Skjuvhållfasthet för limträbalkar balkar utsatta för

Skjuvhållfasthet för limträbalkar – balkar utsatta för extrema

fuktvariationer

Slutrapport

Anna Pousette SP Trä

Skjuvhållfasthet för limträbalkar – balkar utsatta för extrema fuktvariationer

Anna Pousette

SP Trä

SP Rapport 2012:68

Skjuvhållfasthet för limträbalkar – balkar utsatta för extrema fuktvariationer Anna Pousette SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut / SP Technical Research Institute of Sweden SP Trä / SP Wood Technology Borås – Skellefteå – Stockholm – Växjö

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Box 857, 501 15 Borås © 2012 SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut SP Rapport 2012:68 ISSN 0284-5172 ISBN: 978-91-87017-89-6

Abstract This project includes tests of a number of glulam beams with cracks to determine the shear strength and the influence of different types of cracks. This issue is important because the effect of cracks on the shear strength is not clear. Cracks in glulam beams can reduce the strength depending on the crack depth, crack length, crack location, etc. An important question is the probability of cracks to occur in glulam beams and how different cracks influence the development of the cracks and the shear strength. A reduction of the shear resistance was introduced with the crack factor kcr in Eurocode 5. This factor 0.67 means a decrease in shear resistance compared with the previous Swedish design rules. The glulam industry in Sweden had not observed any problems or shear failures due to cracks with previously used shear values. This induced a need to examine and test the shear strength of glulam beams and the effects of cracks. Three-point bending method was used for the shear tests. A pilot study included 30 beams. Glulam beams were delivered by Martinsons. The cracks in beam types 2-4 were created artificially in new beams by sawing grooves at specific depths and locations along the beams. Beam type 5 was treated on one side with alternating humidification and drying in the laboratory to generate "natural" cracks in the wood. The beams were then CT-scanned to document the cracks. A summary of the results from the pilot study showed that the beams with sawn grooves (beam types 2-4) had the lowest shear strength. Since a sawn groove reduces the width of the cross section some reduction in strength can be expected. The "natural" cracks had a maximum depth of 20-30 mm. They had no clear impact on the shear strength. The conclusion of the pilot study was that more beams with "natural" cracks should be tested, and with larger cracks. A further study included 75 beams, all treated with wetting and drying or simply drying to create cracks. Average depth of the cracks was about 26 mm and a maximum depth of about 75 mm. The shear strength in this further study was slightly lower than in the pilot study and appeared to have been affected by the cracks. A total of 33 of the 75 beams obtained pure shear failures, the others got bending failure or combined bending and shear failure. All beams were used to calculate the shear strength, and therefore the shear strength was probably higher. The entire cross section was used in the calculations, i.e., no reduction due to cracks. The average shear strength of all beams was 4.0 MPa, and the characteristic value was 2.9 MPa. Moisture content in the beams was 8-10 % and the characteristic value was 2.7 MPa after adjustment for moisture content. Compared to a characteristic value of 3.5 MPa, this would mean a kcr-factor of 0.77 for the cracked beams. Considering that all the beams have not received shear failure (shear strength was higher) and the exposure to extreme climate (water spray for about two weeks and drying at 85 ° C - truly a worst case scenario) to receive a great amount of cracks, the kcr-factor for normal use of glulam beams should be higher. Key words: wood, glulam beams, shear resistance, crack factor, cracks

Sammanfattning Sprickor i limträbalkar kan reducera hållfastheten men det är okänt hur mycket och hur det beror på sprickdjup, spricklängd, sprickplacering etc. I Eurokod 5 för dimensionering av limträ anges en reduktionsfaktorför skjuvhållfastheten på grund av inverkan av eventuella sprickor. Denna faktor, kcr-faktor=0,67, innebär en sänkning jämfört med tidigare svenska konstruktionsregler. Det fanns därför behov av att undersöka och prova om skjuvhållfastheten påverkas av sprickor i limträbalkar och i så fall hur mycket. Tillsammans med teoretiska beräkningar kan resultat från praktiska skjuvförsök användas i diskussioner med Boverket för att påverka dimensioneringsreglerna för limträ. Boverket har möjlighet att bestämma värdet på kcr-faktorn på nationell nivå. Att undersöka och förstå skjuvning var därför viktigt för limträindustrin för att de nya dimensioneringsreglerna inte ska försämra konkurrenskraften för limträ. Skjuvprovningarna utfördes med 3-punkts böjtester. En förstudie omfattade 30 balkar. Limträbalkar till provningarna levererades av Martinsons. Balktyperna 2-4 testades efter att spår sågats. Balktypen 5 behandlades för att framtvinga ”naturliga” sprickor i träet med omväxlande uppfuktning och torkning under ca en månad. Tomografering av balkarna utfördes för att dokumentera sprickorna på ett bra sätt innan de skjuvbelastasdes. En sammanställning av resultatet från förstudien visade att balkar med sågade spår (balktyp 2-4) fick lägst skjuvhållfasthet, speciellt med spår på ena sidan av balken. Eftersom ett sågat spår minskar tvärsnittets bredd vid spåret, så kan man förvänta sig en viss reducering av hållfastheten. Balkarna i förstudien med ”naturliga” sprickor hade sprickor som var 20-30 mm som djupast. De hade ingen tydlig påverkan på skjuvhållfastheten. En slutsats av förstudien var att man bör studera ”naturliga” sprickor, och helst få fram större sprickor. En fortsatt studie omfattade därför 75 balkar som alla behandlades med uppblötning och torkning eller bara torkning för att få sprickor. Alla balkar fick sprickor men variationen var stor, från balkar med några enstaka mindre sprickor till balkar med flera djupa sprickor, medeldjup för sprickorna var ca 26 mm och max djup ca 75 mm. Skjuvhållfastheten i den fortsatta studien blev något lägre än i förstudien och tycks ha påverkats av sprickorna. Totalt 33 av 75 balkar erhöll rent skjuvbrott i den fortsatta studien, övriga fick böjbrott eller kombinerat böj- och skjuvbrott. Brottlasten för alla balkar oberoende av brottyp användes för att beräkna skjuvhållfastheterna både i förstudien och i den fortsatta studien. Eftersom balkar med böjbrott inte belastades tillräckligt för skjuvbrott, så var skjuvhållfastheten antagligen högre än den beräknade. Hela tvärsnittet har använts vid beräkningen, dvs. ingen reducering på grund av sprickor. I den fortsatta studien var det ganska stor spridning av skjuvhållfastheterna, men skillnaden mellan balktyperna var liten. Medelvärdet för alla balkar var 4,0 MPa, och karaktersistiska hållfastheten var 2,9 MPa. Fuktkvoten i balkarna efter provningen var 8-10 % och karakteristiska värdet omräknades till fuktkvot 12 %. Skjuvhållfastheten efter justering för fuktkvoten var 2,7 MPa. Om man jämför med karakterisktiska värdet 3,5 MPa så skulle detta innebära en kcr-faktor på 0,77 för dessa spruckna balkar. Då ska man beakta att alla balkar inte fått skjuvbrott (dvs. skjuvhhållfastheten var högre) och att de testade balkarna varit utsatta för extrem klimatpåverkan (vattenbegjutning i ca två veckor och torkning vid 85°C – verkligen ett worst-case-senario) och erhållit betydande mängd sprickor, varför en kcr-faktor för normal användning av limträ bör vara högre.

Förord Företagen Martinson Group och Setra Group har varit initiativtagare till projektet. Samordnare för projektet har varit Greger Lindgren, Martinsons, som tillsammans med Eric Borgström, Setra och Åke Persson, Setra samt projektledarna Anna Pousette, SP Trä och Mats Ekevad, LTU har planerat projektet. En förstudie utfördes under hösten 2011 som finansierades av TCN (TräCentrum Norr) samt Svenskt Limträ. Det fortsatta projektet utfördes under 2012 och finansierades av TCN (TräCentrum Norr). Balkarna levererades av Martinsons. Arbetet har genomförts av Anna Pousette, SP Trä, Mats Ekevad, LTU, Anders Gustafsson, SP Trä, Karin Sandberg SP Trä, Urban Häggström, SP Trä, Erhan Saracoglu, SP Trä, Per-Anders Fjellström, SP Trä, m.fl. personal i SP Träs laboratorium i Skellefteå samt Birger Marklund, LTU. Provningarna utfördes vid SP Trä i Skellefteå och tomograferingen av balkarna vid LTU i Skellefteå.

Innehåll

1. Bakgrund ....................................................................................................................................... 1

2. Syfte och mål ................................................................................................................................. 1

3. Metod och genomförande .............................................................................................................. 2

3.1 Provningsmetoder för skjuvhållfasthet .................................................................................... 2

3.2 Skjuvprovning ......................................................................................................................... 3

4. Förstudie ........................................................................................................................................ 5

4.1 Balktyper ................................................................................................................................. 5

4.1.1 Balktyper 1 och 6, helt tvärsnitt ....................................................................................... 6

4.1.2 Balktyper 2-4 med sågade ”sprickor” .............................................................................. 7

4.1.3 Balktyp 5 med tillverkade ”naturliga” sprickor ............................................................... 9

4.2 Resultat av skjuvprovningar .................................................................................................. 10

5. Fortsatt studie .............................................................................................................................. 14

5.1 Balktyper och spricktillverkning ........................................................................................... 14

5.1.1 Fuktkvoter vid spricktillverkning och provning ............................................................. 15

5.2 Sprickor i balkarna ................................................................................................................ 16

5.3 Resultat av skjuvprovningar .................................................................................................. 19

6. Diskussion och slutsatser ............................................................................................................ 21

7. Referenser .................................................................................................................................... 24

Bilaga 1. Förstudie, balktyp 5 ”spricktillverkning” ........................................................................ 25

Bilaga 2. Förstudie, foton från provning ......................................................................................... 27

Bilaga 3. Fortsatt studie, fuktkvoter ................................................................................................ 29

Bilaga 4. Fortsatt studie, dokumentation balkar innan skjuvprov ................................................... 33

Bilaga 5. Fortsatt studie, sprickor .................................................................................................... 36

Bilaga 6. Fortsatt studie, skjuvhållfastheter .................................................................................... 42

Bilaga 7. Fortsatt studie, foton från provning ................................................................................. 43

Bilaga 8. Fortsatt studie, tomografibilder av sprickor vid belastad ände för balktyp 11 ................ 49

Bilaga 9. Fortsatt studie, balkar tomograferade före och efter provning ........................................ 50

