2 Trevirkets egenskaper

Transkript

1 2 Trevirkets egenskaper 2.1 Fuktighet Cellesubstansen, eller tørrstoffet, i treet utgjør % av hele volumet, noe som avhenger av trevirkets egenvekt (densitet). Resten er cellehulrom. Jo lavere tørrvekten er, desto større vanninnhold kan treet ha. I naturtilstand er celleveggene mettet med vann (bundet vann), og cellehulrommene er mer eller mindre væskefylt (fritt vann). Fuktighet (U) regnes i % av tørrvekten. (Se kap. 9.) Når treet har nådd en viss alder, blir de indre cellene hos mange treslag satt ut av funksjon. De mister evnen til å transportere vann. Det blir derfor betydelig mindre fritt vann i cellene, og hos noen treslag utskilles også visse kjerneemner. Denne prosessen starter når trærne blir eldre enn ca. 30 år, avhengig av vekstforhold og treslag. I yteveden, og spesielt i den ytre delen av den, er cellehulrommene nesten fylt med væske som er under transport oppover mot trekronen. Fuktighet i fersk, ytre yteved kan være på ca %, mens tilsvarende verdier for kjerneved av gran og furu er %. Skurlast av gran har som regel større andel av kjerneved (ca. 50 %) enn furu (ca. 40 %). Det er imidlertid en del treslag som ikke har tydelig kjerneved, og heller ikke noen stor forskjell i fuktighet mellom kjerneved og yteved. Fibermetningspunkt Når vannet i cellehulrommene nesten er tørket ut og vannet som er bundet i celleveggene starter å forlate celleveggstrukturen, har fuktighetsinnholdet nådd fibermetningspunktet. Dette er en viktig verdi. Det er først når trevirket tørkes lenger ned enn til denne fuktigheten at fenomenet krymping oppstår. Høyt innhold av ekstraktivemner og høy temperatur i trevirket vil gi lavt fibermetningspunkt. Følgende gruppering er oppstilt av Trendelenburg når det gjelder fibermetningspunkt: Gruppe 1: Spredtporige lauvtrær uten utpreget kjerne: Lind, selje, poppel, or, bjørk, bøk samt yteveden av lauvtrær under gruppe 4: % Gruppe 2: Bartrær uten utpreget farget kjerne: Gran, edelgran samt yteveden av bartrær under gruppe 3: % Gruppe 3: Bartrær med utpreget farget kjerne: Med middels harpiksinnhold: Furu, lerk, douglas: % Med høyt harpiksinnhold: Harpiksrike deler av ovennevnte og einer: % 20

2 Gruppe 4: Ringporige og halvringporige lauvtrær, kjerneved: Eik, ask, nøtt, kirsebær, edelkastanje, robinia: % Likevektsfuktighet Trevirke er et hygroskopisk materiale, noe som betyr at over tid vil trefuktigheten innstille seg på en likevektsfuktighet i henhold til klimaet (kombinasjon av temperatur og relativ luftfuktighet) i den omgivende luften. Likevektsfuktigheten varierer noe med treslag og virkesegenskaper, men ikke mer enn at kurvene i diagrammet kan benyttes som et anslag. Likevektsfuktigheten avtar med stigende temperatur. Dersom trevirket har vært eksponert for høye temperaturer tidligere (f.eks. høye tørketemperaturer), vil likevektsfuktigheten være lavere enn for trevirke som ikke har vært utsatt for dette. Likevektsfuktigheten avtar med økt eksponeringstemperatur og/eller eksponeringstid. 21

3 Hysterese Dersom to trebiter, én med høy fuktighet og én med lav fuktighet, lagres i samme klima, vil de to trebitene innstille seg på ulik likevektsfuktighet. Dette fenomenet kalles hysterese. Trefuktigheten ved oppfukting blir lavere enn ved uttørking under de samme klimabetingelsene. Ved vekslende relativ luftfuktighet følger likevektsfuktigheten overgangskurver mellom kurvene for uttørking og oppfukting. Hysteresen vil føre til redusert forskjell mellom trefuktigheten for de to nivåene. Hystereseeffekten avtar med stigende temperatur. 22

4 Krymping og svelling Enhver endring i trevirkets fuktighetsinnhold i området under fibermetningspunktet forårsaker en volumforandring i trevirket. Ved uttørking vil trevirket krympe, mens det vil svelle ved oppfukting. Dersom ikke trevirket får bevege seg fritt, kan det oppstå skader på konstruksjonen på grunn av de betydelige kreftene som oppstår ved forhindret krymping og svelling. I området mellom fibermetningspunktet og absolutt tørt trevirke, er det en tilnærmet lineær sammenheng mellom krymping/svelling og trefuktighet. Krympingen uttrykkes i prosent av trevirkets dimensjoner i ukrympet tilstand (ved trefuktighet over fibermetningspunktet). Svellingen uttrykkes i prosent av trevirkets dimensjoner i absolutt tørr tilstand. Krymping og svelling varierer med trevirkets tre hovedretninger, og er størst i tangentiell retning. I radiell retning er det betydelig lavere verdier. Som en grov huskeregel kan det sies at krympingen/svellingen er omtrent halvparten så stor i radiell retning som i tangentiell for gran og furu. I lengderetningen er verdiene for krymping/ svelling svært lave sammenlignet med tverrsnittsretningene. Trelast brukt til ulike formål har imidlertid lange lengder, som fører til at den totale lengdekrympingen likevel kan bli betydelig. I tabellen er det angitt total krymping fra rått til absolutt tørt trevirke for de vanligste norske treslagene (det vil være en betydelig variasjon rundt disse gjennomsnittsverdiene): Retning Gran Furu Bjørk Tangentiell 7,8 % 7,7 % 7,8 % Radiell 3,6 % 4,0 % 5,3 % Lengde 0,3 % 0,3 % 0,6 % Volumkrympingen beregnes tilnærmet ved å legge sammen krympingen i de tre hovedretningene. De verdiene som vanligvis finnes oppgitt for krymping og svelling er basert på små feilfrie prøvestykker (uten kvister, kvaelommer, etc.), og representerer derfor rene grunnverdier. Generelt vil høyere densitet innen samme treslag gi økt krymping og svelling, bortsett fra i lengderetningen. Likeledes vil lengdekrympingen/ -svellingen være betydelig større for ungdomsved og tennarved enn for normal voksen ved. 23

