Co je hustší: habr nebo dub?

Kvalita materiálů hraje při stavbě velmi důležitou roli. Stejně jako ostatní stavební materiály se i dřevo (jakékoli řezivo) liší svými vlastnostmi a charakteristikami. Tyto vlastnosti závisí na typu použitého dřeva jako použitého materiálu. Pro určité úkoly a účely se vybírají vhodné druhy dřeva, které jsou schopny plnit úkoly jim přidělené.

Vlastnosti související se dřevem:

hustota dřeva

Co je hustota dřeva

hustota dřeva – jedná se o poměr hmotnosti dřeva k objemu dřeva, to znamená, že hustota je určena hmotností dřevní hmoty na jednotku objemu. Hustota je vyjádřena v kg/m³.

Hustota dřeva závisí na jeho vlhkosti. Stejně jako všechny ostatní ukazatele fyzikálních a mechanických vlastností dřeva se stanovuje při vlhkosti 12 %. Mezi silou a hustotou existuje úzký vztah. Těžší dřevo je obecně odolnější. Při určování hustoty dřevěné hmoty se její hmotnost určuje vážením a objem se vypočítá jako rozdíl mezi objemem vzorku dřeva a objemem kapaliny, která vyplnila dutiny v tomto vzorku.

Na základě hustoty dřeva při obsahu vlhkosti 12% jsou všechny druhy rozděleny do tří skupin:

• s nízkou hustotou (540 kg/m³ a méně) – balsa, smrk, jedle, borovice, cedr, jalovec, topol, osika, vrba, lípa, olše, kaštan;
• střední hustota (540 kg/m³) – modřín, bříza, buk, dub, javor, jasan, ořech, jeřáb, jabloň, hruška, jilm (jilm), líska;
• vysoká hustota (750 kg/m³ a více) – akát, habr, železná bříza, dub, jasan, buxus, pistácie.

Je třeba poznamenat, že téměř všechno dřevo z jehličnatých stromů, s výjimkou modřínu a některých druhů borovic, má nízkou hustotu.

Tvrdost dřeva

Tvrdost dřeva závisí především na druhu. Na tento ukazatel mají vliv i podmínky růstu stromu (jeden druh dřeva může mít různou tvrdost v závislosti na okolních přírodních podmínkách, ve kterých konkrétní strom rostl). Vlhkost dřeva také ovlivňuje úroveň tvrdosti. V evropských zemích a Rusku je obvyklé měřit tvrdost metodou Brinell, v USA – metodou Janka. Tvrdost dřeva v rámci jednoho druhu se může lišit v závislosti na řezu (Tvrdost koncové plochy je vyšší než u tangenciálních a radiálních ploch v průměru o 30 % u listnatých druhů a o 40 % u jehličnatých druhů.).

Podstatou Brinellovy metody je schopnost dřeva odolávat pronikání (vtlačení) tvrdšího tělesa (indentoru) do něj. Při provádění Brinellových měření se používají indentory ve formě kalených ocelových kuliček. Nejprve se indentor nainstaluje na testovaný vzorek dřeva a poté se aplikuje hlavní zatížení. Po určité době po aplikaci se zátěž odstraní a změří se hloubka otisku zbývajícího na stromě. Tvrdost dřeva podle Brinella se vypočítá tímto způsobem: aplikované zatížení se vydělí plochou povrchu vtisku, zatímco odpovídající regulační dokumenty určují průměry indentoru a dobu expozice.

Jankova metoda také využívá vtlačovač v podobě kovové koule, ale nehodnotí se hloubka vtlačení, ale síla, kterou je třeba vyvinout vtlačení koule do dřeva o polovinu jeho průměru.

