DRVO – MATERIJAL ZA

ZELENU GRADNJU Strukturna, fizička i mehanička svojstva drva

DRVO – definicija (http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?id=16354)

• drvo, termin koji ima dvostruko značenje: 1. određeni oblik

drvenaste biljke (latinski arbor) i 2. tvar, sirovina što je te

biljke proizvode (latinski lignum).

Glavna podjela gospodarskih vrsta drveća (HRN D. AO. 020)

• Četinjače

Ariš, Bor, Cedar, Čempres, Jela, Smreka, Duglazija,Tisa

• Tvrde listače

Bagrem, Brekinja, Brijest, Bukva, Cer, Dud, Grab, Hrast, Jabuka divlja,

Jarebika, Jasen, Javor, Kesten, Klen, Koprivić, Kruška divlja, Lijeska

medveđa, Mukinja, Orah, Oskoruša, Pajasen, Platana, Rašeljka, Trešnja

• Meke listače

Breza, Joha, Kesten, Lipa, Topola, Vrba

DRVO – definicija (http://struna.ihjj.hr/)

definicija

tvrdi čvrsti vlaknasti lignocelulozni materijal ispod kore od kojega su izgrađena debla,

grane i korijenje drveća i grmlja

istovrijednice

engleski: wood

njemački: Holz

napomena

Drvo se može definirati i kao trodimenzijski prirodni i organski (bio)polimer sastavljen od

međusobno umreženih polisaharida celuloze i hemiceluloze (polioze) te polifenola lignina uz

manji udio ekstraktivnih (akcesornih) i mineralnih tvari. Drvo je glavno staničje za mehaničku

potporu i provodnju vode u stabljikama i korijenju drveća i grmlja. Ostali lignificirani materijali

poput bambusa i palme nisu drvo. U općem jeziku imenica drvo označuje i živi biljni organizam,

tj. stablo, ali i mrtvu tvar, tj. materijal koji je proizvod toga stabla. Kad izraz drvo označuje pojam

stabla, u genitivu jednine upotrebljava se oblik drveta, a kad izraz drvo označuje materijal, u

genitivu jednine upotrebljava se oblik drva.

razredba

polje: drvna tehnologija

grana: drvni materijali

projekt: Izgradnja hrvatskoga drvnotehnološkog nazivlja

STRUKTURA DRVA

• Građa drva promatra se mikroskopski ili golim okom na tri karakteristična

presjeka: poprečni, uzdužni radijalni i uzdužni tangentni presjek.

STRUKTURA DRVA

ELEMENTI STRUKTURE DRVA

s fiziološkim zadacima s mehaničkim zadacima

provodno tkivo spremišno/sekrecijsko tkivo

traheide ranoga drva

traheide trakova

traheje

vaskularne traheide

traheide kasnoga drva

libriformska vlakanca

vlaknaste traheide

parenhim trakova

aksijalni parenhim

smolenice

STRUKTURNA SVOJSTVA DRVA • Svaka vrsta drva ima jedinstvenu anatomsku građu, a posebno se razlikuju anatomska

građa drva listača i anatomska građa drva četinjača.

• Drvo četinjača građeno je pretežno od traheida, koje su šuplje, na oba kraja zatvorene

cijevi, sa svih strana opkoljene membranama te na oba kraja zašiljene. Tekućine

prolaze iz jedne traheidu u drugu kroz parove ograđenih jažica.

• Drvo listača pretežno je građeno od traheja, vlakanaca i parenhima. Glavna masa drva

listača izgrađena je od tipičnih vlakanaca i prijelaznih tipova od vlakanaca do traheida i

parenhima.

Stvarna i idealizirana struktura drva

SVOJSTVA DRVA • Drvo je nehomogen, anizotropan, porozan, vlaknast i higroskopan materijal

sastavljen od celuloze (40-50%), lignina (25-30%), drvnih polioza (20-30%) i

popratnih tvari (smole, minerali, i dr.). Svojstva drva odraz su njegovog

prirodnog porijekla, tj. građe.

