Дърво

Един от най-старите и универсални строителни материали – дървото, присъства и днес с най-разнообразни приложения: дървени носещи конструкции на сгради и съоръжения, отделни конструктивни и неконструктивни елементи, покривни конструкции, фундаменти. Дървото е екологичен и естествено възобновяем материал със следните предимства за употреба в строителството:

• органичен материал с висока якост при малко собствено тегло;
• екологична експлоатация и възможност за рециклиране, както и за възпроизводство като голяма част от дървените съединения са сглобяемо-разглобяеми;
• разнообразие в произвежданите продукти от дърво;
• голяма трайност при правилна обработка и поддръжка;
• добри топлоизолационни свойства;
• дишащ материал;
• широко приложение в жилищни, обществени, промишлени сгради, временни постройки.

Съществува богата гама от видове дървени конструкции, които според направата си биват главно пълностенни (масивни) и прътови (фермови); според вида на съединителните средства: лепени, ковани, болтови, дюбелни, на сглобка; според начина на приготвянето им: индустриално произведени, предварително заготвени или изпълнени на местостроежа.

Строеж и състав на дървесината:

В строителството се използва само дървесината, образувана от пласта камбий, чиито клетки всяка година се делят, натрупвайки концентрично нови пластове дървесина. Видимата граница между годишните пръстени се дължи на това, че клетките на образуваната през лятото дървесина имат по-тесни кухини и по-твърди стени от клетките на дървесината, образувана през следващата пролет.

Основната тъкан на широколистните и иглолистните дървета се образува от различни клетки. При иглолистните, това са тръбните сокопровеждащи клетки – трахеиди, които са  с четириъгълно до шестоъгълно напречно сечение и с дължина от 3 до 11 mm, разположени по дължина на стеблото и се свързват помежду си чрез многобройни пори. Докато при широколистните това са вретенообразните клетки на либроформа с дължина 1-2 mm, с по-малки кухини и по-дебели и плътни стени от трахеидите. Сокопровеждащи клетки на широколистните са дървесинните цеви, разположени между влакната на либроформа с кръгло до елиптично напречно сечение и значително по-големи кухини. Дървесинните цеви преминават по цялата дължина на стеблото и в зависимост от вида му са разделени чрез пропускливи напречни прегради на участъци с дължина от няколко милиметра до няколко метра. При иглолистните дървета дървесинните цеви са малобройни и са изпълнени със смола.

Тъканта на иглолистните и широколистните дървета се състои още от клетките на паренхима – четиристенни призми с меки стени и лоши механични качества. Паренхимът се намира главно в сърцевината и в така наречените сърцевинни лъчи, разположени радиално. В кухините на паренхима се натрупват запаси от хранителни вещества, необходими за растежа на клоните през следващата пролет, а при широколистните дървета и за разлистване на короната. Поради това паренхимът заема много по-голяма част от тъканта на широколистните дървета, от колкото от тъканта на иглолистните дървета.

Колкото годишните пръстени на стеблото са по-стари, толкова дървесината им е по-суха, по-плътна и по-твърда. Обикновено старата дървесина се познава по цвета и, който е тъмен. Тъмната дървесина се нарича ядрена. Потъмняването на дървесината започва между 20- и 40-годишна възраст на дървото. Образуването на ядрото е биологичен процес, свързан с остаряването на дървесинните клетки и с намаляването или преустановяването на движението на сокове в тях. Едновременно с това настъпват структурни изменения, като в кухините на ядрените клетки се натрупват ядрени вещества: при иглолистните дървета смола (клей), растителен восък и мазнини, а при широколистните – дъбилно вещество и гума. Смърчът и елата правят изключение между иглолистните дървета, като техните ядрени клетки остават сухи (сухоядрени иглолистни дървета). Има дървета, които изобщо не образуват ядро. Такива са например яворът, липата, брезата, трепетликата и букът. Дървесината на тези широколистни дървета се състои само от беловина. При бука понякога се образува особен вид неравномерно оцветено ядро.

