La proiectarea, dezvoltarea sau fabricarea structurilor din lemn, este important să cunoașteți proprietățile de rezistență ale materialului - rezistența de proiectare a lemnului, care se măsoară ca un kilogram pe centimetru pătrat. Pentru studierea indicatorilor se folosesc mostre de dimensiuni standard, tăiate din scânduri sau cherestea de calitatea cerută, fără defecte exterioare, noduri și alte defecte. Apoi, proba este testată pentru rezistența la compresiune, îndoire, întindere.
Tipuri de lemn
Lemnul este un material versatil care poate fi ușor prelucrat și este folosit în diverse domenii de producție: construcții, mobilier, ustensile și alte articole de uz casnic. Domeniul de aplicare depinde de tipul de lemn cu proprietăți fizice, chimice și mecanice diferite. În construcții, conifere precum molid, cedru, pin, zada, brad sunt deosebit de populare. Într-o măsură mai mică, foioase - mesteacăn, plop, aspen, stejar, alun, tei, arin, fag.
Soiurile de conifere sunt folosite sub formă de cherestea rotundă, cherestea, scânduri pentru fabricarea piloților de susținere, ferme, stâlpi, poduri, case, arcade, instalații industriale și alte structuri de construcție. Materialele din lemn de esență tare reprezintă doar un sfert din consumul total. Acest lucru se datorează proprietăților fizice și mecanice mai slabe ale lemnului de esență tare, astfel încât acestea încearcă să fie utilizate pentru fabricarea de structuri cu sarcini portante reduse. De obicei, acestea merg la nodurile de obiecte nefinalizate și temporare.
Utilizarea lemnului în construcții este reglementată de reguli în conformitate cu proprietățile fizice și mecanice ale lemnului. Aceste proprietăți depind de umiditate și de prezența defectelor. Pentru elementele portante, umiditatea nu trebuie să depășească 25%, pentru alte produse nu există astfel de cerințe, dar există standarde pentru defecte specifice lemnului.
Compoziție chimică
În 99% din masa lemnului sunt substanțe organice. Compoziția particulelor elementare pentru toate rocile este aceeași: azot, oxigen, carbon și hidrogen. Ele formează lanțuri lungi de molecule mai complexe. Lemnul este format din:
- Celuloza este un polimer natural cu un grad ridicat de polimerizare a moleculelor de lanț. Substanță foarte stabilă, nu se dizolvă în apă, alcool sau eter.
- Lignina este un polimer aromatic cu o structură moleculară complexă. Conține o cantitate mare de carbon. Datorită lui, apare lignificarea trunchiurilor copacilor.
- Hemiceluloza este un analog al celulozei obișnuite, dar cu un grad mai scăzut de polimerizare a moleculelor de lanț.
- Extractsubstanțe - rășini, gume, grăsimi și pectine.
Conținutul ridicat de rășini din conifere păstrează materialul și îi permite să-și păstreze proprietățile originale pentru o perioadă lungă de timp, ajutând să reziste influențelor externe. Produsele din lemn de calitate scăzută cu un număr mare de defecte sunt utilizate în principal în industria chimică a lemnului ca materie primă pentru fabricarea hârtiei, lemnului lipit sau extragerea elementelor chimice precum taninurile utilizate la fabricarea pieilor.
Aspect
Lemnul are următoarele proprietăți externe:
- Culoare. Percepția vizuală a compoziției spectrale reflectate a luminii. Important atunci când alegeți buștenii ca material de finisare.
- Colorația depinde de vârsta și tipul copacului, precum și de condițiile climatice în care a crescut.
- Strălucire. Capacitatea de a reflecta lumina. Cea mai mare rată se observă la stejar, frasin, salcâm.
- Textură. Modelul format de inelele anuale ale trunchiului.
- Microstructură. Determinat de lățimea inelului și conținutul de lemn târziu.
Indicatorii sunt utilizați în evaluarea externă a calității înregistrării. Inspecția vizuală relevă defecte și adecvarea materialelor pentru utilizarea ulterioară.
Defecte ale lemnului
În ciuda avantajelor evidente față de materialele sintetizate, lemnul, ca orice materie primă naturală, are dezavantajele sale. Prezența, gradul și zona leziunii sunt reglementatedocumente normative. Principalele defecte ale lemnului includ:
- înfrângere, putregai, ciuperci și dăunători;
- oblic;
- buzunare din rășină;
- noduri;
- crasuri.
Noduri reduce rezistența lemnului, de o importanță deosebită este numărul, dimensiunea și locația acestora. Nodurile sunt împărțite în tipuri:
- Sanatoasa. Creșteți strâns împreună cu corpul copacului și stați ferm în buzunare, nu aveți putregai.
