VEŽBA br. 8

ISPITIVANJE MEHANIČKIH KARAKTERISTIKA DRVETA

Drvo je bilo prvi materijal koje se koristilo za podgrađivanje podzemnih rudarskih prostorija u cilju

sprečavanja njihovog zarušavanja.

Drvo je i danas jedan od značajnijih rudarskih podgradnih materijala, mada ga u poslednje vreme

zamenjuju savremeniji konstruktivni materijali (čelici, betoni, plastični materijali i dr.).

DOBRE OSOBINE DRVETA:

•dobre mehaničke karakteristike pri srazmerno maloj zapreminskoj masi,

•niska toplotna provodljivost,

• laka obrada,

•dobra otpornost prema mrazu,

•zadovoljavajuća otpornost prema agresivnim hemijskim supstancama i dr.

NEDOSTACI:

•nehomogenost građe,

•anizotropnost svojstava,

•higroskopnost,

•laka zapaljivost,

•mala trajnost,

•sklonost ka truljenju i dr.

Osobine drveta zavise od:

vrste drveta,

uslova rasta,

starosti,

načina skladištenja i dr. Ovi činioci naročito utiču na:

čvrstoću,

elastičnost,

trajnost i

sklonost ka truljenju.

Osobine drveta

Ispitivanje drveta

Ispitivanje drveta ima za cilj određivanje njegovih strukturnih i fizičko-mehaničkih osobina na

osnovu kojih se vrši izbor drveta kao konstruktivnog materijala.

Standardi Osobine - svojstvaIspitivanje

drveta, SRPS

ME

HA

NIČ

KE

OS

OB

INE

Pritisna

čvrstoća

Uzduž vlakana D.Al.045

Popreko na vlakna D.A1.051

Zatezna

čvrstoća

Uzduž vlakana D.A1.048

Popreko na vlakna D.A1.052

Upravno na površinu

Savojna čvrstoća D.A1.046

Smicajna čvrstoća D.AI.O53

Čvrstoća cepanja D.A1.055

Specifični rad lomom D.A1.047

Otpornost prema probijanju

Savitljivost

Tvrdoća po Janku D.A1.054

Otpornost prema

izvlačenju

eksera D.A1.056

vijaka D.A1.057

Zbog specifičnih radnih uslova u rudarstvu, kao što su: velika vlažnost, povišena temperatura,

nedostatak svetlosti itd. drvo je izloženo daleko bržem propadanju (truljenju) u podzemnim

rudarskim prostorijama. Imajući ovo u vidu treba posvetiti veliku pažnju izboru vrste drveta.

Makroskopsko ispitivanje strukture

drveta

• Potrebno je na uzorku drveta napraviti tri karakteristična

preseka: poprečni (upravno na drvna vlakna), radijalni

(uzdužni) i tangencijalni.

• Na poprečnom preseku lako se uočavaju sledeći

strukturni elementi: kora, drvna masa i srž (srce).

• Drvna masa – najznačajniji element poprečnog preseka.

Sastoji se od prstenova (godova) koji predstavljaju

godišnje priraštaje drvne mase. Unutrašnji, zbijeniji

(kompaktniji) uglavnom tamniji prstenovi, poznati su kao

srčevina (srčka). Periferni, manje zbijeniji i obično svetliji

prstenovi, poznati su kao beljikovina (beljika). Srčevina

uvek ima bolje mehaničke karakteristike od beljike.

Struktura drveta

Makroskopsko ispitivanje strukture drveta

Karakteristični preseci drveta: I)poprečni; II)radijalni; III)tangencijalni;

a)poprečni presek: 1)kora; 2)lika; 3)kambijum; 4)sržni zraci

Makroskopsko ispitivanje strukture

drveta

• Kora drveta – zaštitni omotač drveta. Sastoji se od:

– spoljašnje kore, debljine 2 – 35 mm zavisno od vrste drveta

– like – sloj kroz koji prolaze prerađeni biljni sokovi

– kambijum – sloj koji obmotava beljiku. Sastoji se od ćelija koje

svake godine stvaraju novi prsten – god.

• Srž (srce) – centralni deo poprečnog preseka drveta

prečnika nekoliko milimetara. Odlikuje se zatvorenijom

bojom i manjom tvrdoćom u odnosu na godove unutar

drvne mase.

