podsta bud drewno, SZKOŁA tech bud, podst. budownictwa
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Podstawowe materiały i wyroby budowlane. Drewno i tworzywa drzewne. Dr inż. Mariusz Gaczek
Podstawowe materiały i wyroby budowlane.
Drewno, tworzywa drzewne i wyroby z tych materiałów.
1. Pojęcia podstawowe
Drewno
to materiał otrzymany ze ściętych drzew iglastych i liściastych,
formowany przez obróbkę w różnego rodzaju materiały i wyroby drzewne.
Drzewo
, będące źródłem drewna, składa się z korzeni, pnia i korony.
Rys.1. Nazwy części drzewa [1], [2].
Korzenie
wraz z
szyją korzeniową
, tj. przyziemną zgrubiałą częścią pnia,
nazywa się
karpiną
. Nadziemną część drzewa stanowi
pień
, a gałęzie wraz
z ulistnieniem tworzą
koronę
. Część pnia znajdującą się ponad szyją korzeniową,
aż do miejsca, gdzie grubość pnia zmniejsza się do 7 cm, nazywa się
grubizną
pnia
. Dolna partia grubizny pnia nazywa się
odziomkiem
. Odziomek jest zwykle
cenniejszym surowcem niż pozostała część pnia, dzięki lepszemu ukształtowaniu
(np. brakowi sęków) i właściwościom technicznym drewna (np. większej
twardości).
Jeśli pień wyraźnie zarysowuje się na odcinku od szyi korzeniowej do
wierzchołka, a korona mniej więcej jest rozłożona symetrycznie względem pnia, to
pień nazywa się
strzałą
. Uwidacznia się to zwłaszcza u drzew iglastych. Pień,
który na pewnej wysokości ma silnie rozwinięte konary i gałęzie, a dalszy jego
przebieg w koronie jest niewyraźny, określa się mianem
kłody
(określenia tego
nie należy mylić z pojęciem kłody w tartacznictwie). Występuje to najczęściej
u drzew liściastych [1].
1
Podstawowe materiały i wyroby budowlane. Drewno i tworzywa drzewne. Dr inż. Mariusz Gaczek
Strzała
Kłoda
Rys.2. Różne ukształtowanie pnia drzew.
W botanice,
drewnem
(tkanką drzewną) nazywa się warstwę znajdującą się
między warstwą łyka i kory a rdzeniem. W tkance drzewnej, na przekroju pnia
występują u wielu gatunków drzew dwie strefy: wewnętrzna – zwana
twardzielą
i zewnętrzna – zwana
bielem
.
Rys.3. Schemat przekroju pnia [1].
Twardziel nie zawiera żywych komórek, nie przewodzi wody, soli
mineralnych i substancji wzrostowych; spełnia jedynie funkcję mechaniczną,
polegającą na zwiększeniu sztywności i wytrzymałości drzewa. Generalnie
twardziel charakteryzuje się większą naturalną odpornością na biodegradację niż
biel, chociaż w drzewach żywych to biel jest bardziej odporny na działanie
czynników biotycznych. Wynika to z dużej wilgotności bielu, dzięki czemu
zawiera on mało powietrza niezbędnego do rozwoju grzybów. Jednak po ścięciu
drzewa sytuacja się zmienia – wysychający biel szybko osiąga wilgotność
optymalną do rozwoju mikroorganizmów [2]. W praktyce szczególnie dotkliwy
jest brak odporności bielu zaraz po ścięciu drzewa na atak grzybów barwiących
drewno (sinizna i pleśń) oraz owadów. Twardziel zachowuje swoją pierwotną
2
Podstawowe materiały i wyroby budowlane. Drewno i tworzywa drzewne. Dr inż. Mariusz Gaczek
odporność również po ścięciu drzewa. Spowodowane jest to dużą zawartością
substancji toksycznych dla grzybów i owadów w komórkach (tzw. związków
twardzielowych) oraz mniejszą przepuszczalnością wody i tlenu. Twardziel
najczęściej jest ciemniejsza od bielu (co jest wywołane utlenianiem się garbników
i substancji fenolowych zawartych w tym obszarze), ale u niektórych gatunków
różnice w zabarwieniu są niezauważalne. Ponadto twardziel jest mniej podatna na
pęcznienie i kurczenie się drewna podczas zmian jego wilgotności [3].