1

1. Bakgrund

I Eurokod 5 anges för dimensionering av limträ en kcr-faktor för att sänka tillåten skjuvhållfasthet. Rekommenderade värdet på faktorn i Eurokod 5 är 0,67. Det är ett nationellt valbart värde. Olika länder har valt olika värden på sprickfaktorn, från 0,67 och upp till 1,0. Eftersom Boverket i Sverige har valt värdet 0,67 innebär denna kcr-faktor en sänkning av skjuvhållfastheten för limträ jämfört med tidigare svenska konstruktionsregler BKR. Några länder halt valt kcr-faktorn till 1,0 medan Boverket i Sverige kräver mer underlag för att eventuellt ändra värdet från 0,67. Karakteristiskt värde på skjuvhållfastheten för nordiskt limträ CE L40c bestämdes först till 2,7 MPa enligt SS-EN 14080 och SS-EN 1194 (vid CE-märkning och anpassning till eurokoder av den nordiska limträkvaliteten L40). Skjuvhållfastheten har senare höjts till 3,5 MPa. Enligt tidigare BKR var skjuvhållfastheten 4,0 MPa, vilket alltså är betydligt högre än 0,67*2,7 = 1,8 MPa eller 0,67*3,5 = 2,3 MPa. Sänkningen med kcr-faktorn har ifrågasatts och en reducering med faktorn 0,67 motsvarar att man bara får medräkna 2/3 av balkbredden dvs. att det skulle finnas sprickor som har ett djup som är 1/3 av balkbredden, vilket sällan har förekommit under normala förhållanden. Skjuvhållfastheten har tidigare inte heller varit orsak till ras eller andra problem i byggnader. Det är oklart hur stora sprickor som är normalt i limträ och vad man kan förvänta sig. Det finns viss erfarenhet från verkliga byggnader, och för utomhuskonstruktioner pågår försök om limträbalkars sprickutveckling (Pousette & Sandberg, 2007, 2010). En viss del små sprickor borde vara inräknat i det karakteristiska värdet. Då skulle ingen generell sänkning användas. Större sprickor och därmed hållfasthetsreduktion kan bero på dimension, klimat eller annat som kan förutses ge onormal uppsprickning. Sprickor i limträbalkar kan reducera hållfastheten beroende på sprickdjup, spricklängd, sprickplacering, etc. Sprickorna påverkar skjuvhållfastheten eftersom de företrädesvis löper i fiberriktningen längs balkarna. Hur stor reduktionen blir och om sprickor behöver beaktas vid dimensioneringen är dock oklart. Limträindustrin i Sverige ansåg frågan viktig eftersom osäkerheten om sprickors inverkan på skjuvhållfastheten inte har utretts fullt ut, och de nya dimensioneringskraven enligt Eurokod 5 försämrar konkurrenskraften för limträ. Det fanns därför behov av att undersöka och prova om skjuvhållfastheten påverkas av sprickor i limträbalkar och i så fall hur mycket. Skjuvhållfastheten för limträ har tidigare bestämts och rapporterats i bland annat ”Experimental and numerical investigation on the shear strength of glulam” (Crocetti et al 2010). Provningsmetoder och resultat för limträ redovisas där, och även i ”Provningar av limträs skjuvhållfasthet hösten 2009” (Gustafsson et al 2009), ”Träs skjuvhållfasthet och limträbalkars tvärkraftskapacitet – Provingar och beräkningar” (Andersson & Odén 2009) samt ”Shear resistance of gluelam beams in varying humidity conditions” (Sundström 2010).

2. Syfte och mål

Syftet med projektet var att ta reda på hur olika sprickparametrar (sprickläge, sprickdjup etc.) påverkar hållfastheten.

2

Förstudiens provningar av ett antal limträbalkar med sprickor utfördes för att bestämma balkarnas hållfasthet och utvärdera balkar och provningsmetoder för att bestämma sprickors inverkan på skjuvhållfastheten. I förstudien provades ett begränsat antal balkar. Målet var att få fram värden som stöder användandet av ett högre värde på sprickfaktorn kcr. Mål med den fortsatta studien var att få ett större antal balkar testade och fler typer med olika behandlingar och dimensioner.

3. Metod och genomförande

Förstudien omfattade provningar av 30 limträbalkar av gran med bredden 115 mm, höjden 315 mm och längden 2600 mm. Fem balkar av varje typ ingick i studien. Balktyperna 1 och 6 var referensbalkar. Balktyperna 2-4 hade spår som sågats i balkarna och som skulle representera sprickor. Balktypen 5 behandlades med omväxlande uppfuktning och torkning för att framtvinga ”naturliga” sprickor i träet, och tomograferades sen för att dokumentera de uppkomna sprickorna. Den fortsatta studien utfördes med 75 limträbalkar med syfte att ta reda på hur olika sprickparametrar (sprickläge, sprickdjup etc.) påverkade hållfastheten. Balkarna hade samma dimensioner som i förstudien och med sprickor som framtvingades med lång uppfuktning och därefter uttorkning till låg fuktkvot, vilket kan motsvara verkliga förhållanden som kan uppkomma under byggtiden om en konstruktion uppfuktas av regn och sedan torkas med virkestorkar. Balkdimensionen 115 mm x 315 mm x 2600 mm, och kompletterades med en balktyp med bredare balkar 165 mm x 315 mm x 2600 mm. Balkarna tomograferades innan skjuvtesterna, och några balkar tomograferades även efter provningarna.

3.1 Provningsmetoder för skjuvhållfasthet Val av provningsmetod baserades på rapporterade erfarenheter från tidigare tester av skjuvhållfasthet. Det finns många studier utförda på hur skjuvhållfastheten kan testas:

- blocktest med små provkroppar

- 3-punktsböjning, 5-punktsböjning av fullstora balkar

- rektangulära tvärsnitt, I-tvärsnitt, tvärsnitt med spår

Testuppställningen dvs. på vilket sätt man väljer att prova skjuvhållfastheten, påverkar resultatet. Den uppmätta tvärkraftskapaciteten kan påverkas av t.ex. samtidigt verkande böjmoment och/eller normalspänning vinkelrätt fibrer.

Standarden SS-EN 408 innehåller en metod för skjuvprovning med fastlimmade mindre bitar för att testa ren skjuvning, se figur 1. På grund av svårigheter med infästning (limning) och lastpåföring, som eventuellt kan ge även tvärdrag, så valdes inte denna metod. Metoden har (något modifierad) vid tidigare tester gett lite lägre skjuvhållfasthet jämfört med balktester enligt Croccetti et al (2010).

Figur 1. Belastning vid skjuvtest enligt SS-EN 408

3

Standarden SS-EN 408 innehåller även provnings-metoder för böjning. Skjuvhållfastheten har tidigare testats med metod för böjning enligt SS-EN 408, t.ex enligt Sundström (2010). Där testades balkar i 3-punktstest för att undersöka fuktgradienters inverkan på skjuvhållfastheten. Provning av 104 limträbalkar visade att fuktgradienten inte påverkade skjuvhållfastheten, bara medelfuktkvoten hade påverkan. Tester med balkar med rektangulärt eller I-tvärsnitt har utförts för att bestämma skjuvhållfastheten (Anderson & Odén 2009). I-tvärsnitt användes för att säkerställa att man fick skjuvbrott och inte böjbrott. Brandner et al (2012) har utfört en sammanställning av mätmetoder och deras inverkan på skjuvhållfastheten för trä- och limträbalkar, och studerat vad gäller storlekseffekter m.m. Från publicerade rapporter konstaterade man att böjtest med kort spann till höjd-förhållande är lämpligaste metoden.

3.2 Skjuvprovning Lastuppställningen var enligt figur 2. Rullager användes i bägge ändar för att undvika att det uppstod horisontalkrafter i underkant balk som kan ge spänningar som adderas till skjuvspänningar av tvärkraften och eventuellt inverka på testresultaten. Ett rullager motsvarar t.ex. ett balkupplag på en pendelpelartopp. Vid riggningen hade upplag och last en längd av 300 mm, som antogs tillräcklig utbredning för att undvika tryckbrott tvärs fibrerna. En viss intryckning i ovansidan på balkarna erhölls dock under lasten. Belastningshastigheten valdes till ca 4 mm/min, vilket ansågs tillräckligt långsamt. Figur 2. Belastning Teoretisk last för aktuell balkdimension och lastställning för att få brott beräknades enligt nedan. Om hela tvärsnittet (A=115x315 mm2) medräknas och skjuvhållfastheten antas till fvk=3,5 MPa så erhålls : Tvärkraften V = A·fvk/1,5 = 115·315·3,5/1,5 = 84,5 kN Brottlasten P = V·L/b = 84,5· 2,275/1,4875 = 129,2 kN Om böjhållfastheten antas till fmk=30 MPa så erhålls: Böjmoment M = W·fmk = 115·3152·30/6 = 57,1 kNm Brottlast P = M·L/(a·b) = 57,1· 2,275/( 0,7875·1,4875) = 110,9 kN

a=787,5 b=1487,5

P

L=2275

4

Det finns alltså viss risk för att få böjbrott i stället för skjuvbrott. Uppmätt skjuvhållfasthet beräknades för varje balk enligt ekvationerna ovan som fv=(P· b·1,5)/ (L·bredd·höjd) Den karakteristiska hållfastheten beräknades från provresultaten enligt SS-EN 14358 enligt nedan. De uppmätta skjuvhållfastheterna, mi, antas vara logaritmiskt normalfördelade och medelvärdet för variabeln 𝑦 = ln 𝑚 bestäms som:

𝑦� =1𝑛� ln𝑚𝑖

𝑛

𝑖=1

Standardavvikelsen för variabeln 𝑦 = ln 𝑚 bestäms som:

𝑠𝑦 = � 1𝑛 − 1

�(ln𝑛

𝑖=1

𝑚𝑖 − 𝑦�)2

där mi är det aktuella värdet, n är antalet prov, y är medelvärdet Det karaktersistiska värdet bestäms som: 𝑚𝑘 = exp (𝑦� − 𝑘𝑠𝑠𝑦) där ks är faktor som beror av antal prov, t.ex. för n=5 så är ks=2,46, n=10 så är ks=2,10, n=15 så är ks=1,99. Variationskoefficienten ska inte vara mindre än 0,05, i så fall ska sy vara 0,05.

5

4. Förstudie

I förstudien valdes provning enligt en modifierad metod för böjprovning enligt SS-EN 408. Balktester valdes enligt kapitel 3.1 och på grund av att böjning är det mest realistiska lastfallet i verkligheten. Olika effekter vid böjning kan eventuellt påverka skjuvhållfastheten, som sammantryckning av fibrer mm. En risk med att göra balkprovningar är dock att man kan få böjbrott i stället för skjuvbrott. Provningsutförandet baserades på erfarenheter från Anderson, Odén (2009) och innebar 3-punkts böjprov på balkar med last nära ena stödet för att framkalla hög tvärkraftbelastning.

