147

15.1 Et naturlig komposittmaterialeTrevirke er et naturlig, organisk cellematerialesom er bygd opp av celluloseforbindelser, hemi-cellulose, lignin og ekstraktivstoffer. Trecellenesom er bygd opp av lange og meget sterke cellu-losemolekyler, er kittet sammen med lignin til detvi kunne kalle et komposittmateriale. Her utgjørligninet limet, mens trecellene utgjør armeringen.

Fordi trecellene har ulik form og orientering ogvarierer i størrelse og type, har trematerialet ikkepå langt nær samme styrkeegenskaper i fiberret-

ningen som på tvers av den. Trevirket er derforsterkt anisotropt, og i tillegg kommer variasjoner i cellestrukturen som skyldes treets ujevne vekst-hastighet gjennom året (→ fig. 15.1).

15.2 Treets vekstTreet har en karakteristisk vekstrytme, et mønstersom vil gjenta seg hvert år fra den første spiren tildet fullt utvokste treet. Det første året vil spiren

avslutte vekstsesongen ved å danne en ende-knopp og fire til fem sideknopper. Disse knop-pene ligger klare til å starte veksten det påføl-gende år.

Endeknoppen vokser oppover og danner en for-lengelse av trestammen, mens sideknoppene dan-ner grener. Hvert av disse skuddene vil så igjenavslutte veksten ved å danne et endeskudd ognoen sideskudd. Slik fortsetter veksten medstadig nye forgreninger (→ fig. 15.2).

Det vesentlige er at skuddene legger etter seg etlag av celler, kambiet eller vekstlaget, som harevnen til å dele seg. Disse kambialcellene setter avflest celler innover hvor de danner treets vedandel(ca. 80 %), men avgir også de bastcellene treettrenger (ca. 20 %). Det er bare i vekstsesongen,altså i sommerhalvåret, at det blir dannet nyeceller. Resten av året kan oppfattes som en hvile-periode.

Kapittel 15

Tre som byggemateriale

Figur 15.2 Tegningene viser lengde- og tykkelsestilvekst.Figur 15.1 Bildene viser cellestrukturen hos løvtre ogbartre. Til venstre eik – til høyre gran (kilde: STEP).

148

15.3 SnittretningerEn trestamme, gren eller rot har tre snittretninger:tverrsnitt, radialsnitt og tangentialsnitt som detofte blir henvist til i studiet av treets anatomi. Deter viktig å skille disse tre snittretningene fra hver-andre, da de har høyst forskjellige styrkeegen-skaper, krymping og svelling.

15.3.1 TverrsnittetOmtrent i senter av stammen kan vi se margensom en brun, porøs flekk. Margen strekker seg frarot til topp og ut i hver enkelt gren. Ytterst i snit-

tet har vi bark, bast og kambiet. Mellom margenog kambiet (vekstlaget) finner vi den egentligeveden som er lagvis bygget opp av årringene.Denne strukturen er lik hos alle trær som vokserher i landet.

15.3.2 Radialsnitt og tangentialsnittI treets lengde skiller vi mellom radialsnitt og tan-gentialsnitt. Radialsnittet går gjennom margen,mens tangentialsnittet står vinkelrett på radial-snittet. I radialsnittet vil årringene se ut somparallelle striper, mens de i tangentialsnittet oftestvil ta seg ut som pilspisser.

KAPITTEL 15

Figur 15.3 De forskjellige retninger og detaljer vi kan se itrevirket (kilde: Träkunnskap, Saarman).

Figur 15.4 Tverrsnitt, tangentialsnitt og radialsnitt i entrestamme.

15.2.1 ÅrringerAt veksten stopper opp i vinterhalvåret, fører til atdet dannes årringer. Er vekstforholdene gunstige,får vi lange toppskudd og brede årringer sombestår av en lys og en mørk del. Den lyse vårve-den består av tynnveggede celler med store hul-rom. Utenfor ligger den mørkere sommervedensom har tykkveggede celler med små hulrom.

