Drewno lite i klejone w zastosowaniach konstrukcyjnych dla budownictwa właściwości i odporność

Transkrypt

1 Konferencja Naukowa Drewno w budownictwie kiedy bezpieczne? Drewno lite i klejone w zastosowaniach konstrukcyjnych dla budownictwa właściwości i odporność Dr inż. MAREK WIERUSZEWSKI Katedra Tworzyw Drzewnych, Wydział Technologii Drewna Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Department of Wood-based Materials, Faculty of Wood Technology, University of Life Sciences in Poznan

2 Drewno konstrukcyjne lite sosnowa (PNSY), świerkowa (PCAB), jodłowa (ABAL), modrzewiowa (LADC), daglezjowa (PSMN). SORTYMENTY TARCICY: a)deski, b)bale, c)krawędziaki, d)belki, e)łaty (źródło: Kotwica, J. 2011: Konstrukcje drewniane w budownictwie tradycyjnym. Arkady, Warszawa: )

3 Drewno konstrukcyjne lite postać drewna litego

4 Elementy stropów Drewno konstrukcyjne lite Kierunki zastosowania Domy szkieletowe w konstrukcji kanadyjskiej Więźba dachowa Domy szkieletowe w konstrukcji prefabrykowanej

5 Kratownice Elementy stropów

6 Drewno lite oraz klejone, aby mogło być dopuszczone do zastosowania w budownictwie musi spełniać określone właściwości zawarte w obecnym systemie norm europejskich: a) dotyczących badania właściwości: PN-EN408:2010 Konstrukcje drewniane, Drewno konstrukcyjne lite i klejone warstwowo. Oznaczanie niektórych właściwości fizycznych i mechanicznych, PN-EN 384:2010 Drewno konstrukcyjne. Oznaczanie wartości charakterystycznych właściwości mechanicznych i gęstości; b) dotyczących sortowania i dopuszczania do obrotu: PN-EN :2011 Konstrukcje drewniane. Drewno konstrukcyjne sortowane wytrzymałościowo o przekroju prostokątnym. Część 1: Wymagania ogóle oraz kolejne arkusze 2, 3 i 4 dotyczące sortowania maszynowego.; PN-EN14080:2013 Konstrukcje drewniane. Drewno klejone warstwowo i drewno lite. Wymagania. ; PN-D-94021:2013, Tarcica konstrukcyjna iglasta sortowana metodami wytrzymałościowymi

7 Drewno konstrukcyjne lite Drewno konstrukcyjne ze znakiem CE według zastąpionej normy PN-B drewno konstrukcyjne jest to drewno o przekroju prostokątnym o grubości co najmniej 38 mm, przenoszące obciążenia mechaniczne. Nowa norma PN-EN mówi w załączniku krajowym, że drewno konstrukcyjne ma co najmniej 22 mm grubości i jest wykorzystywane w nośnych konstrukcjach drewnianych. Każdy wyrób -drewno konstrukcyjne, musi być oznakowane znakiem CE. W Polsce drewno konstrukcyjne jest znakowane znakiem CE zgodnie normą PN-EN A1:2011 Wszelkie dokumenty związane z wyrobem znakowanym znakiem CE powinny być przechowywane przez producenta przez 10 lat.

8 W Polsce w praktyce jest stosowana głównie metoda wizualna. Metodą wizualną zgodnie z normą PN-D-94021:2013 można przypisać drewno do 3 klas sortowniczych: klasy wyborowej (KW), klasy średniej (KS), klasy niższej jakości (KG). Wizualna ocena i klasyfikacja do danej grupy wytrzymałościowej obarczona jest błędem wynikającym z tzw. czynnika ludzkiego. Zależność pomiędzy klasą sortowniczą, a klasą wytrzymałościową PN-EN 338 określa norma PN-EN :2010 Według tej normy dla drewna sosnowego i świerkowego KG oznacza klasę C20 i C18, KS oznacz klasę C24, a klasa KW klasę C35 i C30.