4.1 Balktyper I förstudien ingick provning av fem typer av limträbalkar med olika sprickdjup och sprickplacering. Fem balkar av varje typ provades för att hantera spridning i mätdata. Martinsons tillverkade limträbalkarna. Balkarna i kvalitet L40c hade dimension 115x315 mm och tillverkades av gran. Balktyp 1 var en referens utan sprickor. Sprickorna i balktyperna 2-4 skapades artificiellt i de nya limträbalkarna genom att man sågade spår längs balkarna. Sprickorna sågades med bestämda djup längs hela balkarna. Balktyp 5 behandlades med uppfuktning och nedtorkning för att provocera fram ”naturliga” sprickor i träet. En sammanställning av balktyperna ges i tabell 1. Balkarna dokumenterades vid provningen och de beskrivs mer utförligt i kapitel 4.1.1-4.1.3. Tabell 1. Sammanställning av balktyper

Balktyp Beskrivning Sprickdjup

1 Helt tvärsnitt -

2 En spricka sågas på ena sidan 30 % av bredden

3 Två sprickor sågas, en på vardera sidan 15 % av bredden

4 Två sprickor sågas på den ena sidan 30 % av bredden

5 Tvärsnitt med ”naturliga” sprickor Uppmätt efter tomografering

6 Helt tvärsnitt (kompletterar balktyp 1) - De enskilda balkarna dokumenterades innan provningen vad gällde balkmått, densitet och antal årsringar. Antalet årsringar är ett medelvärde över hela tvärsnittet, men variationen mellan lamellerna i en balk kan vara stor. Vissa lameller har noterats separat. Fuktkvoten uppmättes med en resistiv fuktkvotsmätare, och medelvärdet för tre punkter längs balken anges. Man mätte på två djup, först nära ytan och sedan inuti balken.

6

4.1.1 Balktyper 1 och 6, helt tvärsnitt Tabell 2. Balktyp 1

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Densitet (kg/m3)

Årsringar per cm (medel)

Finger-skarvar

Fuktkvot** (%) Noteringar

1:1 2600 313 112 465.63 5.6 6 12,23-13,96 4 små sprickor på sidan

1:2 2600 313 113 457.59 6 7 12,26-13,23 7 små sprickor på sida och ovansida

1:3 2600 313 113 451.94 5.8 (3-26)* 6 12,10-12,60 2 små sprickor på

sidan

1:4 2600 313 113 459.33 6.1 (4-24)* 4 12,26-13,00 5 små sprickor på

sidan

1:5 2600 313 112 465.41 6.2 5 12,40-13,13 5 små sprickor på ovansidan

*Värden inom parentes gäller en lamell, lamellnummer räknat uppifrån t.ex. 3 och antal årsringar t.ex. 26. ** Fuktkvot anges med två värden, det första är mätt vid ytan och det andra inuti balken. Tabell 3. Balktyp 6

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Densitet (kg/m3)


Finger-skarvar


1:1 2600 313 115 442,8 5,7 1 12,4-13,1

1:2 2600 314 113 474,56 6,1 4 12,8-13,9

1:3 2601 313 113 447,20 6,2 1 11,8-13,2

1:4 2600 313 113 459,55 5,9 5 11,2-11,8

1:5 2599 314 114 427,37 6,2 1 11,3-12,3

** Fuktkvot anges med två värden, det första är mätt vid ytan och det andra inuti balken. Figur 3. Balktyp 1och 6

7

4.1.2 Balktyper 2-4 med sågade ”sprickor” Sprickorna sågades med handhållen cirkelsåg i SP Träteks laboratorium innan provningen.

Figur 4. Sågning av sprickor Balktyp 2 Tabell 4. Balktyp 2 med en spricka på ena sidan, med djup 30 % av bredden (34,5 mm)

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Densitet (kg/m3)


Finger-skarvar


2:1 2600 313 113 440.63 6.3 (4-32)* 4 11,86-12,63 Liten skada vid

ände

2:2 2598 314 113 463.65 6.2 (4-49)* 2 11,90-12,83

2:3 2600 313 113 445.63 5.8 (4-17)* 4 11,70-12,20 2 små sprickor på

vid ände

2:4 2601 312 112 446.48 5.6 4-59)* 2 11,86-12,60 1 liten spricka på

undersidan

2:5 2600 313 113 454.99 5.6 (4-42)* 3 12,10-12,46 1 stor spricka vid

ände *Värde inom parentes gäller en lamell, lamellnummer räknat uppifrån t.ex. 4 och antal årsringar t.ex. 32. ** Fuktkvot anges med två värden, det första är mätt vid ytan och det andra inuti balken. Figur 5. Balktyp 2

8

Balktyp 3

Tabell 5. Balktyp 3 med två sprickor, en på vardera sidan, med djup 15 % av bredden (17,2 mm)

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Densitet (kg/m3)


Finger-skarvar

Fuktkvot ** (%) Noteringar

3:1 2599 313 113 446.24 5.9 2 12,46-13,03 Liten spricka vid ände och på sida

3:2 2599 313 113 451.02 5.7 4 12,70-13,80

3:3 2599 313 113 439.93 5.9 3 12,53-12,86 Liten spricka på sidan

3:4 2599 313 113 456.90 5.3 4 12,56-12,93 1 spricka vid ände

3:5 2600 313 113 454.11 5.8 4 12,30-12,63 2 små defekter

** Fuktkvot anges med två värden, det först mätt vid ytan och det andra inuti balken Figur 6. Balktyp 3

Balktyp 4 Tabell 6. Balktyp 4 med två sprickor på ena sidan, med djup 30 % av bredden (34,5 mm)

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Densitet (kg/m3)


Finger-skarvar


4:1 2600 314 112 458,50 6,1 (3-51,5-51)* 5 11,50-12,86

2 sprickor på sidan

4:2 2600 313 113 443,67 5,9 (3-37,5-29)* 1 11,90-13,50 5 små sprickor på

sidan och 1 ände

4:3 2600 313 113 441,93 5,6 (3-37,5-31)* 6 11,36-12,50 2 små sprickor på

sidan

4:4 2599 313 112 468,22 5,4 (3-38,5-32)* 4 11,80-13,11

2 små sprickor på ovansida och 3 på

sida

4:5 2599 313 113 467,78 5,1 (3-32,5-44)* 6 10,66-13,10 Stor spricka på

sidan *Värde inom parentes gäller en lamell, lamellnummer räknat uppifrån t.ex. 3 och antal årsringar t.ex. 51. ** Fuktkvot anges med två värden, det först mätt vid ytan och det andra inuti balken Figur 7. Balktyp 4

9

4.1.3 Balktyp 5 med tillverkade ”naturliga” sprickor Tabell 7. Balktyp 5

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Densitet (kg/m3)


Finger-skarvar


5:1 2600 312 114 469,74 5,7 3 11,8-13,1

5:2 2558 313 114 468,48 5,9 4 12,3-13,1

5:3 2558 312 114 469,54 6,2 4 11,4-12,2

5:4 2600 313 115 428,48 5,1 4 10,3-10,9

5:5 2600 313 114 449,70 5,6 3 10,9-11,8 ** Fuktkvot anges med två värden, det först mätt vid ytan och det andra inuti balken Sprickor framkallades genom att balkarna utsattes för omväxlande uppfuktning med regnbelastning och nedtorkning med värmelampor under cirka en månads tid i klimatanläggning i SP Träteks laboratorium i Skellefteå. Balkarna monterades stående bredvid varandra och skruvades fast i en ram som kunde förflyttas mellan regn- respektive värmeanläggning, se Bilaga 1. Fuktkvoten i en balk uppmättes med stift från ”baksidan”, så att man mätte cirka 5 mm under den fukt- eller värmebelastade ytan. Även temperaturen mättes inuti balken cirka 5 mm under den fukt- eller värmebelastade ytan från ”baksidan”. Efter uppfuktning var temperaturen cirka 13,4°C. Vattentemperaturen var cirka 7,5°C. Efter behandling i värmekammaren var temperaturen cirka 24°C. Värmen reglerades så att balkarnas yttemperatur på den varma sidan var cirka 48°, utom under sista dagarna då den ökades till 50-55°C, se även Bilaga 1. Uppmätt fuktkvot var något högre efter torkningen. Eventuellt kan detta bero på att temperaturmätningen inte var exakt. På fuktkvotsmätaren anges den aktuella temperaturen, och om den uppmätta temperaturen skulle vara för låg på grund av t.ex. värmeförluster så blir den uppmätta fuktkvoten för hög. Figur 8. Mätpunkter för mätning av fukt och temperatur efter befuktning respektive uttorkning Efter cirka 5-6 dagar såg man sprickor på ytan på den behandlade sidan, och sprickorna växte sedan och blev större och tydligare. Under de sista fem dagarna ökades värmen något för att ytterligare forcera uppsprickningen. Efter två veckor (halva tiden) var de djupaste sprickorna cirka 15 mm. De slutliga sprickdjupen kan mätas i de tomografbilder som togs innan skjuvprovningen. De djupaste var 25-30 mm. Balkarna tomograferades med en bild per cm, dvs. totalt 261 bilder per balk. Bilderna visade sprickor som uppkommit framförallt på den klimatbelastade sidan. Inga sprickor var längsgående längs hela balken. Betydande ändsprickor visades i bilderna, och de fanns några centimeter in i balken.

Temp

Temp

Fukt

Temp

Fukt

10

4.2 Resultat av skjuvprovningar En sammanställning av provningsresultaten för balktyperna 1-6 ges i tabell 8, där brottlaster anges samt beräknade skjuvspänningar. Foton från provningarna finns i Bilaga 2. Tabell 8. Resultat av provning balktyp 1-4 Balk Brottyp Brottlast

(kN) Tvärkraft V (kN)

Skjuvspänning (MPa) V∙1,5/(b∙h)

Kakteristisk skjuvhållf. (MPa) enl. EN 14358

Kommentar Brottyp alt. nettobredd

1:1 Böjning 163,659 107,01 4,58* Fingerskarv 1:2 Böjning 159,740 104,45 4,43* 1:3 Böj+skjuv 166,550 108,90 4,62* Fingerskarv 1:4 Böjning 168,760 110,34 4,68* 1:5 Skjuvning 176,800 115,60 4,95

Balktyp 1 Medel 4,65 (stdav 0,11)

4,21

2:1 Skjuvning 125,256 81,90 3,47 2:2 Skjuvning 133,986 87,61 3,70 2:3 Skjuvning 92,672 60,59 2,57 Breda årsringar 2:4 Skjuvning 141,795 92,71 3,98 2:5 Skjuvning 120,193 78,59 3,33


2,24 3,24 (b= 78,5 mm)

3:1 Skjuvning 154,201 100,82 4,28 3:2 Skjuvning 134,144 87,71 3,72 3:3 Skjuvning 141,087 92,25 3,91 3:4 Skjuvning 124,912 81,67 3,46 3:5 Böjning 140,910 92,13 3,91*


3,18 4,58 (b= 78,5 mm)

4:1 Skjuvning 111,110 72,65 3,10 4:2 Skjuvning 130,700 85,46 3,62 4:3 Skjuvning 143,110 93,57 3,97 4:4 Skjuvning 121,140 79,21 3,39 4:5 Skjuvning 126,780 82,89 3,52 Balktyp 4 Medel 3,52

(stdav 0,37) 2,81 4,00

(b= 78,5 mm) 5:1 Skjuvning 167,19 109,32 4,61 5:2 Skjuvning 192,57 125,91 5,29 5:3 Skjuvning 173,96 113,74 4,78 5:4 Böjning 185,04 120,99 5,04* 5:5 Skjuvning 151,50 99,06 4,16 Balktyp 5 Medel 4,78

(stdav 0,30) 3,80

6:1 Böjning 129,16 84,45 3,52* Kvist 6:2: Skjuvning 155,27 101,52 4,29 6:3 Böjning 184,33 120,52 5,11* 6:4 Böjning 128,30 83,89 3,56* Kvist 6:5 Böjning 169,52 110,84 4,64* Kvist Balktyp 6 Medel 4,22

(stdav 0,75) 2,79

*Böjbrott innebär att skjuvhållfastheten är minst det beräknade värdet, samtliga värden är inkluderade i medel - och karakteristiska värden som alltså troligen är högre.