Химически дървесината се състои от С, О, Н и N. Главните органични вещества, които тези елементи образуват, са целулозата, лигнинът и хемицелулозата. Целулозата е най-устойчива в химично отношение. Тя не се разтваря в спирт, ацетон и др. Вредно ѝ действат органичните и особено минералните киселини, силни концентрати от които я разрушават или я превръщат във водоразтворима α-глюкоза. Разрушително действие върху дървесината упражнява и азотната киселина. Целулозата е 40-50% от органичните вещества на дървесината и образува нейната основа.

Лигнинът има голямо значение за механичните качества на дървесината, тъй като той е не само градивен материал на дървеснините клетки, но служи като извънклетъчно вещество за спойка На отделните клетки. Той е 20-30% от цялото дървеснино вещество.

Хемицелулозата е близка по състав до целулозата, но химично е по-неустойчива. Под действието на кислорода тя лесно хидролизира. Хемицелулозата съставлява 30 до 15% от всички органични вещества на дървесината.

Физични свойства на дървесината:

• Влажност

Дървесината е хигроскопична, овлажнява чрез капилярна кондензация и абсорбиране на водни пари. Стените на дървесинните клетки набъбват от влагата от въздуха, проникнала в микроскопичните кухини на целулозата. С увеличаване или намаляване на относителната влажност на въздуха се увеличава или намалява съдържанието на хигроскопична влага в дървесината, съответно дървесината изменя обема си като набъбва или се свива.

Има три обособени вида вода в дървесината: капилярна, хигроскопична и химично свързана.

Капилярната (свободна) вода изпълва клетъчните кухини на беловината. Затова при дървесните видове с ядрена дървесина влагата не се разпределя равномерно по широчина на стеблото: в младата дървесина (беловината) тя достига 110% и повече, а в ядрените пластове почти не надминава точката на насищане с хигроскопична влага. Средната влажност на дърветата с ядро зависи от отношението на беловината към общия обем на дървесината (обикновено между 50 и 80% от абсолютно сухото тегло на дървесината). Капилярната влага не увеличава обема на дървесината. Дървото се изсушава сравнително бързо от капилярната вода. Отделянето на хигроскопичната влага обаче е бавен процес. Естественият процес на съхнене се ускорява без вреда за дървения материал, като веднага след изсичането той се извозва, набичва и подрежда така, че да се осъществи правилно (равномерно) съхнене, което се осъществява най-лесно чрез камерно сушене.

Хигроскопичната влага попива в стените на клетките. Тя представлява около 30% от теглото на абсолютно сухата дървесина. С повишаване на температурата хигроскопишната влага намалява. При непосредствен контакт на дървото с вода, хигроскопичната влага може да достигне 80-100%. Границата на насищане с хигроскопична влажност се достига при относителна влажност на въздуха 100% по-бавно при по-нска и по-бързо при по-висока температура.

Химично свързаната вода е в състава на основните органични вещества на дървесината (целулозата и др.). Химично свързаната вода се отделя едва при сухата дестилация или при горенето на дървото, т.е. при много по-висока температура от тази, при която дървото се освобождава напълно от хигроскопичната влага (100-105°С).

Количеството влага в дървесината се определя като процент от масата ѝ в абсолютно сухо състояние. Според съдържанието на влага дървеният строителен материал се подразделя на:
въздушно сух с влажност под 15%;
полусух с влажност от 15 до 25%:
мокър с влажност, по-голяма от 25%

Намаляването на влагосъдържанието на дървесината се съпровожда с намаление на обема й (съсъхване на дървесината). Степента на съсъхването зависи от дебелината и плътността на клетъчните стени на дървесината и затова е различна за пролетните и летните пластове на един и същ годишен пръстен и за младите и възрастните годишни прьстени на едно и също стебло. Поради това съсъхването не е еднакво в радиална и тангенциална посока. Неравномерното съсъхване причинява изкорубване, изкривяване и напукване на бичения материал. Почти никога не се изкривява дърво, което е изсечено и обелено през зимата и е съхнало бавно и продължително време на място, запазено от прякото въздействие на вятъра. Изкорубването може да се предотврати напълно, като се използват пластичните свойства на мокрото дърво и се притиска през време на съхненето му. Предпазването от радиални пукнатини на материал, който съдържа сърцевина, е невъзможно както при естествено (въздушно), така и при изкуствено (камерно) сушене. Последиците от съсъхването се елиминират, като се използва висококачествен камерно сушен правожилен ядров материал.

