O ILE SŁABSZE JEST WILGOTNE DREWNO?

Kupno dobrze wysuszonego i sezonowanego drewna na dach w naszych warunkach jest bardzo trudne. A jeśli już na takie trafimy to jego cena jest również odpowiednio wyższa. Inwestorzy mają coraz większą świadomość tego, że odpowiednio suche drewno jest gwarancją dobrego dachu - ale czy ktoś zastanowił się o ile słabsze jest wilgotne drewno i jaki ma wpływ na konstrukcje?

Czasem trzeba się ruszyć z ciepłego biura, iść na budowę, by organoleptyczne ocenić stan budynku. Gdy na rzeczy jest ocena stanu technicznego więźby dachowej, możemy spodziewać się wielu rzeczy począwszy od małego tête-à-tête z kołatkiem lub spuszczelem, przez pęknięcia i ugięcia, a skończywszy na braku pokrycia i zawilgoceniu konstrukcji. W takim przypadku, aby określić cechy wytrzymałościowe drewna należy uwzględnić stopień wilgotności. Wraz z jego wzrostem w zakresie higroskopijnym wytrzymałość drewna maleje (zmniejsza się wartość współczynnika sprężystości), natomiast zakresie kapilarnym (powyżej stanu nasycenia włókien) wpływ wilgotności jest pomijalnie mały. Określona normą PN-B-03150:2000 wilgotność drewna iglastego konstrukcyjnego w zależności od warunków pracy i przyjętej technologii wytwarzania nie powinna przekraczać:

• 18% w konstrukcjach chronionych przed zawilgoceniem
• 23% w konstrukcjach pracujących na otwartym powietrzu

Wartość wilgotności dla drewna liściastego konstrukcyjnego nie powinna przekraczać 15%.

Przy całkowitym nasyceniu włókien wodą (w = 30%, zakres higroskopijny) wytrzymałość drewna spada w stosunku do wartości normowej wilgotności w = 18% o 50% przy ściskaniu i 40% przy zginaniu. Wpływ wilgotności na wytrzymałość drewna przy rozciąganiu, ściskaniu i ścinaniu wzdłuż włókien oraz zginaniu przedstawiono na poniższym rysunku:

W celu uwzględnienia warunków pracy elementu (wilgotność oraz czas trwania obciążenia) przypisuje się konstrukcje do określonej klasy użytkowania wg PN-81/B-03150:

• klasa użytkowania 1 charakteryzuje się wilgotnością materiału odpowiadającą temperaturze 20°C i wilgotnością względną otaczającego powietrza przekraczającą 65% tylko przez kilka tygodni w roku, (w klasie użytkowania 1 przeciętna wilgotność większości gatunków drewna iglastego nie przekracza 12%),
• klasa użytkowania 2 charakteryzuje się wilgotnością materiału odpowiadającą temperaturze 20°C i wilgotnością względną otaczającego powietrza przekraczającą 85% tylko przez kilka tygodni w roku, (w klasie użytkowania 2 przeciętna wilgotność większości gatunków drewna iglastego nie przekracza 20%),
• klasa użytkowania 3 odpowiada warunkom powodującym wilgotność drewna wyższą niż odpowiadającą klasie użytkowania 2

Następnie określa się wartość obliczeniowa właściwości wytrzymałościowej:

gdzie: X_k – wartość charakterystyczna właściwości materiału, g_M – częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla właściwości materiału, k_mod – częściowy współczynnik modyfikacyjny, uwzględniający wpływ czasu trwania obciążenia i zawartości wilgoci w konstrukcji na właściwości wytrzymałościowe.

Aby ocenić wyniki badań należy sprowadzić ich wyniki do wartości wilgotności, która wynosi 18%. Przeliczenie wytrzymałości na poziom 15%-20% wilgotności wykonuje się stosując wzór Bauschingera:

  

 gdzie:  R₁₅ – wytrzymałość drewna przy wilgotności 15%-20%, MPa,

R_w – wytrzymałość drewna przy wilgotności 10%<w<20%,

α_w – współczynnik zmiany wytrzymałości drewna przy zmianie jego wilgotności o 1%,

w – bezwzględna wilgotność drewna, %

Wartości współczynnika α_w uwzględniającego wilgotność drewna zestawiono w poniższej tabeli (współczynniki zmiany modułu sprężystości drewna przy zmianie wilgotności o 1%)

Rodzaj właściwości	Sosna i modrzew	Świerk i jodła
Ściskanie wzdłuż włókien Zginanie Ścianie wzdłuż włókien Moduł sprężystości podłużnej E Moduł odkształcenia postaciowego G	0,05 0,04 0,03 0,02 0,02	0,04 0,04 0,03 0,02 0,02

Projektant przyjmując klasę drewna (np. C20) przyjmuje normowe wartości wytrzymałości drewna na zginanie, ściskanie, rozciąganie i ścinanie. Wartości normowe natomiast są określone dla drewna o wilgotności 18%. Zatem, jeśli z tartaku przyjedzie "mokra" więźba i taką zabudujemy to do czasu uzyskania przez drewno wilgotności normowej mamy de facto o kilkadziesiąt procent słabszy dach. Zakładając skrajny przypadek, czyli wilgotność drewna równą 30% to wytrzymałość na ściskanie konstrukcji jest mniejsza o 46%, a na zginanie o 33%! Cząstkowe współczynniki bezpieczeństwa (przykładowo projektant mnoży obciążenia stałe przez 1,35, a zmienne przez 1,50) dają pewien zapas nośności, ale mimo to w przypadku np. dużej prędkości wiatru lub dużego opadu śniegu "mokra" więźba może nadmiernie się odkształcić lub nawet zawalić. Jedynym światełkiem w tunelu jest to, że dachy zwykle robi się latem i drewno ma czas by doschnąć na dachu ale obserwuje się tendencje do wydłużania sezonu budowlanego do maksimum i nawet w listopadzie przy dobrej pogodzie widuje się cieśli na dachu. Jeśli skumulują się niekorzystne sytuacje czyli "mokra" więźba zbudowana w listopadzie i grudniowy duży opad śniegu, może dojść do poważnej awarii dachu. 

- Piotr