Materiały drewniane - Wytrzymałość i zastosowanie w konstrukcjach

Materiały do konstrukcji drewnianych od wieków są chętnie wykorzystywane w budownictwie ze względu na łatwość obróbki i dostępność surowca. W dzisiejszych czasach drewno nadal jest popularnym materiałem konstrukcyjnym, choć jego zastosowanie wymaga znajomości właściwości mechanicznych i norm dotyczących wytrzymałości. W tym artykule przyjrzymy się bliżej temu, jakie gatunki drewna nadają się do konstrukcji, jak je ze sobą łączyć oraz jakie są zalety i wady konstrukcji drewnianych pod względem wytrzymałości i bezpieczeństwa.

• Drewno sosnowe i świerkowe jest najczęściej stosowane w konstrukcjach ze względu na wytrzymałość.
• Normy określają parametry wytrzymałościowe poszczególnych gatunków drewna używanych w budownictwie.
• Istnieje wiele technik łączenia elementów drewnianych, np. na wpust i czopy, śruby, gwoździe.
• Konstrukcje szkieletowe z drewna charakteryzują się prostotą i szybkością montażu.
• Materiały drewniane wymagają zabezpieczenia przed ogniem, ale można zwiększyć ich odporność.

Jakie drewno nadaje się do budowy konstrukcji?

W budownictwie najczęściej wykorzystuje się drewno sosnowe oraz świerkowe. Te gatunki drewna cechują się dobrą wytrzymałością w stosunku do ciężaru własnego oraz obciążeń użytkowych. Drewno sosnowe ma zwartą budowę i równomierne słoje, przez co dobrze znosi obciążenia. Świerk natomiast jest dość lekki, a przy tym elastyczny.

Oprócz sosny i świerka w konstrukcjach nośnych stosuje się także drewno modrzewiowe. Jest ono cięższe niż sosna czy świerk, ale cechuje się wysoką wytrzymałością na ściskanie i uderzenia. Z kolei drewno dębowe, choć trudniejsze w obróbce, jest wyjątkowo twarde i odporne na naciski.

Warto też wspomnieć o drewnie klejonym. Jest to materiał konstrukcyjny powstały z połączenia drewna iglastego za pomocą klejów. Charakteryzuje się dużą wytrzymałością na zginanie. Stosuje się je m.in. na więźby dachowe i belki stropowe.

Badanie właściwości drewna

Aby móc precyzyjnie określić przydatność danego gatunku drewna do celów konstrukcyjnych, należy zbadać jego właściwości. Obejmuje to m.in. oznaczenie gęstości, twardości, wytrzymałości na ściskanie, zginanie oraz parametrów sprężystości. Wyniki tych badań pozwalają ocenić przydatność drewna w budownictwie.

Właściwości mechaniczne drewna w budownictwie

Podstawowymi właściwościami mechanicznymi drewna istotnymi w budownictwie są wytrzymałość, sztywność oraz odkształcalność. Wytrzymałość określa siłę niszczącą, jaką drewno jest w stanie przenieść. Z kolei sztywność informuje o odkształceniu pod wpływem obciążenia. Im większa sztywność tym mniejsze odkształcenie.

Odkształcalność natomiast pokazuje zdolność drewna do odzyskania pierwotnych wymiarów po usunięciu obciążenia. Jest ona tym większa, im młodsze jest drzewo. Stare drewno kruche i podatne na pęknięcia odznacza się niską odkształcalnością.

Oprócz tego istotna jest gęstość drewna, określająca stosunek masy do objętości. Im większa gęstość, tym lepsze właściwości mechaniczne. Gęstość zależy od gatunku drewna, wilgotności i udziału bielu w strukturze.

Wpływ wad i uszkodzeń na właściwości

Na mechanikę drewna mają wpływ także wady budowy, jak sęki, skręt włókien czy pęknięcia. Obniżają one wytrzymałość i sztywność drewna. Dlatego przy projektowaniu konstrukcji uwzględnia się redukcję wytrzymałości ze względu na ewentualne uszkodzenia materiału.

Czytaj więcej: Materiały do ocieplenia budynku - Montaż i ceny w 2023

Normy wytrzymałościowe materiałów drewnianych

Aby zapewnić bezpieczeństwo konstrukcji, drewno budowlane musi spełniać określone normy wytrzymałościowe. W Polsce obowiązuje norma PN-EN 338, która klasyfikuje drewno konstrukcyjne wg wytrzymałości na zginanie, rozciąganie wzdłuż włókien, ściskanie wzdłuż włókien oraz wzdłuż włókien.

Im wyższa klasa wytrzymałości drewna, tym większe obciążenia może ono przenosić. Najczęściej w konstrukcjach stosuje się drewno klas C24 i C30. Oznacza to, że np. dla klasy C24 fmax na zginanie wynosi 24 MPa, a na rozciąganie 14 MPa.