11

Balktyper 1 och 6, som är referensbalkar utan sprickor Det blev mest böjbrott och bara en balk per grupp om 5 balkar fick rent skjuvbrott. Böjbrotten startade vid fingerskarvar eller kvistar. För balktyp 1 var karakteristiska skjuvhållfastheten minst 4,22 MPa. För balktyp 6 hade brottlasten stor spridning och karakteristiskt värde blev minst 2,79 MPa.

Balktyperna 2-4, med sågade snitt Karakteristiska värdet blev 2,25 MPa - 3,18 MPa, om man beräknar skjuvspänningen med hela tvärsnittet 115 mm x 315 mm. Om man i stället räknar med det reducerade tvärsnittet 80,5 mm x 315 mm (där sågdjupet räknats bort), så blev skjuvspänningen 3,24 MPa - 4,58 MPa, dvs. ungefär som för de ospruckna balkarna. Värdena antyder att ett reducerat tvärsnitt är rimligt vid ett sågat snitt längs balken. De sågade ”sprickorna” skar av årsringar och fibrer, vilket oftast inte gäller för mnaturliga sprickor. Några observationer var:

- Skjuvbrotten följde årsringarna i lamellen med sågsnitt, gick sällan vidare till nästa lamell.

- Skjuvbrotten uppstod i gränsskiktet mellan sommar- och vårved.

- Lamellens orientering i balken bestämde tillsammans med årsringarnas krökning hur lång vägen längs årsringen blev vid brottet (skjuvytans storlek)

- Täta årsringar gav högre skjuvhållfasthet.

Balktyp 5 med tillverkade ”naturliga” sprickor” Fyra av fem balkar fick skjuvbrott. Jämfört med balktyp 1 och 6 utan sprickor, så är detta en viss skillnad och det kan betyda att sprickbehandlingen av balktyp 5 har haft påverkan på skjuvhållfastheten. Böjbrottet startade vid kvist. Observationer när det gäller balkarna med ”naturliga” sprickor är bland annat:

- De största sprickdjupen var ca 20-30 mm, med längder på några decimeter, placerade i olika lägen i höjdled och längsled. Ändsprickor gick ca 30-40 mm längs balken. Se figur 9-12.

- Störst sprickor uppkom framförallt på tangentiella ytor på centrumlameller (med märg).

- Inga skjuvbrott i centrumlameller förekom.

- Skjuvbrott uppstod där hållfastheten var lägst det vill säga längs årsringen i vårveden.

- Skjuvbrottet tog kortaste (rakaste) vägen tvärs balken.

- Limfogar mellan lameller kunde medföra skjuvbrott tvärs årsringarna så att dessa skars av.

Tabell 9. Brottbeskrivning för balkar med skjuvbrott

Balk Lamell nr (nerifrån)

Längs årsring

Tvärs årsringar

Vid limfog

Utgår från spricka

Kommentar

1:5 4 x x (sprickfri) 2:1, 2:2, 2:3, 2:4,

2:5, 3:2, 3:3 4 x x

3:1 3 x x märgbit 3:4 4 x x x

4:1, 4:2 3 x x nedre 4:3, 4:4 5 x x övre

4:5 3 x x x nedre 5:1 5 x x x (nat.sprickor) 5:2 6 x (nat.sprickor) 5:3 3 x (nat.sprickor) 5:5 4 x x x (nat.sprickor) 6:2 4 x (sprickfri)

12

Balk 5:1, 1240 mm fr. ände Balk 5:1, 240 mm fr. ände Balk 5:2, 370 mm fr. ände ca 15 mm spricka ca 15 mm spricka ca 20 mm spricka (limfog) Figur 9. Balk 5:1-5:2, största sprickor mellan stöd och last, där tvärkraften är störst

Balk 5:3, 790 mm fr. Balk 5:4, 1320 mm fr. Balk 5:4, 1410 mm fr. Balk 5:5, 700 mm fr. ände, ca 4 mm spricka ände, ca 10 mm spricka ände, ca 12 mm spricka ände, ca 20 mm spricka Figur 10. Balk 5:3-5:5, största sprickor mellan stöd och last, där tvärkraften är störst

13

10 mm 20 mm 30 mm Figur 11. Balk 5:1, sprickor på olika avstånd (10-30 mm) från änden

40 mm 50 mm 60 mm 70 mm Figur 12. Balk 5:1, sprickor på olika avstånd (40-70 mm) från änden

14

5. Fortsatt studie

I den fortsatta studien ingick balkar med tillverkade ”naturliga” sprickor. Metoden för att åstadkomma sprickor baserades på en längre tid med bevattning och sedan uttorkning till lägre fuktkvot än i förstudien. Detta skulle kunna motsvara verkliga förhållanden som kan uppkomma vid byggande t.ex. om en stomme står ute vid regn och konstruktionen sedan torkas ut med byggtorkar till fuktkvoter motsvarande väldigt torrt inomhusklimat. I försöket ingick balkar med samma dimension som tidigare, 115x315 mm, samt några med dimension 165x315 mm, totalt testades 75 balkar.

5.1 Balktyper och spricktillverkning Balkarna tillverkades och ytbehandlades av Martinsons. För att skapa sprickor, och få fram ordentligt med sprickor, så behandlades balkarna med bevattning och sedan torkning i virkestork inom Martinsons anläggning i Bygdsiljum. Det betyder att balkarna utsattes för extrem fuktvariation. Orsaken var att det i förstudien visat sig att limträbalkar inte så gärna spricker, även om de utsätts för klimatvariationer. Behandlingen syftade alltså till att få så mycket sprickor som möjligt under relativt kort tid. Uppblötningen utfördes utomhus genom vattenbegjutning i ca två veckor i maj/juni. Alla balkar utom balktyp 11 utsattes för bevatt-ning före torkningen. Torkningen utfördes under ca två veckor i slutet av juni i virkestork med temperatur 85°C. Balkarna levererades till LTU i Skellefteå i början på juli och tomografering påbörjades i mitten av augusti. Efter tomograferingen provbelastades balkarna i SP Träs laboratorium under slutet av augusti. Balkarna uppmättes och dokumenterades innan provningen, se bilaga 4. Några balkar tomograferades efter att de skjuvprovats, se bilaga 9. Balkarna i den fortsatta studien hade samma dimensioner som balkarna i förstudien, dvs. limträ av gran, 115 mm x 315 mm x 2600 mm. De kompletterades med en grupp ytbehandlade balkar, samt en grupp med bredare balkar 165 mm x 315 mm x 2600 mm, se tabell 10. Målet var att torkningen skulle ge 5 % fuktkvot (motsvarande ca 15-20 % RF vid +20°C) för balkarna utan ytbehandling, och 8 % (motsvarande ca 30-40 % RF vid +20°C) för de ytbehandlade balkarna. Fuktkvoten blev dock för samtliga ca 8-10 %, se kapitel 5.1.1. Tabell 10. Balktyper och planering för spricktillverkningen Balktyp Antal Balk-

dimension Tilllägg Sprickmetod

B11* 5 115 x 315 Från fuktkvot ca 12% nedtorkas

B11 10 115 x 315 Från fuktkvot ca 12% nedtorkas

B12 15 115 x 315 Uppfuktas, nedtorkas

B13A 10 115 x 315 Ytbeh. A Uppfuktas, nedtorkas

B13B 10 115 x 315 Ytbeh. B Uppfuktas, nedtorkas

B13C 10 115 x 315 Ytbeh. C Uppfuktas, nedtorkas

B14 15 165 x 315 Uppfuktas, nedtorkas *Dessa 5 balkar var återstående material från förstudien. Ytbeh.A Ett varv med Teknos Teknol 1410. Lasyr. Ytbeh.B Ett varv med Beckers Laquin Clear EM1401. Lack. Ytbeh.C Ett varv med Beckers träolja Elit. Olja.

15

5.1.1 Fuktkvoter vid spricktillverkning och provning Fuktkvoter uppmättes med elektriska fuktkvotsmätare, se även Bilaga 3. Mätning inuti träet gjordes på ett mätdjup på ca 20-30 mm. Efter torkningen mättes fuktkvoten vid tomograferingen innan balkarna provades.

Figur 13. Fuktkvoter före och efter torkning, för balkens yta respektive inuti i balken. Balk anges med nummer från balk 11:1 till 14:15, balktyperna är avgränsade i diagrammet med vertikala streck i figuren. Balktyp B11, bara torkad Innan torkning: yta: medelvärde 13,4 % och inuti: medelvärde 12,6 %. Efter torkning, vid provning: yta: medelvärde 7,5 % och inuti: medelvärde 9,4 %. Balktyp B12, uppfuktad och torkad Före uppfuktning: yta: medelvärde 13,3 % och inuti: medelvärde 13,4 %. Efter uppfuktning: yta: medelvärde 22,4 % % och inuti: medelvärde 17,7 %. Efter torkning: yta: medelvärde 7,8 % % och inuti: medelvärde 8,8 %. Balktyp B13 med ytbehandling, uppfuktad och torkad B13A lasyr Före uppfuktning: yta medelvärde 12,6 % och inuti medelvärde 13,3 %. Efter uppfuktning: yta medelvärde 23,0% och inuti medelvärde 16,8 %. Efter torkning: yta medelvärde 7,7 % och inuti medelvärde 9,2 %. B13B lack Före uppfuktning: yta medelvärde 12,7 % och inuti medelvärde 13,8 %. Efter uppfuktning: yta medelvärde 24,6 % och inuti medelvärde 18,2 %. Efter torkning: yta medelvärde 8,1 % och inuti medelvärde 8,2 %.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73

Fukt

kvot

%

Balk

Fuktkvot före och efter torkning

yta ef ter torkning

inuti ef ter torkning

yta före torkning

inuti före torkning

Typ 11 Typ 12 Typ 13A Typ 13B Typ 13C Typ 14

16

B13C olja Före uppfuktning: yta medelvärde 12,2 % och inuti medelvärde 13,2 %. Efter uppfuktning: yta medelvärde 23,3 % och inuti medelvärde 18,4 %. Efter torkning: yta medelvärde 7,8 % och inuti medelvärde 10,1 %. Balktyp B14 bredare, uppfuktad och torkad Före uppfuktning: yta medelvärde 14,8 % och inuti medelvärde 15,0 %. Efter uppfuktning: yta medelvärde 25,9% och inuti medelvärde 20,1 %. Efter torkning: yta medelvärde 8,2 % och inuti medelvärde 8,9 %.

