Która z wytrzymałości drewna jest najmniej wrażliwa na kierunek włókien
1. Wprowadzenie – drewno jako materiał anizotropowy
Drewno jest materiałem anizotropowym, co oznacza, że jego właściwości mechaniczne zależą od kierunku działania siły względem układu włókien drzewnych. Struktura drewna ma charakter włóknisty – komórki drewna są wydłużone i ułożone równolegle do osi pnia drzewa.
W związku z tym właściwości wytrzymałościowe drewna różnią się w trzech podstawowych kierunkach:
wzdłuż włókien (kierunek podłużny),
w kierunku promieniowym,
w kierunku stycznym.
Największą wytrzymałość drewno osiąga wzdłuż włókien, natomiast najmniejszą w kierunku prostopadłym do włókien.
2. Rodzaje wytrzymałości drewna
W konstrukcjach drewnianych analizuje się kilka podstawowych rodzajów wytrzymałości materiału:
wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien,
wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien,
wytrzymałość na zginanie,
wytrzymałość na rozciąganie w poprzek włókien,
wytrzymałość na ściskanie w poprzek włókien,
wytrzymałość na ścinanie.
Wartości tych parametrów są podawane w normie:📘 PN-EN 338
3. Wrażliwość wytrzymałości drewna na kierunek włókien
Najbardziej wrażliwe na kierunek włókien są:
rozciąganie
Wytrzymałość drewna na rozciąganie wzdłuż włókien jest bardzo wysoka, natomiast w poprzek włókien jest kilkanaście razy mniejsza. Wynika to z faktu, że włókna drewna działają podobnie jak włókna w kompozytach – są bardzo odporne na rozciąganie wzdłuż swojej osi, lecz słabe w kierunku poprzecznym.
ściskanie
Podobnie wygląda sytuacja przy ściskaniu. Wytrzymałość wzdłuż włókien jest wielokrotnie większa niż w poprzek włókien.
4. Wytrzymałość najmniej wrażliwa na kierunek włókien
Najmniej wrażliwa na kierunek włókien jest wytrzymałość na ścinanie.
Ścinanie polega na przesuwaniu się warstw materiału względem siebie, a mechanizm ten nie jest tak silnie zależny od orientacji włókien jak rozciąganie czy ściskanie.
Różnice między wartościami wytrzymałości na ścinanie w różnych kierunkach są stosunkowo niewielkie w porównaniu z innymi rodzajami wytrzymałości.
Typowe wartości wytrzymałości na ścinanie dla drewna konstrukcyjnego wynoszą około:3–6 MPa
5. Znaczenie kierunku włókien w konstrukcjach drewnianych
W projektowaniu konstrukcji drewnianych kierunek włókien ma bardzo duże znaczenie.
Elementy konstrukcyjne projektuje się tak, aby:
główne siły działały wzdłuż włókien,
ograniczyć obciążenia w poprzek włókien.
Dotyczy to zwłaszcza elementów takich jak:
belki drewniane,
słupy,
elementy kratownic dachowych.
6. Wpływ kierunku włókien na nośność elementów
Jeżeli obciążenie działa prostopadle do włókien, mogą wystąpić niekorzystne zjawiska, takie jak:
zgniecenie włókien,
rozszczepienie elementu,
utrata nośności połączenia.
Dlatego w konstrukcjach drewnianych stosuje się rozwiązania ograniczające obciążenia poprzeczne, np.:
odpowiednie rozmieszczenie łączników,
stosowanie podkładek stalowych,
zwiększenie powierzchni docisku.
7. Wpływ anizotropii na projektowanie według Eurokodu 5
Norma ta wprowadza różne parametry wytrzymałościowe w zależności od kierunku działania sił względem włókien drewna.
Przykładowe oznaczenia:
ft,0,k – wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien,
fc,0,k – wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien,
fv,k – wytrzymałość na ścinanie.
8. Praktyczne znaczenie dla konstrukcji drewnianych
Właściwości anizotropowe drewna powodują, że projektowanie konstrukcji drewnianych wymaga szczególnej uwagi przy:
projektowaniu połączeń,
analizie stref podporowych,
sprawdzaniu zgniecenia drewna w miejscach styku elementów.
Z tego powodu w wielu przypadkach konieczne jest stosowanie dodatkowych elementów wzmacniających, takich jak:
blachy stalowe,
łączniki mechaniczne,
podkładki zwiększające powierzchnię docisku.