Drewno konstrukcyjne

Rys. 1. Anatomia drewna - przebieg sęków w kłodzie widziany oczyma tomografu komputerowego
Fot. Kurier Drzewny

Użyte powyżej sformułowanie „drewno budowlane konstrukcyjne” nie jest przypadkowe. Na cele budowlane stosuje się bowiem tylko część z ogółu tarcicy produkowanej w tartakach. Ten ogół nazywamy tarcicą ogólnego przeznaczenia. Z całej masy tarcicy selekcjonuje się elementy o specyficznych cechach. Ta nazwa wprowadziła nas zatem w pierwsze z trzech zagadnień związanych z drewnem konstrukcyjnym – wytrzymałość.

Główne zagadnienia dotyczącego drewna w ujęciu budowlanym to oprócz wytrzymałości także trwałość i obróbka mechaniczna. Oczywiście można dyskutować również o aspektach dekoracyjnych, kulturowych czy ekologicznych, jednak z praktycznego, wykonawczego punktu widzenia te pierwsze są kluczowe.

Wszyscy znamy stare budowle, których konstrukcja oparta jest m.in. o drewno. To w końcu najstarszy materiał budowlany. Z jednej strony podziwiamy dawny kunszt doboru właściwych przekrojów, sposobów wiązania, fakt, że ów budulec nie poddał się działaniu owadów czy rozkładowi grzybicznemu. Z drugiej często dziś spotykamy się z nadmiernymi ugięciami konstrukcji, szybkim zasiedlaniem przez owady czy murszeniem drewna i zastanawiamy się nad różnicami montażowymi. Widać tu każde z wymienionych powyżej zagadnień. Czy kultura związana ze stosowaniem drewna w budownictwie, ukształtowana przez wieki od architektury romańskiej, albo wręcz od szałasów neolitycznych myśliwych i Biskupina uległa zatarciu?

Wytrzymałość
Zdaje się, że drewno jest jakie jest i nic tu nie da się zdziałać. Produkt natury. Producent stali może modyfikować skład stopu, producent betonu – mieszanki. Tartak niczego w składzie nie zmieni. O czym więc rozmawiać?

A jednak podobnie jak dla stali, betonu czy cegły również dla drewna budowlanego istnieją normy techniczne. Projektanci zaś zapisują klasę drewna, jaką założyli do obliczeniowego sprawdzenia, czy dana więźba wytrzyma obciążenia, na jakie będzie narażana w czasie eksploatacji.

Drewno jest produktem natury i podobnie jak dwa jabłka nigdy nie będą identyczne, tak dwie belki zawsze będą się od siebie różniły cechami naturalnymi – ilością i układem sęków, skrętem włókien, słoistością, gęstością oraz cechami, na które wpływ ma człowiek – dokładnością obróbki itp. Pierwsze cechy można sprowadzić ogólnie do gęstości i jednorodności elementu. Ogólnie mówiąc, im lepsza jednorodność i większa gęstość, tym większa wytrzymałość. Analogicznie jak ładniejsze jabłka przeznaczamy na kompot, a gorsze na przecier, tak i drewno możemy przesortować. Na tym właśnie opierają się normy techniczne, definiujące produkcję drewna konstrukcyjnego.

Od poszczególnych belek, zależnie od tego, czy pełnią rolę krokwi, jętki, kleszcza, słupa czy inną, oczekujemy odporności na działanie innych sił. Niektóre są zginane, inne rozciągane, jeszcze inne ściskane wzdłuż lub w poprzek włókien.

Generalnie przyjmuje się, że kluczowym parametrem jest wytrzymałość na zginanie i według jej wartości stworzono nomenklaturę różnicującą klasy. Np. klasa C24 oznacza, że element wytrzymuje zginanie o wartości 24 MPa.

Jeśli klient zamówi w tartaku drewno C24, zasadniczo należałoby podeprzeć w odpowiedni sposób każdą belkę w dwóch punktach, a w środku użyć siłownika, by sprawdzić, czy ta właściwie się zachowa. Jednak uwaga – w tarcicy znajdziemy statystycznie tylko ok. 15% drewna klasy C24!

Jako że ta metoda testowania drewna jest badaniem niszczącym, z pozostałych 85% materiału zrobilibyśmy niniejszym sposobem opał.

Dlatego poszukano zależności między wytrzymałością drewna a cechami, które można ocenić w sposób nieniszczący.

Metody oceny drewna
Najbardziej bezpośrednie odniesienie do wytrzymałości drewna ma jego gęstość i jednorodność. Oczywiście można drewno ważyć przy ściśle określonej wilgotności i prześwietlać promieniami rentgenowskimi w tomografie, by określić gęstość i jednorodność. Istnieją też metody badania rezonansu ultradźwiękowego drewna, zależnego od tych właściwości. Czujemy jednak przez skórę, że metody takie są bardzo drogie – wymagają specjalnych maszyn, precyzyjnego kalibrowania itd.