• Nehomogenost – drvo je izgrađeno od različitih stanica

• Anizotropnost – položaj vlakanaca je uglavnom u smjeru rasta stabla što je

razlog različitosti svojstava drva u različitim smjerovima

• Poroznost – određena je odnosom stijenki i lumena vlakanaca

OSNOVNA FIZIČKA SVOJSTVA DRVA • Higroskopnost - drvo u sebi uvijek sadrži količinu vode određenu

higroskopskom ravotežom između drva i okoliša. Kada je vlaga okoliša

(zraka) veća od higroskopske ravnoteže drvo će upijati vlagu i obratno.

• Sadržaj vode - voda u drvu može biti u lumenima (slobodna voda) i u

stijenkama stanica (vezana voda – higroskopna i kemijski vezana voda).

Prilikom sušenja drva, prvo isparava slobodna voda, a nakon toga i

higroskopna vezana voda. Kemijski vezana voda ne isparava i oslobađa se iz

drva posebnim postupcima uz visoku temperaturu.

• U trenutku rušenja stabla, količina vode u drvu je najveća i iznosi 35-200 %.

• Prema sadržaju vode, drvo se može podijeliti na: • sirovo – MC > 40%

• provelo – MC = 23-40%

• prosušeno – MC = 19-22%

• zrakosuho – MC = 13-18%

• sobosuho – MC = 6-12%

• standardno suho – MC = 0% (laboratorijski osušeno)

SADRŽAJ VODE U DRVU • sadržaj vode u drvu – količina vode koja se nalazi u drvu (sadržaj vode u drvu

izražava se kao postotni odnos mase vode u drvu i mase apsolutno suhoga drva)

• maksimalni sadržaj vode u drvu – saržaj vode postignut kad su vodom

zasićene sve stijenke i svi lumeni stanica

• sirovo drvo – drvo sadržaja vode iznad točke zasićenosti vlakanaca (s obzirom

na proces sušenja, sirovo drvo možemo definirati i kao drvo koje nije osušeno do

točke zasićenosti vlakanaca ili ispod nje; uzevši prosječno za sve vrste drva,

sirovo drvo ima sadržaj vode viši od 30 % u odnosu na apsolutno suho drvo)

• provenulo drvo – drvo u stanju točke zasićenosti vlakanaca (provenulo drvo

izgubilo je svu slobodnu vodu, a zadržalo vezanu vodu; sadržaj vode provenuloga

drva kreće se između 22 i 40 %)

• ravnotežni sadržaj vode u drvu – sadržaj vode pri kojemu drvo niti prima vodu

iz okolnoga zraka niti otpušta vodu (drvo postiže takav sadržaj vode nakon

dovoljno dugoga razdoblja izlaganja u stabilnim klimatskim uvjetima koji su

određeni relativnom vlagom i temperaturom zraka u prostoru)

• točka zasićenosti vlakanaca - stanje drva u kojemu stijenke stanica sadržavaju

najveću količinu vezane vode, dok su lumeni potpuno prazni

Problemi u uporabi drva

kao posljedica higroskopnosti

odnosno neodgovarajućeg

sadržaja vode u drvu

OSNOVNA FIZIČKA SVOJSTVA DRVA • Utezanje i bubrenje – utezanje drva je proces promjene dimenzija drvenog

uzorka (predmeta) uslijed sušenja koji počinje kod točke zasićenosti

vlakanaca (25-30% sadržaja vode), a to je stanje kada su lumeni prazni, a

stijenke maksimalno zasićene vodom i traje do stanja standardne suhoće.

Izlaskom molekula vode iz stijenki stanica smanjuje se volumen stijenki pa

tako i dimenzije drvenog uzorka za koji kažemo da se uteže. Promjena

dimenzija se događa linearno sa gubitkom vode.

• Utezanje je najmanje u uzdužnom smjeru (paralelno s vlakancima) (od 0,2 do

0,5%), a najveće poprečno na vlakanca (od 3,0 do 9,0%). Veličina utezanja je

također veća u smjeru tangencijalno na godove, od onog okomito na godove.

Bubrenje je proces obrnut utezanju.