9 Charakterystyka klas jakości tarcicy konstrukcyjnej sortowanej metodami wizualnymi wg normy PN-D-94021:2013 Kryterium klasyfikacji Sęki ze względu na jakość, wyrażone wskaźnikiem sękatości: a)w strefie marginalnej Umsęk b) na całym przekroju poprzecznym tarcicy Umsęk Wymagania w zależności od klasy jakości tarcicy KW KS1) KG1) 1/4 1/4 1/2 1/2 >1/2 1/4 1/4 1/4 1/2 1/3 Skręt włókien 7 % (1:14) 10 % (1:10) 15 % (1:6) Pęknięcia, pęcherze żywiczne, zakorki i zabitki - w zależności od miejsca i nasilenia występowania: a) głębokie, nie przechodzące na czoła, boki i przeciwległą płaszczyznę b)czołowe nie przechodzące, przechodzące i okrężne Zgnilizna Chodniki owadzie nie bierze się pod uwagę wad o długości poniżej 300 mm dopuszczalne o długości do 1/4 długości sztuki i nie większe niż 600 mm 900 mm o głębokości do 1/3 1/2 2/3 grubość sztuki dopuszczalne o długości do 1/1 1/2 szerokości sztuki niedopuszczalna niedopuszczalne dopuszczalne ślady zgnilizny twardej2) dopuszczalna występująca sporadycznie3) Przeciętna szerokość słojów 4 mm4) 6 mm 10 mm 1) Dopuszcza się stosowanie dwóch wariantów sortowania tarcicy według sękatości. 2) Jeżeli nie osłabia tarcicy bardziej niż skupienie sęków. 3) Udział dużych otworów owadzich na powierzchni przekroju poprzecznego tarcicy ustala się, jak wskaźnik sękatości. 4) Nie bierze się pod uwagę słoistości, jeżeli gęstość drewna powietrznosuchego sosnowego wynosi co najmniej 450 kg/m3, a gęstość drewna powietrznosuchego świerkowego wynosi co najmniej 420 kg/m3

10 Sortowanie wytrzymałościowe maszynowe Źródło: microtec.eu/ Jest to proces w którym sztuka tarcicy jest sortowana w sposób maszynowy, nieniszczący, na podstawie jednej lub kilku jej właściwości, w razie konieczności także za pomocą oceny wizualnej.

11 Metoda maszynowa podział ze względu na rodzaj działania: określanie modułu sprężystości; prześwietlania sortowanej sztuki tarcicy promieniami gamma lub X, bez stykania się z nią by określić jej: gęstość, sękatość, skręt włókien; określania modułu sprężystości oraz prześwietlania. Źródło: Kozakiewicz, P., Krzosek, S Inżynieria materiałów drzewnych. SGGW, Warszawa:

12 Drewno konstrukcyjne klejone Drewno KVH Drewno konstrukcyjne KVH to nowoczesny materiał drzewny suszony do wilgotności 15% +/-3%, czterostronnie strugany i klejone wzdłużnie do długości 13 metrów. Konstrukcje drewniane KVH stanowią idealny materiał do konstrukcji ścian, stropów, belek do suchej zabudowy, legarów pod deski podłogowe itp. Nazwa KVH jest to nazwa zastrzeżona dla produktów wytwarzanych przez niemieckie i austriackie koncerny Źródło:

13 Tabela dostępnych wymiarów drewna KVH Długość [m] Wymiar 5,0 [mm] 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 10,5 13, Źródło:

14 Drewno konstrukcyjne klejone Długość [m] Wymiar 5,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 10,5 13,0 [mm]

15 Drewno konstrukcyjne klejone BSH Konstrukcyjne drewno klejone BSH jest to drewno klejone warstwowo, idealne do stosowania w miejscach, gdzie ważna jest nośność, stabilność kształtów oraz estetyka. Drewno BSH produkuje się poprzez sklejanie kilku do kilkunastu warstw drewnianych głównie z drewna świerkowego. Lamele są sprawdzane i sortowane pod kątem klas wytrzymałości GL 24 i GL 28 zgodnie z normą PN-EN Drewno BSH jest stabilne wymiarowo dzięki wielowarstwowej budowie - do jego produkcji stosuje się lamele o grubości 40 mm o maksymalnej wilgotności 12%. Stabilny kształt zawdzięcza wielowarstwowej budowie i standardowym sztukom tarcicy o grubości 40 mm. Drewno BSH jest możliwe do wykonania w dowolnych przekrojach, o dowolnej długości do 13 metrów.