Všechny druhy dřeva jsou rozděleny do tří skupin podle tvrdosti:

1. měkké horniny (koncová tvrdost 38,5 MPa nebo menší). Mezi měkké dřeviny patří: smrk, borovice, cedr, jedle, topol, lípa, osika, olše.
2. tvrdé (koncová tvrdost dřevin od 38,5 do 82,6 MPa). Do této skupiny patří: bříza, sibiřský modřín, buk, javor, jilm, jasan, jabloň.
3. velmi tvrdé (koncová tvrdost více než 82,6 MPa). Do této skupiny patří: akát bílý, keruing, železná bříza, buxus, dřín.

Vlhkost dřeva

Vlhkost je poměr hmotnosti vlhkosti (vody) obsažené v daném objemu dřeva k hmotnosti absolutně suchého dřeva, vyjádřený v procentech (%). Ve dřevě voda prostupuje buněčnými membránami a vyplňuje buněčné dutiny a mezibuněčné prostory. Vlhkost, která prostupuje buněčnými membránami, se nazývá vázaná. Vlhkost, která vyplňuje buněčné dutiny a mezibuněčné prostory, se nazývá volná.

Existují následující stupně vlhkosti dřeva:

Mokrý – uchováváno ve vodě po dlouhou dobu. Vlhkost vlhkého dřeva je nad 100 %.

Čerstvě řezané (čerstvě řezané) – vlhkost takového dřeva je od 50 do 100 %.

Suché na vzduchu – do této kategorie patří dřevo, které bylo dlouhodobě skladováno na vzduchu. Jeho ukazatele vlhkosti závisí na vlhkosti okolního vzduchu, ale v průměru se pohybují od 20 do 35%.

Základní (vlhkost 15 – 20 %) v závislosti na klimatických podmínkách a ročním období vykazuje takové dřevo vlhkost 15 až 20 %.

Suchá vlhkost v místnosti 8 – 12 %

Absolutně suchá vlhkost 0%, dřevo vysušené při teplotě t = 103°C.

Obsah vlhkosti v kmeni rostoucího stromu se mění podél výšky a poloměru kmene a také v závislosti na ročním období. Například obsah vlhkosti borového bělového dřeva je 3krát vyšší než obsah vlhkosti jádra. U listnatých stromů je změna vlhkosti podél průměru rovnoměrnější. Podél výšky kmene se vlhkost bělového dřeva u jehličnanů zvyšuje po kmeni, ale vlhkost jádra se nemění. U listnatých stromů se vlhkost bělového dřeva nemění, ale vlhkost jádra klesá po kmeni.

Vlhkost u mladých stromů je vyšší a její kolísání v průběhu roku je větší než u starých stromů. Největší množství vlhkosti je obsaženo v zimě (listopad-únor), minimum – v letních měsících (červenec-srpen).

POMĚR SMRŠŤOVÁNÍ DŘEVA, %

Plemeno	Srážení
	objemový	v tangenciálním směru	v radiálním směru
Larch	0,52	0,35	0,19
Borovice	0,44	0,28	0,17
Smrk	0,43	0,28	0,16
Jedle	0,39	0,28	0,11
cedrové borovice	0,37	0,26	0,12
Birch	0,54	0,31	0,26
Beech	0,47	0,32	0,17
Ash-tree	0,45	0,28	0,18
Aspen	0,41	0,28	0,14

Smršťování, bobtnání a deformace dřeva

Srážení – jedná se o zmenšení objemu dřeva a lineárních rozměrů při odstranění vázané vlhkosti z něj. Odstranění volné vlhkosti nezpůsobuje smrštění. Začíná až po úplném odstranění volné vlhkosti v okamžiku zahájení odstraňování vázané vlhkosti. Čím více buněčných stěn je v jednotkovém objemu dřeva, tím více vázané vody obsahuje a tím vyšší je smrštění smršťování dřeva není v různých směrech stejné: v tangenciálním směru je 1,5 – 2x více než v radiálním. směr.