5 For trevirke i bruksdimensjoner vil ulike forhold gjøre seg gjeldende med hensyn til krymping og svelling: Liggende årringer i trelastens tverrsnitt gir større breddekrymping/-svelling enn stående årringer. Større dimensjoner vil gi relativt mindre krymping/svelling enn mindre dimensjoner. Trelast av dårlig kvalitet vil krympe/svelle mer i virkets lengderetning enn trelast av god kvalitet. Det skyldes økt andel tverrved. Sammenlignet med ubehandlet virke, vil overflatebehandlet virke krympe/svelle langsommere ved klimavekslinger. Diagrammet viser krympingen hos gran ved forskjellig trefuktighet. Eksempel: Fra 30 % trefuktighet (fibermetningspunktet) til 22 % og 12 % trefuktighet er krympingen i tangentiell retning på henholdsvis 2,1 % og 4,7 %. Tangentiell krymping ved tørking fra 22 % til 12 % trefuktighet er differansen mellom 4,7 % og 2,1 %, som er lik 2,6 %. Krymping for 1 % fuktighetsforandring for gran finnes slik: Tangentielt: (7,8/30) % = 0,26 % Radielt: (3,6/30) % = 0,12 % Lengde: (0,3/30) % = 0,01 % 24

6 Formendring Formendring i trevirke under tørking kommer av at krympingen er ulik i de forskjellige retninger. Formendringenes størrelse og type er sterkt avhengig av hvor i stokken plankene eller bordene er skåret ut, og hvor langt ned i trefuktighet de tørkes. Kuving Kuving vil øke med: Avtagende materialtykkelse Økende materialbredde Avtagende avstand til margen Synkende fuktighet 25

7 Figuren viser kuving målt på skurlast med forskjellig tykkelse og med fuktighetsinnhold 17 %. Måling er foretatt nær margen. Kuvingen er fra 1-2 mm for de mest aktuelle dimensjoner. Sprekk i kvist Under tørking er det vanlig at det oppstår sprekk i kvist. Det kommer av at trevirke krymper forskjellig i de forskjellige retningene i veden. Hvis man ser på flatsiden av en planke, vil krympingen tvers over planken være radiell, tangentiell eller som oftest en kombinasjon av radiell og tangentiell, avhengig av årringretningen i planken. I lengderetningen av planken vil krympingen være minimal. En kvist vil ha radiell krymping både på tvers av og langs med planken. Denne forskjellen i krymping mellom kvisten og veden rundt kvisten gjør at det oppstår spenninger og ofte sprekk i kvisten. Ettersom det er størst forskjell mellom kvistens tverrsnittskrymping og den omkringliggende vedens lengdekrymping, vil sprekken oftest være orientert på tvers av planken. Sprekk i kvist er et større problem hos gran enn hos furu. Dette kan i hovedsak forklares ved forskjell i krymping i kvist hos gran og furu. I en kvist vil det under treets vekst dannes trykkved på undersiden og strekkved på oversiden av kvisten. Både trykkveden og strekkveden krymper mer hos gran enn hos furu. Dette gir mer spenninger i grankvist og derved oftere sprekk. Det er også forskjell i lengdekrymping for trykkved og strekkved i kvist. Trykkveden krymper mer enn strekkveden og dette kan føre til at kvisten sprekker på grunn av skjærspenningene som oppstår i lengderetningen i kvisten. Gran har større forskjell i lengdekrympingen i kvist, hvilket ytterligere bidrar til at kvistsprekk er et større problem hos gran enn hos furu. 26

8 Tidsfaktor Det er en viss treghet ved dimensjonsendringene. Når trevirke blir flyttet fra et fuktig til et tørt klima, vil det krympe hurtig i startfasen. Men det tar tid før det har stilt seg inn i forhold til omgivelsene. Ved vanlig romtemperatur vil det ta flere uker før trefuktigheten nærmer seg det aktuelle likevektsfuktighetsnivået. Dette vil avhenge av temperatur, lufthastighet på trevirkets overflate og trevirkets densitet. Den største forandringen skjer selvfølgelig i de første 2-3 ukene. 27

9 2.2 Densitet Med trevirkets densitet forstår vi forholdet mellom masse (vekt) og volum, det vil si egenvekten. Fordi selve celleveggen hos alle treslag har tilnærmet samme densitet, 1560 kg/m 3 i absolutt tørr tilstand, er det forholdet mellom cellevegg og cellehulrom i trevirket som er avgjørende for densiteten. Trevirket tar til seg fuktighet, og densiteten vil derfor være avhengig av fuktighetsinnholdet. For at begrepet densitet skal ha noen mening, må det derfor angis ved hvilken fuktighet den gjelder. Her benyttes det mange varianter i forskjellige sammenhenger. De vanligste alternativer for densitet er: Tørrdensitet Basisdensitet Rådensitet Densitet ved gjeldende trefuktighet Symbolet ρ brukes ofte om densitet, og ulike indekser viser hvilken type densitet det er snakk om. For eksempel blir tørrdensiteten ofte angitt som ρ 0,0. Det vil si at både vekt (den første indeksen) og volum (den andre indeksen) er målt ved 0 % trefuktighet, mens for eksempel ρ 0,12 betyr at vekten er målt ved 0 % trefuktighet og volumet ved 12 % trefuktighet. Forholdet mellom cellevegg og cellehulrom forenklet fremstilt (1 g/cm³ = 1000 kg/m³). 28

