Quan es dissenyen, desenvolupen o fabriquen estructures de fusta, és important conèixer les propietats de resistència del material: la resistència de disseny de la fusta, que es mesura com un quilogram per centímetre quadrat. Per estudiar els indicadors, s'utilitzen mostres de mides estàndard, serrades de taulers o fusta de la qualitat requerida, sense defectes externs, nusos i altres defectes. A continuació, es prova la resistència a la compressió, la flexió i l'estirament de la mostra.
Tipus de fusta
La fusta és un material versàtil que es pot processar fàcilment i que s'utilitza en diverses àrees de producció: construcció, mobles, estris i altres articles per a la llar. L'àmbit d'aplicació depèn del tipus de fusta amb diferents propietats físiques, químiques i mecàniques. A la construcció, són especialment populars coníferes com l'avet, el cedre, el pi, el làrix i l'avet. En menor mesura, arbres caducifolis: bedolls, àlbers, trèmols, roures, avellaners, til·lers, verns, faigs.
Les varietats de coníferes s'utilitzen en forma de fusta rodona, fusta, taulers per a la fabricació de piles de suport, encavallades, pals, ponts, cases, arcs, instal·lacions industrials i altres estructures d'edificació. Els materials de fusta dura només representen una quarta part del consum total. Això es deu a les pitjors propietats físiques i mecàniques de la fusta dura, per la qual cosa s'estan intentant utilitzar per a la fabricació d'estructures amb baixes càrregues de suport. Normalment van als nodes d'objectes temporals i d'esborrany.
L'ús de la fusta en la construcció està regulat per les normes d'acord amb les propietats físiques i mecàniques de la fusta. Aquestes propietats depenen de la humitat i de la presència de defectes. Per als elements de càrrega, la humitat no ha de superar el 25%, per a altres productes no hi ha aquests requisits, però hi ha normes per a defectes específics de la fusta.
Composició química
En el 99% de la massa de la fusta són substàncies orgàniques. La composició de partícules elementals de totes les roques és la mateixa: nitrogen, oxigen, carboni i hidrogen. Formen llargues cadenes de molècules més complexes. La fusta consta de:
- La cel·lulosa és un polímer natural amb un alt grau de polimerització de molècules en cadena. Substància molt estable, no es dissol en aigua, alcohol o èter.
- La lignina és un polímer aromàtic amb una estructura molecular complexa. Conté una gran quantitat de carboni. Gràcies a ell apareix la lignificació dels troncs dels arbres.
- L'hemicel·lulosa és un anàleg de la cel·lulosa normal, però amb un menor grau de polimerització de les molècules de cadena.
- Extractiusubstàncies: resines, gomes, greixos i pectines.
L' alt contingut de resines als arbres de coníferes preserva el material i li permet conservar les seves propietats originals durant molt de temps, ajudant a resistir les influències externes. Els productes de fusta de baixa qualitat amb un gran nombre de defectes s'utilitzen principalment a la indústria química de la fusta com a matèria primera per a la fabricació de paper, fusta encolada o l'extracció d'elements químics com els tanins utilitzats en la fabricació de cuir.
Aparença
La fusta té les següents propietats externes:
- Color. Percepció visual de la composició espectral reflectida de la llum. Important a l'hora d'escollir troncs de serra com a material d'acabat.
- La coloració depèn de l'edat i el tipus d'arbre, així com de les condicions climàtiques on va créixer.
- Brilla. La capacitat de reflectir la llum. La taxa més alta s'observa en roure, freixe i acàcia.
- Textura. El patró format pels anells anuals del tronc.
- Microestructura. Determinat per l'amplada de l'anell i el contingut de fusta tardana.
Els indicadors s'utilitzen en l'avaluació externa de la qualitat del registre. La inspecció visual revela defectes i la idoneïtat dels materials per al seu ús posterior.
Defectes de la fusta
Malgrat els avantatges evidents respecte als materials sintetitzats, la fusta, com qualsevol matèria primera natural, té els seus inconvenients. Es regula la presència, grau i àrea de la lesiódocuments normatius. Els principals defectes de la fusta inclouen:
- derrota, podridura, fongs i plagues;
- oblic;
- butxaques de resina;
- nusos;
- cracks.
El nus redueix la resistència de la fusta, especialment el seu nombre, mida i ubicació. Els nusos es divideixen en tipus:
- Saludable. Creixeu fortament juntament amb el cos de l'arbre i assegueu-vos fermament a les butxaques, no tingueu podridura.