16 Wymagane przez normy proporcje przekroju poprzecznego drewna klejonego warstwowo wykonanego z tarcicy różnych klas jakości: a) pasy zewnętrzne wykonane z tarcicy o wyższych parametrach mechanicznych niż pas wewnętrzny, b) pas rozciągany wykonany z tarcicy o wyższych parametrach mechanicznych niż reszta przekroju poprzecznego

17 Drewno konstrukcyjne klejone Drewno klejone warstwowo zawdzięcza swoja popularność cechom typowym dla drewna oraz szerokiej gamie możliwości zastosowań. Drewno klejone warstwowo, powstałe z połączenia giętkich warstw tarcicy o grubości mm, może być kształtowane w elementy o dowolnej krzywiźnie. Ponieważ drewno klejone warstwowo powstaje w wyniku określonego sposobu łączenia warstw drewna, jedynym ograniczeniem stosowanym przy projektowaniu prostokątnych przekrojów poprzecznych są proporcje wymagane przez normy obowiązujące w danym kraju i dlatego można spotkać elementy o wysokości przekroju ponad 1,5m. Warstwowy układ przekroju pozwala również kształtować elementy o zmiennej wysokości przekroju w zależności od potrzeb wynikających z pracy konstrukcji czy też estetycznych walorów spadzistych połaci dachowych.

18 BSH- GL 24 GL 28 Homogeniczny Kombinowany Homogeniczny Kombinowany C 24 C 30 C 24 C 18 C 30 C 24 C 24 C 30

19 Eliminacja wad

20 Wymagane właściwości wg PN-EN 14080:2013 Konstrukcje drewniane. Drewno klejone warstwowo i drewno lite. Wymagania. Klasa wytrzymałości drewna klejonego GL 24h GL 28h GL 32h GL 36h Wytrzymałość na zginanie (współczynniki), N/mm Moduł sprężystości (średni), N/mm Moduł sprężystości (dolny, 5-procentowy), N/mm Gęstość, kg/m Klasa wytrzymałości tarcicy wg EN338 C24 C30 C40 -

21 Przykładowa wydajność sortowania

22 Przykład plastycznych możliwości stosowania drewna klejonego warstwowo [ Przykłady połącze ń prefabrykatów z dre wna kle jonego warstwowo za pomocą łączników stalowych: a klinika dentystyczna w Exeter, Wielka Brytania, połączenie elementów konstrukcji [ b obiekt sportowy, sposób przegubowego mocowania konstrukcji [

23 Drewno konstrukcyjne klejone Stosowane w produkcji drewna klejonego warstwowo gatunki drewna są materiałem należącym do łatwych w obróbce i podatnych na cięcie. Możliwe jest dokładne uformowanie elementów tak, aby na miejsce wznoszenia konstrukcji były dostarczane gotowe części do montażu. Możliwość produkcji prefabrykatów pozwala na stosowanie przy wznoszeniu obiektów łączników (zwykle metalowych) dokładnie dobranych w procesie projektowania, które oprócz swoich funkcji mechanicznych pełnią także funkcje estetyczne i harmonizują z całością konstrukcji Drewno jako materiał charakteryzujący się porowatą budową wynikającą ze szkieletowej struktury tkanek roślinnych jest materiałem lekkim. Polskie gatunki drewna stosowanego na elementy nośne konstrukcji mają gęstość przeciętną mieszczącą się w zakresie kg/m3. Wprowadzenie warstwy kleju pomiędzy warstwy drewna tylko nieznacznie podnosi gęstość drewna klejonego warstwowo (8 11%) w stosunku do drewna litego. Stosunek porównawczy masy najpopularniejszych materiałów konstrukcyjnych jest dla drewna niezwykle korzystny i wynosi: drewno/ beton / żelbet / stal = 1/4/4,5/14.

