OBLIKOVANJE KONSTRUKCIJA Izv prof dr sc Damir Varevac

OBLIKOVANJE KONSTRUKCIJA Izv. prof. dr. sc. Damir Varevac

• MOLEKULARNI SASTAV DRVETA: • - Ugljikohidrati 75% • - Fenolne tvari od ukupne suhe tvari, od toga: 50% celuloza, ostalo škrob, šećer 20% do 30% • - Terpeni 5% kod lišćara ih nema, • - Alifatske kiseline 1, 5% alkoholi, proteini, anorganske tvari

• ELEMENTARNI SASTAV SUHE TVARI U DRVU: • • • - ugljik - kisik - vodik - pepeo - dušik 49, 6% 44, 0% 5, 9% 0, 3% 0, 2%

TEHNIČKA SVOJSTVA DRVA 1 ESTETSKA SVOJSTVA 2 FIZIKALNA SVOJSTVA 3 ELASTOMEHANIČKA SVOJSTVA

1 ESTETSKA SVOJSTVA Izražava se izgledom površine uzorka a. boja b. tekstura poprečna tangencijalna radijalna spiralna c. d. e. sjaj miris finoća fina gruba ovisi o vlaknima ovisi o presjeku

2 FIZIKALNA SVOJSTVA Fizikalna svojstva drva izražavaju se pri djelovanju fizičkih pojava: - Zemljine sile teže, - vlažnosti, - zvuka, - topline, - vremena djelovanja i td.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. volumna masa = 380, 410, 430, 450 (600) kg/m 3. vlažnost bubrenje i utezanje vlažnost i mehanička svojstva drva poroznost provodljivost zvuka provodljivost topline akustična svojstva trajnost drva zapaljivost drva

1 VOLUMNA MASA DRVA Volumna masa je važno fizikalno svojstvo drva. Mnoga mehanička svojstva drva kao i nosivost spajala pozitivno koreliraju s volumnom masom drva. Volumna masa je definirana kao: m = masa drva u kg V = volumen drva u Volumna masa ovisi o vlažnosti drva. Ulaskom vode u stjenke ćelija dolazi do bubrenja drva. Vlažnost pri kojoj su stjenke ćelija zasićene naziva se granica zasićenja ωf. Granica zasićenja nastupa pri vlažnosti drva od 28%. Volumna masa drva prema EC 5 odnosi se na masu i volumen pri ravnotežnoj vlazi koja se uspostavlja pri temperaturi zraka od 20 C i relativnoj vlažnosti 65%. Volumna masa stijenki ćelija iznosi 1500 kg/m 3

2 VLAŽNOST DRVA - DRVO I VLAGA Vlažnost drva (%) se definira kao odnos mase isparene vode ( ( ) prema izrazu: ) i mase suhog drva Za brzo mjerenje vlažnosti drva između 6% i 28% na raspolaganju su električni mjerni instrumenti. Njihova tolerancija je 2% što je za praktične inženjerske potrebe dovoljno. Kod svježe oborenog drva prvo se oslobađa slobodna voda šupljina strukture drva. Ona nije vezana u strukturi. Voda u strukturi ćelija je vezana voda, a za njeno odvajanje potrebna je veća energija nego pri isparavanju slobodne vode. Vlažnost drva pri kojoj su ćelije zasićene ali nema još slobodne vode naziva se točka zasićenja, a nastupa pri vlažnosti drva od 28%.

• Za većinu botaničkih vrsta drva točka zasićenja leži između 25% i 35%. Za praktičnu upotrebu uzima se prosječno kao 28%. • • Za inženjersku praksu točka zasićenja ima veliko značenje. Ispod točke zasićenja dolazi do promjena većine fizikalnih i mehaničkih svojstava drva. Iznad točke zasićenja većina fizikalnih i mehaničkih svojstava drva ostaje konstantna. • • • Drvo je hidroskopan materijal zbog čega kontinuirano izmjenjuje vlažnost s okolinom. Taj fenom se naziva sorpcija drva. Za svaku kombinaciju temperature i vlažnosti okoline postoji pripadajuća vlažnost drva, pri kojoj je difuzija vlage u drvo u ravnoteži s difuzijom vlage iz drva. Ova vlažnost drva se naziva ravnotežna vlažnost. Sadržaj vlage, odnosno veličina i brzina njenog transporta imaju veliki utjecaj na gotovo sva za inženjere važna svojstva drva.

HIDROSKOPNE IZOTERME DRVA SMREKE Barometarski tlak 760 mm T e m p e r a t u r a T Relativna vlažnost zraka

TERME SORPCIJE ZA SMREKU PRI 20 C. Sadržaj vlage u zavisnosti relativne vlažnosti zraka. A: adsorpcija, D: Desorpcija, O: oscilirajuća sorpcija.