10 Midlere tørrdensitet for enkelte treslag (det er stor variasjon rundt disse middelverdiene): Balsa 200 kg/m 3 Lind 350 kg/m 3 Gran 430 kg/m 3 Furu 490 kg/m 3 Bjørk 580 kg/m 3 Teak 630 kg/m 3 Eik 650 kg/m 3 Pokkenholt 1200 kg/m 3 Ved 12 % fuktighet er midlere densitet omkring 460 kg/m 3 for gran og 530 kg/m 3 for furu. Vårveden i gran og furu har en tørrdensitet på ca. 300 kg/m 3, mens i sommerveden vil den kunne være dobbelt så høy. Kvistved hos gran har en tørrdensitet på ca kg/m 3. Densitet er en av de viktigste faktorer for vurdering av trevirkets generelle fasthetsegenskaper, fordi økende densitet vanligvis gir økende fasthet. Enkelte treslag inneholder imidlertid stoffer, f.eks. olje og fettstoffer, som vil gi økende densitetsverdier uten tilsvarende økning i fastheten. Densitet hos bartre Densiteten i bartre påvirkes av mange faktorer. Den vil variere innenfor et treslag, både mellom skogsbestand, mellom trær i samme bestand og innenfor samme tre. I hovedsak er densitet styrt av hvor stor andel sommerved det er i forhold til vårved. Vårved har tynnere cellevegger, og den vil derfor ha lavere densitet enn sommerved. Jo høyere andel sommerved, jo høyere blir densiteten. Det som styrer andel vår- og sommerved er veksthastighet og vekstområde. I samme geografiske vekstområde vil sommervedtykkelsen være omtrent konstant. Årringbredden vil imidlertid øke med økende næringsinnhold i jorda og god skogskjøtsel. Økningen i årringbredden vil her skje i vårveden. Densiteten synker da, siden andelen sommerved reduseres. Sammenlignes virke fra samme vekstområde vil mindre årringbredde gi høyere densitet. Mindre gunstig klima for vekst vil redusere tykkelsen av sommerved fordi veksten stopper tidligere på høsten. Dette betyr at ved samme årringbredde vil barskog som har vokst lenger nord eller høyere over havet ha lavere densitet enn sydligere og mer lavtliggende barskog. Densitet hos lauvtre Hos de ringporede lauvtreslagene som eik og ask vil densiteten øke med økende årringbredde. For spredtporige lauvtreslag vil årringbredden ikke ha betydning for densiteten. 29

11 Betegnelser Begrep Engelsk betegnelse Forklaring Formel Rådensitet (ρ f,f) Green density Rå masse (fuktighetsavhengig) i forhold til rått volum ρ f, f m = v f f Tørrdensitet (ρ 0,0) Oven-dry density Tørr masse i forhold til tørt volum ρ 0,0 m = v 0 0 Basisdensitet (ρ 0,f) Basic density Tørr masse i forhold til rått volum ρ 0, f = m 0 v f Densitet ved gjeldende trefuktighet (ρ u,u) Density at current moisture content Masse i forhold til volum ved den gjeldende trefuktighet ρ u, u m = v u u Tørr masse (m 0): Treprøvens masse i absolutt tørr tilstand (0 % fuktighet). Tørt volum: (v 0) Treprøvens volum i absolutt tørr tilstand (0 % fuktighet). Rå masse: (m f) Treprøvens masse ved trefuktighet fibermetningspunktet. 30

12 Rått volum: (v f) Treprøvens volum ved trefuktighet fibermetningspunktet. Det er mulig å regne seg fra et densitetsmål til et annet. Omregningsformler mellom ulike densitetstall Fra Til Formel Tørrdensitet Basisdensitet 100 β (ρ 0,0) (ρ 0,f) ρ 0, f = ρ0, 0 Tørrdensitet (ρ 0,0) Basisdensitet (ρ 0,f) Basisdensitet (ρ 0,f) Densitet ved 12 % trefuktighet (ρ 12,12) Densitet ved 12 % trefuktighet (ρ 12,12) Aktuell densitet (0 % - 25 % trefuktighet) (ρ,u,u) Aktuell densitet (0 % - 25 % trefuktighet) (ρ,u,u) Densitet ved 12 % fuktighet (ρ 12,12) β 100 1,12 ρ FMP 12,12 = ρ ρ 0,0 = ρ0, 100 β Tørrdensitet (ρ 0,0) f Densitet ved 12 % fuktighet (ρ 12,12) Tørrdensitet 12β 100 1,12 FMP ρ 12,12 = ρ0, f 100 β 100 ρ 0,0 = ρ12, 12β 100 1,12 FMP 100 β ρ 0, f = ρ12, 12β 100 1,12 FMP 100 ρ 0,0 = ρu, u β u FMP β ρ 0, f = ρu, u β u FMP 100 (ρ 0,0) 12 Basisdensitet (ρ 0,f) 12 Tørrdensitet (ρ 0,0) u Basisdensitet (ρ 0,f) u β = total volumkrymping i prosent FMP = fibermetningspunkt i prosent (ca. 30 %) u = aktuell fuktighet i prosent 0,0 31