5.2 Sprickor i balkarna Spricklängder och sprickytor (längd x sprickdjup) har uppskattats visuellt och mätts manuellt i de tomograferade bilderna, se även Bilaga 5. Sprickor som fanns på balkarnas alla fyra utsidor har tagits med, dvs. även över- och undersidor som inte egentligen påverkar skjuvhållfastheten. Sprickmängderna är inte exakta eftersom sprickorna varierar längs balken. Ibland är det svårt att se exakt när en spricka börjar eller slutar, sprickdjupet varierar längs sprickan men har uppskattats till ett värde över en viss sträcka, vissa sprickor varierar mellan att gå i limfog och i lamellen, mm. Uppskattningarna ger därför endast en indikation på hur mycket sprickor de olika balkarna har. Medelsprickdjupet för alla balkar var 25,8 mm, se även tabell 11. Tabell 11. Sprickdjup Balktyp Medel-

sprickdjup (mm)

Max sprickdjup (mm)

11 22,4 50 12 25,4 47 13 A 24,8 45 13 B 27,8 45 13 C 29,9 75 14 26,3 75

Av figurerna 14 och 15 framgår att det för alla balktyper finns både balkar med väldigt lite sprickor och med väldigt mycket sprickor. Balktypen 14 avviker något för där har även balken med minst mängd sprickor ändå relativt mycket sprickor. Balktyp 14 har också mest sprickor i lamellerna vilket man även ser i tomografibilderna och att det finns många märgbitar i de balkarna. För balktyperna 12 och 13 är det mest sprickor vid limfogarna, medan balktyp 11 har ungefär lika mycket sprickor i lameller och vid limfogar.

17

Figur 14. Total sprickyta per balk för de olika balktyperna. Medel sprickor är medelvärdet av alla balkar inom balktypen, Max sprickor är sprickyta för balken med mest sprickor och min sprickor är sprickyta för balken med minst sprickor

Figur 15. Sprickyta per balk för de olika balktyperna. Medelvärden redovisas för total yta per balk, samt sprickyta för sprickor i lamell och sprickyta för sprickor vid limfog.

Figur 16. Medelvärde för total sprickyta för de olika balktyperna. Vertikala staplar anger 95 % konfidensintervall.

Total sprickyta (mm2)

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

11 12 13A 13B 13C 14

Medel sprickor

Max sprickor

Min sprickor

Sprickyta - medelvärde per balktyp

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

11 12 13A 13B 13C 14

Total yta

I lamell

Vid limfog

18

I bilaga 8 visas sprickor i balkarna för balktyp 11. I figurerna 17-19 visas typiska bilder på större sprickor i några av balktyperna.

Figur 17. Balk typ 11, sprickor både vid limfogar och i lameller

Figur 18. Balk typ 12, flear djupa sprickor vid limfogar

5 märgbitar 3 märgbitar

Figur 19. Balk typ 14, flera märgbitar som ger sprickor i lameller

19

5.3 Resultat av skjuvprovningar Uppmätt skjuvhållfasthet och foton på skjuvprovade balkar finns i bilaga 6 och 7, och sammanställningar redovisas i tabell 12 och figur 20. Tabell 12. Resultat av provningar med balktyper 11-14 Balk-typ

Antal

Brottyp Brottlast (kN) medelvärde (min-max)

Skjuvhållf. (MPa) medelvärde

Skjuvhållf. (MPa) kar. värde

11 15 5 skjuvn, 6 böjning* 149 (104-179) 4,12 3,07 (2,83)** 12 15 7 skjuvn, 3 böjning* 157 (128-194) 4,33 3,23 (2,92)** 13 A 10 6 skjuvn, 3 böjning* 148 (126-180) 4,07 3,07 (2,81)** 13 B 10 7 skjuvn, 2 böjning* 142 (110-186) 3,88 2,75 (2,44)** 13 C 10 4 skjuvn, 4 böjning* 142 (116-180) 3,86 2,83 (2,67)** 14 15 11 skjuvn, 2 böjning* 191 (109-252) 3,67 2,34 (2,11)**

*Övriga balkar hade en kombination av böj- och skjuvbrott. Böjbrott betyder att skjuvhållfastheten kan vara högre än den redovisade, men även värden för böjbrott har inkluderats vid beräkning av hållfastheter (vilket alltså egentligen innebär för låga värden) **Medelfuktkvot (8,2-10,1%), skjuvhållfastheten inom parentes har minskats med 3% per % fuktkvot för att jämföra med fuktkvot 12 % (Brandner et al 2012).

Figur 20. Brottlast och skjuvspänning. Balk anges med nummer 1-75 från balk 11:1 till 14:15, balktyperna är avgränsade i diagrammet med vertikala streck i figuren. Skillnader i medelvärdet mellan de olika balktyperna och brottyperna framgår av figur 21, och balktypen 14 har lägst värde och balktypen 12 har högst värde, men i övrigt är variationerna i skjuvhållfasthet så stora att det är svårt att dra några slutsatser om det är någon skillnad mellan balktyperna. I figur 22 framgår att balkarna som fått skjuvbrott har den lägsta skjuvhållfastheten (brottlasten). Vid böjbrott och kombinerat böj- och skjuvbrott har skjuvhållfastheten varit betydligt högre.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0

50

100

150

200

250

300

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73

Skju

vspä

nnin

g (M

Pa)

Brot

tlast

(kN

)

Balk

Brottlast och skjuvspänning

Brottlast P (kN)

Skjuvspänning (MPa)

Typ 11 Typ 12 Typ 13A Typ 13B Typ 13C Typ 14

20

Figur 21. Medelvärde för skjuvspänning för Figur 22. Medelvärde för skjuvspänning för de olika balktyperna. Vertikala staplar de olika brottyperna. Vertikala staplar anger 95 % konfidensintervall. anger 95 % konfidensintervall.

Figur 23. Medelvärde för total sprickyta för Figur 24. Medelvärde för sprickyta i de olika brottyperna. Vertikala staplar anger lamellerna för de olika brottyperna. 95 % konfidensintervall. Vertikala staplar anger 95 % konfidensintervall. Obs. att många sprickor

är på ovan- och undersidan.

Figur 25. Medelvärde för sprickyta vid limfogar för de olika brottyperna. Vertikala staplar anger 95 % konfidensintervall.

21

6. Diskussion och slutsatser

Förstudien omfattade 30 balkar. En sammanställning av resultatet visas i tabell 13. Balkar med sågade spår (balktyp 2-4) fick lägst skjuvhållfasthet, speciellt med spår på ena sidan av balken. Eftersom ett sågat spår minskar tvärsnittets bredd vid spåret, så kan man förvänta sig en viss reducering av hållfastheten. Vid sågningen skär man dessutom av fibrerna, och påverkan på balken kan till följd därav bli större än för naturliga sprickor som följer fibrerna och där kanske inte alla fibrer är avkapade. Tabell 13. Förstudie med balktyper 1-5 Balk-typ

Antal Brottlast (kN) medelvärde



1 10 161 4,44 3,39 2 5 123 3,41 2,24 3 5 139 3,86 3,18 4 5 126 3,52 2,81 5 5 171 4,78 3,80

Balkarna i förstudien med ”tillverkade sprickor” hade sprickor som var 20-30 mm som djupast. De största sprickorna uppkom på tangentiella ytor i lameller med märg, men dessa sprickor gav inte upphov till skjuvbrott. Den här typen av sprickor uppkom i de balkar som innehöll märgbitar i tvärsnittet, och fler märgbitar i tvärsnittet medförde fler sprickor. Sprickor vid limfogar fanns däremot vid några skjuvbrott. Från tomografibilderna såg man att om det inte fanns lameller med märg, så fanns i stället sprickor vid en limfog. Figur 26. Spricka i lamell Figur 27. Spricka vid limfog Resultatet av förstudien presenterades (Pousette & Ekevad 2012) och diskuterades vid CIB W18 möte om träkonstruktioner. En kommentar var att om det uppstår sprickor så måste den återstående trädelen ha samma skjuvhållfasthet som den ospruckna balken, vilket innebär att med det reducerade tvärsnittet så blir rimligen skjuvhållfastheten lägre. En annan kommentar var att ”konstgjorda” sprickor inte har samma beteende som ”naturliga” sprickor. Sprickor i stora balktvärsnitt i verkligheten ansågs mycket större än de testade, och att högre balkar har större risk för stora sprickor. En slutsats av förstudien var att man bör studera ”naturliga” sprickor, och helst få fram större sprickor. En fortsatt studie omfattade därför 75 balkar som alla behandlades med uppblötning och torkning eller bara torkning för att få sprickor. Alla balkar fick sprickor men variationen var stor, från balkar med några enstaka mindre sprickor till balkar med flera djupa sprickor, medeldjup för sprickorna var ca 26 mm och max djup ca 75 mm. Balktypen som bara torkades fick minst sprickmängd. Från tomografibilderna syntes att många sprickor uppkom

22

vid eller i närheten av limfogarna, speciellt på balksidor utan tangentiella ytor (inga märgbitar).