3 BUBRENJE I UTEZANJE DRVA

Desna strana na desnu stranu Slika deformacije elemenata poprečnog presjeke uslijed promjene vlažnosti drva Lijeva strana na lijevu stranu

DEFORMACIJE PILJENOG DRVA PREMA MJESTU IZUZEĆE IZ POPREČNOG PRESJEKA

HIDROSKOPNE IZOTERME DRVA SMREKE s no až Vl a rv td T e m p e r a t u r a ) (% T nepovoljno područje Relativna vlažnost zraka

DIJAGRAM PROMJENE VOLUMENA U FUNKCIJI PROMJENE VLAGE DRVA

4 VLAŽNOST I MEHNIČKA SVOJSTVA DRVA Mehanička svojstva drva ovise o njegovoj vlažnosti. Povećanje vlažnosti drva uzrokuje smanjenje vrijednosti čvrstoće i krutosti drva. Promjene vlažnosti u području zasićenja nemaju utjecaja na mehanička svojstva. Djelovanje promjene vlažnosti je različito na pojedina mehanička svojstva drva. Vrijednosti djelovanja na drvo bez grešaka date su u tablici. Za praktičnu primjenu može se uzeti linearna promjena svojstava u području vlažnosti 8% < < 20%.

3 TEHNIČKA SVOJSTVA DRVA Izražavaju se pri djelovanju sile na promatrani uzorak 3. 1 tvrdoća 3. 2 otpornost na habanje 3. 3 čvrstoća – (elastomehanička svojstva) čvrstoća na tlak čvrstoća na vlak čvrstoća na savijanje čvrstoća na posmik čvrstoća na torziju

ČVRSTOĆA HRASTOVOG DRVA NA TLAK N┴ i p tro Nα ja o iz ppijiaja o r t o r o t z o aanni iz α N║ N║ Pravac vlakanaca Nα N┴

DIJAGRAM TLAČNE ČVRSTOĆE DRVA, KARAKTERISTIKE Modul elastičnosti ε

ČVRSTOĆA DRVA NA TLAK PARALELNO VLAKNA ČVRSTOĆA DRVA NA TLAK OKOMITO NA VLAKNA (fc, 0, k) (fc, 90, k Kn/cm Čvrstoća drva na tlak ║ vlaknima plastičan materijal Čvrstoća drva na tlak ┴ na vlakna neki organski materijal (%)

Kn/cm 2 ČVRSTOĆA DRVA NA VLAK PARALELNO VLAKNA ft, 0, k krt materijal εc %

3. ČRSTOĆA NA SAVIJANJE Nosač od punog drva opterećen na savijanje

Dijagram čvrstoće drva na tlak (c) savijanje (m) u funkciji vlažnosti drva.

DUGOTRAJNO OPTEREĆENJE DRVA - REOLOGIJA DRVA Pri dugotrajnom opterećenju drvo izražava znatan gubitak čvrstoće u tijeku vremena. Poznato je, da promjene vlažnosti znatno povećavaju puzanje drva. Ovaj efekt se naziva mehanosorpcija, jer se on javlja samo kod istovremenog djelovanja opterećenja i sorpcije drva. Pri dimenzioniranju drvenih elemenata konstrukcije mora se uzeti u obzir utjecaj vlažnosti drva i trajanja opterećenja. Konstrukcija se svrstava u uporabnu klasu i klasu trajanja opterećenja. EC 5 definira koeficijente modifikacije za svaku kombinaciju dvije vrste klase.

TRAJNA ČVRSTOĆA DRVA f ∞≤ 0, 60 f. L

REOLOGIJA DRVA REOLOGIJA je nauka o mehaničkim svojstvima drva uzimajući u obzir i vrijeme. Grčki REO teći TIJELO diskretna sredina IDEALNO TIJELO idealizirana diskretna sredina - HOOKE-ovo tijelo ili idealno elastično tijelo - NEWTON-ovo tijelo ili fluid - SAINT VENANT-ovo tijelo idealno plastično tijelo MEHANIČKIM SVOJSTVIMA MATERIJALA nazivamo fizikalna svojstva kontinuuma (tijela) o kojima ovise veze napona i deformacija u kontinuumu.

OSNOVNA REOLOŠKA SVOJSTVA MATERIJALA ELASTIČNOST --- svojstvo tijela da se nakon prestanka djelovanja vanjskih sila vratiu prvobitni (referentni) oblik VISKOZNOST --- svojstvo materijala da primi proizvoljnu trajnu deformaciju uz uvjet da je dovoljno spora PLASTIČNOST--- svojstvo materijala da pri određenim stanjima naprezanja primi trajnu deformaciju REALNI MATERIJALI predstavljaju kombinaciju navedenih svojstava, Realni materijali su reološki složeni materijali.

JEDAN MATEMATIČKI ALGORITAM REOLOŠKOG PONAŠANJA DRVA = = E = moduli elastičnosti µ = koeficijenti unutrašnjeg trenja

ANATOMSKE OSI DRVA Tri cilindrične osi ortotropije drva

Drvo je ortotropan materijal