Hos bartrærne er det gjerne vårvedsonene somvarierer mest i bredde med varierende vekstfor-hold. Trevirke med brede årringer vil derfor ha

lav sommervedandel, dårligere styrkeegenskaperog lavere densitet enn trevirke med smaleårringer.

Hos løvtrærne er forholdet annerledes. Forspredtporige løvtrær har varierende årringsbred-de ingen innvirkning på densitet og styrke. Forringporige treslag som eik, ask og alm er det som-mervedsonen som varierer mest i bredde. Raskvekst med brede årringer gir derfor stor andelsommerved med høy densitet og stor styrke.

15.4 MikrostrukturSkal vi studere flere enn de allerede nevnte detal-jer i de ulike snittretningene, må vi benytte lupeeller mikroskop. Hos nåletrær er hver trecelle 3–5mm lang og omtrent 3/100 mm i tverrmål. Detbetyr at for å danne 1 cm3 trevirke trengs detnærmere 1/2 million slike celler. De fleste av demligger i treets lengderetning.

Studerer vi figur 15.5 på neste side som viser skje-matisk hvordan en trecelle er bygget opp, ser viraskt at konstruksjonen er genial. Det dominer-ende S2-laget, med nesten bare langsgåendebunter av mikrofibriller, vil effektivt kunne opptastrekkrefter. Ved trykkbelastning vil fibrillbån-dene i S1- og S3-laget, som begge er orientert merpå tvers av cellen, bidra til å avstive fibrillbuntenei S2-laget. Ser du likheten mellom denne kon-struksjonen og en fiskestang av glassfiber?

149

Utenfor primærlaget (P), mellom hver enkelt tre-celle, finner vi midtlamellen (ML) som består avlignin, og utgjør limstoffet i dette komposittmate-rialet.

Som før nevnt er det andelen av sommerved medtykkveggede celler som bidrar mest til styrken itrevirket. Belaster vi slikt trevirke til brudd, vilbruddene bli lange og seige og med mye opp-splintring. Grunnen er den store styrken cellenehar i forhold til ligninet i midtlamellen, slik at detmellom cellene skjer en glidning som bidrar tilspenningsfordeling. I virke med en stor andel tyn-nveggede celler blir bruddet rett og sprøtt fordicellene her har liten styrke, det oppstår derforingen glidning før de ryker.

15.4.1 Trakeider eller prosenkymceller – dødecellerDe viktigste celletypene hos bartre er trakeidene.Det er døde celler som ligger i treets lengderet-ning, de utgjør omtrent 95 % av tremassens vo-lum. Vårvedtrakeidene har tynn cellevegg, storthulrom og mange porer i celleveggen, all tran-sport av vann oppover i treet foregår gjennomdisse trakeidene. Sommervedtrakeidene har tykkcellevegg, lite hulrom og gir derfor størst bidragtil treets styrke.

15.4.2 Parenkymceller – levende cellerParenkymceller er celler i yteveden som har et lev-

ende innhold. De er tynnveggede og finnes førstog fremst i margstrålene. Dette er flak eller striperav celler som stråler fra margen og ut mot basten.De har som hovedoppgave å transportere vannfra bastlaget og inn til kambiet. Margstrålene harbare én celle i bredden, bortsett fra noen som erutvidet for å gi plass til en harpikskanal. Da marg-strålene går på tvers av de andre cellene, vil dearmere trevirket og gi større kløyvingsmotstandmellom årringene.

15.4.3 Porer i celleveggenFor at det skal kunne transporteres væske fra celle til celle i treet, må det finnes ventiler eller små åpninger i celleveggen. Mellom to levende cellerer det enkle porer. Dette er åpninger i celleveggensom gjør det mulig for byggestoffene å finne veifra celle til celle.

Mellom de døde cellene i treet har vi en spesielltype porer som kalles linseporer (→ fig. 15.7). Deer utformet som en slags ventil med en elastisksperreknapp i midten. Når trykkforholdene i de tonabocellene blir forskjellige, vil knappen mer ellermindre stenge ventilen. Denne stengingen er mereffektiv hos gran enn hos furu, og er en av årsak-ene til at gran ikke lar seg trykkimpregnere.