• Gustoća drva – masa drvne tvari i pora po jedinici volumena

• Gustoća drvne tvari, tj. gustoća stijenki je za sve vrste drva podjednaka i

kreće se oko 1,5 g/cm3. Za vrste drva koje se tehnološki iskorištavaju u

Hrvatskoj, gustoća drva kreće se od 0,30 g/cm3 (suha jelovina) do 1,00 g/cm3

(sirova bukovina).

KOEFICIJENT UTEZANJA DRVA

Sadržaj vode u drvu, %

GUSTOĆA DRVA Vrsta drva Gustoća, kg/m3

min. srednja maks.

Topola 370 410 520

Jela 320 410 710

Smreka 300 430 640

Lipa 320 490 560

Bor 300 490 860

Joha 450 510 600

Kesten 460 510 550

Ariš 400 550 820

Duglazija 420 560 750

Javor 480 590 750

Vrsta drva Gustoća, kg/m3

min. srednja maks.

Breza 460 610 800

Hrast lužnjak 390 620 790

Brijest 440 640 820

Orah 640

Jasen 410 650 820

Hrast kitnjak 460 660 840

Bukva 490 680 880

Grab 500 790 920

MEHANIČKA SVOJSTVA DRVA

• Mehanička svojstva drva postaju vidljiva kad na drvo djeluju vanjske

mehaničke sile. Drvo se pred njima pokušava obraniti, pa bismo mehanička

svojstva mogli odrediti i kao otpornost drva na djelovanje vanjskih sila

(opterećenja).

• Pri uporabi drva u građevno-tehničke svrhe najvažnija mehanička svojstva

su: • čvrstoća

• tvrdoća

• elastičnost

• Mehanička svojstva drva najviše ovise o: • smjeru sile u odnosu na smjer vlakanaca

• vrsti drva

• gustoći drva

• pravilnosti građe drva

• sadržaju vode u drvu

ESTETSKA SVOJSTVA DRVA

• Tekstura drva - slika anatomskih elemenata građe drva promatrana prostim

okom. Po teksturi razlikujemo botaničku vrstu drva. Ovisno o presjeku može

biti čeona (čelo drvenog predmeta), radijalna (tekstura blistače) i tangentna

(tekstura bočnice). Tesktura drva može biti pravilna i nepravilna.

• Finoća drva - odnosi se na veličinu, raspored i tok elemenata građe drva,

kao i na širinu i izgled godova. Drvo je finije ako su elementi građe i godovi

pravilno raspoređeni, ujednačeni i sitni.

• Sjaj drva - sposobnost površine da odražava svjetlost. Budući da domaće

vrste imaju malen ili nikakav sjaj, on se pojačava površinskom obradom

predmeta.

• Miris drva - miris drva potječe od hlapljivih tvari koje se nalaze u njemu. On

može biti ugodan (bor, smreka), neugodan (cer) i neutralan (hrast, bukva,

jasen). Neugodan miris može biti znak uznapredovalog napada gljivica, tj.

truljenja.

OSTALA SVOJSTVA DRVA

• Toplinska svojstva - drvo je slab vodič topline, što ga čini izvrsnim

izolacijskim materijalom.

• Akustična svojstva - drvo je dobar vodič zvuka, a njegova akustično-

rezonancijska svojstva čine ga nezamjenjivim materijalom za izradu glazbala.

Ploče izrađene od drva drugačije provode zvuk i mogu poslužiti kao zvučna

izolacija.

• Vodljivost elektriciteta - drvo loše provodi električnu struju. Vlaga u drvu

povećava provodljivost. Potpuno suho drvo se smatra izolatorom.

TRAJNOST I OTPORNOST DRVA (http://struna.ihjj.hr/)

prirodna

trajnost drva

razdoblje u kojemu potpuno prirodno drvo zadržava svoja prirodna svojstva

trajnost drva

razdoblje u kojemu drvni proizvod zadržava upotrebljivost i projektirana svojstva pri izloženosti

opterećenju i težim vanjskim smetnjama (u teže vanjske smetnje ubrajamo prekomjerno

mehaničko opterećenje, izlaganje vremenskim utjecajima, djelovanje biološke razgradnje i

djelovanje štetnih tvari); za razliku od prirodne trajnosti drva, koja označuje trajnost

nezaštićenoga recentnoga drva, trajnost drva označuje i zaštićeno i modificirano drvo

prirodna

otpornost

drva svojstvo svake vrste drva da se odupire biološkoj razgradnji

TRAJNOST DRVA • Trajnost drva ovisi o vrsti drva te mjestu i načinu upotrebe drvenog

proizvoda.