Norma określa również moduły sprężystości oraz gęstość drewna dla poszczególnych klas. Dane te są wykorzystywane przy obliczeniach konstrukcji.

Techniki łączenia elementów drewnianych

Aby zmontować konstrukcję z drewna, elementy trzeba ze sobą solidnie połączyć. Do tego służy wiele technik:

• Połączenia na wpust i czopy - wykonywane przez docięcie elementów tak, by pasowały do siebie.
• Połączenia na śruby - umieszcza się śruby w specjalnie wywierconych otworach.
• Połączenia na sworznie - podobne do czopów, ale sworznie są dłuższe.
• Połączenia na gwoździe - popularne, ale mało wytrzymałe.

Najczęściej stosuje się kombinację kilku technik, aby zapewnić sztywność konstrukcji. Przy projektowaniu bierze się pod uwagę wytrzymałość zastosowanych łączników.

Lepienie i klejenie drewna

Nowoczesną metodą łączenia drewna jest klejenie. Stosuje się kleje na bazie żywic syntetycznych, które tworzą wytrzymałe i wodoodporne spoiny. Technika ta pozwala uzyskać elementy o dużych rozpiętościach, np. długie belki stropowe.

Konstrukcje szkieletowe z drewna - zalety i wady

Popularnym rozwiązaniem konstrukcyjnym są szkielety drewniane. Składają się ze słupów, belek i płatwi, tworzących ramę. Charakteryzują się prostotą i szybkością montażu. Kompletny szkielet domu można postawić nawet w kilka dni.

Zaletą konstrukcji szkieletowych jest prefabrykacja elementów w warsztatach ciesielskich. Umożliwia to wysoką dokładność wykonania przy niskim zużyciu materiału. Gotowe ściany, stropy i więźby dachowe przywozi się na plac budowy i montuje.

Wady to podatność na zawilgocenie i ogień. Aby uniknąć problemów, drewno należy zaimpregnować środkami ognioochronnymi i grzybobójczymi. Odpowiednia wentylacja i izolacja są niezbędne dla trwałości takiej konstrukcji.

Bezpieczeństwo pożarowe konstrukcji drewnianych

Materiały drewniane cechuje stosunkowo niska odporność ogniowa. Dlatego w budynkach publicznych wymagane jest stosowanie zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Podstawowym sposobem jest impregnacja elementów środkami ognioochronnymi. Ograniczają one palność drewna, spowalniając rozprzestrzenianie się ognia. Kolejnym rozwiązaniem są okładziny z płyt gipsowo-kartonowych chroniące drewno przed działaniem wysokiej temperatury.

Warto też stosować obudowy belek stropowych i słupów płytami ognioodpornymi. W przypadku więźby dachowej skuteczne jest pokrycie jej od spodu płytami włókno-cementowymi lub gipsowo-kartonowymi.

Odpowiednie zabezpieczenia pozwalają znacząco zwiększyć odporność ogniową konstrukcji drewnianych i tym samym poprawić bezpieczeństwo użytkowników budynku.

Podsumowanie

Drewno od dawna jest chętnie wykorzystywane w budownictwie ze względu na łatwość obróbki i dostępność. Najlepsze do celów konstrukcyjnych jest drewno iglaste, takie jak sosna czy świerk, które cechuje dobra wytrzymałość. Przed użyciem warto jednak zbadać właściwości mechaniczne drewna, aby móc precyzyjnie określić jego przydatność. Normy wytrzymałościowe podają dokładne parametry, jakie drewno budowlane musi spełniać.

Aby zbudować trwałą i bezpieczną konstrukcję, elementy drewniane należy solidnie ze sobą połączyć - najlepiej na czopy, sworznie lub przy użyciu współczesnych klejów. Modnym i funkcjonalnym rozwiązaniem są szkielety drewniane, które cechuje szybkość montażu. Pewną wadą drewna są jego właściwości palne, więc warto zadbać o odpowiednie zabezpieczenia przeciwpożarowe.

Podsumowując, drewno to nadal popularny i lubiany materiał budowlany. Aby jednak w pełni wykorzystać jego zalety, trzeba znać normy, właściwości i odpowiednie techniki konstrukcyjne. Wówczas można wznosić z niego wytrzymałe i bezpieczne budowle, które posłużą nam przez długie lata.

Mam nadzieję, że ten artykuł przybliżył Ci tematykę drewna konstrukcyjnego. Jeśli planujesz budowę z jego wykorzystaniem, powyższe informacje na pewno okażą się pomocne. Pozdrawiam i życzę udanych projektów z wykorzystaniem tego szlachetnego materiału!