– Sržni zraci – pruge koje se pružaju od srži stabla sve do like

Šematski prikaz mikrostrukture drveta: a)lišćara-hrasta; b)četinara-bora

Mikroskopska struktura drveta

Mikroskopska struktura drveta

• Daleko potpunije upoznavanje strukture

• Biološki mikroskop – posebna tehnika za

pripremanje preparata od drveta (u vidu

emulzija, malih dimenzija)

• Osnovni element mikrostrukture drveta je živa

ćelija koja se sastoji od: ćelijske opne,

protoplazme, jezgra i ćelijskog soka.

• Ćelije drveta mogu da budu vrlo različitog oblika

(traheje, traheide, parenhimska i sklerenhimska

vlakanca), ali osnovnu masu sačinjavaju ćelije ili

grupe ćelija u formi vlakanaca (vlakana) i ćelije u

vidu cevčica (sudova).

Mehanička ispitivanja drveta

• Ispituju se: pritisna čvrstoća, savojna čvrstoća, zatezna

čvrstoća, žilavost, tvrdoća i cepljivost

• Mehaničke osobine drveta zavise od: vrste drveta,

homogenosti, sadržaja vlage i ostalih činilaca.

• Mehanička ispitivanja drveta se vrše na univerzalnoj

hidrauličnoj mašini.

• Mehanička naprezanja drveta se mogu jasno uočiti na

elementima drvenog podgradnog okvira (opterećenja na

gredu slemenjaču - savijanje i na stupce – kombinovano

naprezanje na pritisak i savijanje).

Univerzalna mašina za

ispitivanje drveta

Drveni podgradni okvir: 1) stupci; 2) greda slemenjača

Opterećenje

na savijanje,

pritisak,

cepljivost,

izvijanje,

kombinovano

pritisak i

savijanje i

dodatno bočni

i podni pritisak

Mehanička ispitivanja drveta

Ispitivanje pritisne čvrstoće

• Određuje se iz odnosa maksimalne pritisne sile i

površine prvobitnog poprečnog preseka epruvete:

gde je:

𝐹𝑐𝑚 - maksimalna pritisna sila, N

𝑆0 – prvobitna površina poprečnog preseka, 𝑚𝑚2

• Pritisna čvrstoća se određuje paralelno i upravno na

drvna vlakna.

MPaS

Fm

m

c

c

0

Pritisna čvrstoća upravno na pravac pružanja vlakana

• Zasniva se na određivanju granice proporcionalnosti pri

dejstvu opterećenja po celoj površini epruvete. Napon na

granici proporcionalnosti predstavlja uobičajenu graničnu

čvrstoću drveta.

• Za ovu vrstu ispitivanja koriste se epruvete dimenzija:

– 20x20x60 mm – male epruvete

– 50x50x150 mm – velike epruvete

• Epruvete se isecaju u pravcu drvnih vlakana. Stranice

moraju biti upravne jedna na drugu, površine glatke i

ravne a ivice oštre i neoštećene.

Ispitivanje pritisne čvrstoće upravno na drvna vlakna:

1) epruveta; 2)pritiskivač

Granica proporcionalnosti se postiže:Male epruvete – sabijanjem za 1 mm

Velike epruvete – sabijanjem za 2,5 mm

Pritisna čvrstoća upravno na pravac pružanja vlakana

• Pritisna čvrstoća upravno na drvna vlakna, kod

proizvoljne vlažnosti u momentu ispitivanja data je

obrascem:

gde je:

𝐹𝑐𝑤 - sila opterećenja koja odgovara granici proporcionalnosti, N

𝑎 i 𝑏 – širina i dužina čelične pločice koja naleže na epruvetu, mm

• Pritisna čvrstoća upravno na drvna vlakna svodi se na

standardnu vlažnost od 12% preko izraza:

gde je:

c - korekcioni faktor za vlažnost, c=0,04

w - vlažnost drveta koja se određuje prema standardu SRPS

MPaba

Fw

w

c

c

MPawcwcc 121

12

Pritisna čvrstoća u pravcu pružanja vlakana

• Dobija se iz odnosa maksimalne pritisne sile,

neposredno pre nastupanja loma, po jedinici površine

prvobitnog poprečnog preseka epruvete.

• Za ovo ispitivanje koriste se dve vrste epruveta:

– 20x20x40 mm – male epruvete

– 50x50x100 mm – velike epruvete

Ispitivanje pritisne čvrstoće u pravcu pružanja vlakana

Pritisna čvrstoća u pravcu pružanja vlakana

• Pritisna čvrstoća u pravcu pružanja vlakana, pri

proizvoljnoj vlažnosti data je izrazom:

gde je:

𝐹𝑐𝑚 - maksimalna sila deformacije, N

𝑆0 – prvobitna površina poprečnog preseka epruvete, 𝑚𝑚2

• Pritisna čvrstoća pri standardnoj vlažnosti od 12% data

je izrazom:

MPaS

Fm

w

c

c

0

MPawwcc 1204,01

12

Ispitivanje savojne čvrstoće

• Savojna čvrstoća je jedna od najvažnijih mehaničkih

karakteristika drveta.

