KIEDY PĘKNIĘCIA DREWNA SĄ GROŹNE?

Pęknięcia drewnianych krokwi, jętek czy słupów więźby dachowej nie są niczym dziwnym. Problem zaczyna się wtedy gdy są na tyle duże, by zacząć zagrażać stabilności i bezpieczeństwu konstrukcji dachu. Tylko jak rozpoznać, które z pęknięć są bezpieczne, a które powinny nas niepokoić?  Aby to zrobić trzeba mieć (ha! jak zawsze) trochę wiedzy i doświadczenia. Doświadczenia w artykule przekazać się nie da, ale trochę wiedzy już tak.

Uszkodzenia konstrukcji drewnianych zwane pęknięciami powstają gdy naprężenia w elemencie przekraczają jego wytrzymałość. Przyczyną powstawania pęknięć może być duża i szybka zmiana wilgotności, która powoduje dużą różnicę zawartości wody między włóknami wewnętrznymi a zewnętrznymi konstrukcji. Różnica ta, jak również fakt, że drewno jest materiałem anizotropowym (czyli jego cechy wytrzymałościowe zależą od kierunku działania siły w stosunku do włókien), powoduje powstanie naprężeń rozciągających w poprzek włókien, poprzez które dochodzi do powstania pęknięć. Szerokie szczeliny pojawiające się w obrębie występowania maksymalnych sił wewnętrznych w elemencie oraz w miejscach połączeń, wskazują na przekroczenie stanów granicznych w konstrukcji.

Rys. 1 Pęknięcia w przekroju drewna litego

Jak wynika z powyższego rysunku, przy pionowym położeniem siły względem przekroju umiejscowienie pęknięcia ma duży wpływ na nośność przekroju. Pęknięcia pionowe (rys. 1a) nie wpływają na charakterystyki wytrzymałościowe przekroju (wskaźnik wytrzymałości W oraz moment bezwładności I), natomiast pęknięcia ukośne lub poziome (rys. 1b) powodują zmniejszenie nośności. Określenie przyczyny i zasięgu pęknięcia jest podstawą do podjęcia działań naprawczych. Pęknięcia dzielimy na płytkie, gdy ich głębokość nie przekracza 1/10 szerokości b lub wysokości h elementu, w przeciwnym razie kwalifikujemy je jako głębokie. Do badania głębokości pęknięć można użyć cienkiego, giętkiego przymiaru lub szczelinomierza (grubość płytki mierniczej powinna wynosić 0,2 mm). Minimalny wymiar przekroju poprzecznego w miejscach osłabionych powinien być nie mniejszy niż 30 mm i stanowić nie mniej niż 0,5 grubości przy osłabieniu symetrycznym oraz nie mniej niż 0,6 grubości przy osłabieniu niesymetrycznym. Suma szerokości pęknięć Σr_b po jednej stronie nie powinna przekraczać b/20, gdy pęknięcia rozpoznane są jako płytkie i b/10, gdy są głębokie.

Rys. 2 Schemat pęknięć w poprzecznym przekroju belki

Uwzględnianie pęknięć w pracy statycznej konstrukcji, polega na przemnożeniu przez współczynniki zmniejszające powierzchni elementu A, wskaźnika wytrzymałości W i momentu bezwładności I analizowanego elementu. Wartości tych współczynników zależą od sumy szerokości pęknięć wzdłuż włókien (szerokość pęknięcia*głębokość pęknięcia) i zostały zestawione w poniższej tabeli:

Suma szerokości pęknięć	Współczynnika  zmniejszający pole przekroju A	Współczynnik zmniejszający moment I i wskaźnik wytrzymałości W
Σrb < b/10	0,95	0,91
Σrb < b/20	0,98	0,96
Ag=α* A	Wxg=β* Wx	Ixg=β* Ix

Bezpieczne pod względem statycznym głębokości pęknięć lub pęknięć schnięcia dla elementów konstrukcyjnych z drewna litego zestawiono w poniższej tabeli:

Drewno lite 1) 2)
pęknięcia jedno- i dwustronne, obciążenie jednoosiowe
1	zginanie i ścianie Pęknięcia dwustronne w zależności od położenia w przekroju	zginanie i ścianie Pęknięcia pojedyncze t1, t2 lub suma t=t1+t2 w zależności od kąta nachylenia 
Pęknięcia jednostronne, obciążenie jednoosiowe
2	zginanie Pęknięcia pojedyncze jednostronne	ścinanie Pęknięcia pojedyncze jednostronne

Wartości graniczne głębokości pęknięć w zależności od kąta odchylenia pęknięcia przedstawiają się następująco:

- dla naprężenia zginającego od 0,6B do 0,8B przy kącie odchylenia pęknięcia od 0^o do 45^o oraz od 0,8B do 0,8H przy odchyleniu od 45^o do 90^o

- dla naprężenia ścinającego od 0,45B do 0,65B przy kącie odchylenia pęknięcia od 0^o do 45^o oraz od 0,65B do 0,65H przy odchyleniu od 45^o do 90^o

Stwierdzenie czy pęknięcia nie stanowią zagrożenia dla bezpieczeństwa dachu nie jest zadaniem trudnym (szczególnie po lekturze tego artykułu :) ) ale wymaga pewnej uwagi i dokładności w ustalaniu głębokości oraz zasięgu pęknięcia. W normalnych i typowych konstrukcjach dachowych rzadko zdarzają się uszkodzenia wymagające podjęcia zdecydowanych kroków naprawczych. Drewno jest bardzo "wdzięcznym" materiałem, ponieważ w przypadku przeciążenia sygnalizuje stan awaryjny poprzez duży przyrost ugięcia, narastające pęknięcia, a nawet słyszalne "trzaski". Jeśli na konstrukcji dachu pojawiają się wciąż nowe pęknięcia, nawet jeśli kwalifikują się jako bezpieczne, jest to wyraźny znak by udać się do specjalisty z zakresu konstrukcji, który fachowo oceni czy dach został zaprojektowany i wykonany z zachowaniem zasad sztuki budowlanej. Jeśli jednak krokwie pękła nam płytko i wzdłuż, to możemy spać spokojnie - nic jej nie jest.

- Piotr

H. Neuhaus, Budownictwo drewniane, Polskie Wydawnictwo Techniczne, Rzeszów, 2004. 

H. Plessner, Przykłady uszkodzeń konstrukcji drewnianych, Materiały Budowlane. 5 (2000)

L. Rudziński, Konstrukcje drewniane. Naprawy, wzmocnienia, przykłady obliczeń, 

Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce, 2010