Skjuvhållfastheten i den fortsatta studien blev något lägre än i förstudien och tycks ha påverkats av sprickorna. En sammanställning redovisas i tabell 14. Av bilaga 9 framgår att skjuvbrotten många gånger uppkommer där det fanns sprickor. Det är egentligen inte mängden sprickor som är av betydelse utan den enskilda sprickans storlek och läge. Många sprickor uppstod vid limfogar, men inte i själva limningen (som testas vid delaminering) utan det är i träet vid limfogen. Märgbitar fick liksom tidigare sprickor i träet. Några större skillnader i skjuvhållfasthet mellan ytbehandlingarna framkom inte. Ytbehandlingen påverkade inte nämnvärt fuktkvoterna varken efter bevattning eller efter torkning, och inte heller sprickbildningen. Balktyp 14, som hade lite bredare tvärsnitt, fick lägre skjuvhållfasthet men det är oklart vad det berott på. Dessa balkar hade genomgående lameller med mer märgbitar. De hade också mest sprickor. Tabell 14. Fortsatt studie med balktyper 11-14 Balk-typ

Antal

Brottlast (kN) medelvärde (min-max)



11 15 149 4,12 2,83 12 15 157 4,33 2,92 13 A 10 148 4,07 2,81 13 B 10 142 3,88 2,44 13 C 10 142 3,86 2,67 14 15 191 3,67 2,11

Totalt 33 av 75 balkar erhöll rent skjuvbrott i den fortsatta studien, övriga fick böjbrott eller kombinerat böj- och skjuvbrott. Brottlasten för alla balkar oberoende av brottyp användes för att beräkna skjuvhållfastheterna både i förstudien och i den fortsatta studien. Eftersom balkar med böjbrott inte belastades tillräckligt för skjuvbrott, så var skjuvhållfastheten antagligen högre än den beräknade. Hela tvärsnittet har använts vid beräkningen, dvs. ingen reducering på grund av sprickor. I den fortsatta studien var det ganska stor spridning av skjuvhållfastheterna, men skillnaden mellan balktyperna var liten.

Medelvärdet för alla balkar var 4,0 MPa, och karaktersistiska hållfasthetn var 2,9 MPa. Fuktkvoten i balkarna efter provningen var 8-10 % och karakteristiska värdet omräknades till fuktkvot 12 %. Skjuvhållfastheten efter justering för fuktkvoten var 2,7 MPa. Om man jämför med karakterisktiska värdet 3,5 MPa så skulle detta innebära en kcr-faktor på 0,77 för dessa spruckna balkar. Då ska man beakta att alla balkar inte fått skjuvbrott (dvs. skjuvhhållfastheten var högre) och att de testade balkarna varit utsatta för extrem klimatpåverkan (vattenbegjutning i ca två veckor och torkning vid 85°C – verkligen ett worst-case-senario) och erhållit betydande mängd sprickor, varför en kcr-faktor för normal användning av limträ bör vara högre. Uppfuktning med bevattning kan inträffa i verkligheten om en stomme lämnas oskyddad vid regniga förhållanden, även om det är ovanligt med ett par veckors ihållande regn. Torkning i virkestork vid hög temperatur är dock inte ett realistiskt torkförlopp för verkliga

23

konstruktioner. Torkning med byggtork efter en uppblötning kan dock medföra viss sprickbildning i limträet om torken står nära, så att det blir en snabb uttorkning. Om man ska göra fler skjuvförsök med limträbalkar, så finns det många parametrar som kan studeras vidare i fortsatta försök, t.ex. balkarnas dimensioner, lamellernas typ och placering i balken (centrumbitar med märg eller inte), sprickstorlekar och spricklägen. Även lastplacering och risken för höga skjuvspänningar är viktigt, t.ex. om man har utbredd last eller punktlast påverkar skjuvpåverkan på balken. I vissa länder får man räkna med högre skjuvhållfasthet vid inre stöd, eftersom skjuvbrott är svårare att erhålla mitt i en balk. Den allra största delen (kanske 90 %) av stora limträbalkar dimensioneras för utbredd last, vilket medför att skjuvspänningarna inte blir dimensionerande. Det skulle behövas statistik för användningen av limträbalkar. Även en kartläggning av vilka klimat man har i t.ex. stora limträhallar med höga limträbalkar är intressant att följa upp.

24

7. Referenser

- Anderson, Daniel, Odén, Johan (2009), Träs skjuvhållfasthet och limträbalkars tvärkraftskapacitet – Provningar och beräkningar, Master´s dissertation, Lund, 2009.

- Brandner R., Gatternig W. Schickhofer G., (2012). Determination of shear strength of structural and glued laminated timber, CIB-W18 Timber structures, Meeting forty-five, Växjö, Sweden, August 2012.

- Crocetti Roberto, Gustafsson Per Johan, Danielsson Henrik, Emilsson Arne, Ormarsson Sigurdur (2010), Experimental and numerical investigation on the shear strength of glulam, CIB-W18, 2010

- Gustafsson Per Johan, Emilsson Arne, Crocetti Roberto, Ormarsson Sigurdur (2009), Provningar av limträs skjuvhållfasthet hösten 2009. Department of Construction Sciences, Division of Structural Mechanics, LTH, Lund University, ISRN LUTVDG/TVSM--09/7158--SE (1-42) ISSN 0281-6679.

- Pousette A., Ekevad M. (2012). Shear resistance of glulam beams with cracks, CIB-W18 Timber structures, Meeting forty-five, Växjö, Sweden, August 2012.

- Pousette, Anna, Sandberg, Karin (2007). Träbalkar och trästolpar i utomhusförsök - planering och utplacering, SP Rapport 2007:35

- Pousette, Anna, Sandberg, Karin (2010). Outdoor tests of timber beams and columns Proceedings of the International Conference Timber Bridges: ICTB 2010, Trondheim, Norway, sid.169-178, ISBN 9788251926805.

- Sundström, Tero, Shear resistance of gluelam beams in varying humidity conditions (2010), Master´s thesis, Aalto University, School of Science and Technology, Faculty of Engineering and Architecture, Department of Structural Engineering and Building Technology, 2010

- BKR, Boverkets konstruktionsregler (föreskrifter och allmänna råd), BFS 2010:2, BKR 13

- Hållfasthetsklasser för limträ enligt Eurokod 5, Reviderad - april 2012, TräGuiden, www.traguiden.se

- SS-EN 1194, Träkonstruktioner – Limträ – Hållfasthetsklasser och bestämning av karakteristiska värden

- SS-EN 14080:2005, Träkonstruktioner – Limträ – Krav

- SS-EN 14358:2006, Träkonstruktioner – Beräkning av karakteristiska 5-percentilvärden för fästelement och träbaserade produkter samt acceptanskriterier för ett provuttag

- SS-EN 408:2010+A1:2012, Träkonstruktioner – Konstruktionsvirke och limträ – Bestämningav vissa fysikaliska och mekaniska egenskaper

http://www.traguiden.se/default.aspx?id=3

25

Bilaga 1. Förstudie, balktyp 5 ”spricktillverkning”

Balkar monterade i ram Inplastning på baksidan Mätstift för fuktkvotsmätning Anläggning för nedtorkning

Värmelampor för nedtorkning Värmelampor Figur 1.1. Försöksanläggning för att framkalla ”naturliga” sprickor

26

Tabell 1.1. Balkarnas temperatur och fuktkvot under ”spricktillverkningen”

Datum Upp-

fuktning (h)

Efter uppfuktning Ned- torkning

(h)

Efter uttorkning

Temperatur (°C)

Fuktkvot (%)

Temperatur (°C) Fuktkvot (%) yta inre

2011-11-01 4 - - 17,5 - - 2011-11-02 5 13,6 11,2 18,5 48 24,0 14,7 2011-11-03 5 14,0 12,6 18,5 48 24,0 13,9 2011-11-04 5 14,0 11,7 17,9 48 24,0 13,6 2011-11-05 5 14,0 11,3 18,6 48 24,0 13,3 2011-11-06* 5 14,0 11,3 18,6 48 23,8 13,2 2011-11-07 5 14,0 10,8 18,7 48 24,4 13,0 2011-11-08 5 14,0 10,8 18,8 48 24,2 12,9 2011-11-09 5 14,0 10,8 18,1 48 23,8 12,9 2011-11-10 5 13,2 10,8 18,8 48 24,0 12,8 2011-11-11 5 13,3 10,8 19,0 48 23,4 12,9 2011-11-12 5 13,0 10,8 18,6 48 23,6 12,7 2011-11-13 5 14,0 10,8 18,5 48 23,7 12,7 2011-11-14 5 14,3 10,6 17,7 48 24,0 12,7 2011-11-15 5 13,0 10,6 18,4 48 24,0 12,8 2011-11-16 5 13,6 10,7 18,7 48 24,0 12,7 2011-11-17 5 13,0 10,7 18,8 48 23,7 12,7 2011-11-18 5 12,4 10,7 18,8 48 23,8 12,7 2011-11-19 5 12,3 10,7 19,3 48 23,9 12,6 2011-11-20 5 13,6 10,6 18,2 48 23,2 12,7 2011-11-21 5 12,6 10,6 18,5 48 23,3 12,6 2011-11-22 5 13,0 10,7 18,5 48 24,0 12,6 2011-11-23 5 12,4 10,7 18,9 37 25,5 12,5 2011-11-24 5 12,8 10,6 18,6 52 28,0 12,7 2011-11-25 5 13,2 10,5 18,7 52 27,6 12,6 2011-11-26 5 13,2 10,5 18,9 52 27,0 12,6 2011-11-27 5 13,2 10,5 18,3 52 28,0 12,6 2011-11-28 5 13,1 10,4 19,7 52 26,4 12,6 *Efter cirka 5-6 dagar blev sprickor synliga på ytan.

27

Bilaga 2. Förstudie, foton från provning

1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 Figur 2.1. Balktyp 1, brottbilder 2:1 2:2 2:3 2:4 2:5 Figur 2.2. Balktyp 2, brottbilder 3:1 3:2 3:3 3.4 3:5 Figur 2.3. Balktyp 3, brottbilder

28

4:1 4:2 4:3 4:4 4:5 Figur 2.4. Balktyp 4, brottbilder 5:1 5:2 5:3 5:4 5:5 Figur 2.5. Balktyp 5, brottbilder 6:1 6:2 6:3 6:4 6:5 Figur 2.6. Balktyp 6, brottbilder

29

Bilaga 3. Fortsatt studie, fuktkvoter

Sammanställning medelfuktkvoter Balk nr Värde

Före uppfuktning Efter uppfuktning Efter trokning Vid tomografering

Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot

(%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti

B11 Medel 13,4 12,6 7,5 9,4 Stdav 2,5 1,2

0,9 1,8

Max 16 14,2 9,3 12,2 Min 9,2 10,5 5,9 7 B12

Medel 13,3 13,4 22,4 17,7 7,8 8,8 Stdav 0,9 0,8 3,0 1,7 0,5 0,7 Max 14,3 15,1 27 20,7 8,7 10,3 Min 11,3 12,1 16,6 15,2 7,1 7,6

B13A Lasyr Medel 12,6 13,3 23,0 16,8 7,7 9,2 Stdav 1,0 0,9 1,5 1,1 0,2 0,4 Max 14,6 14,3 26,1 18,5 8,1 10,1 Min 11 11,3 20,6 14,9 7,4 8,8