24 Drewno konstrukcyjne klejone Drewno posiada korzystne właściwości wytrzymałościowe, porównywalne z parametrami stali i betonu, odzwierciedlane przez elastyczność (moduł sprężystości) czy wytrzymałości na zginanie, ściskanie, rozciąganie i ścinanie, przy czym należy pamiętać o anizotropii tych cech w drewnie wynikających z jego kierunków anatomicznych i uwzględniać to podczas przeprowadzania porównania tak, aby wykorzystane były właściwości drewnianych elementów konstrukcyjnych. Połączenie tych dwóch aspektów właściwości drewna pozwala wznosić konstrukcje o znacznej rozpiętości przy braku dodatkowych, pośrednich punktów podparcia, a zaletą przy uwzględnieniu małych ciężarów prefabrykatów z drewna klejonego warstwowo jest możliwość łatwego transportu na znaczne odległości oraz ograniczenie parku maszyn potrzebnych przy wznoszeniu konstrukcji.

25 Przykłady: a - transportu prefabrykatów z drewna klejonego warstwowo (dźwigary hali lotniska w Aalborg, Dania Lilleheden); b - wznoszenia konstrukcji z prefabrykatów drewna klejonego warstwowo (park wodny w Krakowie - Techma Moduł)

26 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ wilgotności na wytrzymałość drewna: 1-rozciąganie wzdłuż włókien, 2-zginanie, 3-ściskanie wzdłuż włókien 4-ścinanie wzdłuż włókien

27 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ podwyższonej temperatury i wilgotności na wytrzymałość drewna: a) rozciąganie, b) ściskanie wzdłuż włókien, c) ścinanie wzdłuż włókien (za 100% przyjęto wytrzymałość przy t=100ºc i w=0%, d)ściskanie wzdłuż włókien (za 100% przyjęto wytrzymałość przy t=20 ºC i w=0 ºC

28 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ temperatury na moduł sprężystości Zmiana modułu sprężystości zależnie od temperatury przy zginaniu i ściskaniu

29 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ temperatury na moduł sprężystości Wpływ gęstości objętościowej na wytrzymałość drewna (przy wilgotności w=12%) przy ściskaniu wzdłuż włókien i zginaniu

30 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ sęków na wytrzymałość drewna na zginanie statyczne wg Krzysika (1975) Sosna Świerk Wyszczególnienie Zginanie w kierunku promieniowym Zginanie w kierunku stycznym Zginanie w kierunku promieniowym Zginanie w kierunku stycznym bez z bez z bez z bez z sęka sękiem sęka sękiem sęka sękiem sęka sękiem Względy wymiar sęka 0 0,41 0 0,42 0 0,38 0 0,3 Liczba powtórzeń Wilgotność, % 18,1 18,1 18,1 18,1 18,2 18,2 17,8 17,8 Gęstość obj. kg/m Wytrzymałość na zginanie, MPa Wytrzymałość na zginanie, % 50, ,2 35, ,4 56,6 43, Źróło: Anna Lis, Piotr Lis: CHARAKTERYSTYKA WYTRZYMAŁO Ś CI DREWNA JAKO JEGO PODSTAWOWEJ WŁA Ś CIWO Ś CI MECHANICZNEJ

31 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ sęków na wytrzymałość drewna sosny na rozciąganie i ściskanie wg Krzysika 1974 Źróło: Anna Lis, Piotr Lis: CHARAKTERYSTYKA WYTRZYMAŁO Ś CI DREWNA JAKO JEGO PODSTAWOWEJ WŁA Ś CIWO Ś CI MECHANICZNEJ

32 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ długotrwałego obciążenia na wytrzymałość drewna

33 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Wpływ skrętu włókien na wytrzymałość 1-ściskanie, 2-zginanie, 3-rozciąganie

