Saat merancang, mengembangkan, atau membuat struktur kayu, penting untuk mengetahui sifat kekuatan material - ketahanan desain kayu, yang diukur sebagai satu kilogram per sentimeter persegi. Untuk mempelajari indikator, sampel ukuran standar digunakan, digergaji dari papan atau kayu dengan tingkat yang diperlukan, tanpa cacat eksternal, simpul, dan cacat lainnya. Selanjutnya sampel diuji ketahanannya terhadap tekan, tekuk, regangan.
Jenis kayu
Kayu adalah bahan serbaguna yang dapat dengan mudah diproses dan digunakan di berbagai bidang produksi: konstruksi, furnitur, peralatan, dan barang-barang rumah tangga lainnya. Area aplikasi tergantung pada jenis kayu dengan sifat fisik, kimia dan mekanik yang berbeda. Dalam konstruksi, tumbuhan runjung seperti cemara, cedar, pinus, larch, cemara sangat populer. Pada tingkat lebih rendah, pohon gugur - birch, poplar, aspen, oak, hazel, linden, alder, beech.
Jenis tumbuhan runjung digunakan dalam bentuk kayu bulat, kayu, papan untuk pembuatan tiang penyangga, rangka batang, tiang, jembatan, rumah, lengkungan, fasilitas industri, dan struktur bangunan lainnya. Bahan kayu keras hanya menyumbang seperempat dari total konsumsi. Hal ini disebabkan sifat fisik dan mekanik kayu keras yang lebih buruk, sehingga mereka mencoba digunakan untuk pembuatan struktur dengan beban dukung rendah. Biasanya mereka pergi ke draft dan node objek sementara.
Penggunaan kayu dalam konstruksi diatur dengan aturan sesuai dengan sifat fisik dan mekanik kayu. Sifat-sifat ini tergantung pada kelembaban dan adanya cacat. Untuk elemen penahan beban, kelembaban tidak boleh melebihi 25%, untuk produk lain tidak ada persyaratan seperti itu, tetapi ada standar untuk cacat kayu tertentu.
Komposisi kimia
Dalam 99% massa kayu adalah zat organik. Komposisi partikel dasar untuk semua batuan adalah sama: nitrogen, oksigen, karbon, dan hidrogen. Mereka membentuk rantai panjang molekul yang lebih kompleks. Kayu terdiri dari:
- Selulosa adalah polimer alami dengan tingkat polimerisasi molekul rantai yang tinggi. Zat yang sangat stabil, tidak larut dalam air, alkohol atau eter.
- Lignin adalah polimer aromatik dengan struktur molekul yang kompleks. Mengandung sejumlah besar karbon. Berkat dia, lignifikasi batang pohon muncul.
- Hemiselulosa adalah analog dari selulosa biasa, tetapi dengan tingkat polimerisasi molekul rantai yang lebih rendah.
- Ekstraktifzat - resin, gum, lemak dan pektin.
Kandungan resin yang tinggi pada pohon jenis konifera mempertahankan bahan dan memungkinkannya mempertahankan sifat aslinya untuk waktu yang lama, membantu menahan pengaruh eksternal. Produk kayu bermutu rendah dengan jumlah cacat yang tinggi terutama digunakan dalam industri kimia kayu sebagai bahan baku pembuatan kertas, kayu yang direkatkan atau ekstraksi unsur kimia seperti tanin yang digunakan dalam pembuatan kulit.
Penampilan
Kayu memiliki sifat eksternal berikut:
- Warna. Persepsi visual dari komposisi spektral cahaya yang dipantulkan. Penting dalam memilih kayu gergajian sebagai bahan finishing.
- Pewarnaan tergantung pada umur dan jenis pohon, serta kondisi iklim tempat tumbuhnya.
- Bersinar. Kemampuan untuk memantulkan cahaya. Tingkat tertinggi dicatat di oak, abu, akasia.
- Tekstur. Pola yang dibentuk oleh cincin tahunan batang pohon.
- Mikrostruktur. Ditentukan oleh lebar ring dan kandungan latewood.
Indikator digunakan dalam penilaian eksternal kualitas penebangan. Inspeksi visual mengungkapkan cacat dan kesesuaian bahan untuk penggunaan selanjutnya.
Cacat kayu
Meskipun memiliki kelebihan yang nyata dibandingkan bahan sintetis, kayu, seperti bahan mentah alami lainnya, memiliki kekurangan. Kehadiran, derajat, dan area lesi diaturdokumen normatif. Cacat kayu utama meliputi:
- kekalahan, busuk, jamur dan hama;
- miring;
- kantong resin;
- simpul;
- retak.
Knotness mengurangi kekuatan kayu, yang paling penting adalah jumlah, ukuran dan lokasinya. Simpul dibagi menjadi beberapa jenis:
- Sehat. Tumbuh rapat dengan tubuh pohon dan duduk kokoh di saku, tidak membusuk.