V průměru je lineární smršťování dřeva většiny druhů v tangenciálním směru 8–10 %, v radiálním směru 3–7 % a podél vlákna 0,1–0,3 %. Celkové objemové smrštění se pohybuje v rozmezí 11 – 17 %. Se smršťováním dřeva se počítá při řezání kmenů na prkna (přídavky na smrštění), při sušení řeziva atd.

Při sušení dřeva bez ohledu na účast vnějších zatížení vznikají vnitřní pnutí. Vznikají v důsledku nestejných změn objemu těla při vysychání (sušicí stres), impregnaci a při růstu stromu. Celková napětí vysycháním je vhodné si představit jako kombinaci dvou složek – vlhkostního a zbytkového napětí.

Vlhkostní napětí jsou způsobena nerovnoměrným smrštěním materiálu. V povrchových vrstvách dřeva, kde je vlhkost nižší než ve středu, vznikají omezením volného smršťování tahová napětí a ve vnitřních vrstvách tlaková. Zbytková napětí jsou způsobena výskytem heterogenních zbytkových deformací ve dřevě. Zbytková napětí, na rozdíl od vlhkostních napětí, nezmizí při vyrovnání vlhkosti v desce a jsou pozorována jak během sušení, tak po jeho úplném dokončení.

Pokud napětí v tahu dosáhne pevnosti v tahu dřeva přes vlákno, objeví se trhliny. Takto vznikají povrchové trhliny na začátku schnutí a vnitřní trhliny na konci schnutí.

Přítomnost různých napětí ve dřevě může vést k deformaci.

Pokřivení – Jedná se o změnu tvaru dřeva během sušení, skladování a řezání. Nejčastěji k deformaci dochází v důsledku různého stupně smrštění v různých strukturálních směrech. Deformace může nastat i při mechanickém zpracování suchého řeziva: při asymetrickém hoblování, dělení žeber v důsledku nevyváženosti zbytkových napětí.

Otok – jedná se o zvětšení liniových rozměrů a objemů dřeva se zvýšením obsahu vázané vlhkosti. Vzniká při navlhčení dřeva a je opakem vysychání. K otokům dochází, když vlhkost vzroste na hygroskopickou mez. K největšímu bobtnání dochází po šířce vláken (tangenciálně), k nejmenšímu bobtnání dochází podél vláken.

Bobtnání, stejně jako smršťování, jsou negativní vlastnosti dřeva. V některých případech však hraje pozitivní roli, například zajištění těsnosti spojů u lodí nebo sudů na víno.

Poddajnost dřeva

Štěpitelnost – to je schopnost dřeva pod vlivem rázového zatížení klínem rozdělit se na části podél vlákna. Protože se štípáním těží řada druhů dřeva, má tato vlastnost dřeva pozitivní praktický význam. Odštěpitelnost má také negativní význam při zatloukání hřebíků, berlí, sponek nebo šroubování šroubů.

Odolnost proti opotřebení a pružnost dřeva

Odolnost proti opotřebení – tato schopnost dřeva se nazývá odolávat destrukci při tření. Opotřebení stejného dřeva je větší na straně než na konci. Čím vyšší je tvrdost a hustota dřeva, tím menší je jeho opotřebení. Mokré dřevo je náchylnější k opotřebení – proto odborníci doporučují suché čištění dekorativních panelů nebo přírodních podlahových prken.

Flexibilita je schopnost dřeva deformovat se vlivem vnějších sil. Technologicky je operace ohýbání založena na schopnosti dřeva se poměrně snadno deformovat při vystavení ohýbacím zařízením, zejména v zahřátém a mokrém stavu. Při ochlazování a sušení pod zatížením se značná část pružných deformací přemění na zbytkové deformace a zafixuje se nový tvar dílu. Mokré dřevo má vyšší ohybovou schopnost než suché dřevo.

Největší schopnost ohybu (ohybu) mají listnaté dřeviny prstencově cévnaté (dub, jasan) a difúzně cévnaté dřeviny (buk, bříza). U jehličnatých druhů je tato schopnost velmi nízká.

