Wydawnictwo
Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu

 
Wzrastający popyt na surowiec drzewny wywołuje potrzebę zagospodarowania drewna o niższych parametrach jakościowych poprzez eliminację wad anatomicznych w procesie rozkroju. Nadrzędnym parametrem określającym użyteczność drewna  jest jego klasyfikacja jakościowo-wytrzymałościowa, pozwalająca na projektowanie konstrukcji drewnianych z zastosowaniem drewna litego i klejonego w oparciu o potwierdzoną charakterystykę materiałową. Praca dotyczy wybranych właściwości jakościowo-wytrzymałościowych iglastego surowca drzewnego w aspekcie możliwości jego wykorzystania dla potrzeb konstrukcyjnych w budownictwie. Ocena jakości materiałów tartych i warstwowo klejonych drzewnych wyrobów konstrukcyjnych zależy od wytrzymałości surowca, której podstawowym wskaźnikiem jest moduł sprężystości. Stanowi on podstawę do porównawczej oceny wartości technicznej drewna. Wskaźnik ten pozwala na określenie jakości technicznej pozyskiwanych przemysłowo litych i klejonych wyrobów konstrukcyjnych z tarcicy sosny zwyczajnej krajowego pochodzenia, przeznaczonej do zastosowań w konstrukcjach drewnianych.

Praca obejmuje swoim zakresem porównanie właściwości wytrzymałościowych, określanych wybraną metodą nieniszczącą, i jakościowych surowca sosnowego pochodzącego z wydzielonych krain przyrodniczo-leśnych Polski Zachodniej. Na postawie badań możliwe jest określenie wpływu jakości surowca drzewnego na właściwości elementów konstrukcyjnych przeznaczonych do konkretnych zastosowań w budownictwie. Korelacja pomiędzy badanymi cechami lub jej brak mogą być pomocne przy klasyfikacji jakościowej oraz określeniu grup zastosowania tarcicy bocznej przeznaczonej dla budownictwa.
Poznawczym celem pracy jest określenie zmienności jakoś-ciowej sosnowej tarcicy uzyskanej z drewna pochodzącego z polskiej bazy surowcowej. Badania dotyczą drewna dojrzałego technicznie wykorzystywanego do produkcji elementów dla budownictwa.
Zakres prac badawczych objął porównanie właściwości wytrzymałościowych i jakościowych surowca sosnowego krajowego pochodzącego z terenów Polski Zachodniej (Kraina Bałtycka, Wielkopolsko-Pomorska, Śląska) z uwzględnieniem pięciu powierzchni badawczych. Za podstawową tezę badań przyjęto zgodność jakościowo-wytrzymałościową tarcicy bocznej z sortymentami strefy centralnej (tarcicy głównej). Założono wystąpienie korelacji pomiędzy pochodzeniem materiału doświadczalnego ze stref na długości i grubości dłużyc a wytrzymałością otrzymanych materiałów tartych.
Istotną częścią pracy była także ocena przydatności wybranych testów służących do określenia wytrzymałości tych sortymentów. Elementy weryfikacji nieniszczących surowca determinują jakościowo wytrzymałościowe sortowanie przy procesie produkcji elementów tartych z drewna sosnowego. Badania pozwalają również na dokonanie oceny jakości tarcicy bocznej stosowanej w materiałach warstwowych. Dobór materiału badawczego przeprowadzono przy uwzględnieniu czynników technologicznych zgodnych z zasadami przerobu drewna na materiały stosowane w budownictwie. Opracowano wstępną charakterystykę parametrów jakościowych surowca sosnowego, pochodzącego z wybranych rejonów Polski. Uwzględniono metody badania jakości drewna okrągłego oparte na ocenie wady budowy i wady kształtu. Surowiec drzewny w kolejnych etapach przerobów doświadczalnych został przetarty, zgodnie z najczęściej uwzględnionymi szeregami wymiarowymi pozyskiwanych sortymentów tartych stosowanych w budownictwie szkieletowym. Uwzględniono właściwości wytrzymałościowe materiałów przeznaczonych dla potrzeb budownictwa. Za podstawowe kryterium oceny surowca przyjęto jego moduł sprężystości. W celu weryfikacji jakości drewna sosnowego wprowadzono metody nieniszczące, uwzględniające badania statyczne i dynamiczne (soniczne) modułu sprężystości.
Wyniki przeprowadzonych badań i ich analiza – związana z określeniem jakości drewna sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) dla wybranej rejonizacji Polski Zachodniej w przypadku siedliska lasu mieszanego świeżego i drzewostanów w wieku rębnym – pozwoliły potwierdzić liniową zależność działu strefy twardzielowej w funkcji od średnicy badanych kłód sosnowych. Pomimo względnie dużego zróżnicowania szerokości przyrostów rocznych badanego drewna sosny można je zaliczyć do materiału wąskosłoistego, o średnim udziale drewna późnego na poziomie 36%.
W trakcie pomiarów wskaźników wytrzymałościowych uzyskano wyniki świadczące o dojrzałości technicznej drewna sosny zwyczajnej. W wyniku badań modułu sprężystości podłużnej przy zginaniu stwierdzono, że najniższe wartości badanego parametru uzyskano dla elementów promieniowych, a w szczególności elementów zawierających rdzeń. Porównywalne tendencje wykazano we wszystkich badanych siedliskach. Badania elementów pozyskanych z tarcicy głównej potwierdziły zdecydowanie najwyższe wskazania wytrzymałościowe uzyskane w grupie próbek stycznych. Wysokie wartości modułu uzyskano także dla tarcicy bocznej. Uśredniając, wartości modułu uzyskane z tarcicy głównej cechowały się znacznym rozrzutem. Na podstawie badanych cech sprężystych drewna sosny pochodzącej z wyznaczonych powierzchni na terenie Polski można stwierdzić, że drewno obstawy bocznej cechuje się mniejszą lub porównywalną zmiennością jakościową w stosunku do badanej tarcicy strefy centralnej.
W badaniach dokonano oceny charakterystyki modułu sprężystości wzdłużnej, od-niesionej do gęstości drewna. W analizowanych przypadkach, zarówno elementów klejonych z tarcicy bocznej, jak i tarcicy głównej, potwierdzono dodatnią korelację badanych parametrów.
Przeprowadzone w oparciu o klasyfikację wytrzymałościową tarcicy konstrukcyjnej badania właściwości mechanicznych polskiej sosnowej tarcicy konstrukcyjnej z wybranych krain przyrodniczo-leśnych pozwoliły na dokonanie jej klasyfikacji na klasy wytrzymałościowe. Wyniki badań właściwości sprężystych materiału doświadczalnego świadczą o dużym zróżnicowaniu jakości surowca. Ogólna weryfikacja prezentowanych wyników potwierdza niższe wskazania wytrzymałościowe (moduł sprężystości) dla surowca strefy środkowej. Wykazano jednocześnie wysokie walory techniczne tarcicy obstawy bocznej. W odniesieniu do wyników uzyskiwanych w dwóch odrębnych metodycznie badaniach modułu sprężystości elementów wielkowymiarowych litych można zauważyć zawyżenie wartości „sonicznego” modułu w odniesieniu do modułu sprężystości uzyskanego w badaniu statycznym. Uzyskane wyniki wskazują na bardzo dobre właściwości wytrzymałościowe drewna sosny zwyczajnej z polskiej bazy surowcowej. Uzyskane z tarcicy bocznej elementy klejone charakteryzują się porównywalnymi właściwościami do elementów z drewna litego strefy centralnej.