13 Eksempel: Hva er basisdensiteten (ρ 0,f) når vi kjenner tørrdensiteten ρ 0,0? ρ 0,0 = 430 kg/m³ β = 11,4 % 100 β ,4 0, = ρ0,0 = 430 = ρ f kg/m³ 2.3 Fasthetsegenskaper Fasthetsegenskapene hos trevirke er bestemt først og fremst av oppbygging og struktur. Densitet og virkesfeil har stor betydning. Deretter vil en del viktige ytre faktorer, først og fremst fuktighet, men også temperatur, ha stor innvirkning. Vurderes egenskapene på basis av små, feilfrie prøvestykker, gir det et klart bilde av hvordan trevirkets styrke vil variere med forskjellige faktorer. For trevirke i fulle bruksdimensjoner vil imidlertid forholdene bli annerledes fordi kvist og vekstfeil vil påvirke fasthet og E-modul. De data over fasthetsegenskaper for forskjellige treslag som en vanligvis finner oppgitt i litteraturen er basisverdier, med middelverdi for feilfrie småprøver og standardklima som grunnlag. Disse kan tjene til sammenligning av treslag, men er ikke egnet for konstruksjonsberegninger. Generelt kan det også sies at det er store variasjoner både mellom og innen de ulike artene når det gjelder fasthetsegenskaper. Eksemplene på fasthetsverdier som er angitt i de etterfølgende avsnittene, kan sies å være representative for gran og furu ved 12 % trefuktighet. Bøyefasthet Bøyefasthet er en kombinasjon av strekkfasthet og trykkfasthet, og har stor praktisk betydning for trevirkets anvendelse. Små, feilfrie prøver av gran har midlere bruddspenning ved bøyning i området N/mm 2. Konstruksjonsfasthet bruker ofte en klasse med bøyefasthet 24 N/mm 2. Trykkfasthet For små feilfrie prøver er trykkfastheten parallelt med fiberretningen lavere enn strekkfastheten. Gjennomsnittsverdier for små, feilfrie prøver er for gran og furu i størrelsesorden ca N/mm 2. Trykkfastheten på tvers av fibrene, ofte kalt svilletrykket, er 5-6 N/mm 2. Konstruksjonsfasthet bruker ofte en klasse med trykkfasthet 21 N/mm 2. Strekkfasthet Strekkfasthet parallelt med fibrene for små, feilfrie prøver er blitt målt helt opp til ca. 120 N/mm 2. Som konstruksjonsfasthet brukes ofte en klasse med strekkfasthet 14 N/mm 2. Strekkfasthet vinkelrett på fibrene er betydelig lavere enn parallelt med fibrene, og ligger i om- 32

14 rådet 2-3 N/mm 2. Strekkfastheten på tvers av fiberretningen kan være så lav som 0,3-0,4 N/mm 2. Skjærfasthet Det er vesentlig skjærfasthet parallelt med fibrene som har betydning. For bartre er det liten forskjell på prøver parallelt med årringene og prøver på tvers av dem. Midlere verdi for skjærfastheten er oftest under 10 N/mm 2. Som konstruksjonsfasthet brukes ofte en klasse med skjærfasthet 2,5 N/ mm 2. Slagbruddarbeid Denne egenskapen innebærer hvor mye slaglignende belastninger (seighet) trevirket tåler. Slagbruddarbeidet er størst i radiell retning og minst i tangentiell retning (ca. halvparten). Radielt er det for norsk gran (småprøver) funnet slagbruddarbeid på ca. 40 kj/m 2. Hardhet Måling av hardhet foretas oftest etter Janka-metoden. Her måles kraften som skal til for å trykke en kule med diameter på 11,3 mm inn til kulens halve diameter. Hardheten er vanligvis størst i endeveden, men det er sideveden som oftest har interesse. Hardheten veksler sterkt med treslagene, og er vanligvis relativt lav for bartrevirke. Norske studier viser verdier på omkring 25 N/mm 2 for furu (radiell retning). Elastisitet Trevirkets elastisitet (E-modul) angir forholdet mellom spenningen som gir formendring og størrelsen av form- endringen i kraftretningen. For små feilfrie prøver av gran og furu er midlere E-modul ved 12 % fuktighet ca N/mm 2. Det er selvsagt store variasjoner ut fra disse middelverdiene. Som konstruksjonsfasthet brukes ofte en klasse med E-modul N/mm 2. Densitet Det er celleveggen som gir treet styrke, og jo større andel cellevegg, desto sterkere er trevirket. Fasthetsegenskapene for feilfrie prøver øker lineært med økende densitet som følge av økende celleveggtykkelse. Figuren viser verdier for små feilfrie prøver av gran. Fiberhelling Alle fiberforstyrrelser vil virke inn på treets fasthetsegenskaper. Med fiberhelling forstås en fiberretning som avviker fra plankens lengderetning over det meste av lengden. Den er forårsaket 33

