Projektuojant, kuriant ar gaminant medines konstrukcijas, svarbu žinoti medžiagos stiprumo savybes – projektinę medienos varžą, kuri matuojama vienu kilogramu kvadratiniam centimetrui. Rodikliams tirti naudojami standartinių dydžių pavyzdžiai, išpjauti iš lentų ar reikiamos markės medienos, be išorinių defektų, mazgų ir kitų defektų. Toliau bandomas mėginio atsparumas gniuždymui, lenkimui, tempimui.
Medienos rūšys
Mediena yra universali medžiaga, kurią galima lengvai apdirbti ir naudojama įvairiose gamybos srityse: statyboje, balduose, induose ir kituose buities reikmenyse. Naudojimo sritis priklauso nuo medienos rūšies, turinčios skirtingas fizines, chemines ir mechanines savybes. Statybose ypač populiarūs tokie spygliuočiai kaip eglė, kedras, pušis, maumedis, eglė. Rečiau lapuočių medžių – beržo, tuopos, drebulės, ąžuolo, lazdyno, liepų, alksnio, buko.
Spygliuočių veislės naudojamos kaip apvalioji mediena, mediena, lentos atraminiams poliams, santvaroms, stulpams, tiltams, namams, arkoms, pramoniniams objektams ir kitoms statybinėms konstrukcijoms gaminti. Kietmedžio medžiagos sudaro tik ketvirtadalį viso suvartojamo kiekio. Taip yra dėl prastesnių kietmedžio medienos fizinių ir mechaninių savybių, todėl jas bandoma panaudoti mažų laikančiųjų apkrovų konstrukcijoms gaminti. Paprastai jie patenka į juodraščio ir laikinųjų objektų mazgus.
Medienos naudojimas statybose reglamentuojamas taisyklėmis, atsižvelgiant į fizines ir mechanines medienos savybes. Šios savybės priklauso nuo drėgmės ir defektų buvimo. Laikančiųjų elementų drėgnumas neturi viršyti 25%, kitiems gaminiams tokių reikalavimų nėra, tačiau yra tam tikrų medienos defektų standartai.
Cheminė sudėtis
99 % medienos masės sudaro organinės medžiagos. Visų uolienų elementariųjų dalelių sudėtis yra tokia pati: azoto, deguonies, anglies ir vandenilio. Jie sudaro ilgas sudėtingesnių molekulių grandines. Mediena susideda iš:
- Celiuliozė yra natūralus polimeras, pasižymintis dideliu grandininių molekulių polimerizacijos laipsniu. Labai stabili medžiaga, netirpsta vandenyje, alkoholyje ar eteryje.
- Ligninas yra sudėtingos molekulinės struktūros aromatinis polimeras. Sudėtyje yra daug anglies. Jo dėka atsiranda medžių kamienų lignifikacija.
- Hemiceliuliozė yra įprastos celiuliozės analogas, tačiau turi mažesnį grandininių molekulių polimerizacijos laipsnį.
- Išgaunamasismedžiagos – dervos, dervos, riebalai ir pektinai.
Didelis dervų kiekis spygliuočių medžiuose išsaugo medžiagą ir leidžia jai ilgą laiką išlaikyti pirmines savybes, padeda atsispirti išoriniams poveikiams. Žemos kokybės medienos gaminiai, turintys daug defektų, daugiausia naudojami medienos chemijos pramonėje kaip žaliava popieriaus, klijuotos medienos gamybai arba cheminių elementų, pvz., taninų, naudojamų odos gamyboje, išgavimui.
Išvaizda
Mediena turi šias išorines savybes:
- Spalva. Vizualus atspindėtos spektrinės šviesos kompozicijos suvokimas. Svarbu renkantis rąstus kaip apdailos medžiagą.
- Spalva priklauso nuo medžio amžiaus ir tipo, taip pat nuo klimato sąlygų, kuriose jis augo.
- Blizgesys. Gebėjimas atspindėti šviesą. Didžiausias rodiklis yra ąžuolo, uosio, akacijos.
- Tekstūra. Raštas, kurį sudaro kamieno metiniai žiedai.