Mellom levende og døde celler har vi en tredjetype porer. Disse kalles for halvlinseporer og er enkombinasjon av de foregående.

TRE SOM BYGGEMATERIALE

Figur 15.5 Skisse over treets mikrostruktur – sterkt for-større: ML = midtlamell, P = primærvegg. S1, S2 og S3 erlagene i sekundærveggen, L = cellelumen (kilde: STEP).

Figur 15.6 Forskjellige typer av celler som opptrer i tre-strukturen: a = furu vårved, b = furu sommerved, c = granvårved, d og e = margstråletrakeider, gran respektivefuru, f og g = parenkym, gran respektive furu.

150

15.4.4 TransportbanerAll transport av ferdige byggestoffer som er dan-net i kronen, foregår gjennom levende celler ibastlaget, altså utenfor kambiet. Dersom dettelaget ødelegges, vil ikke roten få tilgang på bygge-stoffer, og treet dør. Foruten denne transportopp-gaven skal basten og barken beskytte det ømfint-lige vekstlaget både mot mekaniske skader ogmot for store temperatursvingninger.

15.5 Kjerneved og ytevedNoe av vannet som suges opp fra jorden, går medtil produksjon av byggestoffer i kronen, men detmeste fordamper gjennom bladverket. Hos mangetreslag vil cellene i de eldste, indre delene av treetbli satt ut av funksjon, fordi behovet for vann-transport til kronen er begrenset. Disse cellene vilikke lenger inneholde vann, men istedet være fyltmed luft; de kalles kjerneved. Hos noen treslag vildet samtidig dannes såkalte kjernestoffer sombidrar til å øke holdbarheten. Men det er også de eneste forandringene som skjer med disse cellene.

Den ytre delen av stammen som er aktivt med ivanntransporten, kaller vi yteved eller splintved.Fordi luftfylte celler er lettere enn vannfylte, vilyteveden i ferskt trevirke være vesentlig tyngreenn kjerneveden. Ferske toppstokker gir foreksempel høyere transportvekt enn ferske rot-stokker. At vanninnholdet er forskjellig i kjerne-ved og yteved har også stor betydning når trelas-ten skal tørkes.

KAPITTEL 15

Figur 15.10 Væsketransport i treet.

Figur 15.9 Skjematisk fremstill-ing av linsepore med vulst, torusog poremembran (margo).

Figur 15.7 Linseporens plasering mellomto trakeider. a = tverrsnitt av en trakeide,b = tilgrensende cellevegger.

Figur 15.8 Forenklet skisse aven linsepore i åpen og lukkettilstand.

151

15.6 KvistEn kvist er den delen av grenen som befinner segi stammens trevirke. Den har sitt utspring i ensideknopp fra toppskuddet og går derfor alltidhelt inn til margen. Hver årring som danner segpå trestammen, vil også omfatte hele kvisten slikat forbindelsen blir fullstendig. En frisk kvist harderfor ikke så lett for å løsne fra stammen.

Cellene i kvistveden går omtrent på tvers av treetslengderetning. Fordi fiberretningen har storbetydning for trevirkets fasthet, vil en kvist derforbidra sterkt til å redusere fastheten. Kvisten harlangt tettere årringer enn stammen, og vil derforbli mørkere og betydelig hardere. Hos gran kankvistens densitet være opp til det dobbelte avstammens.

En planke eller et bord har fire sider: margsiden,ytesiden og to kantsider. I hver av disse sidene vilkvisten opptre på forskjellig måte, og dermedogså ha forskjellig innvirkning på trevirketsstyrke.