• Плътност

Плътността на дървения строителен материал зависи от плътността на дървесината и количеството на влага в нея. При една и съща влажност, плътността на един и същ вид дърво и дори на отделни части от едно и също дърво е различно и зависи от съотношението на дебелината на по-плътните пластове към общата дебелин на годишните пръстени. Плътността на дървения строителен материал е нормирана спрямо съответния клас на якост.

Механични свойства на дървото

Дървото е анизотропен материал с нехомогенна структура, което обуславя различните якости на опън, натиск, огъване и срязване. Според вида на дървената конструкция се използва материал с определен клас на якост (за иглолистни видове нормираните класове са от C14 – с характеристична якост на огъване 14N/mm2, до C40, като най-широко употребяваният е С24, и за широколистни видове: от D30 до D70). Продължителността на натоварване, естествените недостатъци на дървото, плътността, влажността и температурата влияят на механичните свойства на дървото.

Основни дървесни видове

Белият бор е едно от най-разпространените нископланински иглолистни дървета. Той има жълта млада дървесина и червенокафяво смолесто ядро. Ядрена дървесина на бора е една от най-твърдите иглолистни дървеснии. Тя се отличава с трайност и устойчивост при променлива влажност. Белият бор има кафява кора. Той достига до 40-50 м височина и до 1 м диаметър на дънера. Ядрото му се образува бавно и при стогодишните борове е едва 1/2 от общия обем на дървесината. Затова определената за сечене гора не бива да бъде по-млада от 100-150 години. Най-доброкачествена дървесина се получава от бор, който расте в песъчлива почва. Важно е да се отбележи също, че белият бор се избягва за конструктивна дървесина, тъй като при нагряване, сърцевината му губи своята якост.

Черният бор се различава от белия бор по големия брой на смолистите дървесинни цеви и по цвета на кората, която е тъмнокафява. Той расте в сухи варовити почви, където белият бор не вирее. Притежава същите качества като белия бор.

Смърчът заема голяма част от нашите средновисоки планински гори. Той има тъмна, грапава кора и наведени надолу клони. Смърчът не образува ядро и достига пълна зрелост на 70 до 100 години. Дървесината му има бял до жълтеникав цвят, лека е и еластична и се обработва по-лесно от дървесината на бора. Обаче, макар и сравнително смолеста, тя не е издръжлива на променлива влажност. Затова смърчът се употребява за направа на строителни елементи, които не изискват голяма якост и не са изложени на прякото действие на дъжд, слънце и вятър. Смърчът е по-нисък от бора, но диаметърът на стеблото му при корена може да достигне до 1,8 м.

Елата прилича на смърча и също няма ядро. Дървесината й е по-мека, по-еластична и съдържа по-малко смола от дървесината на смърча и също не издържа на променлива влажност.

Елата достига височина до 65 m и дебелина на дънера до 2,4 м. Тя живее дълго до 5000 г. Външно се различава от смърча по положението на клоните, които са изправени нагоре.

Мурата има гладка, светлосива кора. Тя вирее по склоновете на планините Пирин, Рила и др. Дървесината на мурата е смолеста с качества, близки до тези на бора.

Лиственицата е най-здравото, смолесто и устойчиво на атмосферата и следователно най-ценното за строителството иглолистно дърво, което образува голямо червено ядро и тънък пласт беловина. При това дървесината на ядрото е еластична и устойчива на дървесни вредители от всякакъв вид. Лиственицата е единственото иглолистно дърво, което всяка година сменя листата си. Тя расте по високите планини, като достига височина до 40 м и диаметър на дънера до 1,20 m.