Schopnost ohýbání je široce používána při výrobě nábytku a interiérových předmětů.

rázová houževnatost – jedná se o schopnost dřeva absorbovat práci při nárazu (rázovém ohybu) bez destrukce a zjišťuje se při zkouškách ohybem. Rázová houževnatost tvrdého dřeva je v průměru 2x větší než u jehličnatého dřeva.

Tepelné vlastnosti

Mezi tepelné vlastnosti patří tepelná kapacita, tepelná vodivost, tepelná difuzivita a tepelná roztažnost.

Tepelná kapacita je schopnost dřeva akumulovat teplo. Zvyšuje se s rostoucí vlhkostí.

Tepelná vodivost – vlastnost charakterizující intenzitu přenosu tepla v materiálu. Tepelná vodivost se zvyšuje s rostoucí vlhkostí a hustotou. Tepelná vodivost podél vláken je v průměru 2x větší než napříč nimi.

Teplotní vodivost – schopnost dřeva vyrovnávat teplotu v celém svém objemu.

teplotní roztažnost je schopnost dřeva zvětšovat své lineární rozměry a objem při zahřívání. Koeficient tepelné roztažnosti dřeva je 3-10krát nižší než u kovu, betonu a skla.

Deformovatelnost

Při krátkodobém zatížení dochází u dřeva k převážně elastickým deformacím, které po zatížení zanikají. Do určité hranice je vztah mezi napětím a deformací blízký lineární (Hookeův zákon). Hlavním ukazatelem deformovatelnosti je koeficient úměrnosti – modul pružnosti.

Modul pružnosti podél vláken je E = 12-16 GPa, což je 20krát větší než napříč vlákny. Čím vyšší je modul pružnosti, tím je dřevo tužší.

S nárůstem obsahu vázané vody a teploty dřeva klesá jeho tvrdost. U naloženého dřeva se při sušení nebo ochlazování část pružných deformací přemění na „zmrzlé“ zbytkové deformace. Při zahřátí nebo navlhčení zmizí.

Protože dřevo sestává převážně z polymerů s dlouhými, pružnými řetězci molekul, jeho deformovatelnost závisí na době vystavení zatížení. Mechanické vlastnosti dřeva, stejně jako jiných polymerů, jsou studovány na základě obecné nauky o reologii. Tato věda zkoumá obecné zákony deformace materiálů vlivem zatížení s přihlédnutím k časovému faktoru.

Hustota a tvrdost dřeva jsou jednou ze základních a nejdůležitějších vlastností, protože přímo ovlivňují výběr druhu pro určité úkoly. Proto by jim měl rozumět a také alespoň přibližně znát významy hlavních druhů každý mistr, který se zabývá zpracováním dřeva, ať už profesionálně nebo jako koníček.

Hustota

Hustota se vypočítá jako poměr součinu hmotnosti a vlhkosti k objemu vlhkého dřeva. Jednotky hustoty jsou kg/m3. Podle toho, čím je hornina hustší, tím je těžší. V praxi však hustota ovlivňuje nejen hmotnost „kostky“, ale také 2 další důležité vlastnosti:

• Pevnost vyráběného dílu. Obecně platí, že pevnost je poměrně široký pojem, protože při testování podle norem GOST a během skutečného provozu je obrobek vystaven různým vlivům: ohýbání, natahování a stlačení podél a napříč vlákny a zkušební hodnoty jsou různé pro různá plemena. Některé druhy, jako je habr nebo bříza, jsou navíc i při vysoké hustotě náchylnější k odštěpování podél zrna, s čímž je třeba počítat při zpracování. Obecně je však pravdivé tvrzení, že hustota a síla mají přímý vztah.
• Obtížnost zpracování. Čím je dřevo hustší, tím více úsilí musíte vynaložit a tím častěji musíte nástroj brousit.