- Menú desplegable. Pelar i caure després de serrar el material.
- Calent. De color fosc i tenen una estructura més densa en relació a la fusta veïna;
- Enfosquit. Nusos amb l'etapa inicial de decadència.
- Fult - podrit.
Segons la ubicació, els nusos es divideixen en:
- cosit;
- clawed;
- desbordat;
- fillastres.
Slant també redueix la resistència a la flexió de la fusta i es caracteritza per la presència d'esquerdes i capes en espiral a la fusta rodona, en el material serrat estan dirigides en angle respecte a les nervadures. Els productes amb aquest defecte són de baixa qualitat i s'utilitzen exclusivament com a fortificacions temporals.
Les causes de les esquerdes depenen de les condicions externes i de les espècies de fusta. Es formen com a resultat d'un assecat desigual, gelades, tensió mecànica i molts altres factors. Apareixen tant als arbres vius com als tallats. Segons la posició del tronc i la forma, les esquerdes s'anomenen:
- frosty;
- sernitsa;
- metics;
- conducció.
Les esquerdes no només redueixen la qualitat de la fusta, sinó que també contribueixen a la ràpida degradació i destrucció de les fibres.
La podridura es forma com a resultat d'una infecció amb fongs putrefactius i altres tipus que apareixen als arbres en creixement i talats. Els fongs que viuen als troncs vius són paràsits, que infecten els anells anuals i fan que es desprenguin. Altres espècies ja s'instal·len a les estructures acabades i provoquen descomposició, delaminació, esquerdes.
El motiu de l'aparició d'organismes nocius és un entorn favorable per a la seva reproducció: humitat superior al 50% i calor. A la fusta ben seca, no es desenvolupen microorganismes. Una categoria especial de plagues hauria d'incloure els insectes que prefereixen instal·lar-se en estructures de fusta, fent-hi moviments, danyant així les fibres i reduint-ne la força.
Humitat de la fusta
Un dels indicadors importants de la resistència normativa i de disseny de la fusta. Afecta el percentatge d'aigua a les fibres del tronc. Humitat - percentatge de la massa d'humitat al material sec. La fórmula de càlcul té aquest aspecte: W=(m–m0)/m0 100, on m és la massa inicial de la peça de treball, m 0 - pes de la mostra seca absoluta. La humitat es determina de dues maneres: assecant i utilitzant mesuradors d'humitat electrònics especials.
La fusta es divideix en diversos tipus segons el contingut d'humitat:
- Humit. Ambcontingut d'humitat superior al 100%, que correspon a una llarga estada a l'aigua.
- Acabat tallat. Amb un contingut del 50 al 100%.
- Assecar a l'aire. Amb un contingut d'aigua de fibra que oscil·la entre el 15 i el 20%.
- Habitació seca. Amb un contingut d'humitat del 8 al 12%.
- Totalment sec. Amb un 0% de contingut d'aigua, obtingut per assecat a 102°.
L'aigua és a l'arbre en forma lligada i lliure. La humitat lliure es troba a les cèl·lules i l'espai intercel·lular, unida en forma d'enllaços químics.
Influència de la humitat en les propietats de la fusta
Hi ha diversos tipus de propietats en funció del contingut d'humitat de l'estructura de la fusta:
- La contracció és una disminució del volum de les fibres de pasta de fusta quan se'n treu l'aigua lligada. Com més fibres, més humitat del tipus lligat. Eliminar la humitat no produeix aquest efecte.
- Deformació: un canvi en la forma de la fusta en el procés d'assecat. Es produeix quan els troncs no s'assequen ni tallen correctament.
- Absorció d'humitat: la higroscopicitat de la fusta o la capacitat d'absorbir la humitat del medi ambient.
- Inflor: augment del volum de fibres de fusta quan el material es troba en un ambient humit.
- Absorció d'aigua: la capacitat de la fusta d'augmentar la seva pròpia humitat absorbint el líquid que degota.
- Densitat: mesura com a massa per unitat de volum. A mesura que augmenta la humitat, augmenta la densitat i viceversa.
- Permeabilitat: la capacitat de passar l'aigua per si mateixa a alta pressió.
Després de l'assecatla fusta perd la seva elasticitat natural i es torna més rígida.
Duresa
El coeficient de duresa es determina mitjançant el mètode Brinell o la prova Yankee. La seva diferència fonamental rau en la tècnica de mesura. Segons Brinell, es col·loca una bola d'acer endurit sobre una superfície plana i de fusta i s'hi aplica una força de 100 quilograms, després de la qual cosa es mesura la profunditat del forat resultant.
