Tvrdoća drva

Najvažnija među mehaničkim osobinama drva koje su važne za uporabu neke vrste drva za podnu oblogu je upravo njegova tvrdoća (engl. hardness, njem. Härte, franc. dureté). Zbog tijesne povezanosti s otpornošću na habanje, tvrdoća je i pokazatelj uporabe drvene podne obloge (za opterećenije i frekventnije prostore ili za one intimnije, poput spavaćih soba).

k20-40-s1-230.jpgSlika 1: Usporedba mjerenja tvrdoće drva po Brinellu i po Janki

Tvrdoća znači otpornost drva na utiskivanje drugog, tvrđeg materijala. Tako je snažno povezana s otpornošću na njegu, pucanje i druga oštećenja površine. Radi velike raznolikosti materijala, u znanosti se za materijale (u strojarstvu, metalurgiji, građevinarstvu, geologiji, drvnoj industriji…) rabe različite ljestvice tvrdoće te mjerne i ispitne metode (tabela 1).

k20-40-tab-300.jpgTabela 1: Najčešće metode određivanja tvrdoće, kratice i značenja

Za utvrđivanje tvrdoće drva koristi se Brinellova metoda i ponešto modificirana metoda, nazvana po autoru Janki (slika 1). Zbog anatomskih posebnosti, podrobno i točno utvrđivanje tvrdoće drva dosta je upitno pa se zato često puta prikazuju relativne vrijednosti (slika i tabela 2).

k20-40-s2-250.jpgSlika 2: Raspon tvrdoće po Brinellu za neke naše bjelogorične vrste drva

U stručnu literaturu unose se različite metode određivanja i velika kolebanja u navedenim svojstvima drva; još više se to događa na slobodno objavljivanim internetskim stranicama, što izaziva nemalu pomutnju. Zato je pri predstavljanju podataka nužno navesti i metode, a i uvjete ispitivanja, a kod drva još posebno i one čimbenike koji bitno utječu na rezultate mjerenja. Kod drva se mora svakako poštovati i kod objave rezultata navesti i smjer opterećivanja te gustoća i vlažnost drva. Na tvrdoću utječu još i smjer pružanja vlakana, brzina, način i trajanje opterećenja, temperatura te abnomalnosti rasta (kvrge, otkloni vlakana – spiralni, dijagonalni smjer, reakcijsko drvo, smolasti i lateksni kanali, anomalije u njegovu rastu i raspukline). Zbog korektne usporedbe izvode se mjerenja na takozvanim čistim i orijentiranim uzorcima, bez nekih izraženih posebnosti u rastu.

k20-40-tab2-300.jpgTabela 2: Mjerila za ocjenu tvrdoće

Među mehaničkim svojstvima upravo tvrdoća iskazuje vrlo tijesnu korelaciju kako sa gustoćom drva, tako i sa njegovom vlažnošću. Naravno, utjecaj vlažnosti je izrazit u higroskopskom području, jer tu veći ili manji udio slobodne vode nema utjecaja. Na tom se načelu temelji i metoda određivanja točke zasićenosti staničnih stijenki.

Zbog anizotropne građe drva, kod njega se tvrdoća određuje u svim osnovnim anatomskim smjerovima. Za drvene podne obloge nije relevantna tvrdoća mjerena usporedno sa vlaknima (HB||). Naročito se kod igličarki i vjenčastoporozne bjelogorice tvrdoća mora određivati na radijalnim površinama (HB^), jer velike razlike u gustoći ranog i kasnog drva na tangencijalnoj površini snažno povećavaju varijabilnost izmjerenih vrijednosti. Korektnim navođenjem tvrdoće mora se navesti i brzina opterećivanja. Radi visoke elastičnosti drva pojavljuju se i velika odstupanja, koja posebno utječu na ispitivanja vršena na vlažnom drvu, gdje su više izražene njegove viskozne osobine.

Za ispitivanje tvrdoće drva i drvenih podnih obloga služi standardizirana Brinellova metoda (EN 1534 – Determination of resistance to indentation /Brinell/ – Test method). Metoda se temelji na mjerenju promjera traga utisnute kuglice na površini drvenog ispitnog komada. Pritom se koristi kuglica od kaljenog čelika ili karbidne tvrdoće, promjera od 10 milimetara (± 0,01 milimetra) (slika 3). Utiskivanje kuglice u površinu drva mora biti ravnomjerno, tako da se opterećenje od 1 kN postiže u 15 sekundi (± 2 sekunde). Opterećenje se zadržava još 25 sekundi (± 5 sekundi), a zatim se smanjuje tijekom 15 sekundi. Kuglicu ćemo izderati nakon 3 minute. Promjer otiska odnosno traga kuglice mjerimo usporedno i pravokutno na vlakna (uz točnost od 0,2 milimetra) te prilikom izračuna poštujemo prosječnu vrijednost (slika 4).

k20-40-formula-150.jpg

k20-40-s3-230.jpgpri čemu je:
HB      tvrdoća po Brinellu, izražena u Pa odnosno MPa
F          normalna sila izražena u N (najčešće 1 kN)
D         promjer kuglice u m
d          prosječni promjer utisnutog traga u m

Slika 3: Shema određivanja tvrdoće po Brinellu

k20-40-s4-230.jpgSlika 4: Otisak kuglice na mekšoj smrekovini je manji nego na tvrđoj bukovini (promjer mjerimo uzdužno i poprečno na smjer protezanja vlakana).

Velike razlike u gustoći među pojedinim vrstama drva nalažu i uporabu djelomično izmijenjenih standardnih metoda, i to uporabom kuglica različitih promjera ili opterećivanja manjim silama.

U praksi često slijedimo vrijednosti koje su približno 10 puta (točno za vrijednost gravitacijskog ubrzanja) niže od izračunatih po gornjoj jednadžbi, navedene u MPa. Te su vrijednosti, naime, izražene jedinicom »sila od 1 kilograma po kvadratnom milimetru«, koju u fizici izbjegavamo. Vrijednosti tvrdoće nakon ispitivanja obično se izražavaju prosječnom vrijednošću i uz 5-postotnu granicu pouzdanosti.

k20-40-s5-230.jpgJanka je 1906. godine za testiranje drva predlagao pomalo modificiranu Brinellovu metodu (slika 5). Njegov se prijedlog temeljio na utvrđivanju sile potrebne da se u drvo utisne kuglica promjera 11,28 milimetara, i to točno do polovice. Otisak ima površinu od 1 kvadratnog centimetra. No, kod vrednovanja tvrdoće po Janka skali moramo biti vrlo oprezni sa uporabom jedinica, jer se u literaturi sila pojavljuje izražena u Newtonima (N ili kN), kilogramima (kilogram-force, kgf) ili čak i u funtama (pound-force, pf).

Slika 5: Otisci utisnutih kuglica na tangencijalnoj i radijalnoj površini kestena (po Brinellu) i smreke (po Janka skali)

izv. prof. dr. Željko Gorišek, dipl. ing. drvne ind.

PODIJELI