- Mikrostruktūra. Nustatyta pagal žiedo plotį ir vėlyvosios medienos kiekį.
Indikatoriai naudojami išoriniam medienos ruošos kokybės vertinimui. Vizuali apžiūra nustato defektus ir medžiagų tinkamumą tolesniam naudojimui.
Medienos defektai
Nepaisant akivaizdžių pranašumų, palyginti su sintetinėmis medžiagomis, mediena, kaip ir bet kuri natūrali žaliava, turi savo trūkumų. Reguliuojamas pažeidimo buvimas, laipsnis ir plotasnorminiai dokumentai. Pagrindiniai medienos defektai:
- pralaimėjimas, puvimas, grybelis ir kenkėjai;
- įstrižas;
- dervos kišenės;
- mazgai;
- įtrūkimai.
Mazgingumas sumažina medienos stiprumą, ypač svarbus jų skaičius, dydis ir vieta. Mazgai skirstomi į tipus:
- Sveika. Tvirtai augti kartu su medžio kūnu ir tvirtai sėdėti kišenėse, nesupuvę.
- Išskleidžiamasis meniu. Nulupkite ir nukriskite po medžiagos pjovimo.
- Ištvirkęs. Tamsios spalvos ir tankesnės struktūros, palyginti su kaimynine mediena;
- Patamsinta. Mazgai su pradine irimo stadija.
- Laisvas – supuvęs.
Pagal vietą mazgai skirstomi į:
- siūtas;
- lenktas;
- apaugęs;
- podūnai.
Slant taip pat sumažina medienos atsparumą lenkimui ir pasižymi tuo, kad apvalioje medienoje yra įtrūkimų ir spiralinių sluoksnių, pjautinėje medžiagoje jie yra nukreipti kampu į briaunas. Produktai su tokiu defektu yra žemos kokybės, naudojami tik kaip laikini įtvirtinimai.
Įtrūkimų priežastys priklauso nuo išorinių sąlygų ir medienos rūšių. Jie susidaro dėl netolygaus džiūvimo, šalčio, mechaninio įtempimo ir daugelio kitų veiksnių. Jie atsiranda tiek ant gyvų medžių, tiek ant nupjautų. Priklausomai nuo padėties ant kamieno ir formos, įtrūkimai vadinami:
- š altas;
- sernitsa;
- metika;
- sutraukti.
Įtrūkimai ne tik sumažina medienos kokybę, bet ir prisideda prie greito pluošto irimo bei sunaikinimo.
Puvinys susidaro užsikrėtus puvimo ir kitų rūšių grybais, atsirandančiais ant augančių ir kertamų medžių. Ant gyvų kamienų gyvenantys grybai yra parazitiniai, kurie užkrečia vienmečius žiedus ir juos nulupa. Kitos rūšys jau nusėda ant gatavų konstrukcijų ir sukelia puvimą, atsisluoksniavimą, įtrūkimus.
Kenksmingų organizmų atsiradimo priežastis – palanki aplinka jiems daugintis: drėgmė virš 50 % ir karštis. Ant gerai išdžiovintos medienos mikroorganizmai nesivysto. Į specialią kenkėjų kategoriją turėtų būti įtraukti vabzdžiai, kurie mieliau įsikuria medinėse konstrukcijose, juda jose, taip pažeisdami pluoštus ir sumažindami jų stiprumą.
Medienos drėgnumas
Vienas iš svarbių medienos normatyvinio ir projektinio atsparumo rodiklių. Tai turi įtakos vandens kiekiui kamieno pluoštuose. Drėgmė – sausos medžiagos drėgmės masės procentas. Skaičiavimo formulė atrodo taip: W=(m–m0)/m0 100, kur m yra pradinė ruošinio masė, m 0 - absoliutaus sauso mėginio svoris. Drėgmė nustatoma dviem būdais: džiovinant ir naudojant specialius elektroninius drėgmės matuoklius.
Mediena pagal drėgnumą skirstoma į kelias rūšis:
- Šlapias. Sudrėgmės kiekis didesnis nei 100%, o tai atitinka ilgą buvimą vandenyje.