15 av at treet har vokst vridd, eller av at planken er skåret skjevt ut av stokken. I visuelt styrkesortert trelast er det tillatt fiberhelling på 1:10 (ca. 5,5 ) i klassen T3, mens tilsvarende verdi for T1 er 1:6 (ca. 9,5 ). Disse forholdsvis små avvikene vil redusere bøyefastheten i feilfrie småprøver med henholdsvis 1/4 og 1/3. Hvis fiberhellingen nærmer seg tverrved (90 ), er bøyefastheten redusert til under 10 % av bøyefastheten hos langsgående fibre. Vankant Vankant innenfor visse grenser har ingen påviselig innflytelse på styrken. Dette kommer av at fibrene ved vankanten løper parallelt med planken og ikke er berørt av sagsnittet. Når det likevel må være en viss begrensning av vankant i trelast, har det sammenheng med at anleggsflaten blir redusert, og likeså at det blir redusert feste for spikerplater o.a. Fuktighet Ved fuktighet under fibermetningspunktet stiger fasthetsegenskapene (unntatt for slagbruddfasthet) nærmest lineært med synkende fuktighet. Figuren viser sammenhengen mellom fasthet og trefuktighet i små, feilfrie prøver av gran. For hver prosent reduksjon i fuktighet under fibermetningspunktet, regner en for feilfrie prøver av gran følgende økning i fasthetsegenskapene: E-modul: 2 % Strekkfasthet: 3 % Trykkfasthet: 6 % Bøyefasthet: 4 % Slagbruddfastheten synker med reduksjon i fuktigheten. Temperatur Temperaturen har særlig virkning på E-modulen og på trykkfastheten. Stort sett vil fasthetsegenskapene synke med økende temperatur, og virkningen varierer med treslagene. For vanlig furu, 34

16 hvor denne virkningen er moderat, vil både E-modulen og trykkfastheten synke med omkring 20 % ved en temperaturøkning fra 20 C til 80 C ved trefuktighet på 12 %. Det er ligninet og hemicellulosen som mykner ved økende temperatur. Økes fuktigheten samtidig, ved for eksempel damping, vil stivheten synke ytterligere. Dette blir utnyttet når trevirke skal bøyes/formes. Langtidsfasthet Trevirke har en lavere langtidsfasthet enn korttidsfasthet. Madison -kurven for små, feilfrie treprøver er uavhengig av treslag, selv om det her kan være en del variasjoner. Erfaringer viser at fasthetsreduksjonen ikke er så stor for prøver i fulle dimensjoner. I Norsk Standard for trekonstruksjoner (NS ) er det for eksempel gitt at belastningen over tid medfører at korttidsbøyefastheten må reduseres med %, avhengig av trefuktigheten. Gran og furu betraktes som likeverdige når det gjelder beregning og dimensjonering. Bruksdimensjoner Bruksdimensjoner vil ha vesentlig lavere fasthetsverdier enn feilfrie småprøver. I første rekke beror dette på at de har større eller mindre mengder naturlige uregelmessigheter i virkesstrukturen (kvist, fiberhelling, etc.). Biologiske skader Råtesopper vil kunne føre til vesentlige fasthetsreduksjoner. Blåvedsoppen har imidlertid ingen praktisk betydning for fasthetsegenskapene. Det samme gjelder insekter som kan tenkes å være i trelasten ved salg. Derimot er man i enkelte 35

17 strøk av landet utsatt for insekter som kan angripe ferdige bygg og føre til store skader og fasthetsmessig svekkelse. Reaksjonsved Reaksjonsved opptrer mer eller mindre lokalt i planken, og vil influere på fastheten der den opptrer. Tennarved, som er bartrærnes reaksjonsved, vil gi svekket strekkfasthet. Det er imidlertid først og fremst det forhold at tennar fører til uheldig formendring ved varierende fuktighet som gjør at den bare godtas i svært begrenset omfang. Sprekker Moderate tørkesprekker som verken er sammenhengende over store deler av trelastens lengde, eller gjennomgående, vil under normale forhold ikke ha fasthetsmessig avgjørende betydning. Ringsprekker som skriver seg fra treets vekst, vil kunne redusere fastheten vesentlig. Kvist Størrelse, omfang og ikke minst plassering av kvistene i tverrsnittet vil ha stor innvirkning på fastheten av et stykke tre. Ved sortering vurderes det derfor ut fra den feil som synes å ville gi størst fasthetsreduksjon, mens andre feil bare blir tillagt liten vekt. Det er utarbeidet sorteringsregler for å kunne bedømme hvilken fasthetsmessig virkning forskjellige kombinasjoner av kvister vil ha. Fordeling av bøyefasthet for norsk gran i dimensjon 75 mm x 200 mm. 36

18 Karakteristiske fasthetsverdier, stivhetsmoduler og densitet for konstruksjonsvirke Indekser m = moment, bøyning c = trykk k = karakteristisk v = skjær t = strekk E = Elastisitetsmodul 0 = 0 i forhold til fiberretningen G = Skjærmodul 90 = 90 i forhold til fiberretningen Verdier i N/mm 2 Fasthetsklasser iht. NS 3470 og NS-EN 338 C 14 C 18 C 24 C 30 C 40 Bøyning f mk 14,0 18,0 24,0 30,0 40,0 Strekk - i fiberretningen f t0k 8,0 11,0 14,0 18,0 24,0 - på tvers av fiberretningen f t90k 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4 Trykk 4) 4) - i fiberretningen f c0k 16,0 18,0 21,0 23,0 26,0 - på tvers av fiberretningen f c90k 4,3 4,8 5,3 5,7 6,3 Skjær 1) f vk 1,7 2,0 2,5 3,0 3,8 For stabilitetsberegninger E-modul 2) E 0k For beregninger av forskyvninger og deformasjoner 3) E E G Densitet kg/m 3 ρ k Densitet kg/m 3 ρ mid ) Rulleskjærfastheten kan settes lik f vk/2. 2) De angitte verdiene representerer 5 % fraktilverdier. E 90k kan settes lik E 0k/30. 4) De angitte verdiene representerer middelverdier. 4) For nordisk gran og furu kan f c0k settes lik 27 N/mm 2 for C30 og 32 N/mm 2 for C40. For gran og furu vokst under normale nordiske forhold og visuelt styrkesortert i henhold til NS-INSTA 142, skal sorteringsklassene (T) korrespondere med følgende styrkeklasser (C): NS-INSTA 142 NS-EN 338 T0 C14 T1 C18 T2 C24 T3 C30 C 40 kan kun sorteres maskinelt. 37

