Spojování různých druhů dřeva: Všeobecné informace

Dřevo se dělí z mnoha hledisek. Z pohledu spojování jednotlivých konstrukčních dílů nás bude zajímat zejména tvrdost, rozměrová stabilita a obsah organických látek.

Podle tvrdosti dřeva dělíme dřeviny do čtyř kategorií:

• měkké – např. smrk, jedle, borovice, modřín, lípa
• středně tvrdé – např. jasan, dub, jilm, ořech
• tvrdé – např. akát, buk, habr, tis, javor
• velmi tvrdé - např. eben, guajak a jiné exotické dřeviny

Všeobecně se dá konstatovat, že čím je dřevo měkčí, tím snadněji podléhá hnilobě. Rozměrová stabilita dřeva, tedy změna rozměrů profilu vlivem bobtnání a sesychání dřeva se pohybuje v rozpětí od 1 do 6,8 %. Čím vyšší je hodnota bobtnání a sesychání dřeva a čím vyšší je tvrdost dřeva, tím jsou vyšší nároky na spoj, a tedy spojovací materiál.

Další hledisko, které musíme zvážit, je obsah organických látek, zejména tříslovin. U exotických dřevin může podíl organických látek dosáhnout až 15 % ze složení dřeva. Majitele a uživatele dřevěné konstrukce budou dále zajímat i jiné vlastnosti, např. trvanlivost nebo náchylnost k vytváření třísek. O všech vlastnostech konkrétního dřeva je nutné se informovat u svého prodejce dřeva. Vlastnosti stejného druhu dřeva se totiž mohou lišit i podle jeho regionálního původu.

Druhy dřevin a jejich vlastnosti

Mechanické namáhání vrutů

Spoj vytvořený za pomoci vrutu musí zajistit bezpečné a dlouhodobé spojení spojovaných dílů. Že se to občas nepodaří, jsme asi každý už někde viděli, třeba utržená prkna na terase nebo upadlé plaňky na plotech. Proč se to ale stalo? Samozřejmě, že spoj mohl selhat v důsledku špatné kvality vrutů nebo zvolením vrutů zpravidla levných, s nižšími hodnotami únosnosti. Ale co když byl použit kvalitní spojovací materiál?

Příčina selhání spoje byla zapříčiněna vystavením vrutů vyššímu namáhání, než kterému jsou schopny odolat. A kde se toto namáhání vzalo? Všechny dřeviny, jsou-li vystaveny namáhání vlhkostí (déšť, vodní páry) bobtnají a sesychají, tedy mění svůj objem a tím i rozměry. To v praxi znamená, že pokud má dřevina výsledné procento změny rozměru v příčném směru vlivem vlhkosti 5 %, pak např. terasová palubka o šířce 140 mm změní svoji šířku o 7 mm. To je základ problému, který je tím větší, čím vyšší je tvrdost dřeviny, ze které je palubka vyrobena.

Terasová palubka šířky 140 mm z tvrdého dřeva musí být připojena dvěma vruty v její šířce. A je-li připojena napřímo (na tvrdo) ke spodní konstrukci, dojde s největší pravděpodobností k ulomení (ustřižení) vrutů. To je způsobeno tím, že se tato palubka roztahuje nebo smršťuje až o 3,5 mm od svého středu a vruty nemají prostor pro pohyb a současně se nemohou z důvodu vysoké hustoty dřeva do něj vtlačit jako u měkkého dřeva. Dřevo tak působí na vrut jako nůžky a vystavují jej vysokému namáhání na smyk (obr. 1). 

A i přes to, že vruty splňují stanovené minimální hodnoty pro mechanické namáhání, nejsou schopny toto namáhání přenést. Je nutné si uvědomit, že roztažení nebo smrštění palubky o 3,5 mm na polovině její šířky odpovídá přibližně vnitřnímu průměru vrutu v závitu (u vrutů o průměru 5 mm přes závit). Připojením palubky jedním vrutem uprostřed šířky se sice dá vyhnout namáhání na střih, ale přináší to jiný problém. Palubka se může nekontrolovaně kroutit, prohýbat do misky (obr. 2).

Riziko stříhání vrutů se výrazně sníží při použití distančních dílů, které vytváří mezeru mezi spodní konstrukcí a palubkami. V této mezeře mají vruty možnost se ohýbat a lépe tak odolávat namáhání, které do nich přenáší roztahující se nebo smršťující se palubky (obr. 3). Navíc tyto distanční díly přispívají i k ochraně dřeva. Mezera mezi nosníkem a palubkou zajišťuje rychlý odvod vody a urychluje celkové vyschnutí spoje a výrazně tak zpomalí proces degradace dřeva.

Také geometrie hlavy vrutu hraje svoji roli. Použití vrutu s klasickou geometrií hlavy může přispět k selhání spoje, i když v těchto případech bývá toto selhání podpořeno buď poddimenzováním vrutu, nebo použitím vrutů s nižšími hodnotami únosnosti. Tím, že dřevo nabobtná, vyvozuje přes plochu hlavy osové namáhání, dřík je tak namáhán tahem a je-li toto namáhání příliš vysoké, dojde k přetržení vrutu.