B13B Lack Medel 12,7 13,8 24,6 18,2 8,1 8,2 Stdav 1,2 1,2 3,3 3,5 0,7 0,6 Max 14,7 16,1 31,5 27,8 8,8 9,3 Min 11,3 12,8 21,4 15,5 6,6 7,3

B13C Olja Medel 12,2 13,2 23,3 18,4 7,8 10,1 Stdav 1,0 0,9 4,3 3,0 0,4 1,5 Max 13,7 14,3 34 23,2 8,4 13,2 Min 10,1 11,2 20 15,5 7,2 8,2 B14

Medel 14,8 15,0 25,9 20,1 8,2 8,8 Stdav 1,0 0,8 5,6 1,9 0,4 0,8 Max 16,4 16,5 45 23,2 8,9 10 Min 13,1 14,2 22 15,3 7,7 7,2

30

Balktyp B11, bara torkad Nr Före torkning Efter torkning

vid tomografering Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti

11.1 14,6 14,2 7,6 8,9 11.2 15 13,6 7,2 7 11.3 15,3 12,6 6,7 12 11.4 15,2 13,6 9,3 12,2 11.5 16 14,2 7,8 11,8 11.6 15 12,8 5,9 8,2 11.7 16 13,8 7,9 7 11.8 15 12,1 7,2 7,8 11.9 14,5 13,3 8,7 11,3

11.10 14,3 12,8 7,7 11,3 11.11 10 11,2 7 8,1 11.12 10,7 10,5 8 8,9 11.13 10,3 10,5 6 8,3 11.14 9,2 12,1 8,4 8,7 11.15 10,3 11,7 7,2 9,4

Balktyp B12, uppfuktad och torkad Nr Före uppfuktning Efter

uppfuktning före torkning

Efter torkning vid tomografering

Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuk.i:kvot (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti

12.1 12,5 13,6 20,4 17,6 7,4 8,5 12.2 14 13 22,7 17 8 8,6 12.3 14,3 13,6 22,9 17,8 8,7 8,2 12.4 11,9 12,4 27 16,7 8,6 8,4 12.5 11,3 12,1 21,7 15,4 7,2 9,7 12.6 14 13,2 17 17,3 7,5 8 12.7 12,1 13 16,6 15,2 7,8 9,3 12.8 13,3 13,7 23,1 17 8 8,9 12.9 13,5 12,8 24,5 20,1 7,2 10,3

12.10 13,7 14,3 21,9 17,6 8,1 8,7 12.11 13,2 13,2 21,1 16,2 7,1 7,8 12.12 12,8 15,1 24,8 18,4 7,6 9,2 12.13 14,3 13,7 27 20,6 7,2 7,6 12.14 14,2 14,6 23 20,7 8,4 9,5 12.15 13,9 12,6 22,5 17,8 7,6 8,6

31

Balktyp B13 med ytbehandling, uppfuktad och torkad B13A lasyr Nr Före uppfuktning Efter uppfuktning

före torkning Efter torkning

vid tomografering Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti

13.1 13 14 26,1 16,3 7,9 9,4 13.2 12,6 13,3 23,7 17,4 7,7 8,8 13.3 12,3 13,6 23 18,5 7,4 9,3 13.4 13,2 14,3 23,3 15 8,1 9,2 13.5 12 12,9 22,9 17,1 7,9 8,8 13.6 11 11,3 20,6 14,9 7,6 9 13.7 12,6 13,2 23,4 17 7,5 8,9 13.8 11,7 12,3 23,2 17,1 7,6 10,1 13.9 13,2 13,9 21,8 17,3 7,5 9,8

13.10 14,6 13,9 21,7 17 7,5 9 B13B lack Nr Före uppfuktning Efter uppfuktning



13.1 14,6 15,5 23,7 19,1 8,8 7,3 13.2 12,3 12,9 23,6 16,4 8,3 9,3 13.3 11,7 12,8 29,3 27,8 8,5 8,6 13.4 11,7 12,8 31,5 15,5 6,6 8,4 13.5 11,7 12,9 23,1 16,2 8,7 7,6 13.6 14,7 16,1 22 18,7 8,8 8,7 13.7 13,7 14,3 21,4 17 7,7 7,6 13.8 12,8 14,2 22,1 16,7 8,2 8,8 13.9 12,8 13,2 24,4 17 7,2 7,9

13.10 11,3 13,7 24,6 17,9 7,8 8,2 B13C olja Nr Före uppfuktning Efter uppfuktning



13.1 12,5 12,9 22,2 16,3 7,2 9,6 13.2 12,3 12,8 22 15,5 7,4 8,2 13.3 13,2 14 20,8 17,7 7,9 9,5 13.4 10,1 11,2 24 22 7,3 10,8 13.5 12,3 13,6 26,5 22,5 8,2 9,4 13.6 11,7 13,3 20,2 17 8,3 13,2 13.7 13 14,3 23,2 16,3 8 11,7 13.8 11,3 12,4 20,5 15,5 7,7 10 13.9 13,7 14,3 34 23,2 7,9 8,6

13.10 12,3 13,2 20 17,6 8,4 9,8

32

Balktyp B14 bredare, uppfuktad och torkad Nr Före uppfuktning Efter

uppfuktning före torkning

Efter torkning vid tomografering

Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot Fuktkvot (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti (%) yta (%)inuti

14.1 14,6 15,5 45 22,4 8,9 9,6 14.2 16,2 15,9 23 20 8,4 8 14.3 15,3 14,6 23,3 18,6 8,5 8,3 14.4 15,4 16,5 26,1 23,2 8,6 10 14.5 14,3 14,7 24,8 20,6 8,1 8,5 14.6 14,9 15,1 22 19,7 8,7 8,2 14.7 13,2 14,4 23,1 19,4 7,9 8,9 14.8 13,1 14,4 24,2 19,8 8,3 9 14.9 14,2 14,2 25,6 20,3 7,7 7,2

14.10 15,6 15,4 23,9 19,6 8,1 9,2 14.11 14,3 14,2 25,1 20,2 7,8 7,9 14.12 15,6 15 27,3 19,9 8 9,3 14.13 13,7 14,3 24,4 19,1 7,9 8,7 14.14 14,6 15,1 22,1 15,3 8,2 9,2 14.15 16,4 16,4 28,7 23,1 7,9 9,7

33

Bilaga 4. Fortsatt studie, dokumentation balkar innan skjuvprov

Nr Längd

(mm) Höjd (mm)

Bredd (mm)

Vikt (kg)

Densitet (kg/m3)

Årsrings-bredd (cm)-spec

Kommentar

11:1 2601 313 115 40,64 434,8 5,21-5 11:2 2600 311 113 40,42 442,37 5,14-3 11:3 2599 312 113 39,36 429,55 4,29-4 11:4 2599 312 113 39,40 429,99 4,86-2,5 11:5 2599 311 113 40,76 446,26 5,86 11:6 2601 314 114 39,32 422,32 5,43-4 11:7 2601 313 115 39,40 420,84 5,71 11:8 2602 312 115 40,68 435,73 4,7-3 11:9 2600 313 113 40,58 441,28 4,5 11:10 2599 312 113 40,04 436,97 5,4-9 11:11 2600 310 115 38,26 412,77 5 11:12 2599 312 113 40,10 437,63 7,59-7 11:13 2600 311 113 39,24 429,45 4,4-7 11:14 2599 311 113 40,60 444,51 5,6 11:15 2600 311 112 40,92 451,84 5,5 Fingerskarv på över- och

undersida Nr Längd

(mm) Höjd (mm)

Bredd (mm)

Vikt (kg)

Densitet (kg/m3)

Årsrings-bredd (cm)

Kommentar

12:1 2602 314 115 40,50 431,04 6,57-7 Spricka mellan 2 och 3 lamell från underkant, längs hela

12:2 2601 313 115 41,92 447,75 6,57-9 Lång sidospricka mellan 2 och 3 lamell från underkant

12:3 2601 313 114 40,96 441,34 7,36-9-4 12:4 2602 312 115 39,42 422,24 5,71-6 12:5 2600 311 112 38,96 430,20 5,07-5 12:6 2601 313 112 41,54 455,58 9,71-7 12:7 2602 310 113 40,54 444,77 6,5 12:8 2601 310 113 40,62 445,82 5,64-6,5 12:9 2600 311 113 41,46 453,75 6,21-6 12:10 2600 310 113 39,62 435,01 4,57-5 12:11 2600 311 113 40,18 439,74 4,93-4,5 Två stora sprickor på en sida 12:12 2600 310 114 40,22 437,73 7,57 12:13 2600 312 115 39,56 424,06 5,07-5 12:14 2601 311 115 42,84 460,52 6,93 12:15 2601 313 115 39,40 420,84 5,21-8

34

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Vikt (kg)

Densitet (kg/m3)

Årsrings-bredd (cm)

Kommentar

13A:1 2599 312 115 40,68 436,24 6,71-11 Djup spricka mellan 2 och 3 lamell från underkant

13A:2 2602 313 114 41,90 451,29 6,07-3 Längsgående spricka mellan 3 och 4 lamell från ovankant, djup spricka vid 3 lamell från överkant

13A:3 2600 313 115 39,52 422,28 5,43-4,5 13A:4 2600 312 115 41,18 441,43 6-3 13A:5 2601 312 114 41,30 446,43 5,57 13A:6 2602 312 115 41,06 439,80 5,57-2-4 13A:7 2602 313 114 41,06 442,24 5,64-5 Längsgående spricka mellan

3 och 4 lamell från underkant 13A:8 2602 312 114 42,22 456,20 6,07 13A:9 2600 311 115 41,36 444,78 6,43-7 13A:10 2600 312 115 40,60 435,21 5,14 Nr Längd

(mm) Höjd (mm)

Bredd (mm)

Vikt (kg)

Densitet (kg/m3)

Årsrings-bredd (mm)

Kommentar

13B:1 2602 312 115 43,26 463,37 5,21-5 Fingerskarv på över- och undersida

13B:2 2600 312 115 41,60 445,93 6,14-4,5 13B:3 2601 312 115 40,20 430,76 5,71-4 13B:4 2602 312 115 41,58 445,37 5,64-7 13B:5 2602 312 115 41,04 439,59 5-4 13B:6 2602 311 115 43,14 463,57 6,07-6 13B:7 2601 312 115 40,46 433,54 5,79-4 13B:8 2602 313 115 40,76 435,20 5,64 Stor spricka vid 3 lamell

från underkant 13B:9 2602 312 114 41,80 451,66 5,36-6 13B:10 2602 312 116 41,74 443,23 6-5 Djup spricka mellan 3 och 4

lamell från överkant Nr Längd

(mm) Höjd (mm)

Bredd (mm)

Vikt (kg)

Densitet (kg/m3)