19 2.4 Andre egenskaper Varmeledningsevne Trevirke har en meget lav varmeledningsevne sammenlignet med andre materialer. Forholdet mellom cellevegger og hulrom er avgjørende for isolasjonsevnen. Trevirke med høy densitet isolerer dårligere enn virke med lav densitet. Varmeledningsevnen er 2-3 ganger større langs fiberretningen enn på tvers. Varmeledningsevnen stiger proporsjonalt med vanninnholdet i trevirket. Varmeledningen stiger med temperaturen, ca. 0,25 % per C. For konstruksjonsvirke i gran og furu i fasthetsklasse C24 og C30 etter NS kan det regnes en dimensjonerende varmekonduktivitet på 0,12 W/(mK) (ved trefuktighet på ca. 12 %). Verdien avhenger av trevirkets densitet, og vil derfor i praksis ha en variasjon rundt dette nivået. Konstruksjonsvirke i fasthetsklasse C14 og C18 vil kunne ha enda lavere verdi. Lauvtre har ofte litt høyere varmeledningstall. Til sammenligning har ulike isolasjonsmaterialer verdier fra 0,033 til 0,040 W/(mK). Den høye varmeledningsevnen for metaller betyr at en ubeskyttet metallkonstruksjon raskt vil følge temperaturutviklingen i omgivelsene. Lav egenvarme betyr at det skal lite varmemengde til før temperaturen stiger. Materiale Spesifikk vekt kg/m 3 Egenvarme kj/(kg C) Spesifikk varmeledningsevne W/(m C) Stål ,50 50 Aluminium , Betong ,97 1,5 Tre 450 2,72 0,12 1) 1) På tvers av fibrene Varmeutvidelseskoeffisient Tre utvider seg noe ved oppvarming. Utvidelsen er tilnærmet rettlinjet ved vanlig uteklima. Endringene er minst i lengderetningen og størst i tangentialretningen. Her er det mange variable faktorer. I praksis er temperaturbevegelser i trevirke som regel av helt underordnet betydning i forhold til fuktbevegelser. I følge NS settes varmeutvidelseskoeffisienten for gran og furu til: I fiberretningen: 0,005 mm/(mk) På tvers av fiberretningen: 0,04 mm/(mk) Stor lineær utvidelse medfører at materialet utvider seg betydelig ved for eksempel brann, og dette kan medføre store skader. 38

20 Forbrenning Fullstendig forbrenning medfører at sluttproduktene blir karbondioksid og vann. Sluttproduktene inneholder ikke noe brennbart. Dette krever gunstige betingelser og tilstrekkelig oksygentilgang. Ufullstendig forbrenning medfører at noe av materialet ikke er forbrent fullstendig på grunn av utilstrekkelig tilgang på oksygen. Ulming er en form for ufullstendig forbrenning uten tilstedeværelse av flammer, men med sterk røykutvikling og oppsamling av brennbare gasser. Flammebrann oppstår når trevirkets faste stoffer brytes ned og omdannes til brennbare gasser og antennes på overflaten. Glødebrann vil foregå på overflaten eller inne i trevirket ved nedbrytning av de faste stoffene i trevirket. Den kjennetegnes ved en lokal høy temperatur uten, eller med liten, temperaturøkning til omgivelsene. Trevirke forbrennes både ved glødning og flamme. Vanligvis vil ca. 20 % av trevirkets vekt som går bort ved forbrenning, skje ved glødning. Ca. 80 % vil forbrennes som flamme fra gasser. Pyrolyse er et begrep for de prosessene som skjer når trevirke tilføres energi i form av varme (termisk nedbrytning). Disse prosessene medfører at trevirket spaltes i mindre komponenter, som etter hvert frigjøres som brennbare gasser. For at pyrolysen skal starte, må fuktigheten i trevirket først fjernes. Først ved temperatur over ca. 100 C starter pyrolysen. Mens temperaturen er lav, vil spalting av trevirket til mindre komponenter være dominerende. Etter hvert som temperaturen stiger, vil de brennbare gasser utvikles i økende grad. Svak forkulling (sviing) av trevirkets overflate vil opptre fra 95 C og oppover. Ved videre oppvarming opp til 150 C, vil en kunne iaktta en tiltagende brunfarging. Når temperaturen passerer 200 C, er nedbryting av hemicellulose kommet i gang. Deretter angripes cellulosen og til slutt ligninet. Omkring 230 C nås flammepunktet, det vil si den temperatur hvor treets letteste gasser i kontakt med luft kan antennes dersom det tilføres en tennkilde eller flamme utenfra. Temperaturen vil imidlertid ikke stige ytterligere uten tilførsel av varme. Ved ca. 260 C nås tennpunktet, det vil si at gassene har fått en sammensetning og temperatur som medfører forbrenning med varmeoverskudd, og som medfører at temperaturen vil stige raskt. Gassene vil brenne uten tilførsel av tennkilde eller flamme. Ved ca. 300 C er trevirke selvantennelig, det vil si at gassene i kontakt med oksygen uten tilførsel av varme, vil bryte ut i brann. Energiutviklingen når sitt maksimum i området C, og noe senere for gassutviklingen. Tjære dannes fra ca. 300 C. Disse temperaturverdiene er betraktelig lavere når trevirket har vært utsatt for temperaturer over 100 C i lengre tid, eller når tre forekommer i form av tremel eller støv. 39