La prova Yankee utilitza una bola de 0,4 polzades i mesura quanta força, en lliures, es necessita per empènyer la bola la meitat del diàmetre cap a l'arbre. En conseqüència, com més alt sigui el resultat, més dur és l'arbre i més gran és el coeficient. Tanmateix, dins de la mateixa varietat, els indicadors difereixen, que depenen del mètode de tall, la humitat i altres factors.
A continuació es mostra una taula de duresa de la fusta Brinell i Yankee per a les espècies més comunes.
| Nom | Duresa Brinell, kg/mm2 | Duresa ianqui, lliures |
| Acàcia | 7, 1 | |
| Bedoll | 3 | 1260 |
| Bedoll de Carelia | 3, 5 | 1800 |
| Elm | 3 | 1350 |
| Pera | 4, 2 | |
| Roure | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Avet | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Larix | 2, 5 | 1200 |
| Alder | 3 | 590 |
| Noguera europea | 5 | |
| Noguera espanyola | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Fir | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| Pí | 2, 5 | 380-1240 |
| Cirera | 3, 5 | |
| Pomera | 1730 | |
| Ash | 4-4, 1 | 1320 |
A la taula de duresa de la fusta es pot veure que:
- tremol, avet avet, pi - arbres molt suaus;
- el bedoll, el til·ler, el vern i el làrix són fustes toves;
- lm i la noguera són de duresa mitjana;
- alzina, poma, freixe de cirerer, pera i tenen un coeficient de duresa normal;
- fage, llagosta i teix són varietats molt dures.
La fusta dura és duradoraa l'esforç mecànic i s'utilitza per a components crítics d'estructures de fusta.
Densitat
La densitat està directament relacionada amb el contingut d'humitat de les fibres. Per tant, per obtenir uns indicadors de mesura homogenis, s'asseca a un nivell del 12%. Un augment de la densitat de la fusta comporta un augment de la seva massa i força. Segons la humitat, la fusta es divideix en diversos grups:
- Les roques de menor densitat (fins a 510 kg/m3). Aquests inclouen avet, pi, avet, àlber, cedre, salze i noguera.
- Vermells amb densitat mitjana (entre 540 i 750 kg/m3). Aquests inclouen làrix, teix, om, bedoll, faig, pera, roure, freixe, serbal i poma.
- Roques amb alta densitat (més de 750 kg/m3). Aquesta categoria inclou el bedoll i l'estoc.
A continuació es mostra una taula de densitats per a diferents espècies d'arbres.
| Nom de la raça | Densitat de roca, kg/m3 |
| Acàcia | 830 |
| Bedoll | 540-700 |
| Bedoll de Carelia | 640-800 |
| Fage | 650-700 |
| Cirera | 490-670 |
| Elm | 670-710 |
| Pera | 690-800 |
| Roure | 600-930 |
| Avet | 400-500 |
| Willow | 460 |
| Cedre | 580-770 |
| auró europeu | 530-650 |
| auró canadenc | 530-720 |
| auró de camp | 670 |
| Larix | 950-1020 |
| Alder | 380-640 |
| Noguera | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| Fir | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| Lila | 800 |
| Prum | 800 |
| Pí | 400-500 |
| Àlber | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| Cirera d'ocell | 580-740 |
| Cirera | 630 |
| Pomera | 690-720 |
Les espècies de coníferes tenen la densitat més baixa, mentre que les de fulla caduca tenen la densitat més alta.
Estabilitat
La resistència calculada de la fusta inclou una cosa com ara l'estabilitatexposició a la humitat. El grau es mesura en una escala de cinc punts quan la humitat de l'aire canvia:
- Inestabilitat. Apareix una deformació important fins i tot amb un lleuger canvi d'humitat.
- Estabilitat mitjana. Apareix un grau notable de deformació amb un lleuger canvi d'humitat.
- Estabilitat relativa. Apareix un lleuger grau de deformació amb un lleuger canvi d'humitat.
- Estabilitat. Sense deformació visible amb un lleuger canvi d'humitat.
- Estabilitat absoluta. No hi ha absolutament cap deformació fins i tot amb un gran canvi d'humitat.
