Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2009, 57(2), 53-60 | DOI: 10.11118/actaun200957020053

ODHAD VLASTNOSTÍ DŘEVA POMOCÍ ZATLAČOVÁNÍ TRNU S RŮZNÝM TVAREM PENETRAČNÍHO HROTU

Michal Kloiber1,2, Mária Kotlínová2, Jan Tippner2
1 Centrum pro historické konstrukce a sídla, pracoviště Telč, Ústav teoretické a aplikované mechaniky (ÚTAM), Akademie věd České republiky, nám. Zachariáše z Hradce 2, 588 56 Telč, Česká republika
2 Ústav nauky o dřevě, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 3, 613 00 Brno, Česká republika

Ke zlepšení hodnocení vlastností zabudovaného dřeva slouží moderní nedestruktivní diagnostické přístroje, které eliminují subjektivnost smyslového posuzování a současně jsou velmi šetrné k původnímu materiálu. Pro zjišťování hustoty je nejvhodnější používání odporových metod, které lépe reagují na změny ve struktuře materiálu na rozdíl od metod hodnotících komplexně celý průřez prvku, jako jsou např. metody založené na šíření zvuku.
Jednou z odporových metod je měření pomocí Pilodynu či Resistographu. Měření Resistographem založené na odporu dřeva průniku tenkého vrtáku poskytuje přehled o vnitřním poškození. Pilodyn při dynamickém zarážení trnu do dřeva je naopak schopen jen penetrace do omezené hloubky. Další metodou odporového zjišťování hustoty je povrchový penetrační test založený na opakovaném zarážení trnu do dřeva pomocí kladiva. S ohledem na vlastnosti těchto metod je v tomto článku navrženo obdobné zařízení, které nebude trn dynamicky zarážet, ale postupně zatlačovat do hloubky až 10 cm, což pokryje běžné profily dřevěných prvků zabudovaných v konstrukcích.
Byla odzkoušena řada typů trnů z hlediska materiálového složení, způsobu výroby, průměru celého trnu a jeho hrotu i typů hrotů (ploché rovné či ve tvaru polokoule). Mezi dostatečně odolné a z hlediska ovlivnění výsledků vhodné provedení trnů ve výsledku patří trny s průměrem 3 mm, vyrobené z tepelně upravované nástrojařské oceli ve dvou provedení hrotu (kulaté a rovné). Experimentální zkoušky byly provedeny na dřevě smrku ztepilého (Picea abies (L.) Karst.).
Z výřezu dřevěného prvku byly vyrobeny hranoly průřezu 50 × 50 mm, do kterých se následně v laboratorních podmínkách zatlačoval trn o průměru 3 mm s tupým hrotem. Následně byla z téhož hranolu připravena zcela bezvadá tělesa, která byla následně zatěžována v tlaku podél vláken. Stanoveny byly meze pevnosti a moduly pružnosti dřeva. Následně bylo možné pro hodnoty těchto vlastností hledat vztah s naměřenými výsledky získanými při zatlačování trnu.
Nově navržená penetrační metoda založená na zatlačování trnu do dřeva, při které se za konstantní posuvné rychlosti měří síla vztažená k hloubce vniku trnu, je vhodná především pro odhad hustoty dřeva. Tuto skutečnost potvrdily zejména zjištěné úzké závislosti mezi vypočtenou mechanickou prací vynaloženou na zaražení trnů a hustotou stanovenou na zkušebních tělesech. V případě meze pevnosti a modulu pružnosti při zatížení dřeva v tlaku podél vláken byla zjištěna závislost nižší. Experimentem bylo prokázáno, že optimální průměr trnu je 3 mm. Z důvodu eliminace tření při zatlačování trnu do materiálu došlo v průběhu experimentu k zeslabení průměru trnu o 0,5 mm. Článek přináší první laboratorní výsledky, kterých je možné dosáhnout s nově navrženou penetrační metodou. Následně bude nutné zaměřit se na zjištění vlivu vlhkosti, která výrazným způsobem ovlivňuje odporové metody. Významnou součástí další výzkumné činnosti bude také srovnání výsledků s hodnotami základních mechanických vlastností (při zatížení v tahu, tlaku, ohybu) a rovněž zjištění závislosti s výsledky měření pomocí ultrazvukových metod.

dřevěné konstrukce, hustota dřeva, diagnostické přístroje, penetrační metoda

Estimation of wood properties using pin pushing in method with various shapes of the penetration pin

The existing penetration methods for the identification of the density of wood that forms a part of structures do not make it possible to describe the density in the entire element profile but only on its surface. However, wood density changes throughout the profile which affects the accuracy of the density determination. The instruments used until now based on the principle of a pin shot into the material thus needed to be supplemented with a test during which the pin would be pushed at least to the centre of the measured element. Pins of 3 mm in diameter were manufactured with a special jig fastening them to a universal testing machine. Using the testing machine, the force required to push the pin in was measured at a constant travel speed. It has been found out that the mechanical work needed for the pin penetration correlates very well with the wood density determined in the surroundings of the place where the pin was pushed in.