- Meniu drop-down. Decojiți și cădeți după ce ați tăiat materialul.
- excitat. De culoare închisă și au o structură mai densă în raport cu lemnul învecinat;
- Întunecat. Noduri cu stadiul inițial de degradare.
- Liber - putred.
În funcție de locație, nodurile sunt împărțite în:
- cusute;
- clawed;
- supracrescut;
- fii vitregi.
Slant reduce, de asemenea, rezistența la încovoiere a lemnului și se caracterizează prin prezența fisurilor și a straturilor spiralate în cheresteaua rotundă, în materialul tăiat acestea fiind îndreptate în unghi față de nervuri. Produsele cu un astfel de defect sunt de calitate scăzută, utilizate exclusiv ca fortificații temporare.
Cauzele fisurilor depind de condițiile externe și de speciile de lemn. Ele se formează ca urmare a uscării neuniforme, înghețului, stresului mecanic și multor alți factori. Apar atât pe copacii vii, cât și pe cei tăiați. În funcție de poziția pe trunchi și de formă, fisurile se numesc:
- frosty;
- sernitsa;
- metics;
- micșorare.
Crăpăturile nu numai că reduc calitatea lemnului, dar contribuie și la degradarea și distrugerea rapidă a fibrelor.
Putrecerea se formează ca urmare a infecției cu ciuperci putrefactive și alte tipuri de ciuperci care apar pe copacii în creștere și tăiați. Ciupercile care trăiesc pe trunchiuri vii sunt parazite, care infectează inelele anuale și le dezlipesc. Alte specii se așează deja pe structurile finite și provoacă degradare, delaminare, crăpare.
Motivul apariției organismelor dăunătoare este un mediu favorabil reproducerii lor: umiditate peste 50% și căldură. Pe lemnul bine uscat, microorganismele nu se dezvoltă. O categorie specială de dăunători ar trebui să includă insectele care preferă să se așeze în structurile din lemn, făcând mișcări în ele, distrugând astfel fibrele și reducându-le rezistența.
Umiditatea lemnului
Unul dintre indicatorii importanți pentru rezistența normativă și de proiectare a lemnului. Afectează procentul de apă din fibrele trunchiului. Umiditate - procent din masa de umiditate la materialul uscat. Formula de calcul arată astfel: W=(m–m0)/m0 100, unde m este masa inițială a piesei de prelucrat, m 0 - greutatea probei uscate absolute. Umiditatea se determină în două moduri: prin uscare și utilizând contoare electronice speciale de umiditate.
Lemnul este împărțit în mai multe tipuri în funcție de conținutul de umiditate:
- Umed. Cuconținut de umiditate de peste 100%, ceea ce corespunde unei șederi lungi în apă.
- Proaspăt tăiat. Cu un conținut de 50 până la 100%.
- Uscați la aer. Cu conținut de apă de fibre între 15 și 20%.
- Cameră uscată. Cu un conținut de umiditate de 8 până la 12%.
- Complet uscat. Cu 0% conținut de apă, obținut prin uscare la 102°.
Apa este în copac în formă legată și liberă. Umiditatea liberă se află în celule și în spațiul intercelular, legată - sub formă de legături chimice.
Influența umidității asupra proprietăților lemnului
Există mai multe tipuri de proprietăți în funcție de conținutul de umiditate din structura lemnului:
- Contracția este o scădere a volumului fibrelor de pastă de lemn atunci când apa legată este îndepărtată din acestea. Cu cât sunt mai multe fibre, cu atât mai multă umiditate de tipul legat. Eliminarea umezelii nu dă un astfel de efect.
- Warping - o schimbare a formei lemnului în procesul de uscare. Apare atunci când buștenii nu sunt uscați sau tăiați corespunzător.
- Absorbția umidității - higroscopicitatea lemnului sau capacitatea de a absorbi umiditatea din mediu.
- Umflare - o creștere a volumului fibrelor de lemn atunci când materialul se află într-un mediu umed.
- Absorbția de apă - capacitatea lemnului de a-și crește umiditatea prin absorbția lichidului care picura.
- Densitate - măsurată ca masă pe unitate de volum. Pe măsură ce umiditatea crește, densitatea crește și invers.
- Permeabilitate - capacitatea de a trece apa prin ea însăși sub presiune ridicată.
După uscarelemnul își pierde elasticitatea naturală și devine mai rigid.