W związku z różnymi formami występowania twardzieli rozróżnia się [4]:
•
drzewa twardzielowe o zabarwionej twardzieli – np.: sosna, modrzew, dąb,
•
drzewa twardzielowe o nie zabarwionej twardzieli – np.: jodła, świerk,
•
drzewa o zabarwionej i nie zabarwionej twardzieli, np.: jesion, wiąz,
•
drzewa beztwardzielowe (bielaste), np.: brzoza, buk, grab, grusza, jawor, klon,
olcha, osika.
U niektórych drzew liściastych beztwardzielowych, występuje po ich
ścięciu tzw.
fałszywa twardziel
. Pojawia się ona najczęściej w drewnie buka,
brzozy i klonu, zwykle w przyrdzeniowej części pnia, w postaci brunatnych plam
[4]. Powstawanie fałszywej twardzieli interpretuje się jako efekt obrony drzewa
przed działaniem czynników zewnętrznych, np. grzybów [3].
Podstawowym składnikiem drewna są substancje organiczne, stanowiące
główny materiał budowy błon komórkowych, w ilości ok. 96% suchej masy.
Należą do nich:
celuloza
,
lignina
i
hemicelulozy
. Ponadto drewno zawiera
substancje mineralne (np. krzemiany i węglany) oraz substancje uboczne (żywice,
gumy, woskotłuszcze, barwniki, garbniki, alkaloidy i in.).
3. Wpływ drzewa na podłoże gruntowe
Korzenie drzewa tworzą wraz ze znajdującym się pod ich wpływem
gruntem pewną bryłę, wewnątrz której grunt jest najczęściej przesuszony,
a w przypadku gruntów pęczniejących (np. iłów) także skurczony. Skurcz gruntu
powoduje jego osiadanie. Rozmiary bryły przesuszenia określają zasięg pola
wpływu drzewa na podłoże gruntowe. Można przyjąć, że zasięg ten jest
odwróconym stożkiem o podstawie w przybliżeniu kołowej, mającej promień
równy [5]:
•
1,5 wysokości drzewa rosnącego pojedynczo,
•
2 wysokości najwyższego drzewa rosnącego w grupie.
Wysokość stożka jest równa w przybliżeniu zasięgowi korzeni w kierunku
pionowym, który może wynosić nawet kilkanaście i więcej metrów.
Jeśli fundamenty budowli posadowionej na gruncie pęczniejącym znajdują
się w poziomie posadowienia w zasięgu strefy wpływu drzewa na podłoże
gruntowe, zachodzi niebezpieczeństwo nierównomiernego osiadania budowli
i dodatkowo pękania jej elementów.
Stopień zagrożenia budowli przez rosnące w pobliżu drzewo można
określić za pomocą tzw. współczynnika zagrożenia [5]:
3
Podstawowe materiały i wyroby budowlane. Drewno i tworzywa drzewne. Dr inż. Mariusz Gaczek
IP
=
n
i
⋅
A
i
⋅
δ
,
L
w którym:
n
i
- liczba drzew,
A
i
- ocena drzewa pod względem zagrożenia, w punktach
wiązy – 10 pkt.,
topole – 9 pkt.,
akacje – 8 pkt.,
wierzby, kasztanowce, platany – 6 pkt.,
drzewa iglaste – 3 pkt.,
δ
- współczynnik zależny od odległości
D
od ściany budowli:
δ
= 1
dla
D
< 5 m,
δ
= 0,5 dla 5 <
D
< 15 m,
δ
= 0
dla
D
> 15 m
L
- długość najbardziej zagrożonej zewnętrznej ściany budynku.
Ostatecznie, stopień zagrożenia budynku można ocenić na podstawie
tablicy 1.
Tablica 1. Stopień zagrożenia budynku przez rosnące w pobliżu drzewo [5].
