienti upoštevajo takšne dejavnike. Vsaka izpostavljenost vlagi na konstrukcijah povzroči zmanjšanje končne zmogljivosti.
Sklep
Pri načrtovanju lesenih konstrukcij je pomembno poznati izračunane kazalnike materialov, uporabljenih pri gradnji. Posamezna vozlišča bodo doživela trajne ali začasne obremenitve, ki lahko privedejo do njihovega popolnega uničenja. Podatki, določeni v GOST in SNiP, so bili pridobljeni s testiranjem standardnih vzorcev. Vendar se bodo dejanske vrednosti močno razlikovale od normativnih. Zato se za izračune uporabljajo formule, ki jih zagotavljajo standardi.