Duritate
Coeficientul de duritate este determinat folosind metoda Brinell sau testul Yankee. Diferența lor fundamentală constă în tehnica de măsurare. Potrivit lui Brinell, o bilă de oțel întărit este plasată pe o suprafață plană, de lemn și i se aplică o forță de 100 de kilograme, după care se măsoară adâncimea găurii rezultate.
Testul Yankee folosește o minge de 0,4 inci și măsoară cât de multă forță, în lire, este necesară pentru a împinge mingea cu jumătate din diametru în copac. În consecință, cu cât rezultatul este mai mare, cu atât copacul este mai dur și coeficientul este mai mare. Totuși, în cadrul aceleiași varietăți, indicatorii diferă, care depind de metoda de tăiere, umiditate și alți factori.
Mai jos este un tabel cu duritatea lemnului Brinell și Yankee pentru cele mai comune specii.
| Nume | Duritate Brinell, kg/mm2 | Duritate yankee, lire |
| Salcâm | 7, 1 | |
| Mesteacan | 3 | 1260 |
| mesteacăn de Karelian | 3, 5 | 1800 |
| Elm | 3 | 1350 |
| Pere | 4, 2 | |
| Stejar | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Molid | 660 | |
| Linden | 400 | |
| zada | 2, 5 | 1200 |
| Arin | 3 | 590 |
| Nuc european | 5 | |
| Nuc spaniol | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Fir | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| Pin | 2, 5 | 380-1240 |
| Crese | 3, 5 | |
| Mer | 1730 | |
| Ash | 4-4, 1 | 1320 |
Din tabelul duritatii lemnului se poate observa ca:
- aspen, molid brad, pin - copaci foarte moi;
- mesteacănul, teiul, arinul și zada sunt lemne moi;
- ulmul și nucul sunt tari medii;
- stejar, mar, frasin de cires, par si au un coeficient de duritate normal;
- fagul, lăcustele și tisa sunt soiuri foarte dure.
Lemnul tare este durabilla solicitări mecanice și este utilizat pentru componentele critice ale structurilor din lemn.
Densitate
Densitatea este direct legată de conținutul de umiditate al fibrelor. Prin urmare, pentru a obține indicatori de măsurare omogene, se usucă la un nivel de 12%. O creștere a densității lemnului duce la o creștere a masei și rezistenței sale. În funcție de umiditate, lemnul este împărțit în mai multe grupuri:
- Roci cu cea mai mică densitate (până la 510 kg/m3). Acestea includ brad, pin, molid, plop, cedru, salcie și nuc.
- Roșii cu densitate medie (în intervalul 540-750 kg/m3). Acestea includ zada, tisa, ulm, mesteacăn, fag, par, stejar, frasin, rowan, măr.
- Roci cu densitate mare (peste 750 kg/m3). Această categorie include mesteacăn și stoc.
Mai jos este un tabel de densitate pentru diferite specii de arbori.
| Numele rasei | Densitatea rocii, kg/m3 |
| Salcâm | 830 |
| Mesteacan | 540-700 |
| mesteacăn de Karelian | 640-800 |
| Fag | 650-700 |
| Crese | 490-670 |
| Elm | 670-710 |
| Pere | 690-800 |
| Stejar | 600-930 |
| Molid | 400-500 |
| Willow | 460 |
| Cedrul | 580-770 |
| arțar european | 530-650 |
| arțar canadian | 530-720 |
| arțar de câmp | 670 |
| zada | 950-1020 |
| Arin | 380-640 |
| Nuc | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| Fir | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| Liliac | 800 |
| prune | 800 |
| Pin | 400-500 |
| Plop | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| Creșe de pasăre | 580-740 |
| Crese | 630 |
| Mer | 690-720 |
Speciile de conifere au cea mai mică densitate, în timp ce speciile de foioase au cea mai mare densitate.
Stabilitate
Rezistența calculată a lemnului include stabilitatea laexpunerea la umiditate. Gradul este măsurat pe o scară de cinci puncte atunci când umiditatea aerului se modifică:
- Instabilitate. Deformarea semnificativă apare chiar și cu o ușoară modificare a umidității.
- Stabilitate medie. Apare un grad vizibil de deformare cu o ușoară modificare a umidității.
- Stabilitate relativă. Apare un ușor grad de deformare cu o ușoară modificare a umidității.
- Stabilitate. Fără deformare vizibilă cu o ușoară modificare a umidității.
- Stabilitate absolută. Nu există absolut nicio deformare chiar și cu o schimbare mare a umidității.