Proto je vhodnější použít vruty se speciální geometrií hlavy, kdy např. může dojít k částečnému vtažení hlavičky do dřeva a na dřík vrutu nepůsobí tak velké namáhání. Pro takovéto spoje jsou zcela nevhodné vruty, u nichž je při výrobě požadována vysoká povrchová tvrdost (např. vrtací vruty do kovu) nebo vruty, které nemají ve výrobě stanovený požadavek na horní hranici povrchové tvrdosti a dodávají se tak v neznámé kvalitě – jedná se o naprostou většinu neznačkových vrutů. Vysoká povrchová tvrdost zapříčiní, že vruty jsou křehké, nemají tedy potřebnou elasticitu.

Základem pro dlouhodobé fungování spoje je tedy spojovací materiál s garantovanými vysokými hodnotami mechanických vlastností, výběr správné geometrie vrutu a zvolení správného průměru a délky.

Chemické namáhání vrutů

Ve zhotoveném spoji působí na vruty také chemické namáhání vyplývající z okolního prostředí (interiér, exteriér) a chemických vlastností dřeva. Pokud není vrut schopen odolávat tomuto chemickému namáhání, dochází ke korozi vrutu, která se v první fázi projeví estetickými vadami, např. začernáním dřeva v okolí vrutu a později vlastní korozí vrutu, která v průběhu času povede k selhání spoje. Proto je velmi důležitý výběr materiálu, ze kterého je vrut vyroben.

Vliv okolního prostředí Prostředí (interiér, exteriér), ve kterém se spoje nachází, klade na vruty různé nároky, zejména z pohledu vlhkosti. Prostředí, ve kterém se spoj nachází, definuje norma ČSN EN 1995-1-1, která dělí prostředí do tří tříd provozu:

• Třída provozu 1 je charakterizována vlhkostí materiálů odpovídající teplotě 20 °C a relativní vlhkosti okolního vzduchu přesahující 65 % pouze po několik týdnů v roce. V této třídě provozu nepřesahuje průměrná vlhkost u většiny dřeva jehličnatých dřevin 12 % (jedná se převážně o obývané interiéry).
• Třída provozu 2 je charakterizována vlhkostí materiálů odpovídající teplotě 20 °C a relativní vlhkosti okolního vzduchu přesahující 85 % pouze po několik týdnů v roce. V této třídě provozu nepřesahuje průměrná vlhkost u většiny dřeva jehličnatých dřevin 20 % (dřevěné prvky jsou chráněny před přímým působením povětrnostních vlivů).
• Třída provozu 3 je charakterizována klimatickými podmínkami vedoucími k vyšší vlhkosti než ve třídě provozu 2 (dřevěné prvky jsou zcela vystaveny působení povětrnosti). Tato třída provozu dřevěných konstrukcí je nejnáročnější z hlediska korozní odolnosti spojovacího materiálu.

Podle třídy provozu se dá tedy očekávat, jaká vlhkost může na vruty působit, ať už v podobě kondenzátu nebo srážkové vody. 

Vruty RAPI-TEC® mají vždy v technických informacích uvedeny třídy provozu, ve kterých budou dlouhodobě fungovat.

Vliv dřeva

Dřevo obsahuje od 1 do 15 % organických látek. Vyšší podíl určitých organických látek ve dřevě vede k jeho vyšší odolnosti a to je činí zajímavější pro použití v exteriéru např. na fasády nebo terasy. Ale právě tyto látky (např. třísloviny) mohou vést při špatné volbě materiálu vrutu k následným problémům.

Vlivem kondenzace vlhkosti nebo srážkové vody vzniká okolo vrutu vyluhováním tříslovin ze dřeva agresivní prostředí, kterému musí vrut dlouhodobě odolávat. A není-li vrut schopen odolávat tomuto chemickému namáhání, začne korodovat a zabarvovat dřevo v jeho okolí. Na počátku se jedná jen o estetickou vadu spoje, ale pokračuje-li chemické namáhání nevhodně zvoleného vrutu dále, může dojít k celkovému selhání spoje a tím ke zborcení konstrukce.

Dodatečně působící vlivy

Na vrut však nemusí působit jen základní prostředí a chemické vlastnosti vlastního dřeva, ale mohou spolupůsobit i specifické vlastnosti blízkého okolí, vyvolané např. přítomností bazénu, sauny, výskytu posypové soli, vysoké koncentrace výfukových zplodin (silniční tunely) atd. Proto je potřeba při výběru vhodného spojovacího materiálu zohledňovat i tyto faktory.

Např. odpařování chloru z chlorované vody v uzavřeném plaveckém bazénu vede k tvorbě vrstvy chloridů na kovových dílech. V případě, že tyto kovové díly nejsou pravidelně čištěny, vede výskyt chloridů na povrchu standardních nerezových ocelích ke vzniku důlkové koroze.

Zde můžeme zjednodušeně říci, že v případě, kdy je konstrukce čištěna, tedy pravidelně omývána čistou vodou, může být použit spojovací materiál z nerezu A4 a v případě, že konstrukce není pravidelně čištěna, musí být použit spojovací materiál typu HCR. V případě nosné konstrukce, která není pravidelně čištěna vodou, tak u bazénů s vodou se standardním obahem chloru (méně než 250 mg/l)  je potřeba použít vruty z HCR oceli jakosti minimálně 1.4539. Pro vodu s vyšším obsahem chloru je nutné použít ještě odolnější HCR oceli např. jakosti 1.4529.

Výběr materiálu vrutů při atmosférické expozici