34 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Suszenie drewna Drewno suszy się w sposób naturalny na wolnej przestrzeni lub pod otwartymi wiatrami lub w sposób sztuczny. Podczas suszenia zmniejsza się objętość drewna, występują przy tym nierównomierne naprężenia w jego strukturze powodujące paczenie się i pękanie. Paczenie się drewna przy wysychaniu: a) schemat odkształcenia elementów tartych w zależności od usytuowania w przekroju, b) deska przed odkształceniem, c) deski styczna i rdzeniowa po odkształceniu 1-deska styczna, 2-deska rdzeniowa, 3-krawędziak

35 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Pęknięcia suszonego drewna okrągłego: a) w korze, b) bez kory 1-kora, 2-pęknięcia promieniowe wewnętrzne, 3-pęknięcia promieniowe zewnętrzne

36 Wybrane właściwości wytrzymałościowe drewna: Pęknięcia drewna okrągłego w wyniku nieprawidłowości procesu suszenia Pęknięcia tarcicy na skutek nierównomiernego rozkładu wilgoci w różnych stadiach suszenia: a) równomierny rozkład wilgoci przed suszeniem, b) pierwsza faza suszenia widoczne pęknięcia zewnętrzne, c) druga faza suszenia tarcica z pęknięciami wewnętrznymi 1-pęknięcia zewnętrzne, 2-pęknięcia wewnętrzne, 3-odkształcenia postaciowe

37 Trwałość drewna: Drewno klejone warstwowo zachowuje odporność na oddziaływanie środowiska w takim samym stopniu jak drewno lite oraz poprzez zastosowanie dodatkowych środków zabezpieczających przed korozja biologiczną jest mniej podatne na działanie grzybów i drobnoustrojów, które mogłyby osłabić i zniszczyć konstrukcję. Stosowana w Polsce sosna i świerk są materiałami zaliczającymi się do bardzo odpornych lub odpornych na oddziaływanie środowiska kwaśnego i zasadowego [Kania 1999], co pozwala na stosowanie wyprodukowanego z użyciem tych gatunków drewna klejonego warstwowo w obiektach inwentarskich, charakteryzujących się okresowo dużym stężeniem związków organicznych o odczynie kwaśnym i/lub zasadowym. Duża odporność drewna klejonego warstwowo sprzyja wieloletniemu wykorzystywaniu tego materiału, w zależności od rejonu, z którego pozyskiwany jest surowiec podstawowy.

38 Ognioodporność Drewno uważane za materiał łatwopalny, podczas gdy drzewiarze są odmiennego zdania, ponieważ w czasie pożaru na powierzchni drewna powstaje otoczka zwęglonego materiału o niskiej przewodności cieplnej skutecznie odcinająca dopływ tlenu, gazu niezbędnego podczas procesu spalania, dogłębszych partii przekroju, chroniąc go w ten sposób przed zniszczeniem. W przypadku drewna klejonego warstwowo naturalne właściwości drewna są dodatkowo wspomagane przez izolacyjną i niepalną warstwę kleju. Drewno to materiał, który w czasie pożaru nie pęka (w przeciwieństwie do betonu czy żelbetu), nie uplastycznia się i nie traci sztywności oraz możliwości podtrzymywania innych elementów konstrukcji (w przeciwieństwie do stali i aluminium). Drewno klejone warstwowo, tak jak drewno lite, jest bezpośrednio zagrożone oddziaływaniem ognia, a nie wysokich temperatur towarzyszących pożarowi, które zwykle stanowią o szybkości rozprzestrzeniania się tego zjawiska.