- Drop-down. Kupas dan rontok setelah menggergaji bahan.
- Terangsang. Berwarna gelap dan memiliki struktur yang lebih padat dalam hubungannya dengan kayu tetangga;
- Gelap. Simpul dengan tahap awal pembusukan.
- Longgar - busuk.
Menurut letaknya, simpul dibedakan menjadi:
- dijahit;
- cakar;
- ditumbuhi;
- anak tiri.
Kemiringan juga mengurangi kekuatan lentur kayu dan ditandai dengan adanya retakan dan lapisan spiral pada kayu bulat, pada bahan gergajian diarahkan pada sudut ke rusuk. Produk dengan cacat seperti itu bermutu rendah, digunakan secara eksklusif sebagai benteng sementara.
Penyebab retak tergantung pada kondisi luar dan jenis kayu. Mereka terbentuk sebagai hasil dari pengeringan yang tidak merata, embun beku, tekanan mekanis dan banyak faktor lainnya. Mereka muncul baik di pohon hidup maupun di pohon yang dipotong. Tergantung pada posisi pada batang dan bentuknya, retakan disebut:
- dingin;
- sernitsa;
- metika;
- menyusut.
Retak tidak hanya mengurangi kualitas kayu, tetapi juga berkontribusi pada pembusukan dan penghancuran serat yang cepat.
Membusuk terbentuk sebagai akibat dari infeksi pembusukan dan jenis jamur lain yang muncul pada pohon yang tumbuh dan ditebang. Jamur yang hidup pada batang hidup bersifat parasit, yang menginfeksi cincin tahunan dan menyebabkannya terkelupas. Spesies lain sudah menetap di struktur jadi dan menyebabkan pembusukan, delaminasi, retak.
Alasan munculnya organisme berbahaya adalah lingkungan yang menguntungkan untuk reproduksi mereka: kelembaban lebih dari 50% dan panas. Pada kayu yang dikeringkan dengan baik, mikroorganisme tidak berkembang. Kategori hama khusus harus mencakup serangga yang lebih suka menetap di struktur kayu, bergerak di dalamnya, sehingga merusak serat dan mengurangi kekuatannya.
Kelembaban kayu
Salah satu indikator penting untuk ketahanan normatif dan desain kayu. Ini mempengaruhi persentase air dalam serat batang. Kelembaban - persentase massa uap air untuk bahan kering. Rumus perhitungan terlihat seperti ini: W=(m–m0)/m0 100, di mana m adalah massa awal benda kerja, m 0 - berat sampel kering mutlak. Kelembaban ditentukan dengan dua cara: dengan mengeringkan dan menggunakan pengukur kelembapan elektronik khusus.
Kayu dibagi menjadi beberapa jenis menurut kadar airnya:
- Basah. Dengankadar air lebih dari 100%, yang sesuai dengan lama tinggal di dalam air.
- Baru dipotong. Dengan kandungan 50 hingga 100%.
- Udara kering. Dengan kadar air serat berkisar antara 15 hingga 20%.
- Kamar-kering. Dengan kadar air 8 hingga 12%.
- Benar-benar kering. Dengan kadar air 0%, diperoleh dengan pengeringan pada suhu 102°.
Air ada di pohon dalam bentuk terikat dan bebas. Kelembaban bebas ada di dalam sel dan ruang antar sel, terikat - dalam bentuk ikatan kimia.
Pengaruh kelembaban pada sifat kayu
Ada beberapa jenis sifat tergantung kadar air dalam struktur kayu:
- Penyusutan adalah penurunan volume serat pulp kayu ketika air terikat dihilangkan darinya. Semakin banyak serat, semakin banyak kelembaban dari jenis terikat. Menghilangkan kelembapan tidak memberikan efek seperti itu.
- Warping - perubahan bentuk kayu dalam proses pengeringan. Terjadi jika kayu gelondongan tidak dikeringkan atau digergaji dengan benar.
- Penyerapan kelembapan - higroskopisitas kayu atau kemampuan menyerap kelembapan dari lingkungan.
- Swelling - peningkatan volume serat kayu saat bahan berada di lingkungan yang lembab.
- Penyerapan air - kemampuan kayu untuk meningkatkan kelembapannya sendiri dengan menyerap cairan yang menetes.
- Kerapatan - diukur sebagai massa per satuan volume. Saat kelembaban meningkat, kepadatan meningkat, dan sebaliknya.
- Permeabilitas - kemampuan untuk melewatkan air melalui dirinya sendiri di bawah tekanan tinggi.
Setelah keringkayu kehilangan elastisitas alaminya dan menjadi lebih kaku.
