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).
Slika 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).
Tabela 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).
Slika 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.
Tabela 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).
pri 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
Slika 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.
Janka 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.