• Za određivanje savojne čvrstoće koriste se prizmatične

epruvete dimenzija:

– 20x20x320 mm – male epruvete

– 50x50x800 mm – velike epruvete

• Postupak ispitivanja se zasniva na određivanju

maksimalnog statičkog opterećenja koje izaziva lom

epruvete – određivanje statičke savojne čvrstoće.

Ispitivanje savojne čvrstoće

Ispitivanje savojne čvrstoće na malim epruvetama

Ispitivanje savojne čvrstoće na velikim epruvetama

Ispitivanje savojne čvrstoće

• Statička savojna čvrstoća, za proizvoljnu vlažnost u

momentu ispitivanja, računa se po obrascu:

gde je:

𝐹𝑓𝑚 – maksimalno statičko opterećenje pri lomu, N

L – razmak između oslonaca, mm

b – širina epruvete, mm

H – visina poprečnog preseka epruvete, mm

• Statička savojna čvrstoća za standardnu vlažnost od

12% izračunava se preko obrasca:

gde je:

α – korekcioni faktor za vlažnost koji iznosi 0,02

w – vlažnost epruvete u momentu ispitivanja

MPahb

LFm

w

f

f 22

3

MPawwff 121

12

Određivanje savojne čvrstoće pri udaru

• Univerzalna mašina koja ima udarno klatno (dinamička

sila izaziva lom epruvete).

gde je:

𝜎𝑓𝑑𝑖𝑛 - dinamička čvrstoća (žilavost) drveta

W0 - utrošeni rad na lom epruvete, J

b i h - dimenzije poprečnog preseka epruvete u radijalnom i

tangencijalnom pravcu, mm.

20x20x320mm

2

01000

mm

kJ

hb

Wk

dinf

Određivanje čvrstoće pri zatezanjuZatezna čvrstoća u pravcu pružanja vlakana

Epruvete zα ispitivanje zatezne čvrstoće u pravcu pružanja vlakana

MPaS

Fm

II

c

c

0

Određivanje čvrstoće pri zatezanju

Zatezna čvrstoća upravno na pravac pružanja vlakana

(cepljivost)

gde je:

𝐹𝑒𝑚 - maksimalna prekidna sila, N

𝑆0 – prvobitna površina poprečnog preseka epruvete, 𝑚𝑚2

Standardna epruveta po SRPS-u za ispitivanje zatezne čvrstoće drveta

MPaS

Fme

e

0

Epruveta koja nije po SRPS-u

Određivanje statičke tvrdoće drveta

Određivanje statičke tvrdoće postupkom po JANK – u

• F – veličina sile utiskivanja polulopte do određene dubine, N

• S – površina otiska, A=1𝑚𝑚2

• 𝛼 – korekcioni faktor za vlažnost

• w – vlažnost epruvete u momentu ispitivanja

čelična polukugla

prečnika 11,284±0,01mm

50x50mm i dužine najmanje 50mm

S=1cm2

NFS

FH

WJ

NwHHWJJ 121

12

Za proizvoljnu vlažnost:

Za standardnu vlažnost od 12%:

Određivanje statičke tvrdoće drveta

Određivanje statičke tvrdoće postupkom po Brinelu

gde je

– F - sila utiskivanja, N

– D - prečnik kuglice, D = 10mm

– d - prečnik otiska kalote, d = D = 10mm.

50x50x50mm

2222

22

mm

N

D

F

dDDD

FHBD

Dopušteni naponi za drvo

Napon

Vrsta drveta

Jelovina

SmrekovinaBorovina

Hrastovina

Bukovina

I II III I II III I II III

MPa

Pritisak paralelno

vlaknima, dop c

11 9 6,5 12 9,5 7 14 10 8

Pritisak upravno na

drvna vlakna, dop

c

1,5 1,5 1,2 2 2 1,5 3 3 2,5

Zatezanje paralelno

vlaknima, dop e

11,5 9 4 12,5 9,5 4,5 14,5 10 5

Savijanje (ivični

napon), dop f

12,5 10 7,5 13 11 8 16 12,5 9,5

Smicanje paralelno

vlaknima, dop 1,2 1 0,8 1,2 1 0,8 1,5 1,2 1

Smicanje upravno

na vlakna, dop 3,5 3 2,5 3,5 3 2,5 4 3,5 3