Kekerasan
Koefisien kekerasan ditentukan menggunakan metode Brinell atau uji Yankee. Perbedaan mendasar mereka terletak pada teknik pengukuran. Menurut Brinell, bola baja yang diperkeras diletakkan di atas permukaan kayu yang rata dan diberi gaya 100 kilogram, setelah itu kedalaman lubang yang dihasilkan diukur.
Tes Yankee menggunakan bola 0,4 inci dan mengukur berapa banyak gaya, dalam pound, yang diperlukan untuk mendorong bola setengah diameter ke dalam pohon. Dengan demikian, semakin tinggi hasilnya, semakin keras pohonnya dan semakin besar koefisiennya. Namun, dalam varietas yang sama, indikatornya berbeda, tergantung pada metode pemotongan, kelembaban dan faktor lainnya.
Di bawah ini adalah tabel kekerasan kayu Brinell dan Yankee untuk spesies yang paling umum.
| Nama | Kekerasan Brinell, kg/mm2 | Kekerasan Yankee, pound |
| Akasia | 7, 1 | |
| Birch | 3 | 1260 |
| birch Karelian | 3, 5 | 1800 |
| Elm | 3 | 1350 |
| Pear | 4, 2 | |
| Oak | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Spruce | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Larch | 2, 5 | 1200 |
| Alder | 3 | 590 |
| Kenari Eropa | 5 | |
| Kenari Spanyol | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Cerah | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| Pinus | 2, 5 | 380-1240 |
| Ceri | 3, 5 | |
| pohon apel | 1730 | |
| Abu | 4-4, 1 | 1320 |
Dari tabel kekerasan kayu dapat diketahui bahwa:
- aspen, cemara, pinus - pohon yang sangat lembut;
- birch, linden, alder dan larch adalah kayu lunak;
- elm dan kenari keras sedang;
- ek, apel, abu ceri, pir dan memiliki koefisien kekerasan normal;
- beech, locust, dan yew adalah varietas yang sangat keras.
Kayu keras tahan lamauntuk tegangan mekanis dan digunakan untuk komponen penting dari struktur kayu.
Kepadatan
Kepadatan berhubungan langsung dengan kadar air serat. Oleh karena itu, untuk mendapatkan indikator pengukuran yang homogen, dilakukan pengeringan hingga kadar 12%. Peningkatan kepadatan kayu menyebabkan peningkatan massa dan kekuatannya. Menurut kelembaban, kayu dibagi menjadi beberapa kelompok:
- Batu dengan kepadatan terendah (hingga 510 kg/m3). Ini termasuk cemara, pinus, cemara, poplar, cedar, willow dan walnut.
- Merah dengan kepadatan sedang (dalam kisaran 540-750 kg/m3). Ini termasuk larch, yew, elm, birch, beech, pear, oak, ash, rowan, apple.
- Batu dengan kepadatan tinggi (lebih dari 750 kg/m3). Kategori ini termasuk birch dan stok.
Di bawah ini adalah tabel kerapatan untuk berbagai jenis pohon.
| Nama ras | Kerapatan batuan, kg/m3 |
| Akasia | 830 |
| Birch | 540-700 |
| birch Karelian | 640-800 |
| Beech | 650-700 |
| Ceri | 490-670 |
| Elm | 670-710 |
| Pear | 690-800 |
| Oak | 600-930 |
| Spruce | 400-500 |
| Willow | 460 |
| Cedar | 580-770 |
| Maple Eropa | 530-650 |
| Maple Kanada | 530-720 |
| maple lapangan | 670 |
| Larch | 950-1020 |
| Alder | 380-640 |
| Kenari | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| Cerah | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| Lilac | 800 |
| Plum | 800 |
| Pinus | 400-500 |
| Poplar | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| ceri burung | 580-740 |
| Ceri | 630 |
| pohon apel | 690-720 |
Spesies jenis konifera memiliki kepadatan terendah, sedangkan spesies gugur memiliki kepadatan tertinggi.
Stabilitas
Ketahanan kayu yang dihitung mencakup hal seperti stabilitas terhadappaparan kelembaban. Derajat diukur pada skala lima poin ketika kelembaban udara berubah:
- Instabilitas. Deformasi yang signifikan muncul bahkan dengan sedikit perubahan kelembaban.
- Stabilitas rata-rata. Derajat deformasi yang nyata muncul dengan sedikit perubahan kelembaban.
- Stabilitas relatif. Sedikit deformasi muncul dengan sedikit perubahan kelembaban.
- Stabilitas. Tidak ada deformasi yang terlihat dengan sedikit perubahan kelembaban.
- Stabilitas mutlak. Sama sekali tidak ada deformasi bahkan dengan perubahan besar dalam kelembaban.