21 Forkulling Ved forbrenning av trevirke vil innbrenningshastigheten være tidsavhengig. Etter hvert som trevirket forbrenner, vil det dannes et forkullende sjikt som beskytter det bakenforliggende og upåvirkede trevirket. Dette medfører at den videre forbrenningen går saktere enn i starten. Kullsjiktet har ca. halvparten så stor varmeledningsevne som trevirket og påvirker dermed temperaturstigningen samt oksygentilgangen i de bakenforliggende sjikt. Trevirke, og spesielt massive tverrsnitt, har derved stor evne til å beholde sine styrke- og stivhetsegenskaper ved brann påkjenning. På bakgrunn av de krav som settes til brannmotstand for bærende konstruksjoner av tre, kan bæreevnen for en brannpåkjenning beregnes ut i fra resttverrsnittet. Ved å ta utgangspunkt i innbrenningshastigheten til trevirket kombinert med den brannbelastningstid konstruksjonen skal dimensjoneres for, kan man finne ut hvor mye av tverrsnittet som forkulles. Styrke og stivhet til det resterende tverrsnittet kan da beregnes. I NS-EN :2004 Eurocode 5: Prosjektering av trekonstruksjoner - del 1-2: Brannteknisk dimensjonering er det angitt forkullingshastighet for konstruksjonsvirke og tilhørende densiteter samt for trebaserte platematerialer med krav til densitet og tykkelser. Det skilles mellom forkullingshastighetens grunnverdi (endimensjonal innbrenning) og nominell forkullingshastighet (todimensjonal innbrenning) som tar hensyn til hjørneeffekter som øker innbrenningshastigheten. Den beregningsmessige forkullingshastighet forutsettes å skje med konstant hastighet. Trevirket under det forkullede sjikt, med unntak av et tynt grensesjikt, forutsettes å beholde sine opprinnelige styrke- og stivhetsegenskaper. Forkullingshastighetene β0 og βn på tvers av fiberretning for ubeskyttet tre og for trebaserte plater med tykkelse hp 20 mm: Type produkt Kar. densitet Forkullingshastighet Grunnverdi Nominell ρ k (kg/m 3 ) β 0 (mm/min) β n (mm/min) a) Konstruksjonsvirke (minste tverrmål: 35 mm) Gran, furu og bøk 290 0,65 0,80 Hardere tresorter 450 0,50 0,55 b) Limtre generelt og lettere harde tresorter 290 0,65 0,70 c) Parallellfinèr 480 0,65 0,70 d) Konstruksjonskryssfinèr (h p 20 mm) 450 1,0 - e) Andre trebaserte plater og trepanel (h p 20 mm) 450 0,90-40

22 I følge NS-EN :2004 Eurocode 5 er nominell forkullingshastighet for ubeskyttet konstruksjonsvirke av gran og furu 48 mm pr. time, eller 0,80 mm/min. Ved beregning av effektivt resttverrsnitt, skal det også tas hensyn til svekkelse på grunn av den økte temperaturpåkjenning til sjiktet rett bak forkullingssonen. Dette gjøres ved å legge til 7 mm for brannbelastning over 20 minutter. Det vil si at for konstruksjonsvirke av gran og furu kan det regnes med en effektiv nominell innbrenningshastighet lik 48 mm pr. time + 7 mm. For trekonstruksjoner som er kledd med for eksempel platematerialer, angir også NS-EN :2004 Eurocode 5 hvordan dette ivaretas mht. innbrenningshastighet. NS-EN :2004 Eurocode 5 forutsetter massive tverrsnitt og alminnelige ventilasjonsforhold. Massive trekonstruksjoner har betydelig bæreevne ved brann. En laminert granbjelke, 142 mm x 420 mm, utsatt for brann etter standard tid/temperaturkurve som gitt blant annet i ISO 834, vil etter 70 min. nå 100 C i bjelkens sentrum. Temperaturen på innsiden av forkullingssonen er da ikke mer enn ca. 120 C. Styrkeegenskaper og temperaturnivå Ved lave temperaturer fra -50 C til +50 C har trevirket en rettlinjet temperaturutvidelse. Ved videre oppvarming vil effekten av svinn som følge av tørking eliminere effekten av temperaturutvidelsen og etter hvert dominere. Allerede ved ca C vil hemicellulose mykne. Lignin mykner ved høyere temperatur. Cellulose vil mykne ved C og herde på nytt ved ca. 240 C. En kan anta at trykk- og skjærstyrke vil forringes noe raskere enn strekkstyrke ved oppvarming. Tester gjort av trevirke som har vært nedfrosset til -170 C, indikerer økt fasthet og stivhet, sammenlignet med standard klima (+20 C og 65 % RF). Resultatene viste en økning på ca. 20 % for bøyefasthet og E-modul. For fasthet og E-modul, testet vinkelrett på fiberretningen, viste resultatene en fordobling sammenlignet med korresponderende prøver testet under standardklima. Testing av limte prøver viste identiske resultater sammenlignet med korresponderende prøver testet under standardklima. Når det ikke er tatt inn korreksjoner for temperatur i beregningsreglene, skyldes dette at økt temperatur under normale forhold vil medføre lavere trefuktighet, noe som kompenserer for tapt fasthet og stivhet. Elektrisk ledningsevne Elektrisk ledningsevne er avhengig av fuktighetsinnholdet. Fra 0 % fuktighet til fibermetningspunktet øker ledningsevnen 1 million ganger. Dette utnyttes i elektriske fuktighetsmålere som anvendes ved fuktigheter i området 5-25 %. Lyd Densiteten er avgjørende faktor for forplantningshastigheten for lyd i tre. De akustiske egenskapene i tre utnyttes blant annet i musikkinstrumenter og ved lydisolering. Lydhastigheten C i tre er parallelt med fiberretningen, mellom m/s 41

