Drewno – materiał idealny?

Drewno jest uniwersalnym materiałem o wszechstronnym zastosowaniu. Mimo, że jest to materiał powszechny, towarzyszący człowiekowi od niepamiętnych czasów, to wiedza na jego temat jest ograniczona. Przykładowo, nie wszyscy zdają sobie sprawę z faktu, że w zależności od gatunku drzewa zmieniają się jego właściwości mechaniczne, chemiczne czy fizyczne. Niektóre osoby uważają, że drewno i drzewo to to samo i używają tych pojęć zamiennie. Nic bardziej mylnego! Potrzeba wielu lat życia drzewa, aby uzyskać pełnowartościowy materiał w postaci drewna.

Drewno stanowi podstawowy budulec dla więźb dachowych czy wiązarów, których rozpiętość może sięgać nawet 35 m, przy zastosowaniu odpowiedniej technologii do łączenia jego elementów. Jednakże, im wykorzystany przekrój poprzeczny drewnianego elementu konstrukcyjnego będzie większy, tym będzie on zawierał więcej wad struktury pochodzenia naturalnego (sęki, skręt włókien, przeżywiczenia, mimośrodowość rdzenia itd.), obniżających parametry techniczne materiału. Materiałem idealnym jest drewno o kształcie walca, z równomiernymi przyrostami rocznymi, bezsęczne, z równoległym układem włókien do jego osi podłużnej. Jednak należy jasno stwierdzić, że takie drewno po prostu nie istnieje. W klasyfikacji wad drewna pojawia się zatem paradoks, ponieważ z jednej strony za wadę uważamy każde odchylenie od wzorca, z drugiej zaś niektóre anomalie budowy np. sęki, jako pozostałość po odpadniętych gałęziach, wynikają z jego naturalnej budowy i stanowią nieodłączną część każdego drzewa.
Wpływ wad na właściwości mechaniczne drewna zależy oczywiście od ich rodzaju, rozmiarów i umiejscowienia. Znając ich wpływ możliwe jest lepsze, bardziej optymalne wykorzystanie surowca do określonych celów. Niektóre z wyżej wymienionych wad w określonych okolicznościach mogą być wręcz pożądane. Jako przykład można przedstawić falistość włókien, które w drewnie konstrukcyjnym jest niedopuszczalne, ze względu na to, że obniża jego wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie i zgniata nie, natomiast bardzo urozmaica rysunek drewna i może być wręcz atutem w drewnie przeznaczonym na okleiny. Sęki natomiast, obniżają mechaniczne właściwości drewna, np. wytrzymałość na zginanie, jednak nie eliminując całkowicie drewna z zastosowań konstrukcyjnych. Dzieje się tak z uwagi na istnienie wytycznych, określających dopuszczalny dla danej klasy jakości tarcicy udział sęków w przekroju poprzecznym oraz ich zdrowotność.
Przerób drewna na tworzywa drewnopochodne np. płyty wiórowe czy sklejki pozwala w znacznym stopniu ograniczyć jego wady oraz otrzymać korzystne, predefiniowane parametry techniczne, typu odporność na wilgoć, odporność na działanie czynników biologicznych, wyższa wytrzymałość na zginanie OSB w stosunku do litego drewna. W obszarze izolacji, lepsze parametry niż lite drewno posiadają płyty pilśniowe porowate lub LDF.
Przy produkcji tworzyw drewnopochodnych opracowywane są technologie pozwalające na wykorzystanie surowca w jak największym stopniu. Nie bez znaczenia jest tutaj kwestia oszczędności drewna, które jest mimo wszystko materiałem deficytowym. Efektem takich prac są belki dwuteowe, które stanowią materiał alternatywny w stosunku do litych belek stropowych, słupów ściennych i krokwi.
Obecnie na rynku dostępnych mamy wiele rozwiązań, jeżeli chodzi o kształt belek dwuteowych (rys. 1). Jednak najczęściej produkowaną jest belka dwuteowa ze stopką jednoczęściową.

Rys. 2. Charakter naprężeń występujących w belkach dwuteowych.

Konstrukcja belki dwuteowej powoduje, że gdy działa na nią obciążenie zginające (rys. 2), największe naprężenia (od strony działania siły naprężenia ściskające, od strony przeciwnej rozciągające) występują w skrajnych strefach belki (stopki). Stopki wobec tego, przenoszące obciążenia głównie zginające, powinny być wykonane z materiału o odpowiedniej wytrzymałości na zginanie, typu drewno lite, LVL, sklejka. W środniku natomiast występują głównie naprężenia ścinające, w związku z czym powinien tu być wykorzystany materiał o zwiększonej na nie odporności. Zastosowanie w tym przypadku znajdują płyty pilśniowe twarde oraz OSB. Do połączenia środnika z pasami najczęściej wykorzystuje się kleje, które charakteryzują się zwiększoną odpornością na działanie warunków atmosferycznych, raczej nie używa się łączników mechanicznych. Dzięki swojej budowie belki dwuteowe w znacznym stopniu redukują możliwość wystąpienia mostków termicznych. Mogą być wykorzystywane zarówno w konstrukcji z obramowaniem z drewna, jak i w konstrukcji z murem.
Warto korzystać z nowych rozwiązań, jakie oferowane są na rynku. W przypadku belek dwuteowych możliwa jest budowa całego domu w konstrukcji – od ścian, po strop i więźbę dachową. Płyty pilśniowe z powodzeniem mogą być wykorzystane jako materiał izolacyjny, nie ustępują one w tym względzie tradycyjnie stosowanym w budownictwie materiałom takim jak styropian czy wełna mineralna. Znając dobrze właściwości drewna oraz tworzyw z niego otrzymywanych, możliwe jest lepsze wykorzystanie potencjału surowca i optymalizacja konstrukcji pod względem wytrzymałościowym, kosztochłonnym oraz materiałochłonnym.

Paulina Majtczak, dr inż. Izabela Burawska
Wydział Technologii Drewna, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Literatura:
Krzysik F., Nauka o drewnie, PWN, Warszawa 1974.
Forest Products Laboratory. Wood handbook. Wood as an engineering material. 1999.
Kozakiewicz P., Fizyka drewna w teorii i zadaniach wybrane zagadnienia, SGGW, Warszawa 2006.
Przewodnik po płytach drewnopochodnych. Wydanie 1. Stowarzyszenie Producentów Płyt Drewnopochodnych w Polsce, 2013.