Di bawah ini adalah bagan stabilitas spesies kayu umum.
| Nama ras | Derajat stabilitas |
| Akasia | 2 |
| Birch | 3 |
| birch Karelian | 3 |
| Beech | 1 |
| Ceri | 4 |
| Elm | 2 |
| Pear | 2 |
| Oak | 4 |
| Spruce | 2 |
| Cedar | 4 |
| Maple Eropa | 2 |
| Maple Kanada | 2 |
| Maple lapangan | 1 |
| Larch | 2-3 |
| Alder | 1 |
| Kenari Amerika | 4 |
| Kacang Brasil | 2 |
| Kenari | 4 |
| Kenari Eropa | 4 |
| Kenari Spanyol | 3 |
| Aspen | 1 |
| Cerah | 2 |
| Poplar | 1 |
| ceri burung | 1 |
| Ceri | 2 |
| pohon apel | 2 |
Angka dihitung untuk kayu dengan kadar air 12%.
Karakteristik mekanis
Kualitas kayu ditentukan oleh indikator berikut:
- Ketahanan aus - kemampuan kayu untuk menahan keausan selama gesekan. Dengan peningkatan kekerasan material, keausannya berkurang dengan distribusi yang tidak merata di atas permukaan sampel. Kadar air kayu juga mempengaruhi ketahanan aus. Semakin rendah, semakin tinggi resistensi.
- Deformabilitas - kemampuan untuk mengembalikan bentuk setelah hilangnya gaya aksi. Ketika kayu dikompresi,deformasi benda kerja, yang menghilang dengan beban. Indikator utama deformabilitas adalah elastisitas, yang meningkat dengan kadar air kayu. Dengan pengeringan bertahap, elastisitas hilang, yang menyebabkan penurunan ketahanan terhadap deformasi.
- Fleksibilitas - kemampuan alami kayu untuk menekuk di bawah beban. Spesies gugur memiliki kinerja yang baik, tumbuhan runjung pada tingkat yang lebih rendah. Kemampuan ini penting dalam pembuatan produk bengkok, yang pertama dibasahi dan kemudian dibengkokkan dan dikeringkan.
- Kekuatan benturan - kemampuan menyerap gaya benturan tanpa memotong kayu. Pengujian dilakukan dengan menggunakan bola baja, yang dijatuhkan ke benda kerja dari ketinggian. Varietas gugur menunjukkan hasil yang lebih baik daripada tumbuhan runjung.
Beban konstan secara bertahap memperburuk sifat kayu dan menyebabkan kelelahan material. Bahkan pohon yang paling tahan lama pun tidak mampu menahan pengaruh luar.
Spesifikasi Peraturan
Indikator resistensi normatif diperlukan untuk pembuatan berbagai jenis struktur. Kayu dianggap cocok jika indikatornya tidak lebih rendah dari nilai yang dihitung. Dalam pengujian, hanya sampel standar dengan kadar air tidak lebih dari 15% yang digunakan. Untuk kayu dengan nilai kelembaban yang berbeda, formula khusus untuk ketahanan desain digunakan, kemudian indikator dikonversi ke nilai standar.
Saat merancang struktur kayu, penting untuk mengetahui nilai kekuatan sebenarnya dari bahan sumber. Pada kenyataannya, mereka kurang dari yang normatif diperoleh pada sampel uji. Data referensidiperoleh dengan memuat dan deformasi sampel ukuran standar.
Karakteristik desain
Ketahanan desain kayu adalah tegangan di berbagai bidang sampel kayu yang dibuat oleh beban tertentu yang dapat ditahan oleh pohon dalam waktu berapa pun hingga benar-benar hancur. Angka-angka ini berbeda untuk peregangan, kompresi, lentur, geser dan penghancuran.
Angka sebenarnya diperoleh dengan mengalikan data normatif dengan koefisien kondisi kerja.
| Nama | Koefisien ketahanan kayu desain | ||
| Tekanan sepanjang serat | Ketegangan melintasi serat | Chipping | |
| Larch | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| cedar Siberia | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Pinus | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Cerah | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Oak | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Maple, Abu | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Akasia | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Beech, birch | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Elm | 1 | 1, 6 | 1 |
| Poplar, alder, aspen, linden | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Kondisi kerja dipengaruhi oleh seluruh daftar faktor. Koefisien di atas memperhitungkan faktor-faktor tersebut. Setiap paparan kelembaban pada struktur menghasilkan penurunan kinerja akhir.
Kesimpulan
Saat mendesain struktur kayu, penting untuk mengetahui indikator yang dihitung dari bahan yang digunakan dalam konstruksi. Node individu akan mengalami beban permanen atau sementara yang dapat menyebabkan kehancuran total mereka. Data yang ditentukan dalam GOST dan SNiP diperoleh dengan menguji sampel standar. Namun, nilai yang sebenarnya akan sangat berbeda dengan nilai normatif. Oleh karena itu, rumus yang disediakan oleh standar digunakan untuk perhitungan.