- Šviežiai supjaustyta. Su turiniu nuo 50 iki 100%.
- Džiovinama ore. Vandens skaidulų kiekis svyruoja nuo 15 iki 20%.
- Sausas kambarys. Drėgmės kiekis nuo 8 iki 12%.
- Visiškai sausas. Su 0 % vandens, gaunamas džiovinant 102° temperatūroje.
Vanduo medyje yra surišto ir laisvo pavidalo. Laisva drėgmė yra ląstelėse ir tarpląstelinėje erdvėje, surišta – cheminių ryšių pavidalu.
Drėgmės įtaka medienos savybėms
Yra keletas savybių tipų, priklausomai nuo drėgmės kiekio medienos struktūroje:
- Susitraukimas – tai medienos plaušienos pluošto tūrio sumažėjimas, kai iš jų pašalinamas surištas vanduo. Kuo daugiau pluoštų, tuo daugiau surišto tipo drėgmės. Drėgmės pašalinimas nesuteikia tokio efekto.
- Iškrypimas – medienos formos pasikeitimas džiūvimo procese. Pasitaiko, kai rąstai nėra tinkamai išdžiovinami arba pjaunami.
- Drėgmės sugėrimas – medienos higroskopiškumas arba gebėjimas sugerti drėgmę iš aplinkos.
- Brinkimas – medienos pluošto tūrio padidėjimas, kai medžiaga yra drėgnoje aplinkoje.
- Vandens sugėrimas – medienos gebėjimas padidinti savo drėgmę sugeriant lašantį skystį.
- Tankis – matuojamas kaip masė tūrio vienetui. Didėjant drėgmei, tankis didėja ir atvirkščiai.
- Pralaidumas – gebėjimas praleisti vandenį per save esant aukštam slėgiui.
Po džiovinimomediena praranda natūralų elastingumą ir tampa standesnė.
Kietumas
Kietumo koeficientas nustatomas taikant Brinelio metodą arba Yankee testą. Esminis jų skirtumas slypi matavimo technikoje. Pasak Brinell, grūdinto plieno rutulys uždedamas ant lygaus, medinio paviršiaus ir jam veikiama 100 kilogramų jėga, po to išmatuojamas susidariusios skylės gylis.
Atliekant Yankee testą naudojamas 0,4 colio rutulys ir matuojama, kiek jėgos svarais reikia norint įstumti rutulio pusę mažesnio skersmens į medį. Atitinkamai, kuo didesnis rezultatas, tuo kietesnis medis ir tuo didesnis koeficientas. Tačiau toje pačioje veislėje rodikliai skiriasi, o tai priklauso nuo pjovimo būdo, drėgmės ir kitų veiksnių.
Toliau pateikiama Brinell ir Yankee medienos kietumo lentelė, skirta labiausiai paplitusioms rūšims.
| Vardas | Brinelio kietumas, kg/mm2 | Jankio kietumas, svarai |
| Akacija | 7, 1 | |
| Beržas | 3 | 1260 |
| Karelinis beržas | 3, 5 | 1800 |
| Guoba | 3 | 1350 |
| Kriaušė | 4, 2 | |
| Ąžuolas | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Eglė | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Maumedis | 2, 5 | 1200 |
| Alksnis | 3 | 590 |
| Europos graikinis riešutas | 5 | |
| Ispaniškas graikinis riešutas | 3, 5 | |
| Drebulės | 420 | |
| Pirmasis | 350-500 | |
| Šermukšnis | 830 | |
| Pušis | 2, 5 | 380-1240 |
| Vyšnia | 3, 5 | |
| Obelis | 1730 | |
| Pelenai | 4-4, 1 | 1320 |
Iš medienos kietumo lentelės matyti, kad:
- drebulė, eglė, pušis - labai minkšti medžiai;
- beržas, liepa, alksnis ir maumedis yra minkštos medienos;
- guoba ir graikinis riešutas yra vidutinio kietumo;
- ąžuolas, obuolys, vyšnių uosis, kriaušė ir turi normalaus kietumo koeficientą;
- bukas, skėriai ir kukmedis yra labai kietos veislės.