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów

1. Wstęp

2. Cel i zakres pracy

3. Przegląd literatury
3.1. Występowanie i cechy sosny zwyczajnej
3.2. Przyrodniczo-leśna regionalizacja Polski

3.3. Rejonizacja jakościowa drewna sosny w Polsce
3.4. Wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne drewna sosny
3.5. Czynniki wpływające na mechaniczne właściwości drewna sosny
3.6. Wymagania normowe dla drewna konstrukcyjnego litego klejonego warstwowo
3.7. Badania jakości drewna
3.8. Znaczenie wykorzystania drewna sosny

4. Materiał i metodyka badań
4.1. Dobór materiału badawczego i miejsce realizacji badań
4.2. Tarcica i półfabrykaty sosnowe
4.3. Technologia pozyskania i klejenia próbek do badań
4.4. Obliczanie wydajności materiałowej
4.5. Analiza technologiczna pozyskania tarcicy na elementy konstrukcyjne lite i klejone z różnych stref na przekroju poprzecznym drewna okrągłego
4.6. Oznaczenie właściwości fizycznych drewna sosny
4.7. Oznaczenie właściwości mechanicznych drewna sosny
4.8. Klasyfikacja wytrzymałościowa klejonych elementów konstrukcyjnych wykonanych z drewna sosny zwyczajnej
4.9. Badania metodą ultradźwiękową
4.10. Statystyczne opracowanie wyników

5. Wyniki i analiza badań

5.1. Udział części twardzielowej w surowcu przeznaczonym do badań
5.2. Wydajność materiałowa
5.3. Właściwości fizyczne drewna sosny
5.4. Właściwości mechaniczne próbek wielkowymiarowych
5.5. Właściwości mechaniczne próbek laboratoryjnych
5.6. Klasy wytrzymałości
5.7. Prędkość propagacji fal ultradźwiękowych i soniczny moduł sprężystości w drewnie sosny