Keywords: wooden structures, wood density, diagnostic instruments, penetration method
Grants and funding:

Článek byl vytvořen za finanční podpory grantových projektů IGA 36/2008 LDF MZLU v Brně, GAČR 103/07/1091 a výzkumných záměrů MSM 6215648902, AV0Z20710524.

Received: December 29, 2008; Published: October 14, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Kloiber, M., Kotlínová, M., & Tippner, J. (2009). Estimation of wood properties using pin pushing in method with various shapes of the penetration pin. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 57(2), 53-60. doi: 10.11118/actaun200957020053
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. ČSN 49 0108: Drevo. Zisťovanie hustoty. 1993.
    2. ČSN 49 0110: Drevo. Medza pevnosti v tlaku v smere vlákien. 1980.
    3. ČSN 49 0111: Skúšky vlastností rastlého dreva. Metóda zisťovania modulu pružnosti v tlaku pozdĺž vlákien. 1992.
    4. EMERSON, R., POLLOCK, D., KAINZ, J., FRIDLEY, K., MCLEAN, D., ROSS, R., 1998: Non-destructive evaluation techniques for timber bridges. Proceedings of the 5th World Conference on Timber Engineering, Montreux, Vol. I, pp. 670-677.
    5. FEIO, A. O., 2005: Inspection and Diagnosis of Historical Timber Structures: NDT Correlations and Structural Behaviour. Ph.D. thesis - Universidade do Minho, Guimaraes, 208 pp.
    6. GÖRLACHER, R., 1987: Non destructive testing of wood: an in-situ method for determination of density. Holz as Roh-und Werkstoff. Vol. 45, pp. 273-278. DOI: 10.1007/BF02608673 Go to original source...
    7. GRYC, V., HORÁČEK, P., 2007: The Variability of Spruce (Picea abies /L./ Karst.) Wood Density with Present Reaction Wood. Journal of forest science. sv. 53, č. 3, s. 129-137. DOI: 10.17221/2146-JFS Go to original source...
    8. VAVRČÍK, V., GRYC, V., RYBNÍČEK, M., 2008: Variabilita vybraných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva dubu letního. Vliv věku, poloměru kmene a výšky. 1. vyd. Kostelec nad Černými Lesy: Lesnická práce, 52 s.
    9. KASAL, B., ANTHONY, R., 2004: Advances in in situ evaluation of timber structures. Progress in Structural Engineering and Materials. John Villey & Sons Ltd. London. UK. Vol. 6 No. 2, pp. 94-103. Go to original source...
    10. KUKLÍK, P., 2007: Stanovení vlastností konstrukčního dřeva. In: Stanovení vlastností materiálů při hodnocení existujících konstrukcí, Praha, 10 pp.
    11. MACHADO, J. S., CRUZ, H., 1997: Avaliaçăo do estado de conservaçăo de estruturas de madeira. Determinaçăo do perfil densidade por métodos năo destrutivos. Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas. No. 42, pp. 15-18.
    12. RONCA, P., GUBANA, A., 1998: Mechanical characterisation of wooden structures by means of an in situ penetration test. Elsevier Publishing Co., Oxford, England. Construction and Building Materials 12, pp. 233-243. DOI: 10.1016/S0950-0618(97)00080-9 Go to original source...
    13. ROSS, R., PELLERIN, R., VOLNY, N., SALSIG, W., FALK, R., 1999: Inspection of timber bridges using stress wave timing non-destructive evaluation tools - A guide for use and interpretation. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-114. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 15 pp. Go to original source...
    14. RINN, F., SCHWEINGRUBER, F., SCHÄR, E., 1996: Resistograph® and x-ray density charts of wood comparative evaluation of drill resistance profiles and x-ray density charts of different wood species. Holzforschung - International Journal of the Biology, Chemistry, Physics and technology of Wood, Vol. 50(4), pp. 303-311. Go to original source...
    15. RINN, F., 1994: Catalogue of relative density profiles of trees, poles and timber derived from Resistograph® microdrillings. 9th International Symposium on Non-destructive Testing. Madison, USA, pp. 61-67.

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content