15.6.1 Når kvisten dørEn kvist dør hvis grenen mister bladene eller blirbrukket av. Det kan skje hvis bladene på kvistenfår for lite lys, slik at produksjonen av byggestof-fer opphører. Når dannelsen av nye celler i grenenstopper opp, vil det ikke lenger bli noen direkteforbindelse mellom stammen og kvisten. Så lengetreet lever, fortsetter imidlertid stammen å leggepå seg nye årringer, dermed vil kvistresten etterhvert bli overvokst og forsvinne inn i virket. Dendelen av kvisten som satt utenfor stammen da dendøde, vil danne det vi kaller en svartkvist ellerløskvist. Den er ikke sammenvokst med stammenog inneholder ofte bark.

TRE SOM BYGGEMATERIALE

Figur 15.11 Kvistens innvirkning på vedstrukturen.Vi serat kvistveden går omtrent på tvers av lengderetningen.

Figur 15.12 Tett skog gir lite lys, lite kvist ogliten avsmalning.

Figur 15.13 Glissen skog gir mye lys, mye kvist og stor avsmalning.

15.6.2 Tidlig, naturlig oppkvisting er en fordelI tett skog der det slipper lite lys ned til skogbun-nen, vil trærne forholdsvis tidlig miste kvistene påden nedre delen av stammen (→ fig. 15.12). Derforvil det i stammens kjerne ofte være småkvist somvi ikke finner i de ytre delene.

Skjer en slik naturlig oppkvisting og overvoksingtidlig i treets liv, blir kvisten liten og får mindrebetydning for trevirkets fasthet. Fordi kravet tillys er større hos furu enn hos gran, får furu van-ligvis en lengre kvistfri stamme.

I glissen skog med god tilgang på lys helt ned tilskogbunnen, vil kvistene sitte på stammen helt tiltrærne hugges (→ fig. 15.13).

15.7 VreMed vre mener vi større eller mindre grader avtverrved som ofte oppstår ved toppbrudd eller iforbindelse med store kvister. En vre er en alvorligfiberforstyrrelse som fører til betydelig svekkelseav trevirket. I sorteringsreglene er derfor vredefinert som et eget sorteringskriterium.

15.8 UngdomsvedUngdomsveden utgjør de første 5–20 årringene avstammens tverrsnitt. Denne veden har andreegenskaper enn den modne veden som liggerlenger ut i stammen. Typisk for ungdomsveden erat cellene er korte og tynnveggede, og at microfib-rillene i cellenes S2-lag ligger mer skrått. Ung-domsveden har derfor lavere fasthet enn modenved, den vil også krympe mer i lengderetningen.

Normalt er det ikke problematisk om trelast tilindustrielt bruk inneholder noe ungdomsved.Men ved meget rask vekst, som kan være tilfelle iskogplantasjer, vil problemene øke. For eksempelvil en undergurt med stor andel ungdomsvedkrympe så mye i lengderetningen at takstolen fåren betydelig bøy oppover.

15.9 Reaksjonsved Når en trestamme stadig utsettes for ytre påkjen-ninger i én retning, vil den søke å motvirke detteved å danne reaksjonsved. Bartrær vil dannetrykkved (tennar) i områder med store trykkspen-ninger, mens løvtrær vil danne strekkved iområder som er utsatt for store strekkspenninger.Strekkved skaper sjelden problemer for trevirketil bærende konstruksjoner, mens trykkved ofte erproblematisk.

Trykkveden har som regel bredere årringer ogstørre sommervedandel enn normal ved, og kon-trasten mellom sommerved og vårved er ogsåmindre. Fordi microfibrillene i trykkvedens S2-lager orientert i ca. 45 graders vinkel, vil denneveden få større lengdekrymping, den har altsåtilnærmet samme egenskaper som ungdomsve-den.

Bartrærnes tennar kjennetegnes på en rødbrunfargetone fordi årringenes vårvedandel er vesent-lig mindre enn normalt. Tennarveden er tyngreenn normal ved og kan forekomme lokalt, foreksempel i rothalsen, fordi tre som heller vil rettesopp ved hjelp av trykkveden. Gran er mer utsattfor tennar enn furu.

152

KAPITTEL 15

Figur 15.14 Et toppbrudd har store konsekvenser fortreets egenskaper og kvalitet.

