ZJIŠŤOVÁNÍ VLASTNOSTÍ DŘEVA DYNAMICKÝMI METODAMI

Petr Kuklík, Anna Kuklíková

Dřevo je materiálem organického původu, který se oproti jiným materiálům vyznačuje poměrně vysokou variabilitou vlastností. Na rozdíl od materiálů anorganického původu, jejichž vlastnosti mohou být při výrobě ovlivněny podle účelu použití, je u dřeva možné pouze tříděním nebo jiným ohodnocováním stanovit jeho jakost. S ohledem na to, že se v Evropě stále více prohlubuje obchod se řezivem a výrobky ze dřeva mezi jednotlivými zeměmi, byla přijata evropská norma EN 338, která zavádí v Evropě jednotný systém tříd pevnosti konstrukčního dřeva (tj. dřeva používaného na stavební konstrukce).

STROJNÍ TŘÍDĚNÍ DŘEVA

Nejčastěji využívané jsou stroje typu Cook Bolinders. Vycházejí ze skutečnosti, že korelace mezi pevností a modulem pružnosti dřeva je poměrně vysoká. Testovaný prvek prochází strojem a na základě měřené síly potřebné k dosažení předepsaného průhybu se určí modul pružnosti dřeva. Prvek prochází strojem vždy dvakrát v různých pozicích, aby se zabránilo nepřesnostem od zakřivení prvku. Rychlost třídění je 94 m/min. Stroje na třídění řeziva se nejlépe uplatňují ve velkých pilařských závodech. Mezi výhody těchto strojů patří zejména rychlost, pohodlná manipulace a hospodárnější zatřídění řeziva. Nevýhodou je, že dokáží třídit jen deskové řezivo (prkna a fošny).

VIZUÁLNÍ TŘÍDĚNÍ DŘEVA

Vizuální třídění dřeva je v České republice v současnosti nejběžnější a prakticky jediné třídění, které se průmyslově využívá. Vychází z parametrů stanovených na základě geometrického popisu tříděného dřeva. Ve světě se používají různá pravidla pro vizuální třídění dřeva. Tato pravidla vznikla s ohledem na:

- různé druhy nebo skupiny dřevin;

- geografický původ dřevin;

- různé rozměrové požadavky;

- rozdílné požadavky podle účelu použití;

- jakost dostupného dřeva;

- historické vlivy nebo tradice.

Vzhledem k rozdílům v existujících pravidlech pro vizuální třídění konstrukčního dřeva, používaných v jednotlivých evropských zemích, není v současnosti možné stanovit jednotný postup třídění, který by platil pro všechny země Evropy.

Technická komise evropské normalizační organizace CEN/TC 124 “Dřevěné konstrukce” vypracovala proto normu EN 518. V normě jsou uvedeny základní zásady, které se musí respektovat při formulaci požadavků pro mezní hodnoty stanovené pro vizuální třídění v jednotlivých národních normách. Od února 1998 platí pro vizuální třídění konstrukčního dřeva ČSN 49 1531-1, která je přepracovaným zněním ČSN 49 1531 v souladu s požadavky ČSN EN 518. Nejdůležitějšími změnami oproti ČSN 49 1531 jsou tyto:

- pro označení jakostních tříd dřeva na stavební konstrukce byl zrušen název “třída pevnosti dřeva” a byl nahrazen názvem “třída”. Název “třída pevnosti” se nyní používá pro klasifikaci dřeva na základě zkoušek jeho mechanických vlastností (charakteristických pevností), viz ČSN EN 338;

- u tříd deskového a hraněného řeziva byla doplněna třída vysoké pevnosti S0;

- byla zrušena možnost přímého použití řeziva nebo přířezů obchodní jakosti na dřevěné konstrukce nebo nosné prvky.

Normy pro vizuální třídění dřeva jsou založeny na jednoduchých principech, které se snadno aplikují v pilařských závodech a na stavbách a nekladou příliš vysoké nároky na technické vybavení. S ohledem na normu ČSN 49 1531-1 2 pro vizuální třídění dřeva je zajímavé, jak se vybraná kritéria vizuálního třídění spolupodílí na zatřídění dřeva do tříd (viz obr. 1). Pro srovnání jsou na obrázku uvedeny výsledky tří souborů testovaného konstrukčního dřeva (A, B, C) z různých lokalit České republiky.

