Listnáče mohou nahradit jehličnany pro výrobu lepeného lamelového dřeva

V souvislosti s projektem Tyčové prvky skeletu dřevostavby s využitím tvrdého dřeva, finančně podpořeného Technologickou agenturou ČR, byla rozvíjena vzájemná spolupráce MATRIX, divize Wood, Lesnické a dřevařské fakulty Mendelovy univerzity v Brně a Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně. Cílem bylo pomocí experimentálních mechanických analýz stanovit klíčové materiálové charakteristiky vybraných druhů listnatých dřev, vytvoření numerických modelů lepeného lamelového dřeva (BSH) s různou druhovou skladbou lamel a ověření mechanické odezvy zkušebních těles v reálných dimenzích.

Pro naplnění ambiciózních cílů projektu se spojily týmy mladých výzkumníků Ústavu nauky o dřevě a dřevařských technologií LDF MENDELU pod vedením Ing. Pavly Mocové, Ph.D. Jejich úkolem bylo stanovit elastické materiálové koeficienty vybraných listnáčů a posoudit jejich slepitelnost 1K-PUR lepidly. Další mladí vědci pod vedením prof. Marcely Karmazínové z Ústavu kovových a dřevných konstrukcí FAST VUT provedli sestavení numerických modelů, následné simulace a ověření mechanické odezvy reálných zkušebních těles.

Smyslem bylo posoudit použitelnost břízy, topolu, buku v kombinaci se smrkem, borovicí a modřínem pro výrobu materiálově kombinovaného BSH. Z mechanického hlediska jsou nejvíce namáhány povrchové lamely BSH, kvůli tomu byly dřeviny s vyšší objemovou hmotností uvažovány pro jejich zhotovení. Vzhledem k počtu vybraných dřevin a možným rozměrům BSH by bylo ověření optimální sklady vrstveného prvku experimentálně materiálově i časově náročné. Proto byl pro posouzení variant zvolen numerický přístup. Ten představuje vytvoření numerické, konečně- prvkové simulace využívající reálný elastický materiálový model stanovené testováním malých zkušebních těles bez vad získaných z radiálního řeziva vyrobených společností MATRIX.

Plně ortotropní materiálový model pro jednotlivé dřeviny byl sestaven na základě zkoušek osovými a momentovými zátěžovými stavy respektujícími jednotlivé anatomické roviny dřeva. Pro stanovení koeficientů příčné deformace (Poissonovy konstanty) byla během zkoušek použita nedestruktivní metoda korelace digitálního obrazu, která umožňuje vizualizaci deformačního pole na zkoušeném tělese. Po získaní materiálových modelů byl vytvořen parametrický konečně prvkový model statické zkoušky čtyřbodým ohybem v prostředí software ANSYS 19.1, v kterém proměnným parametrem byly průřez a délka (dimenze) BSH prvku, uspořádání zkoušky a druh lamel ve skladbě prvku. Výsledkem numerických analýz byly navržené skladby nosníků, které vyhoví požadovanému rozpětí a zatížení.

Uplatnění alternativních dřevin pro výrobu BSH prvků závisí i na kvalitě provedení lepených spojů. Současné průmyslově používané lepidlové systémy jsou přizpůsobeny lepení smrkové suroviny. Součástí projektu byla proto i studie posouzení kvality lepených spojů vybraných druhů dřevin a jejich vzájemných kombinací pomocí jedno-komponentního PUR lepidla provedená tahovou smykovou zkouškou lepeného spoje podle ČSN EN 302-1 (2013). Z výsledků zkoušek je zřejmé, že PUR lepidlo je schopné vytvářet spoje s požadovanou kvalitou u všech dřevin kromě buku a modřínu. V případě těchto těžko slepitelných dřevin je, před vlastním nanesením lepidla, nutné provést ošetření povrchu pomocí přípravku zvyšující adhezi lepidla k povrchu lamely.