39 Ognioodporność Klasa Euro Przykład A1, A2 Wełna kamienna, płyty kartonowo-gipsowe B Malowana płyta kartonowo-gipsowa C Płyty gipsowe z tapetą D Drewno E Styropian samogasnący EPS A1 Euroklasa - klasa podstawowa A2, B, C, D, E F Charakterystyka wyrobu najwyższa dla bezpiecznych i niepalnych wyrobów wyroby o pogarszających się kolejno właściwościach ogniowych, w coraz wyższym stopniu palne, przyczyniają się do rozwoju pożaru. Klasom A2, B, C, D, E towarzyszą uzupełniające klasyfikacje określające ilość dymu i płonących kropli, powstałych podczas palenia się tych wyrobów. wyroby o pogarszających się kolejno właściwościach ogniowych, w coraz wyższym stopniu palne, przyczyniają się do rozwoju pożaru. Klasom A2, B, C, D, E towarzyszą uzupełniające klasyfikacje określające ilość dymu i płonących kropli, powstałych podczas palenia się tych wyrobów. F Materiały nieprzebadane, styropian, EPS Źródło:

40 Ognioodporność Właściwości przeciwpożarowe są testowane przy uwzględnieniu: I- Izolacji. Czas potrzebny, aby strona zimna odpowiedniej części budynku osiągnęła określoną temperaturę (zwykle przyrost średni o 140⁰C). E- Integralności - szczelność. Czas, w którym odpowiednia część budynku zachowuje integralność pod wpływem płomieni i gorących gazów podczas normalnego pożaru. R- Nośności. Czas, w którym odpowiednia część budynku może dźwigać odpowiednie obciążenie podczas normalnego pożaru. M- Działania mechanicznego. Zdolność elementów konstrukcyjnych do radzenia sobie z naciskiem mechanicznym podczas standardowego pożaru.

41 Ognioodporność Rozważając zachowanie się materiałów drewnopochodnych i litego drewna w czasie rozwijającego się pożaru zauważamy, że te pierwsze płoną, przez co kwalifikujemy je jako palne. Podczas gdy palna natura może być modyfikowana za pomocą pokryć czy impregnatów solnych, to żaden nie może uczynić drewna niepalnym Lite drewno wymaga, długotrwałego oddziaływania temperatury rzędu 400 C na powierzchni do chwili wywołania zapłonu, bez zewnętrznego (inicjującego) płomienia, oraz ok. 300 C przy obecności płomienia. Wartości rzeczywiste są powiązane z gęstością, gatunkiem, zawartością wilgoci i czynnikiem kształtu/przekroju. krzywa czas-temperatura (w czasie pożaru) wg ISO 834 Źródło: Wojciech Nitka Published 12 czerwca 2016 Updated 7 listopada 2016

42 Ognioodporność Obliczeniowe prędkości zwęglenia p 0 (gdzie t p : grubość elementu, a: szerokość lub wysokość przekroju) Materiał Po w mm/min Lita biel dla p k > 290 kg/m 3 i min a > 35 mm 0,8 Klejona biel dla p k > 290 kg/m 3 0,7 Panele drewniane dla p k = 450 kg/m 3 i t p = 20 mm 0,9 Lita twardziel dla p k > 450 kg/m 3 0,5 Twardziel klejona dla ρk 450 kg/m³ 0,5 Dąb 0,5 Lita twardziel dla ρk 290 kg/m³ 0,7 Twardziel klejona dla ρk 290 kg/m³ 0,7 Sklejka dla ρk = 450 kg/m³ i tp = 20 mm 1,0 Panele drew.-poch. dla ρk = 450 kg/m³ i tp = 20 mm 0,9 Źródło: Wojciech Nitka Published 12 czerwca 2016 Updated 7 listopada 2016

43 Czas odporności ogniowej niezabezpieczonych łączników z bocznymi elementami drewnianymi * t 1 jest grubością skrajnego elementu Czas odporności ogniowej tfi,d [min] Zabezpieczenie* Gwoździe 15 d > 2.8 mm Śruby 15 d > 3.5 mm Sworznie 15 t 1 > 45 mm Dyble 20 t 1 > 45 mm Łaczniki wg EN t 1 > 45 mm Źródło: Wojciech Nitka Published 12 czerwca 2016 Updated 7 listopada 2016