KRITÉRIA VIZUÁLNÍHO TŘÍDĚNÍ

Rozhodujícím kritériem pro vizuální zatřídění dřeva do jakostních tříd jsou suky. Jehličnaté dřevo má sklon ke tvorbě letního dřeva letokruhů s vysokou hustotou a jarního dřeva letokruhů s nižší hustotou. Z tohoto důvodu byla šířka letokruhů přijata jako parametr třídění dřeva v řadě evropských norem pro vizuální třídění. Přesto je ale třeba šířku letokruhů vnímat velmi obezřetně. Hustota dřevní hmoty při určité šířce letokruhů závisí na půdě, klimatických podmínkách atd. Pro běžné konstrukční dřevo z jehličnatých dřevin je možný pouze nepřesný odhad hustoty dřevní hmoty na základě šířky letokruhů. Vztah mezi třídami pevnosti dřeva podle ČSN EN 338 a jakostními třídami dřeva podle ČSN 49 1531-1 je uveden v tabulce 1.

Vizuální třídění dřeva není pro určení jakosti dřeva zcela výstižné. Důvod spočívá v tom, že vizuálním tříděním dřeva se postihují pouze viditelné charakteristiky (suky, šířka letokruhů, odklon vláken atd.) ovlivňující mechanické vlastnosti dřeva, ale nikoliv vlastnosti vlastní dřevní hmoty. Proto byl v uplynulém období výzkum na ČVUT v Praze, Fakultě stavební zaměřen na dynamické nedestruktivní metody zjišťování vlastností dřeva, založené na průkazném měření jedné či více vlastností dřeva, které poskytují zcela nové možnosti pro dokonalejší zjišťování jakosti dřeva a stanovení parametrů jeho pevnosti a tuhosti. Přesnost zatřídění dřeva do tříd pomocí dynamických metod je přitom stejná jako u metod strojního třídění dřeva.

TŘÍDĚNÍ DŘEVA DYNAMICKÝMI METOD AMI

Mezi dynamické metody patří metody kmitání prvků a šíření tlakové či ultrazvukové vlny v prvcích. Metoda kmitání je založena na měření první (nebo vyšší) vlastní frekvence prutových prvků. Známe-li vlastní tvar příslušný naměřené (vlastní) frekvenci, lze řešením pohybové rovnice určit hodnotu modulu pružnosti. Tuto metodu lze aplikovat na dřevěné prvky v příčném i v podélném směru. Podstatou metody ultrazvukové a tlakové vlny je stanovení modulu pružnosti na základě rychlosti šíření ultrazvukové (viz obr. 2) nebo tlakové vlny (viz obr. 3) ve dřevu. Tlaková vlna je vyvolána úderem kladívka do příslušného snímače (viz obr. 3, snímač vlevo). Předností ultrazvukové metody a metody tlakové vlny je, že umožňují měřit vlastnosti nejen řeziva, ale i dřeva zabudovaného v konstrukcích a stavebních dílcích. Těmito dvěma metodami lze též měřit dřevní hmotu stromů a její případnou degradaci (viz obr. 4).

Nejvíce je z hlediska použitelnosti testovaných metod zajímavá závislost pevnosti v ohybu na modulu pružnosti. Korelační koeficienty mezi výběry pevnosti v ohybu a moduly pružnosti jsou v uspokojivém rozmezí 0,75 až 0,88. Znamená to, že modul pružnosti je vhodným ukazatelem pevnosti dřeva v ohybu.

Protože u dynamických nedestruktivních metod je důležitá dobrá znalost hustoty dřeva je v současnosti zkoumána i penetrační metoda založená na principu vniknutí trnu, vstřeleného do dřeva konstantní silou. Hloubka vniku trnu do dřeva je přitom závislá na hustotě a vlhkosti dřeva. Z výsledků experimentálních měření vyplývá, že hustota koreluje o něco lépe s modulem pružnosti (0,69 - 0,89) než s pevností v ohybu (0,54 - 0,71).

ZÁVĚR

Dynamické nedestruktivní metody poskytují zcela nové možnosti pro zjišťování vlastností dřeva, a to nejen v dřevozpracujícím průmyslu a stavebnictví, ale též v lesnictví.

Tento článek vznikl za podpory projektů EU OC E24 “Spolehlivost dřevěných prvků a spojů” a výzkumného záměru JN MSM 210000004 “Experimentální výzkum stavebních materiálů a technologií”.

Seznam použité literatury je k dispozici u autorů.

Adresa autorů:
Doc. Ing. Petr Kuklík, CSc.,
Ing. Anna Kuklíková
Stavební fakulta ČVUT v Praze
Thákurova 7, 166 29 Praha 6