Kietmediena yra patvarimechaniniam įtempimui ir naudojamas svarbiems medinių konstrukcijų komponentams.
Tankis
Tankis yra tiesiogiai susijęs su pluošto drėgmės kiekiu. Todėl, norint gauti vienalyčius matavimo rodiklius, jis džiovinamas iki 12 proc. Padidėjęs medienos tankis padidina jos masę ir stiprumą. Pagal drėgmę mediena skirstoma į kelias grupes:
- Mažiausio tankio uolienos (iki 510 kg/m3). Tai yra eglė, pušis, eglė, tuopa, kedras, gluosnis ir graikinis riešutas.
- Raudonos spalvos vidutinio tankio (540–750 kg/m3). Tai maumedis, kukmedis, guobos, beržas, bukas, kriaušė, ąžuolas, uosis, šermukšnis, obuolys.
- Didelio tankio uolienos (daugiau nei 750 kg/m3). Į šią kategoriją įeina beržas ir žaliava.
Žemiau pateikiama skirtingų medžių rūšių tankumo lentelė.
| Veislės pavadinimas | Uolienų tankis, kg/m3 |
| Akacija | 830 |
| Beržas | 540-700 |
| Karelinis beržas | 640-800 |
| Bukas | 650-700 |
| Vyšnia | 490-670 |
| Guoba | 670-710 |
| Kriaušė | 690-800 |
| Ąžuolas | 600-930 |
| Eglė | 400-500 |
| Gluosnis | 460 |
| Kedras | 580-770 |
| Europos klevas | 530-650 |
| Kanados klevas | 530-720 |
| lauko klevas | 670 |
| Maumedis | 950-1020 |
| Alksnis | 380-640 |
| Riešutas | 500-650 |
| Drebulės | 360-560 |
| Pirmasis | 350-450 |
| Šermukšnis | 700-810 |
| Alyvinė | 800 |
| Slyva | 800 |
| Pušis | 400-500 |
| Tuopa | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| Paukščių vyšnia | 580-740 |
| Vyšnia | 630 |
| Obelis | 690-720 |
Spygliuočių rūšių tankis yra mažiausias, o lapuočių – didžiausias.
Stabilumas
Apskaičiuotas medienos atsparumas apima tokį dalyką kaip stabilumasdrėgmės poveikis. Laipsnis matuojamas penkių balų skalėje, kai keičiasi oro drėgmė:
- Nestabilumas. Net ir nežymiai pasikeitus drėgmei, atsiranda didelių deformacijų.
- Vidutinis stabilumas. Pastebimas deformacijos laipsnis, šiek tiek pasikeitus drėgmei.
- Santykinis stabilumas. Pasirodo nedidelis deformacijos laipsnis, šiek tiek pasikeitus drėgmei.
- Stabilumas. Jokių matomų deformacijų ir nežymių drėgmės pokyčių.
- Absoliutus stabilumas. Net labai pasikeitus drėgmei, visiškai nėra deformacijų.
Toliau pateikiama įprastų medienos rūšių stabilumo diagrama.
| Veislės pavadinimas | Stabilumo laipsnis |
| Akacija | 2 |
| Beržas | 3 |
| Karelinis beržas | 3 |
| Bukas | 1 |
| Vyšnia | 4 |
| Guoba | 2 |
| Kriaušė | 2 |
| Ąžuolas | 4 |
| Eglė | 2 |
| Kedras | 4 |
| Europos klevas | 2 |
| Kanados klevas | 2 |
| Lauko klevas | 1 |
| Maumedis | 2-3 |
| Alksnis | 1 |
| Amerikietiškas graikinis riešutas | 4 |
| Braziliškas riešutas | 2 |
| Riešutas | 4 |
| Europos graikinis riešutas | 4 |
| Ispaniškas graikinis riešutas | 3 |
| Drebulės | 1 |
| Pirmasis | 2 |
| Tuopa | 1 |
| Paukščių vyšnia | 1 |
| Vyšnia | 2 |
| Obelis | 2 |
Skaičiai apskaičiuoti medienai, kurios drėgnis 12%.