Zde je nejzajímavější, že hustota přímo závisí na vlhkosti dřeva, tedy na množství mízy nebo vody, které dřevo obsahuje. Čím nižší vlhkost, tím nižší hustota. Proto se všechna měření provádějí při stejné vlhkosti. Například v oficiálních GOST jsou všechny ukazatele řeziva uvedeny pro obsah vlhkosti 12%, takže je lze vzájemně porovnávat.

Existuje další ukazatel – uniformita. Charakterizuje rovnoměrnost rozložení hustoty v rámci letokruhu kmene stromu. U některých plemen se hustota zvyšuje při pohybu po letokruhu od středu kmene ke kůře. Například to lze vidět u dubu, jasanu a borovice. A pro ostatní zůstává prakticky beze změny. Například v buxusu, habru, javoru nebo lípy.

Tvrdost

Existuje několik metod pro stanovení tvrdosti dřeva, ale ve většině oficiálních tabulek jsou hodnoty pro různé druhy obvykle uvedeny podle Brinella. Johan August Brinell je ve skutečnosti švédský inženýr, který již v roce 1900 začal používat první jednotnou metodu měření tvrdosti materiálů. Metodou je vtlačit 10mm tvrzenou ocelovou kuličku do povrchu obrobku silou 100 kg, poté změřit otvor a vypočítat hodnoty tvrdosti. Pro vyjádření se používají jednotky měření HB (zkratka pro tvrdost Brinell), MPa nebo N/mm2.

1 HB = 10 MPa = 10 N/mm2.

Stejně jako v případě hustoty jsou měření zcela libovolná, protože získaná data závisí na několika proměnných najednou:

• Podmínky růstu konkrétního stromu. Například v chladných oblastech stromy rostou pomaleji, roční vrstvy v kmeni jsou hustší a samotný masiv se ukazuje být tvrdší ve srovnání s pevným stromem stejného druhu, ale pěstovaným v příznivých podmínkách.
• Věk stromu. Staré stromy mají hustší a tvrdší hmotu než mladé stromy.
• Konkrétní místo v kufru. Zadečková (kořenová) část bývá více stočená (vlákna uvnitř jsou silně zkroucená a propletená), a tedy výrazně hustší. Je také velmi náročný na zpracování, proto se pažba nepoužívá pro výrobu kvalitních truhlářských materiálů. Jeho přítomnost v desce nebo nosníku je považována za vadu, která se nazývá uzlování.

Všechny tyto proměnné jsou obvykle zanedbávány, což ukazuje na číselnou hodnotu tvrdosti podmíněně pro celou horninu najednou. To není úplně přesné, ale v praxi docela pohodlné.

Kromě konkrétních digitálních hodnot, ke kterým se vrátíme o něco později v souhrnné tabulce, je komerční dřevo konvenčně rozděleno do 3 širokých skupin podle tvrdosti. Navíc je v tomto případě měkkost/tvrdost často charakterizována hustotou, což opět dokazuje vztah mezi parametry.

• Měkké dřevo – hustota až 540 kg/m3. Jedná se především o jehličnaté druhy jako je cedr, smrk a borovice, dále o malé množství listnáčů, jako je lípa a topol. Velmi snadno se opracovávají i ručním nářadím, ale stejně snadno se také mačkají. Přejetím nehtem můžete na jejich povrchu dokonce zanechat stopu.
• Pevná – hustota 550-740 kg/m3. Jedná se především o opadavé druhy, řazené také mezi cenné, ale v Rusku poměrně hojně se vyskytující – jilm, jeřáb, jabloň, buk, javor, bříza.
• Velmi tvrdý – hustota od 750 kg/m3. Domácí listnáče a různé exotiky, nazývané také mahagony – pistácie, dřín, buxus, habr, akát.

Souhrnná tabulka hustoty a tvrdosti dřeva podle druhů

Shrňme si to slíbenou souhrnnou tabulkou seřazenou podle hustoty jako nejvíce orientační charakteristiky.