Figur 15.15 Reaksjonsved dannes ved ensidig vind-påvirkning, eller når treet står i en bratt li.

15.10 EksentrisitetDersom stammen har vokst på en slik måte atmargen ikke er blitt liggende i midten, sier vi atden er eksentrisk. Ofte er den også mer eller min-dre oval. Eksentrisk vekst skyldes gjerne at stam-men har vært utsatt for ensidig belastning somfølge av skjev krone, snøbelastning, skrått terrengeller sterk fremherskende vindretning. Eksentriskvekst følges derfor ofte av reaksjonsved. Eksen-trisitet kan også skyldes for eksempel ensidignæringstilgang og behøver da ikke henge sam-men med tennar.

15.11 Vridd vekstAlle cellene i et tre ligger vanligvis i en liten vinkeltil stammens lengdeakse. Vi kan derfor si at vekst-en alltid er vridd. Vanligvis er vridningen så mini-mal at vi ikke merker den, men det forekommer atenkelte trær er så vridde i veksten at det ervanskelig å benytte dem. Undersøkelser har vistat det hos gran er en tendens til venstrevridningmens trærne er unge, men at dette etter hvertendrer seg til en høyrevridning. Det skjer dermeden stabilisering av spenningene i disse trærne.

Trær som forblir venstrevridde, vrir seg særligmye under tørkeprosessen og vil for eksempelsom laftetømmer kunne vri seg helt ut av veggen.Vridningstendensen som finnes i stammen, erogså til stede i grenene. Det tyder på at vridningenmå ha sammenheng med funksjoner i treets vekst-prosess, og ikke skyldes solpåvirkning eller lig-nende faktorer.

Trelast som er produsert av stokker med vriddvekst, vil ofte ha så stor fiberhelning at det fårdirekte betydning for styrken. I de visuelle sorter-ingsreglene er det derfor gitt grenser for graden

av fiberhelningen; når det gjelder høykvalitets-virke er for eksempel forholdet 1:10 største aksep-terte helning.

15.12 Treet og fuktighetenTrevirke er et hygroskopisk materiale som kon-tinuerlig endrer fuktighet i forhold til klimaet detomgis av. I alle kombinasjoner av temperatur ogfuktighet i luften omkring vil trevirke innstille segpå det vi kaller likevektsfuktigheten. Her er detnoe forskjell på om trevirket tørker eller blir opp-fuktet. Er virket først tørket helt ned og så fuktesopp igjen, vil trefuktigheten ligge noe lavere vedsamme klima enn da det ble tørket. Denne effek-ten kalles for hysterese og bidrar til at trefuk-tigheten varierer mindre ved stadig vekslendeluftfuktighet.

Trevirkets fuktighetsinnhold er definert sommassen av vann (mW) i forhold til massen av helttørt trevirket (m0 ). Tørt trevirke får vi ved å tørkedet i ovn ved en temperatur på 103 ± 2 °C inntilvekten er konstant.

mW mω–m0ω = ––––– · 100 = –––––––– · 100m0 m0

ω = trefuktigheten i %mω = massen av rått trevirke

Når rått trevirke begynner å tørke, forsvinnerførst det frie vannet fra cellehulrommene. Celle-veggene er bygd opp av lange kjedemolekylersom på noen steder er så løst bundet sammen at

153

TRE SOM BYGGEMATERIALE

Figur 15.16 Eksentrisk stammetverrsnitt.

Figur 15.17 Vridd vekst, slik det ser ut på et gammelt,dødt tre.

154

vann kan trenge inn mellom dem. Når celleveg-gen fortsatt er mettet med vann, og det ikke lengerer tilbake noe fritt vann i cellehulrommene, harvirket nådd det såkalte fibermetningspunktet. Forbartre vil det ligge et sted mellom 25–35 % trefuk-tighet, men som et praktisk gjennomsnitt regnervi vanligvis med 28 %. Fibermetningspunktet harstor interesse, da de fleste mekaniske og fysi-kalske egenskaper endrer seg radikalt når trefuk-tigheten kommer under dette nivået. Ved fuk-tigheter over fibermetningspunktet er de flesteegenskapene omtrent konstante.