6. Wnioski

7. Literatura

In view of the increasing demand for timber it is highly advisable to manage wood with inferior quality parameters by appropriate elimination of anatomical defects in the cutting process. The overriding parameter determining the usability of wood is provided by its qualitative endurance classification facilitating design of wooden structures using solid and glued wood based on the confirmed material characteristics. The research concerns selected quality and strength properties of softwood timber in terms of its potential use as construction wood. The quality evaluation of sawn wood and layered glued construction timber depends on the strength of the raw material, where the basic indicator is the elastic modulus. It provides the basis for a comparative assessment of the technical value of wood. This index is used to determine the technical quality of industrially obtained solid and glued construction products from Scots pine timber, intended for use in wooden structures.
The dissertation covers the scope of research, a comparison of strength properties determined by a selected non-destructive method and quality parameters of pine timber originating from the classified Natural and Forest Regions of Western Poland. On the basis of research the impact of timber quality on properties of structural elements intended for specific applications in the construction industry. The correlation between tested parameters or its absence may be helpful in the qualitative classification and designing of the use of side boards intended for construction uses.
The pure science objective of the research is to determine qualitative variability of pine wood from timber originating from the Polish raw material base. The research concerns mature wood used in the production technology of elements for construction purposes. The scope of the research work included a comparison of strength and quality properties of domestic pine timber from various areas of Western Poland (the Baltic Forest, Greater Poland and Pomerania Forest, and the Silesia Forest regions), including five research areas. The basic assumption of the research was the compliance of quality and strength properties of side boards with the central zone assortments. A correlation was assumed to exist between the origin of experimental material from log zones (side vs. core) and strength of sawn material. An important part of the research was also connected with the assessment of the suitability of selected tests to determine strength properties of these assortments. Data from timber origin verification determine quality and stress grading during the production process of sawn pine wood elements. The tests also allow to assess quality of side timber used in layered materials.
The experimental material was selected taking into account technological factors consistent with the principles of wood processing for building materials. A preliminary characteristic of quality parameters of pine timber from selected regions of Poland was prepared. Quality testing methods for roundwood based on the assessment of structural defects and shape defects were considered. Timber in the subsequent stages of experimental processing was sawn in accordance with the most frequently used dimensional series of assortments for frame buildings. Strength properties of materials intended for construction purposes were considered. The modulus of elasticity was assumed to be the basic criterion for timber evaluation. In order to verify the quality of pine wood, non-destructive methods were applied, including static and dynamic (sonic) tests of the elastic modulus.
The results of the conducted research and analysis concerning quality of Scots pine (Pinus sylvestris L.) wood for the selected region of Western Poland, in the case of a fresh mixed forest habitat and mature wood stands, confirmed the dependence of the heartwood zone on the function of pine wood diameter tested. Despite the relatively large variation in the width of annual growth in tested pine wood, it may be classified as closegrained wood with an average share of late wood at 36%. Measurement of strength parameters showed results confirming technical maturity of Scots pine wood. Testing of the longitudinal elasticity modulus in bending indicated that the lowest values of the tested parameter were obtained for radial elements, particularly pith elements. Comparable trends were demonstrated in all surveyed forest habitats. Examination of elements obtained from central wood confirmed the highest strength values in the group of tangential samples. High modulus values were also recorded for side wood. By averaging the values of the modulus obtained from log centre a significant dispersion of values was observed. On the basis of the tested elastic properties of pine wood originating from designated areas in Poland, it can be stated that wood of the side zone is characterized by lower or comparable qualitative variability in relation to the examined central wood. The tests assessed characteristics of the longitudinal elasticity module in relation to wood density. In the analyzed cases positive correlations of the tested parameters were confirmed. On the basis of strength classification of structural timber mechanical properties of Polish pine wood from selected natural and forestry areas facilitated its classification into strength classes. Testing results for elastic properties of the experimental material indicate high variability in timber quality. The general verification of the presented results confirms lower strength properties (elastic modulus) for the material from the log centre. At the same time, the technical advantages of side timber have been demonstrated. When comparing the results obtained in two methodically separate tests of the elastic modulus in large dimensional solid elements, one can notice an overestimation of the "sonic" value of the modulus in relation to the modulus of elasticity obtained in the static test. The results indicate very good strength properties of Scots pine wood from the Polish raw material base. Glued elements obtained from side timber are characterized by comparable properties to the solid wood elements of the central zone.