Mai jos este o diagramă de stabilitate a speciilor comune de lemn.
| Numele rasei | Grad de stabilitate |
| Salcâm | 2 |
| Mesteacan | 3 |
| mesteacăn de Karelian | 3 |
| Fag | 1 |
| Crese | 4 |
| Elm | 2 |
| Pere | 2 |
| Stejar | 4 |
| Molid | 2 |
| Cedrul | 4 |
| Arțar european | 2 |
| Arțar canadian | 2 |
| Arțar de câmp | 1 |
| zada | 2-3 |
| Arin | 1 |
| Nuc american | 4 |
| Nuca de Brazilia | 2 |
| Nuc | 4 |
| Nuc european | 4 |
| Nuc spaniol | 3 |
| Aspen | 1 |
| Fir | 2 |
| Plop | 1 |
| Creșe de pasăre | 1 |
| Crese | 2 |
| Mer | 2 |
Cifrele sunt calculate pentru lemn cu un conținut de umiditate de 12%.
Caracteristici mecanice
Calitatea lemnului este determinată de următorii indicatori:
- Rezistență la uzură - capacitatea lemnului de a rezista la uzură în timpul frecării. Odată cu creșterea durității materialului, uzura acestuia scade cu o distribuție neuniformă pe suprafața probei. Conținutul de umiditate al lemnului afectează și rezistența la uzură. Cu cât este mai mică, cu atât rezistența este mai mare.
- Deformabilitate - capacitatea de a restabili forma după dispariția forțelor care acționează. Când lemnul este comprimat,deformarea piesei de prelucrat, care dispare odată cu sarcina. Principalul indicator al deformabilității este elasticitatea, care crește odată cu conținutul de umiditate al lemnului. Odată cu uscarea treptată, elasticitatea se pierde, ceea ce duce la scăderea rezistenței la deformare.
- Flexibilitate - capacitatea naturală a lemnului de a se îndoi sub sarcini. Speciile de foioase au performanțe bune, coniferele într-o măsură mai mică. Aceste abilități sunt importante în fabricarea produselor îndoite, care sunt mai întâi umezite, apoi îndoite și uscate.
- Rezistența la impact - capacitatea de a absorbi forța de impact fără a tăia lemnul. Testarea se efectuează folosind o bilă de oțel, care este aruncată pe piesa de prelucrat de la înălțime. Soiurile de foioase au rezultate mai bune decât coniferele.
Încărcările constante deteriorează treptat proprietățile lemnului și duc la oboseala materialului. Nici cel mai durabil copac nu este capabil să reziste influențelor externe.
Specificații de reglementare
Indicatorii de rezistență normativă sunt necesari pentru fabricarea diferitelor tipuri de structuri. Lemnul este considerat potrivit dacă indicatorii nu sunt mai mici decât valorile calculate. În teste, sunt utilizate numai probe standard cu un conținut de umiditate de cel mult 15%. Pentru lemnul cu o valoare diferită de umiditate, se utilizează o formulă specială pentru rezistența de proiectare, apoi indicatorii sunt convertiți la valori standard.
La proiectarea structurilor din lemn, este important să cunoașteți valorile reale de rezistență ale materialului sursă. În realitate, acestea sunt mai puține decât cele normative obținute pe probele de testare. Date de referințăobtinut prin incarcarea si deformarea probelor de dimensiuni standard.
Caracteristici de proiectare
Rezistența de proiectare a lemnului reprezintă tensiunile din diferite planuri ale mostrelor de lemn create de anumite sarcini pe care un copac le poate rezista în orice perioadă de timp până când este complet distrus. Aceste cifre diferă pentru întindere, compresie, îndoire, forfecare și strivire.
Cifrele efective se obțin prin înmulțirea datelor normative cu coeficienții condițiilor de muncă.
| Nume | Coeficient de rezistență a lemnului de proiectare | ||
| Stresul de-a lungul fibrelor | Tensiune peste fibre | Chipping | |
| zada | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| cedru siberian | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Pin | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Fir | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Stejar | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Arțar, frasin | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Salcâm | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Fag, mesteacăn | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Elm | 1 | 1, 6 | 1 |
| Plop, arin, aspen, tei | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Condițiile de lucru sunt influențate de o întreagă listă de factori. Coeficienții de mai sus iau în considerare astfel de factori. Orice expunere la umiditate pe structuri are ca rezultat o reducere a performanței finale.
Concluzie
La proiectarea structurilor din lemn, este important să cunoașteți indicatorii calculati ai materialelor utilizate în construcții. Nodurile individuale vor experimenta sarcini permanente sau temporare care pot duce la distrugerea lor completă. Datele specificate în GOST și SNiP au fost obținute prin testarea probelor standard. Cu toate acestea, valorile reale vor diferi foarte mult de cele normative. Prin urmare, formulele furnizate de standarde sunt folosite pentru calcule.