• Prema prirodnoj trajnosti, drvo se dijeli na: • vrlo trajne (bagrem, kesten, hrast, duglazija)

• trajne (bor, jela, smreka jasen)

• slabo trajne (topola, bukva, lipa)

• Na drvo prilikom uporabe utječe niz biotičkih i abiotičkih čimbenika.

Intenzivnost njihovog djelovanja ovisi o mjestu ugradnje pa je stoga trajnost

odnosno uporabljivost drva ovisna o razredu njegove ugroženosti. I kemijski

sastav raznih vrsta drva snažno utječe i na vrijeme njihove uporabe; zato u

pojedinim razredima ugroženosti koristimo samo odabrane vrste.

TRAJNOST DRVA Biotički i abiotički čimbenici koji ugrožavaju drvo

• Trajnost drva može se povećati premazivanjem površine ili impregnacijom

sredstvima koja ga štite od napada ksilofagnih gljivica i insekata. Zaštitna

sredstva djeluju otrovno na ksilofagne štetnike ili spriječavaju prodor vlage.

Osim toga zaštitna sredstva sprečavaju štetno djelovanje sunčevog UV

zračenja, erozivno djelovanje vode i druge abiološke utjecaje.

Biotički čimbenici Abiotički čimbenici

bakterije

DRVO

vatra, toplina

gljive utjecaj vremena

nametnici mehanički čimbenici

čovjek kemikalije

TRAJNOST DRVA • Gljive se najbolje razvijaju na temperaturi od 22 do 27 stupnjeva Celziusa te

uz 30- do 60-postotnu vlažnost drva. Održavanje drva kod niskih (manje od 5

stupnjeva Celziusa) ili visokih (više od 40 stupnjeva Celziusa) temperatura i

osiguravanje niske (manje od 22 posto) ili visoke vlažnosti drva (više od 60

stupnjeva) zapravo je najprirodnija zaštita drva.

• Gljive prodiru u drvo i izlučuju enzime, a zbog njih se razlažu ekstraktivne

tvari parenhimskih stanica u bijelom dijelu drva (bjelančevine, škrob, šećeri),

lignin ili celuloza. Najbrže se šire po parenhimu, i to u za njih povoljnim

okolnostima. Ako gljive rastaču lignin, okuženi dio drveta obojit će se bijelom

bojom, dok će se ostatak moći trgati u malim snopovima vlakana (bijela

trulež). Kod smeđe ili prizmatične truleži gljive napadaju celulozu i polioze,

dok se lignin drobi u prizmatične komadiće. I kod bijele, i kod smeđe truleži

drvo je već toliko razgrađeno da nikakva zaštita više nema smisla.

TRAJNOST DRVA Razredi ugroženosti s obzirom na mjesto uporabe, sadržaj vode i mogućnosti

bioloških okuženja nametnicima ili gljivama (po SIST EN 335-2; HRN EN 335-2)

Razred

ugroženosti

Mjesto uporabe Sadržaj vode u

drvu, %

Biotički čimbenici

kukci gljive

1 unutarnji prostori,

namještaj, podne obloge, vrata

uvijek ispod 20 + -

2 pokriveni vanjski prostori, nadstrešnice

i potporno drvo (pravilno prozračivano)

iznimno iznad 20 + +

3 nepokriveni prostori koji nisu u dodiru s

tlom ili vodom, konstrukcijsko drvo

izloženo padalinama, prozori

povremeno ili

učestalo iznad 20

+ +

4 u vodi ili na tlu,

stupovi, željeznički pragovi, drvene

podloge

stalno iznad 20 + +

5 u morskoj vodi,

piloti

stalno iznad 20

+ +

OTPORNOST DRVA • Podjela značajnijih vrsta drva prema prirodnoj otpornosti prema gljivama koje

rastaču drvo (po SIST EN 350-2; HRN EN 350-2)