Na marginesie – starzy leśnicy znakujący dawniej zwalone kłody numeratorami młotkowymi potrafili zidentyfikować jakość surowca po dźwięku towarzyszącym temu uderzeniu, w szczególności obecność tzw. huby – uszkodzeń spowodowanych rozwojem grzybów niszczących drewno mechanicznie.
Ta metoda zatem również jest nieosiągalna dla przeciętnego tartaku, choć stosowana przez największych producentów w Niemczech. Daje bardzo wiarygodne rezultaty, bo analizuje drewno w całym przekroju.

Sortowanie wizualne
Dla firm, których nie stać na inwestycję rzędu miliona euro, pozostaje inna metoda. Zauważono bowiem, że na jednorodność i gęstość drewna przekładają się takie cechy jak słoistość, sękatość, skręt włókien itp. Poprzez wieloletnie badania statystyczne oceniono, jak te cechy wpływają na wytrzymałość i zdefiniowano tzw. zasady sortowania wizualnego, które zapisano w normach technicznych. Obecnie te normy są obowiązkowe dla producentów drewna budowlanego, którzy nie posiadają innych metod badawczych – w polskich realiach dotyczą więc wszystkich producentów.

Oczywiście przeprowadzenie sortowania wytrzymałościowego wizualnego oprócz znajomości tych norm wymaga również teoretycznej wiedzy o drewnie i praktycznych umiejętności. Obowiązkiem zapisanym w prawie jest też ukończenie specjalistycznego kursu uprawniającego (stosowna licencja brakarza wytrzymałościowego) do prowadzenia oceny drewna budowlanego.

Niestety ocena wizualna obarczona jest ryzykiem błędu wynikającego z braku znajomości wnętrza belki. Można ocenić przebieg sęków, ale nie zawsze mamy pewność, że np. nie doszło tam do zakażenia grzybicznego.

Ocena wizualna jest metodą pośrednią. Nie oceniamy wprost odporności na zginanie, a jedynie cechy anatomiczne drewna, od których ta jego wytrzymałość zależy. Dlatego wynikiem klasyfikacji tartacznej nie jest klasa konstrukcyjna (C24, C30 itp.) ale klasa sortownicza. Wyróżnia się klasę gorszą KG, klasę średnią KS i klasę wyborową KW. Udział poszczególnych klas w ogóle tarcicy pokazuje rys. 2. Pozostałe drewno ma wytrzymałość niższą niż KG i nie jest ona znana.


Rys. 2. Rozkład klas wytrzymałości dla 100 szt. tarcicy sosnowej sortowanej wizualnie
Źródło: opracowanie własne.

Korzystając z kolejnych norm technicznych sprawdzamy, jaką wytrzymałość ma np. klasa KS. Aktualny stan prawny mówi, że klas średnia KS wytrzymuje na zginanie 24 MPa, a klasa KW – 35 MPa. Tu ciekawostka. Jeśli prześledzić normy obowiązujące od 2000 roku, to okaże się, że klasę KS uznawano za mającą wytrzymałość nawet 35 MPa, potem 27 MPa, a obecnie są to już 24 MPa. Co spowodowało, że w ciągu 15 lat drewno straciło 31% swojej wytrzymałości?

Analizując fakty statystyczne (wykres), można wyciągnąć dwa wnioski praktyczne. Po pierwsze – stosowanie niesortowanej tarcicy na cele budowlane to pewność, że minimum 80% drewna będzie nadmiernie pracowało w warunkach dużych obciążeń (np. śnieżyce czy wichury) i spowoduje pękanie sufitów, pękanie membran, wilgotnienie termoizolacji, uszkodzenia pokrycia, moknięcie murów lub inne uszkodzenia. Po drugie – jeśli w projekcie zażądano drewna klasy C30 lub wyższej, to jej zakup w dzisiejszych warunkach surowcowych jest co najmniej trudny.

HPMP Hubert Pietrzak jako dostawca o ogólnopolskim zasięgu dostarcza materiał certyfikowany. Często też udaje nam się pomóc inwestorom i obniżyć klasę poprzez stosowne modyfikacje konstrukcji, które potwierdzamy obliczeniowo. Jednak w skali kraju to wciąż kropla w morzu, bo projektów opartych o materiał C30 jest bardzo dużo.