44 Odporność ogniowa konstrukcji drewnianych Przyjmuje się prędkość zwęglania drewna litego 0,8 mm/min, a drewna klejonego warstwowo 0,6 mm/min. Nieco większa jest prędkość zwęglania drewna w narożach stąd zalecenie frezowania zaowalającego. Zasady określania odporności ogniowej prętowych konstrukcji z drewna klejonego podawane są w aprobatach technicznych. Metody obliczeniowe można stosować tylko wtedy, gdy podczas ogrzewania nie zachodzi rozwarstwienie drewna klejonego. Bez obliczeń można przyjmować, że belki z drewna litego o szerokości nie mniejszej niż 14 cm mają odporność ogniową R 30 (F 0,5). O odporności ogniowej stropów drewnianych decyduje na ogół nie nośność belek stropowych, lecz utrata szczelności i izolacyjności w obszarach pomiędzy belkami na skutek przepalenia i wypadania izolacji. Proponowane rozwiązania stropów, dachów i ścianek działowych o szkielecie drewnianym podawane są w aprobatach technicznych. Nie ma większych problemów technicznych z uzyskaniem klasy odporności ogniowej tego rodzaju przegród REI 30 (F 0,5) lub REI 60 (F 1). Źródło: KOSIOREK M. i inni: Odporność ogniowa konstrukcji budowlanych. ARKADY, Warszawa 1990

45 Ognioodporność W niszczącym oddziaływaniu temperatury na drewno w pierwszym etapie, endotermicznym, temperatura początkowo nie przekracza 100 C (wilgotność drewna 12-16%). Po przekroczeniu temperatury ok. 125 C zaczynają się wydzielać substancje lotne. W kolejnym etapie egzotermicznym, w temperaturze ok. 250 C następuje zapłon powierzchni drewna, połączony z intensywnym wydzielaniem gazów palnych. Dla elementów niezabezpieczonych, okres poprzedzający ich zapalenie trwa około 3-5 min. Podczas spalania powierzchni drewna w równomierny sposób narasta warstwa węgla, której kruchość i przyczepność zależy od gatunku drewna a przewodność cieplną, jest kilka razy mniejszą od przewodności drewna gatunków iglastych. Warstwa ta ogranicza dopływ tlenu do niezwęglonego wnętrza elementu, a więc i przyrost temperatury, co umożliwia przez pewien czas przenoszenie obciążeń eksploatacyjnych przez konstrukcję drewnianą podczas pożaru. Źródło: KOSIOREK M. i inni: Odporność ogniowa konstrukcji budowlanych. ARKADY, Warszawa 1990

46 Ognioodporność Etapy zaawansowanego spalania: 1) niezwęglone jądro (rdzeń) elementu, w którym temperatura nie przekracza 100 C, 2) obrzeże jądra, w którym w temperaturze C rozpoczyna się proces pirolizy, połączony z intensywną emisją gazów, 3) strefa, w której w temperaturze C rozpoczyna się zwęglanie drewna, zaś produkty rozkładu termicznego ulegają częściowemu zapaleniu, 4) strefa całkowitego zwęglania, w której w temperaturze powyżej 280 C drewno rozkłada się na węgiel i substancje lotne, 5) obszar żarzenia, w którym w temperaturze do 1100 C węgiel drzewny ulega spalaniu, wydzielając produkty lotne. Źródło: KOSIOREK M. i inni: Odporność ogniowa konstrukcji budowlanych. ARKADY, Warszawa 1990

47 Ognioodporność W analizie odporności ogniowej, z uwagi na nośność, przyjmuje się zmiany przekroju nośnego oraz współczynniki korekcyjne właściwości mechanicznych niezwęglonego wnętrza przekroju: współczynnik sprężystości 0,80, wytrzymałość na ściskanie 0,75, wytrzymałość na rozciąganie 0,80, wytrzymałość na zginanie 0,80. Źródło: KOSIOREK M. i inni: Odporność ogniowa konstrukcji budowlanych. ARKADY, Warszawa 1990

48 Ognioodporność Przykładowy rozkład wilgotności w belce o szerokości 18,5 cm poddanej działaniu ognia Źródło: KOSIOREK M. i inni: Odporność ogniowa konstrukcji budowlanych. ARKADY, Warszawa 1990

