Určování vlastností dřeva stávajícíkonstrukce pomocí Pilodynu 6J Forest

Dřevo je hygroskopickým materiálem a má schopnost měnit svou vlhkost podle vlhkosti okolního prostředí. Voda ve dřevě ovlivňuje jeho vlastnosti fyzikální i mechanické, odolnost proti houbám a napadení hmyzem a rovněž technologické postupy zpracování dřeva. Důležitou charakteristikou, která má vliv na kvalitu dřeva, je jeho hustota. Její komplexní charakter je dán několika faktory – průměrnou velikostí buněk a tloušťkou jejich buněčných stěn, zastoupením jarního a letního dřeva, poměrem celulózy a ligninu. Hustota dřeva má významný vliv na mechanické vlastnosti a účinnost nedestruktivních metod je s ní často svázána.

Úvod

Nejznámějším nedestruktivním, respektive semidestruktivním přístrojem pro určení hustoty dřeva je Pilodyn 6J Forest (dále jen Pilodyn). Pracuje na principu odporu dřeva proti vnikání indentoru a po měření zůstávají ve dřevě drobné vpichy. Jsou malé, patrné pouhým okem pouze při bližším a důkladnějším pozorování. V žádném případě nenarušují statické fungování konstrukčních prvků a jsou akceptovatelné i pracovníky úřadů památkové péče. Dlouhodobé zkušenosti ukazují vysokou shodu pevnosti určené Pilodynem s hodnotami určenými klasickými destruktivními mechanickými zkouškami [1]. Přístroj byl původně vyvinut ve Švýcarsku na testování kvality dřeva použitého pro telefonní sloupy [2]. V současnosti je dealerem zařízení portugalská firma TerraGes. Pilodyn se dlouhodobě používá pro zkoumání hustoty dřeva živých stromů. Metoda je s úspěchem používána na různé druhy dřevin od borovice (Pinus) až po blahovičník (Eucalyptus) [3, 4]. Prvotní modely pro určení hustoty dřeva v konstrukcích byly odvozeny pro smrk ztepilý (Picea abies) [5].

Zjišťování mechanických vlastností dřeva

Správná metodika měření předpokládá vpich v radiálním směru, což není problém u stromů. Komplikaci to však představuje pro hodnocení stavu dřevěných konstrukcí, především u prvků vytvořených z lamelového dřeva, kde je orientace letokruhů neznámá. Samotné měření Pilodynem probíhá následovně. Ocelový trn je vystřelen proti povrchu dřevěného prvku definovanou energií, kterou mu předá uvolněná pružina. Na základě odečtu hloubky vniknutí trnu dovnitř materiálu se vypočte hustota a pevnost dřeva [6, 7]. Měření je lokálního charakteru, je proto nutné vpichů provést několik. Vztahy na výpočet materiálových vlastností dřeva zohledňují počet a umístění vpichů [1, 5]. Možnosti použití jsou limitovány délkou indentačního trnu, proto je Pilodyn doporučován pro určení kvality dřeva na povrchu prvků včetně detekce degradačních faktorů v kritických místech konstrukce (např. dřevěné konstrukční prvky v kontaktu s vlhkým povrchem – zdivo, hlína), [8].

Hloubka penetrace trnu je nepřímo úměrná hustotě dřeva [2]. Vztahy na určení hustoty ρ₁₂, které jsou uvedeny níže a slouží pro určení kvality zabudovaného dřeva v existujících konstrukcích, byly poprvé publikovány v [1, 5]. Výsledek je ovlivněn vlhkostí materiálu, jejíž určení je nezbytnou součástí každého zkoušení dřeva.

Hustota ρ₁₂ při vlhkosti dřeva 12 % [g.cm^-3] je podle rovnice (1) lineárně závislá na hloubce vpichu při vlhkosti dřeva 12 % t_p,12 [mm], která se určuje z odečtené hloubky t_p [mm] a změřené vlhkosti w [%].

Na základě hloubky vpichu t_p, respektive vypočtené hustoty dřeva ρ₁₂, lze kromě pevnosti v tlaku f_m určit také modul pružnosti E_stat,05. Vz tahy mezi zmíněnými veličinami včetně specifických konstant, jak jsou uvedeny v rovnicích (4) a (5), byly odvozeny v rámci výzkumu dřevobetonových konstrukcí [1].

Celý článek naleznete v archivu čísel 01-02/2018.

Autoři:
Ing. Hana Hasníková, Ph.D.
doc. Ing. Petr Kuklík, CSc.
Ing. Anna Kuklíková, Ph.D.
Ing. Martin Hataj