Razred otpornosti Vrste drva

1 vrlo otporne doussie, muhuhu, jarrah, merbau (→2), iroko (→2),

belinga, afrormozija (→2), padouk, bagrem (→2), tik,

makore

2 otporne tisa, kesten, sipo (→3), karri, kempas, azobe, wenge,

hrast, bangkiraj, meranti, (→4), mahagonij am.,

framire (→3)

3 odmjereno otporne ariš, crveni bor (→4), duglazija, bintangor, tiama,

sapeli, oraj

4 slabo otporne jela, smreka, okume, limba, brijest

5 neotporne kriptomerija, javor, divlji kesten, joha, breza, grab,

bukva, jasen, topola, lipa, samba (wawa, abachi)

PRIRODNA OTPORNOST DRVA Na prirodnu otpornost drva utječu:

• struktura drva (rano – kasno drvo, srž – bjeljika);

• ekstraktivne tvari, koje djeluju na obojenja odnosno oksidaciju i reakciju sa

površinskim premazima; smole i ulja koja odbijaju vodu; ekstraktivi u

staničnim stijenkama, koji povećavaju dimenzijsku stabilnost;

• sadržaj vode u drvu;

• hrapavost površine;

• kvrge i druge nepravilnosti prilikom rasta.

Razred

ugroženosti

Razred otpornosti

1 2 3 4 5

1 + + + + +

2 + + + +0 +0

3 + + + 0 0

4 + +0 -0 - -

5 + -0 -0 - -

+ dostatna prirodna otpornost

+0 prirodna otpornost je općenito zadovoljavajuća,

dok se za posebne namjene preporučuje zaštita

0 prirodna otpornost je za određene vrste drva

zadovoljavajuća; ovisno o provodnosti i konačnoj

uporabi, zaštita je ipak potrebna

-0 preporučuje se zaštita, jer je prirodna otpornost

dostatna samo iznimno

- nužna je zaštita

PRIRODNA OTPORNOST DRVA Najvažnije mjere za dobru zaštitu drvenih proizvoda u uporabi:

• osušiti drvo na primjeren sadržaj vode (od 7 do 16 %);

• u vlažnim prostorima održavati sadržaj vode u drvu ispod 20 posto;

• spriječiti neposredan utjecaj padalina;

• omogućiti da se izloženo drvo što brže opet osuši;

• površinski zaštititi drvo;

• kemijski zaštititi drvo impregniranjem;

• koristiti otpornije vrste drva.

Drvo možemo zaštititi već u šumi, odmah nakon sječe, kao i u skladištima i pilanama gdje se suši i obrađuje. Postupci zaštite drva su:

• biološki i biotehnički;

• fizički (treba spriječiti djelovanja negativnih čimbenika neposredno na drvo);

• kemijski (tehnološki postupci s uvođenjem zaštitnih sredstava u drvo);

• odgovarajuća konstrukcijska rješenja (dobro prozračivanje kako bi se navlaženo drvo što brže osušilo, manji poprečni presjeci, odgovarajuća zaštita čeonih površina).

DRVO U GRADITELJSTVU Posebno važna obilježja drva, koje je potrebno poznavati za ispravno

konstruiranje inženjerskih graditeljskih konstrukcija su:

• fizička svojstva (građa, gustoća, dimenzije i oblik, poroznost i sadržaj vode);

• kemijska svojstva (sastav, aciditet, alkalited);

• fizičko-kemijska svojstva (sorpcija, promjena volumena, kretanje vode);

• mehanička svojstva (elastičnost, čvrstoća, tvrdoća);

• termička svojstva (rastezanje, koeficijent vodljivosti topline, specifična toplina,

koeficijent difuzije topline);

• električna svojstva (vodljivost ili otpor, dielektrična konstantna);

• akustična svojstva (vodljivost, rezonancija, apsorpcija);

• estetska svojstva (boja, sjaj, miris, finoća, tekstura).

S aspekta trajnosti drvenih konstrukcija potrebno je dobro poznavati građu drva

te sorpciju i promjenu volumena, jer o tim svojstvima drva bitno ovisi i trajnost

drvenih konstrukcija.