49 Właściwości drewna klejonego Niezależnie od rodzaju kleju wartość modułu sprężystości drewna warstwowego jest zawsze większa od wartości modułu uzyskanej dla drewna litego, z którego sklejono drewno warstwowe. Moduły sprężystości podłużnej przy rozciąganiu i zginaniu różnią się o 3,8% dla drewna warstwowego i o 20% dla drewna litego [Korzeniowski 1965]. Wzrost stosunku grubości tarcicy do grubości spoiny powoduje zmniejszenie wpływu spoiny na moduł sprężystości elementu [Korzeniowski 1965], jednak sama spoina klejowa wywiera znaczący wpływ na stan naprężenia w złączu klejowym [Wilczyński 1988].

50 Właściwości drewna klejonego Ilość spoin w drewnianym materiale warstwowym nie ma wpływu na chwilowe wartości modułu sprężystości, jednak nabiera znaczenia podczas długotrwałej pracy belek: im większa liczba spoin tym ugięcia są mniejsze [Nożyński 1987]. Zależność pomiędzy średnim odkształceniem skrajnych włókien w strefie ściskanej i strefie rozciąganej od naprężeń przy zginaniu ma charakter prostoliniowy. W próbkach zginanych strefa obojętna pokrywa się z osią symetrii przekroju, a odkształcenia wzrastają liniowo ku skrajnym włóknom, osiągając prawie te same wartości maksymalne w strefie ściskanej, co w strefie rozciąganej [Korzeniowski 1965].

51 Właściwości drewna klejonego Stan naprężenia w spoinie klejowej w drewnie zależy od czynników związanych z anizotropią drewna. Rozkład naprężeń ścinających w spoinach klejowych jest tym bardziej równomierny, im większy jest stopień anizotropii (wyrażony stosunkiem modułów sprężystości wzdłuż i w poprzek włókien) właściwości sprężystych sklejonego drewna (gatunku drewna, wzajemnego układu włókien w sklejonych elementach) oraz jest niezależny od rodzaju łączonych płaszczyzn drewna jego przekrojami wzdłużnymi [Wilczyński 1988]. W klejonych elementach drewnianych o układzie włókien wzajemnie prostopadłym, jak również w spoinie klejowej naprężenia termiczne są znacznie mniejsze niż wytrzymałość drewna na ścinanie w odpowiednim kierunku anatomicznym [Kocoń 1974].

52 W przypadku drewna, będącego materiałem anizotropowym, poddanego zginaniu siłą prostopadłą do włókien, oś obojętna przekroju jest przesunięta, a naprężenia rozciągające są znacznie większe niż naprężenia ściskające W elemencie poddanym zginaniu najbardziej wytężonymi częściami przekroju są jego pasy zewnętrzne, które mogą przenosić do 70,4%, a wraz z warstwami pośrednimi nawet 96,4% całości naprężeń normalnych [Dzbeński, Czuczeło 2000]. Dla materiałów izotropowych wykres rozkładu naprężeń normalnych, niezależnie od kształtu przekroju poprzecznego, jest zgodny z formułą Naviera, zakładającą symetryczny i równomierny rozkład tych naprężeń. W przypadku przekrojów symetrycznych pozioma oś obojętna znajduje się w połowie wysokości obciążanego przekroju, a wartości naprężeń ściskających i rozciągających są sobie równe.

53 Właściwości drewna klejonego W przypadku drewna klejonego warstwowo, zwłaszcza kombinowanego z tarcicy różnych klas jakości, niezwykle istotnym zagadnieniem jest zapewnienie właściwego połączenia poszczególnych warstw, ponieważ miejsca sklejenia są szczególnie narażone na zniszczenie spowodowane zarówno przez zmiany naprężeń w samej spoinie (występują naprężenia normalne i styczne spowodowane zginaniem oraz naprężenia ścinające od sił poprzecznych) jak i poprzez występowanie skokowej zmiany właściwości materiału. Zniszczenie spoiny, tworzącej fizyczne więzy pomiędzy warstwami, prowadzi do miejscowego osłabienia przekroju i powstania dwóch (lub więcej) niezależnie pracujących elementów.

54 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