23 og m/s. Vinkelrett på fibrene er lydhastigheten mellom m/s og m/s. Til sammenligning er hastigheten i luft 340 m/s og i is og glass mellom m/s og m/s. Hastigheten i tre er avhengig av treslag, fuktighet, struktur, temperatur og lydfrekvens. I bygningsakustikken er det viktig med god lydisolering, bl.a. mellom leilighetsskillende konstruksjoner og mellom rom med ulike aktiviteter og støynivå. NS 8175 angir lydklassifiseringer og lydkrav for ulike bygningstyper. Der stilles det krav til blant annet luftlydisolasjon, trinnlydnivå og etterklangstid. Luftlydisolasjon beskriver en konstruksjons evne til å isolere mot luftlydoverføring (f.eks. tale og musikk) i bygninger. Trinnlydnivå beskriver en konstruksjons evne til å overføre lyd fra fottrinn, dunking o.l. i bygninger. Etterklangstid angir den tid det tar (i sekunder) for et lydtrykknivå å avta 60 db etter at lydkilden er stoppet. Lyd i musikkinstrumenter For mange musikkinstrumenter vil trevirke avgjøre lydbilde så vel som utseende og bruksegenskaper. Klarinetter og fløyter kalles gjerne treblåsere. Størst betydning har treet i strengeinstrumenter med klang- eller resonansbunn (piano, fele). Her brukes feilfri gran med jevne årringer og middels til lav densitet. Ønsket årringbredde varierer fra 1-2 mm for fiolin, opp til 5 mm for bass. Hygiene TRE OG NÆRINGSMIDLER Tre har tradisjonelt vært brukt til mange formål i næringsmiddelindustrien. Det er på grunn av gode egenskaper innen stabilitet, varighet, sklisikkerhet og elastisitet ved lave temperaturer. TREVIRKETS HYGIENISKE EGENSKAPER Bakterier har dårlige levevilkår på flere treslag, noe som gjør tre til et godt og egnet materiale i næringsmiddelindustrien. Trevirkets gode hygieniske egenskaper skyldes at treets porøse egenskaper tørker ut overflaten og dermed tar bort en av forutsetningene for at bakterier skal overleve. Enkelte treslag har også ekstraktivstoffer som virker hemmende eller har gifteffekt på bakteriene. LEVEVILKÅR I ULIKE TRESLAG Noen treslag har meget gode egenskaper mot bakterier, blant andre furu og eik, mens bøk og ask har noe dårligere egenskaper. Lønn har mindre gode egenskaper. Trevirkets bakteriehemmende egenskaper er uavhengig av materialenes alder. LEVEVILKÅR I ULIKE MILJØER Bakterier trives godt i fuktige omgivelser, og det er observert meget høye bakterietall både på tre og plast når overflatene er fuktige. Så lenge fuktigheten vedvarer vil det i utgangspunktet ikke være noen stor forskjell på bruk av tre og plast. Det gjelder selv om ulike bakterietyper har forskjellige 42

24 egenskaper på ulike materialer. Transportpaller laget av furu kjerneved er bedre eller har minst like gode hygieniske egenskaper som plast. Trevirkets egne bakteriehemmende egenskaper reduseres ikke over tid. Tvert imot blir forskjellen mellom tre og plast større ved intensiv bruk. Plastens etter hvert så røffe overflate kan inneholde bakterier som kan overleve over lengre tid. For trevirke har en røff overflate ingen negative egenskaper. Forsøk med kunstig aldring endrer ikke den generelle konklusjonen på de hygieniske egenskapene for tre, plast og stål. HYGIENE Rengjøring av trematerialer som benyttes i forbindelse med næringsmidler kan gjøres effektivt ved hjelp av tradisjonelle vaske- og pasteuriseringsmetoder. Spyling med kaldt vann er i flere tilfeller en god nok løsning, men også varmebehandling er en effektiv metode. VASKING Vasking er den enkleste form for rengjøring, og alminnelig vasking av paller er like effektivt på tre som på andre materialer. Normal oppvask ved bruk av vanlig vaskemiddel uten antibakterielle tilsetninger og vask med svamp er tilfredsstillende vaskeprosess. Bakterier forsvinner på tre- og plastpaller ved høytrykkspyling med kaldt vann. VARMEBEHANDLING Varmebehandling, eller pasteurisering, kan brukes for å redusere antallet mikroorganismer på treoverflater til et akseptabelt nivå. Fuktig varme har mer penetreringskraft enn tørr varme, og gir raskere reduksjon av levende organismer. Varmebehandling er en desinfeksjonsmetode som dreper bakteriene, men den erstatter ikke vask. Paller og andre produkter av tre kan pasteuriseres ved hjelp av: Varmebehandling ved en ekstra tørkesyklus i ovn. Høytemperaturbehandling. Strålebehandling, f.eks. røntgenstråler. Mikrobølgeteknologi. Mikrobølgeteknologi kan brukes sammen med høytrykksspyling eller skylling dersom vask er nødvendig. OVERFLATEBEHANDLING Det er en myte at overflatebehandling av overflaten på trematerialer automatisk medfører bedre hygiene. Behandling av overflaten med olje kan bedre finishen til treplaten, men det har vist seg at en slik behandling kan øke bakterieantallet på treoverflaten. Årsaken til dette er etter alt å dømme at oljen fungerer som næring for bakterier i tillegg til at den reduserer tørkehastigheten. 43