15.12.1 Måling og beregning av fuktigheten itrevirkeTrefuktigheten (ω), eller vanninnholdet, angissom nevnt i % av treets tørre masse (m0). Det er tomåter å bestemme den på:

• med elektriske fuktighetsmålere• ved tørke- og veiemetoden

For fuktighetsinnhold mellom 6 og 28 % er elek-triske fuktighetsmålere greie og raske å benytte.Nøyaktigheten for de beste instrumentene er van-ligvis ± 2%, som er bra nok for praktisk bruk.

Et prinsipp for elektriske fuktighetsmålere kanvære to stifter, elektroder, som presses inn i trevir-ket. Det som egentlig måles, er trevirkets evne tilå lede elektrisk strøm mellom de to stiftene.Ledningsevnen avtar sterkt når trefuktigheten gårned. Trestrukturen kan påvirke resultatene noe, såvi bør derfor alltid ta flere målinger. Elektrodeneskal settes langs fibrene og minimum 600 mm fraplankens ende. Følg bruksanvisningen nøye ogpass på å justere de avleste verdiene både for tre-slag og temperatur, dersom instrumentet ikke gjørdet automatisk.

KAPITTEL 15

Figur 15.18 Skjematisk fremstilling av vedceller ved forskjellig fuktighet.

Figur 15.19 Elektrisk fuktighetsmåler av motstandstypen.

1 måleinstrument2 hammerelektrode3 bryter for måling4 justeringsskrue5 stav som angir måledybde6 staven (e) ligger fjærbelastet

an mot virkestykket7 hammer8 isolering9 isolerte elektroder

10 målekabel11 avlaster for målekabel12 kalibreringsutstyr

Skal trefuktigheten bestemmes mer nøyaktig, måtørke- og veiemetoden benyttes. Den er merarbeidskrevende, men gir nøyaktigere måling.Metoden utføres på følgende måte:

Det skjæres ut en 10–20 mm tykk skive av heleplanketverrsnittet minst 500 mm fra enden.Skiven veies på en nøyaktig vekt og rå masse (mω)noteres. Deretter legges skiven i et tørkeskap medtemperatur 103 ± 2 °C omtrent i ett døgn, ellerinntil vekten er konstant. Da er tørrmassen (m0)bestemt, og vi kan notere verdien.

Eksempel:

mω (massen av rått trevirke) = 43,7 g, m0 (tørr-massen) = 38,0 g

mW mω–m0ω = ––––– · 100 = –––––––– · 100 =m0 m0

43,7–38,0––––––––– · 100 = 15,0 % trefuktighet

38,0

15.12.2 Svelling og krympingNår vann trenger inn mellom mikrofibrillene icelleveggen, vil det presse fibrillene litt fra hver-andre. Under svellingen vil volumet av cellehul-rommet være konstant. Det betyr at volumsvel-lingen av selve trevirket under fibermetnings-punktet blir tilnærmet lik volumet av absorbertvann.

Om trevirket blir hindret i å svelle på tvers avfiberretningen, slik tilfellet kan være i mange bolt-forbindelser, vil det oppstå store indre spenninger.Fordi trevirke er et elastisk/plastisk materiale,kan det da oppstå permanente deformasjoner.Når trevirket senere får tilbake sin opprinneligefuktighet, kan det være stuket så mye at for-bindelsen både blir løs og får mindre kapasitet.

Under tørking krymper trevirket. Fordi cellene eromtrent 100 ganger lengre enn tverrmålet, har

virkesstykket tilsvarende flere cellevegger i tver-retning enn i lengderetning. Da det er summen avkrympingen i hver enkelt cellevegg som girvirkesstykkets totale krymping, vil krympingen itverretning derfor være omtrent 20 ganger så storsom krymping i lengderetning. Det er derfor vik-tig at stålbeslag i forbindelser ikke har for storutstrekning på tvers av fiberretningen og dermedhindrer trevirket i å krympe. Det kan da oppståtverrstrekkspenninger som fører til oppsprekkingav virket, og forbindelsen kan i verste fall mistedet meste av kapasiteten.