Kommentar

13C:1 2599 313 115 42,28 451,95 6,21 13C:2 2600 313 115 40,94 437,45 6,36 Längsgående spricka mellan

3 och 4 lamell från underkant 13C:3 2600 312 114 41,14 444,87 6,79-7 13C:4 2599 313 115 41,68 445,53 8,93 13C:5 2602 312 115 41,98 449,66 5,71-3,5 13C:6 2600 312 115 40,86 438,00 6,36 13C:7 2601 313 115 42,80 457,15 6,71-8 13C:8 2601 313 115 40,94 437,29 6,86-4,5 13C:9 2602 313 114 42,10 453,45 6,5-4,5 13C:10 2601 313 115 41,20 440,06 6,36-9

35

Nr Längd (mm)

Höjd (mm)

Bredd (mm)

Vikt (kg)

Densitet (kg/m3)


Kommentar

14:1 2598 311 163 60,16 456,79 5,57-6 14:2 2600 314 164 55,30 413,03 5,64-4,5 14:3 2599 312 163 56,06 424,14 5,64-3 14:4 2598 310 164 57,28 433,67 8,43 14:5 2600 313 164 56,56 423,79 5,79-5 Spricka till balkmitt mellan 3

och 4 lamell från underkant 14:6 2599 312 164 58,34 438,69 5,36-4 14:7 2600 311 163 54,36 412,44 5,5-3 Längsgående spricka mellan 3

och 4 lamell från överkant 14:8 2600 315 163 59,58 446,30 4,71-4 14:9 2600 316 164 55,30 410,41 6,07-3 14:10 2601 312 164 58,08 436,40 5,57-5-8 14:11 2599 313 162 53,16 403,38 5,43-3,5 14:12 2599 312 163 55,28 418,23 5,57-4 Längsgående spricka mellan 3

och 4 lamell från underkant 14:13 2600 313 163 55,84 420,96 5,64-8 14:14 2599 313 163 55,80 420,82 5,29-3 14:15 2600 313 164 58,20 436,08 5,36

36

Bilaga 5. Fortsatt studie, sprickor

Här redovisas spricklängder och sprickytor (längd x sprickdjup) som visuellt uppskattats och mätts i de tomograferade bilderna. Sprickor som finns på balkarnas alla fyra utsidor har tagits med, dvs. även över- och undersida som inte påverkar skjuvhållfastheten. Sprickmängderna är inte exakta, eftersom det ibland är svårt att se exakt när en spricka börjar eller slutar, sprickdjupet varierar längs sprickan men har uppskattats till ett värde över en viss sträcka, vissa sprickor varierar mellan att gå i limfog och i lamellen, mm. Uppskattningarna ger därför endast en indikation på hur mycket sprickor de olika balkarna hade. Balktyp B11, bara torkad

Figur 4.1. Total spricklängd och total yta (längd x djup) för varje balk, totalt 1154930 mm2. Medelsprickdjup var 22,4 mm

Figur 4.2. Sprickyta (längd x djup) fördelad på sprickor i lamell och sprickor vid limfog.

0

50000

100000

150000

200000

0

2000

4000

6000

8000

10000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tota

l yta

(mm

2)

Tota

l län

gd (m

m)

Balk nr

Balktyp 11 - sprickmängd

Total längd

Total yta

0

50000

100000

150000

200000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Balktyp 11 - sprickyta (längd x djup)

I lamell

Vid limfog

37

Balktyp B12, uppfuktad och torkad



0

40000

80000

120000

160000

200000

240000

280000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tota

l yta

(mm

2)

Tota

l län

gd (m

m)

Balk nr


Total längd

Total yta

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


I lamell

Vid limfog

38

Balktyp B13 med ytbehandling, uppfuktad och torkad B13A lasyr



0

40000

80000

120000

160000

200000

240000

280000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tota

l yta

(mm

2)

Tota

l län

gd (m

m)

Balk nr

Balktyp 13A - sprickmängd

Total längd

Total yta

020000400006000080000

100000120000140000160000180000200000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Balktyp 13A - sprickyta (längd x djup)

I lamell

Vid limfog

39

B13B lack



0

40000

80000

120000

160000

200000

240000

280000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tota

l yta

(mm

2)

Tota

l län

gd (m

m)

Balk nr

Balktyp 13B - sprickmängd

Total längdTotal yta

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Balktyp 13B - sprickyta (längd x djup)

I lamell

Vid limfog

40

B13C olja



0

40000

80000

120000

160000

200000

240000

280000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tota

l yta

(mm

2)

Tota

l län

gd (m

m)

Balk nr

Balktyp 13C - sprickmängd

Total längd

Total yta

020000400006000080000

100000120000140000160000180000200000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Balktyp 13C - sprickyta (längd x djup)

I lamell

Vid limfog

41

Balktyp B14 bredare, uppfuktad och torkad



0

40000

80000

120000

160000

200000

240000

280000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tota

l yta

(mm

2)

Tota

l län

gd (m

m)

Balk nr


Total längd

Total yta

020000400006000080000

100000120000140000160000180000200000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


I lamellVid limfog

42

Bilaga 6. Fortsatt studie, skjuvhållfastheter

Figur 5.1. Beräknad skjuvhållfasthet för 15 balkar av balktyperna 11, 12 och 14

Figur 5.2. Beräknad skjuvhållfasthet för 10 balkar av balktyp 13A, 13B och 13C

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Balk 11

Balk 12

Balk 14

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Balk 13 A

Balk 13 B

Balk 13 C

43

Bilaga 7. Fortsatt studie, foton från provning

11:1 Böj+skjuv

11:2 Skjuv

11:3 Böj+skjuv

11:4 Skjuv

11:5 Böj

11:6 Böj+skjuv

11:7 Böj

11:8 Skjuv

11:9 Böj

11:10 Skjuv

11:11 Böj

11:12 Böj+skjuv

11:13 Skjuv

11:14 Böj

11:15 Böj

44

12:1 Skjuv

12:2 Skjuv

12:3 Böj+skjuv

12:4 Skjuv

12:5 Böj+skjuv

12:6 Böj+skjuv

12:7 Böj

12:8 Skjuv

12:9 Böj+skjuv

12:10 Skjuv

12:11 Skjuv

12:12 Böj

12:13 Skjuv

12:14 Böj

12:15 Böj+skjuv

45

13A:1 Skjuv

13A:2 Skjuv

13A:3 Skjuv

13A:4 Skjuv

13A:5 Böj

13A:6 Skjuv

13A:7 Skjuv

13A:8 Böj

13A:9 Böj+skjuv

13A:10 Böj

46

13B:1 Skjuv

13B:2 Skjuv

13B:3 Böj+skjuv

13B:4 Skjuv

13B:5 Skjuv

13B:6 Böj

13B:7 Skjuv

13B:8 Böj

13B:9 Skjuv

13B:10 Skjuv

47

13C:1 Böj

13C:2 Böj

13C:3 Skjuv

13C:4 Böj

13C:5 Skjuv

13C:6 Böj

13C:7 Skjuv

13C:8 Böj+skjuv

13C:9 Skjuv

13C:10 Böj+skjuv

48

14:1 Skjuv

14:2 Skjuv

14:3 Skjuv

14:4 Böj

14:5 Skjuv

14:6 Skjuv

14:7 Skjuv

14:8 Skjuv

14:9 Skjuv

14:10 Böj+skjuv

14:11 Skjuv

14:12 Skjuv

14:13 Böj+skjuv

14:14 Skjuv

14:15 Böj

49

Bilaga 8. Fortsatt studie, tomografibilder av sprickor vid belastad ände för balktyp 11

10 mm 100 mm 11:1 Böj+skjuv

1 mm 50 mm 11:2 Skjuv


1 mm 30 mm 11:4 Skjuv

1 mm 25 mm 11:5 Böj


20 mm ”sprickfri” 11:7 Böj

25 mm 120 mm 11:8 Skjuv

1 mm 25 mm ”sprickfri” 11:9 Böj

10 mm 40 mm 11:10 Skjuv

35 mm 11:11 Böj

60 mm 11:12 Böj+skjuv

55 mm 11:13 Skjuv

20 mm ”sprickfri” 11:14 Böj

235 mm 11:15 Böj

50

Bilaga 9. Fortsatt studie, balkar tomograferade före och efter provning

11:10 CT-bilder efter skjuvtest: Fr. ände: 3 cm 7 cm 52 cm 75 cm 94 cm 106 cm 131 cm CT-bilder innan skjuvtest: Fr. ände: 3 cm 7 cm 52 cm 75 cm 94 cm 106 cm 131 cm

51

12:6 CT-bilder efter skjuvtest: Fr. ände: 2 cm 8 cm 14 cm 31 cm 52 cm 67 cm 80 cm 88 cm CT-bilder innan skjuvtest: Fr. ände: 2 cm 8 cm 14 cm 31 cm 52 cm 67 cm 80 cm 88 cm

52


53


54


55

A13:4 CT-bilder efter skjuvtest: Fr. ände: 1 cm 17 cm 42 cm 114 cm 125 cm 135 cm 234 cm 249 cm CT-bilder innan skjuvtest: Fr. ände: 1 cm 17 cm 42 cm 114 cm 125 cm 135 cm 234 cm 249 cm

56

B13:1 CT-bilder efter skjuvtest: Fr. ände: 1 cm 3 cm 6 cm 15 cm 22 cm 53 cm 78 cm 116 cm CT-bilder innan skjuvtest: Fr. ände: 1 cm 3 cm 6 cm 15 cm 22 cm 53 cm 78 cm 116 cm

57

C13:5 CT-bilder efter skjuvtest: Fr. ände: 6 cm 20 cm 30 cm 35 cm 52 cm 68 cm 84 cm 100 cm CT-bilder innan skjuvtest: Fr. ände: 6 cm 20 cm 30 cm 35 cm 52 cm 68 cm 84 cm 100 cm

58


59

SP Trä TräCentrum Norr (TCN) SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut LTU-Skellefteå Borås, Skellefteå, Stockholm, Växjö 931 87 Skellefteå Tel: 010-516 50 00 Tel: 0910-58 53 00 www.sp.se www.ltu.se/ske/tcn

Om TräCentrum Norr TräCentrum Norr finansieras av de deltagande parterna tillsammans med medel från Europeiska Regionala Utvecklingsfonden (Mål 2), Länsstyrelsen i Norrbottens län samt Region Västerbotten. Deltagande parter i TräCentrum Norr är: Lindbäcks Bygg AB Holmen Timber, Martinsons Trä AB, SCA Forest Products AB, Norra Skogsägarna, Setra Group AB, Sågverken Mellansverige, SÅGAB, Sveaskog AB, Luleå tekniska universitet, Skellefteå kommun och Piteå kommun.

Documents

Skjuvhållfasthet för limträbalkar balkar utsatta för