Sosna czy świerk?
To bez znaczenia
Dodam jeszcze jedną uwagę. Zauważyliście Państwo zapewne, że do tej pory brak wzmianek dotyczących znaczenia gatunku drewna dla jego wytrzymałości. A przecież dyskusja o wyższości sosny nad świerkiem czy innymi gatunkami toczy się stale w środowisku cieśli, inwestorskim czy projektowym. Ta dyskusja nie jest bezpodstawna, ale tylko z punktu widzenia innego niż wytrzymałość. Warto rozważać tu estetykę, odporność biologiczną, podatność na impregnację, tendencje do odkształcania czy łatwość obróbki ciesielskiej.

Pod względem wytrzymałościowym jednak znaczenie ma wyłącznie klasa drewna. Ustawodawca bowiem stworzył osobne normy techniczne dla świerka, sosny, modrzewia czy topoli. Dlatego jeśli zamówicie Państwo drewno danej klasy, to producent zastosuje normę właściwą dla gatunku, z którego produkuje materiał, by w każdym przypadku otrzymać produkt o wymaganej statyce.

Podsumowanie

• Obowiązkiem producenta drewna konstrukcyjnego jest wykonanie go zgodnie z normami technicznymi oraz zapisami w projekcie klienta oraz zadeklarowanie tych faktów właściwym dokumentem.
• Aktualnie jedynym zgodnym z prawem dokumentem jest deklaracja właściwości użytkowych CE. Aby ją wystawić, producent musi zatrudniać brakarza tarcicy konstrukcyjnej, który będzie sortować drewno. Musi też wdrożyć Zakładową Kontrolę Produkcji w procesie akredytacji, aby uzyskać prawo do wystawiania dokumentów CE.
• Utartym standardem w Polsce jest dostarczanie na cele budowlane tarcicy ogólnego przeznaczenia, co naraża klienta na niedogodności bardziej lub mniej odroczone w czasie.
• Zaledwie ok. 15% tarcicy spełnia przeciętne (C24) wymogi konstrukcyjne.
• Wiele awarii budowlanych wynika z niewłaściwej jakości konstrukcji i wadliwej ich pracy, szczególnie w okresach śnieżyc i wichur, lecz nie jest tak identyfikowane – poszukuje się przyczyn w wykonawstwie, niewłaściwej jakości innych materiałów, jak pokrycia czy materiały uszczelniające.

Biorąc pod uwagę te fakty, powinniśmy jako profesjonalni wykonawcy wyciągnąć wniosek, że dla dobra inwestora warto zadbać o właściwą jakość materiału. Zażądanie deklaracji CE w momencie dostawy drewna niezmiernie ułatwi późniejsze operacje. W przypadku odkrycia wad w trakcie montażu lub po jego zakończeniu trudno wykonać ekspertyzę drewna i skutecznie je reklamować. Klient na pewno doceni takie starania, szczególnie jeśli zrozumie, że statystycznie ledwie co trzecia krokiew prawidłowo przeniesie obciążenie i jej ugięcie sięgnie 5 mm – podczas gdy wszystkie pozostałe ugną się o 30 mm. Dzięki temu klient będzie bezawaryjnie eksploatował swój dom, uniknie uszkodzeń mechanicznych, estetycznych oraz wynikających z dyfuzji i kondensacji pary wodnej – zawilgocenia termoizolacji, zacieków oraz zagrzybienia. Ominą go również problemy formalne przy odbiorze lub z ubezpieczycielem, a my pozostaniemy bezpieczni – wszak pierwsze reklamacje zawsze są kierowane do wykonawcy.

Następne artykuły pozwolą rozwinąć tematykę konserwacji drewna oraz jego obróbki mechanicznej – przygotowania fabrycznego.

Dlaczego dziś konserwacja jest ważna, mimo że drewno wyprodukowane 100 lat temu i więcej funkcjonuje w konstrukcjach do dziś? Skąd biorą się uszkodzenia biologiczne, z którymi miał do czynienia każdy cieśla? Czy każde działanie grzybów powoduje osłabienie mechaniczne materiału? Jakie metody pozwalają skutecznie zabezpieczyć drewno i jak je optymalnie dobrać w zależności od rodzaju konstrukcji?

Czy przygotowanie fabryczne oznacza tylko cięcie tartaczne? Jakie są odmiany certyfikowanego drewna konstrukcyjnego? Jak bardzo można skrócić czas montażu więźby dzięki dodatkowym operacjom fabrycznym? Czy istnieją więźby do samodzielnego montażu?

Odpowiedzi na te pytania pojawią się w kolejnych odcinkach cyklu.

Literatura:
1. mgr inż. M. Krogulecka (Politechnika Gdańska) – materiały dydaktyczne
2. A. Krajewski, P. Witowski, „Ochrona Drewna”, SGGW
3. J. Kotwica, Konstrukcje drewniane w budownictwie tradycyjnym, Arkady


Hubert Pietrzak
HPMP Hubert Pietrzak