Både svelling og krymping er tilnærmet propor-sjonal med endringen i trefuktighet fra fibermet-ningspunktet og ned til helt tørt virke. Krympingog svelling er forskjellig i tangentiell og radiell ret-ning og er totalt (fra fibermetningspunktet og tilhelt tørt virke) henholdsvis 8 % og 4 % (→ fig.15.21).

For normal bruk i prosjektering av bygningskon-struksjoner kan vi gå ut fra følgende gjennom-snittlige dimensjonsendringer i prosent per pro-sent fuktighetsendring:

• i fiberretningen ± 0,01• tvers på fiberretningen ± 0,2

For å minimalisere problemene med dimensjons-endringer bør trefuktigheten under produksjons-fasen ligge nærmest mulig den fuktigheten kon-struksjonen senere vil innstille seg på.

Som nevnt oppstår krymping og svelling når fukt-innholdet i selve celleveggen endrer seg. Det betyr

155

TRE SOM BYGGEMATERIALE

Figur 15.20 Uttak av prøver til tørke- og veiemetoden.

Figur 15.21 Krymping og svelling i de tre retningene.

at treslag med stor andel cellevegg, altså tungetreslag, vil ha større dimensjonsendring enn lette.De vil som regel også kreve mer tid for å nå dentotale krympingen. Hvis trevirket i kortere tids-rom påvirkes av et annet klima, vil vi observeremindre dimensjonsendringer hos tunge treslag,simpelthen fordi de ikke har fått tid til å innstilleseg.

15.12.3 Formendring og deformasjonerFordi trevirket krymper omtrent dobbelt så mye itangentialretning som i radialretning, vil skurlas-ten endre form under tørkeprosessen. Det erårsaken til at årringene retter seg ut når trelastentørker. Spenningene som oppstår under tørking,kan ofte utløse radielle sprekker. Faren for opp-sprekking øker med økende tverrsnitt og joraskere tørkingen foregår. Formendringenes stør-relse og type er avhengig av hvor i stokkenplankene eller bordene er skåret ut. Figurennedenfor viser noen typiske formendringer vedtørking.

Innhold av reaksjonsved, ungdomsved og kvist ien del av tverrsnittet vil forårsake følgende defor-masjoner også i lengderetningen:

• flatbøy, som er flatsidenes bøyning i lengde-retning

• kantkrok, som er kantsidens bøyning i lengde-retning

• vridning (vindskjevhet), som er en skrueformetdeformasjon

Vridning kan også være et resultat av at trelastener skåret av tømmer med vridd vekst.

I reglene for visuell og maskinell sortering er detsatt grenser for største tillatte avvik fra den ideelle

form. Grensene er gitt for å gjøre anvendelsen,særlig monteringen, mindre komplisert. I spe-sielle konstruksjoner med stor utnyttelse av tre-virkets fasthet kan det være aktuelt å angi spe-sielle kravgrenser for deformasjoner. For eksem-pel vil kantkrok eller flatbøy i trykkbelastede ele-menter være av betydning for knekkberegnin-gene.

15.12.4 Fuktigheten og fasthetsegenskapeneDe mekaniske egenskapene for trevirke varierermed fuktighetsinnholdet. Økning av trefuktig-heten gir lavere verdier både for fasthet og E-modul. Dette skyldes til en viss grad at når celle-veggen sveller, vil det være mindre cellevegg-materiale per arealenhet. Det viktigste er imidler-tid at når vann trenger inn i celleveggen, blirbindingene som holder mikrofibrillene sammen,dårligere. Fuktigheter over fibermetningspunktethar ingen betydning for de mekaniske egen-skapene, fordi det da bare er snakk om variasjoneri mengden av fritt vann i cellehulrommet.

156

KAPITTEL 15

Figur 15.22 Formendringer i forskellige deler av tverr-snittet når trevirket tørker.