A continuació es mostra un gràfic d'estabilitat de les espècies de fusta comuns.
| Nom de la raça | Grau d'estabilitat |
| Acàcia | 2 |
| Bedoll | 3 |
| Bedoll de Carelia | 3 |
| Fage | 1 |
| Cirera | 4 |
| Elm | 2 |
| Pera | 2 |
| Roure | 4 |
| Avet | 2 |
| Cedre | 4 |
| auró europeu | 2 |
| Auró canadenc | 2 |
| Auró de camp | 1 |
| Larix | 2-3 |
| Alder | 1 |
| Noguera americana | 4 |
| Nou del Brasil | 2 |
| Noguera | 4 |
| Noguera europea | 4 |
| Noguera espanyola | 3 |
| Aspen | 1 |
| Fir | 2 |
| Àlber | 1 |
| Cirera d'ocell | 1 |
| Cirera | 2 |
| Pomera | 2 |
Les xifres es calculen per a fusta amb un contingut d'humitat del 12%.
Característiques mecàniques
La qualitat de la fusta ve determinada pels indicadors següents:
- Resistència al desgast: la capacitat de la fusta de resistir el desgast durant la fricció. Amb l'augment de la duresa del material, el seu desgast disminueix amb una distribució desigual sobre la superfície de la mostra. El contingut d'humitat de la fusta també afecta la resistència al desgast. Com més baix sigui, més gran serà la resistència.
- Deformabilitat: la capacitat de restaurar la forma després de la desaparició de les forces actuants. Quan es comprimeix la fusta,deformació de la peça, que desapareix amb la càrrega. El principal indicador de deformabilitat és l'elasticitat, que augmenta amb el contingut d'humitat de la fusta. Amb l'assecat progressiu, es perd elasticitat, la qual cosa comporta una disminució de la resistència a la deformació.
- Flexibilitat: la capacitat natural de la fusta de doblegar-se sota càrregues. Les espècies caducifolis tenen un bon rendiment, les coníferes en menor mesura. Aquestes habilitats són importants en la fabricació de productes doblegats, que primer s'humitegen i després es dobleguen i s'assequen.
- Resistència a l'impacte: la capacitat d'absorbir la força d'impacte sense tallar la fusta. Les proves es realitzen amb una bola d'acer, que es deixa caure sobre la peça des d'una alçada. Les varietats caducifolis mostren millors resultats que les coníferes.
Les càrregues constants deterioren gradualment les propietats de la fusta i provoquen la fatiga del material. Fins i tot l'arbre més durador no és capaç de suportar influències externes.
Especificacions normatives
Els indicadors de resistència normativa són necessaris per a la fabricació de diversos tipus d'estructures. La fusta es considera adequada si els indicadors no són inferiors als valors calculats. En les proves, només s'utilitzen mostres estàndard amb un contingut d'humitat no superior al 15%. Per a la fusta amb un valor d'humitat diferent, s'utilitza una fórmula especial per a la resistència del disseny i, a continuació, els indicadors es converteixen en valors estàndard.
Quan es dissenyen estructures de fusta, és important conèixer els valors reals de resistència del material d'origen. En realitat, són inferiors a les normatives obtingudes en mostres d'assaig. Dades de referènciaobtingut mitjançant la càrrega i deformació de mostres de mides estàndard.
Característiques del disseny
La resistència de disseny de la fusta són les tensions en diferents plans de mostres de fusta creades per determinades càrregues que un arbre pot suportar qualsevol quantitat de temps fins que es destrueix completament. Aquestes xifres difereixen per estirament, compressió, flexió, cisalla i trituració.
Les xifres reals s'obtenen multiplicant les dades normatives pels coeficients de les condicions de treball.
| Nom | Coeficient de resistència de la fusta de disseny | ||
| Estrès al llarg de les fibres | Tensió a través de les fibres | Chipping | |
| Larix | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| Cedre siberià | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Pí | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Fir | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Roure | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Auró, freixe | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Acàcia | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Fage, bedoll | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Elm | 1 | 1, 6 | 1 |
| Àlber, vern, trèmol, til·ler | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Les condicions de treball estan influenciades per tota una llista de factors. Els coeficients anteriors tenen en compte aquests factors. Qualsevol exposició a la humitat de les estructures provoca una reducció del rendiment final.
Conclusió
A l'hora de dissenyar estructures de fusta, és important conèixer els indicadors calculats dels materials utilitzats en la construcció. Els nodes individuals experimentaran càrregues permanents o temporals que poden provocar la seva destrucció completa. Les dades especificades a GOST i SNiP es van obtenir provant mostres estàndard. Tanmateix, els valors reals diferiran molt dels normatius. Per tant, per als càlculs s'utilitzen les fórmules que proporcionen els estàndards.