Mechaninės charakteristikos
Medienos kokybę lemia šie rodikliai:
- Atsparumas dilimui – medienos gebėjimas atsispirti dilimui trinties metu. Didėjant medžiagos kietumui, jos susidėvėjimas mažėja, kai mėginio paviršiuje pasiskirsto netolygus. Medienos drėgmė taip pat turi įtakos atsparumui dilimui. Kuo jis mažesnis, tuo didesnis pasipriešinimas.
- Deformuojamumas – galimybė atkurti formą išnykus veikiančioms jėgoms. Kai mediena suspaudžiama,ruošinio deformacija, kuri išnyksta kartu su apkrova. Pagrindinis deformuojamumo rodiklis yra elastingumas, kuris didėja didėjant medienos drėgnumui. Palaipsniui džiūstant prarandamas elastingumas, todėl sumažėja atsparumas deformacijai.
- Lankstumas – natūralus medienos gebėjimas lenktis veikiant apkrovoms. Lapuočių rūšys pasižymi geru našumu, spygliuočiai - mažiau. Šie gebėjimai yra svarbūs gaminant išlenktus gaminius, kurie pirmiausia sudrėkinami, o paskui išlenkiami ir džiovinami.
- Smūgio stiprumas – galimybė sugerti smūgio jėgą neskaldant medienos. Bandymas atliekamas naudojant plieninį rutulį, kuris nuleidžiamas ant ruošinio iš aukščio. Lapuočių veislės rodo geresnius rezultatus nei spygliuočiai.
Nuolatinė apkrova palaipsniui blogina medienos savybes ir sukelia medžiagos nuovargį. Net patvariausias medis neatlaiko išorinių poveikių.
Teisinės specifikacijos
Normatinio atsparumo rodikliai būtini įvairių tipų konstrukcijų gamybai. Mediena laikoma tinkama, jei rodikliai nėra mažesni už apskaičiuotas vertes. Atliekant bandymus, naudojami tik standartiniai mėginiai, kurių drėgnumas ne didesnis kaip 15%. Skirtingos drėgmės vertės medienai naudojama speciali projektinio atsparumo formulė, tada rodikliai konvertuojami į standartines vertes.
Projektuojant medines konstrukcijas, svarbu žinoti tikrąsias žaliavos stiprumo vertes. Tiesą sakant, jie yra mažesni už norminius, gautus iš bandomųjų mėginių. Nuorodiniai duomenysgaunamas apkrovus ir deformuojant standartinių dydžių pavyzdžius.
Dizaino charakteristikos
Medienos projektinis atsparumas – tai įtempiai skirtingose medinių pavyzdžių plokštumose, atsirandantys dėl tam tikrų apkrovų, kurias medis gali atlaikyti bet kokį laiką, kol visiškai sunyks. Šie skaičiai skiriasi dėl tempimo, suspaudimo, lenkimo, kirpimo ir gniuždymo.
Faktiniai skaičiai gaunami norminius duomenis padauginus iš darbo sąlygų koeficientų.
| Vardas | Dizaino medienos atsparumo koeficientas | ||
| Stresas išilgai pluoštų | Skaidulų įtempimas | Smulkinimas | |
| Maumedis | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| Sibiro kedras | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Pušis | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Pirmasis | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Ąžuolas | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Klevas, uosis | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Akacija | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Bukas, beržas | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Guoba | 1 | 1, 6 | 1 |
| Topa, alksnis, drebulė, liepa | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Darbo sąlygas įtakoja daugybė veiksnių. Pirmiau nurodyti koeficientai atsižvelgia į tokius veiksnius. Bet koks konstrukcijų poveikis drėgmei sumažina galutinę našumą.
Išvada
Projektuojant medines konstrukcijas, svarbu žinoti skaičiuojamus statybose naudojamų medžiagų rodiklius. Atskiri mazgai patirs nuolatinę arba laikiną apkrovą, dėl kurios jie gali visiškai sunaikinti. GOST ir SNiP nurodyti duomenys buvo gauti tiriant standartinius pavyzdžius. Tačiau tikrosios vertės labai skirsis nuo norminių. Todėl skaičiavimams naudojamos standartuose pateiktos formulės.