Дъбът е най-твърдото и трайно широколистно дърво с голямо здраво, жълто до тъмнокафяво ядро и тясна беловина. В строителството се използва само ядрото, което се отличава с голяма устойчивост както на въздух, така и при променлива влажност или във вода. Поради високата си цена дъбовото дърво се употребява главно за дюбели, дървени цилиндрични клетки, клинове, подложки, възглавници и други дребни елементи, подложени на съсредоточено силово въздействие, или за строителни части в условия, спомагащи гниене.

Букът е доста разпространен у нас главно по северните склонове на Стара планина. Той има твърда и здрава безядрена дървесина, която лесно и бързо загнива, ако се намира в условия, благоприятни за развитие на дърворазрушителните гъби. На постоянно сух въздух или във вода букът е много устойчив и при тези условия може да замени напълно дъба. При съсъхване буковият материал се изкривява и изкорубва.

От габъра, елшата, ясена и др. се получава дървен материал с качества, близки до тези на бука. И те като него нямат ядро и са малко устойчиви на променлива влажност.

Категоризиране на дървения строителен материал

В строителството се използва дървен материал в обработен вид. Поради естеството на дървения материал, настъпва ограничение откъм дължината на произведените крайни продукти. Често за получаването на по-дълги греди (поради транспортни ограничения, масово произвежданите греди са дълги до 13-13.5м) се използва клинозъбно снаждане по дължина на елементите с помощта на лепило.

Трупите са дебело обло дърво, определено за по-нататъшно обработване. Според предназначението очистеното от клони и обелено недебело обло дърво се нарича подпора, пилот или обла греда. Освен цели обли греди в строителството по-често се употребяват едностранно, двустранно и четиристранно обрязани греди.

Обработеният дървен материал са получава от дървени трупи чрез надлъжно разбичване на части с правоъгълно сечение. В зависимост от размерите и съотношението на страните на напречното сечение биченият материал се подразделя на греди, бичмета, летви и дъски.

Бичените греди имат размери на напречното сечение 8х10 до 28х30 см при съотношение на страните 1:1 до 1:1.5 (с изключение на гредите с размери 12х20 и 14х22, при които това отношение е по-голямо) и дължини от 2 до 7 m.

Бичметата са греди с по-малки напречни сечения. У нас се произвеждат бичмета с размери 3.5х4.0, 4х6, 6х8 и 8х8 ст с дължини от 1 до 5 m.

Бичените греди и бичметата имат остри ръбове – остроръбести греди и бичмета, и заоблени ръбове облоръбести греди и бичмета. Установено е, че заоблеността на ръбовете не намалява носимоспособността на елементите в оня размер, който отговаря на намалението на напречното сечение. Това се обяснява с факта, че при разбичването дървесината в острите ръбове на острорьбестия материал се разрушава повече или по-малко от острието на триона докато в заоблените ръбове тя не се накърнява. В съответствие с това техническите условия допускат заобленост на ръбовете в определени граници, без това да се взема под внимание при определянето на статическите стойности на тези елементи.

Летвите са още по-тънки, обикновено неносещи дървени елементи с размери 20х30, 20х40, 25х40 и 30х40 mm и с дължини, както бичметата, от 1 до 5 м.

При дъските отношението на широчината b към дебелината с е 1.5. Според дебелината си дъските се разделят на  талпи с d>35 мм и съотношение 6:4-1.5-7.5 и тънки дъски с дебелина d≤35 мм и съотношение 0:4-2.28-20. Подобно на гредите и бичметата и дъските може да имат заоблени ръбове. Дъски, които имат два заоблени и два прави ръба, се наричат полуокантени. При разбичване на обла греда се получават дъски без прави ъгли неокантени дъски. Капаците са
дъски с две страни, едната от които е заоблена.