Współczynnik zagrożenia
IP
Niebezpieczeństwo uszkodzenia
0 – 0,25
0,25 – 0,50
0,50 – 1,00
1,00 – 2,00
powyżej 2,00
bardzo małe
małe
średnie
duże
bardzo duże
2. Zalety i wady drewna
Do zalet drewna zalicza się:
•
łatwość obróbki i łączenia – różna jednak dla poszczególnych gatunków,
•
stosunkowo duża wytrzymałość (wytrzymałość względna – wytrzymałość
podzielona przez ciężar właściwy – dorównuje wytrzymałości stali),
•
niewielki ciężar właściwy,
•
dobra izolacyjność cieplna i akustyczna,
•
dobra odporność na działanie czynników chemicznych,
•
dobre zaspakajanie odczuć estetycznych,
•
inne, np. ostrzegawcze właściwości drewna - pomiędzy wystąpieniem siły
niszczącej sygnalizowanym przez głośne trzaski pękającego drewna
a złamaniem stojaków sosnowych upływa średnio 50 sekund; jest to czas,
którym dysponuje człowiek na opuszczenie zagrożonego miejsca [6].
4
Podstawowe materiały i wyroby budowlane. Drewno i tworzywa drzewne. Dr inż. Mariusz Gaczek
Wady drewna jako materiału:
•
anizotropowa budowa – np.
różna wytrzymałość wzdłuż i w poprzek włókien,
różne moduły sprężystości w kierunkach podłużnym, promieniowym,
i stycznym,
•
higroskopijność,
•
możliwość odkształceń pod wpływem zmian wilgoci (skurcz i pęcznienie),
•
palność,
•
podatność na korozję biologiczną (owady i grzyby),
•
liczne wady surowca wynikające z morfologicznej budowy drzew,
•
duże straty drewna w procesie pozyskiwania surowca i obróbki.
Uwaga!
Pomimo palności, elementy drewniane zachowują w ogniu dłużej swą wytrzymałość niż na
przykład elementy metalowe. Podczas gdy elementy metalowe na skutek wysokiej przewodności
cieplnej szybko się rozgrzewają i znacznie rozszerzają tracąc w związku z tym zdolność do
przenoszenia obciążeń, to w przypadku drewna następuje pod wpływem ognia stosunkowo
powolne, stopniowe jego zwęglanie. Płonące drewno pokrywa się izolacyjną warstwą, która jest
złym przewodnikiem ciepła i opóźnia przenikanie ciepła w głąb materiału, chroniąc w ten sposób
jego partie wewnętrzne i utrudniając jego przepalenie. W ogniu konstrukcje drewniane załamują
się stopniowo i powoli, co stwarza dogodne warunki ratownicze [7].
3. Wybrane właściwości drewna
3.1. Gęstość drewna
ęstość drewna zależy m.in. od gatunku, wilgotności, położenia drewna
w pniu (biel, twardziel, drewno wczesne, drewno późne) i miejsca jego
pozyskiwania (klimat, warunki wzrostu itp.). Bardzo duży wpływ na gęstość
drewna ma jego wilgotność. Dlatego gęstość tą podaje się najczęściej dla
wilgotności 15% (stan powietrznosuchy) [2], [3].
Tablica 2. Gęstość wybranych gatunków drewna (przy wilgotności drewna 15%)
[2], [3], [4].
Gatunek
Gęstość, kg/m
3
Gatunek
Gęstość, kg/m
3
Sosna pospolita
Świerk
Jodła
Modrzew
Dąb
Wiąz
Grab
520
470
450
690
710
680
830
Jesion
Buk
Olcha
Brzoza
Klon
Topola
Osika
750
730
530
650
660
450
440
3.2. Pęcznienie i skurcz
Pęcznienie i skurcz drewna powstają w wyniku zmiany objętości włókien
drewna (ścianek komórkowych) wywołanej zmianami wilgotności. Pod pojęciem
pęcznienia rozumie się zwiększenie objętości drewna wywołane wzrostem jego
wilgotności. Skurcz natomiast jest zmniejszeniem objętości drewna wskutek
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]