Figur 15.23 Forskjellige former av deformasjon på trelast.

157

De ulike fasthetene endrer seg ikke likt når tre-fuktigheten endres. For eksempel vil økt fuktighetha større betydning for trykkfastheten enn forstrekkfastheten i fiberretningen, fordi det erknekkingen av hver enkelt trecelle som fører tiltrykkbrudd. På grunn av løsere bindinger mellommikrofibrillene vil celleveggen knekke lettere utved høy fuktighet.

Tabellen nedenfor viser fuktighetens effekt på deforskjellige mekaniske egenskapene hos feilfrittvirke. Verdiene gjelder for trefuktigheter mellom8 % og 20 %, og det er egenskapene ved 12 % tre-fuktighet som er basis. Endringene er per prosentendring i trefuktighet (→ fig. 15.24).

TRE SOM BYGGEMATERIALE

Egenskap Enhet Symbol Endring (%)

Trykkfasthet i fiberretningen N/mm2 fc,0,k 5

Trykkfasthet normalt på fibrene N/mm2 fc,90,k 5

Bøyefasthet i fiberretningen N/mm2 fm,0,k 4

Strekkfasthet i fiberretningen N/mm2 ft,0,k 2,5

Skjærfasthet i fiberretningen N/mm2 fv,0,k 3

Elastisitetsmodul i fiberretningen N/mm2 E0 1,5

Figur 15.24 Omtrentlig endring i fasthetsegenskapene per prosent endring i trefuktighet for feilfritt trevirke (kilde: STEP).

15.13 Lastvarighetens betydningfor fasthetsegenskapeneTrevirket vil over tid miste en betydelig del avfastheten. For små, feilfrie prøver viser densåkalte Madison-kurven (→ fig. 15.25) at fasthetenover tid bare er ca. 60 % av fastheten ved korttidslaboratorieforsøk. For vanlig konstruksjonslast,som alltid vil inneholde for eksempel kvist, fiber-helning og sprekker, er fasthetsreduksjonene min-dre og vil også variere med kvalitetsklassen.Trefuktigheten har likeledes betydning for fast-hetsreduksjonen over tid.

I beregningsstandarden er det tatt hensyn tilbetydningen av både trefuktighet og lastvarighetved å plassere konstruksjonene i ulike klimaklas-ser og lastene i ulike lastvarighetsklasser.

15.14 StyrkesorteringTrevirkets egenskaper varierer både i lengde- ogtverretning fra tre til tre og innen samme tre.Gjennom oppdeling av tømmer til planker ogbord vil trefibrer bli kuttet som følge av treets avs-malning og fiberforstyrrelser rundt kvistene. Detgjør at styrkeegenskapene vil variere mer i skur-last enn i rundvirke. Generelt kan vi si at jo min-dre tverrsnitt skurlasten har, jo større er varia-sjonene.

Utnyttelse av trevirke til bærende konstruksjonerer basert på karakteristiske styrkeverdier. Styrke-verdien angis som 5 %-fraktilverdien. Det vil si at95 % av partiet har bedre styrkeverdier enn det viberegningsmessig benytter. Dersom vi sorterertrelasten i styrkeklasser, vil styrkeverdiene innenhver klasse variere mindre og karakteristiskstyrkeverdi bli mer representativ for den aktuelleklassen.

15.14.1 Visuell styrkesorteringVisuell styrkesortering har i stor grad vært utførtved å ta hensyn til de egenskaper som har betyd-ning for styrken, for eksempel årringsbredde,kvist, fiberhelning osv. Nøyaktigheten ved visuellsortering har derfor sine klare grenser, men somregel vil styrkeverdiene ligge på den sikre siden.

15.14.2 Maskinell styrkesorteringDe senere årene har maskinell styrkesorteringblitt mer vanlig. Prinsippet for de maskinene sombenyttes i dag, bygger på sammenhengen mellom

Figur 15.25 Madison-kurven som viser fasthetsreduksjo-nen for feilfritt trevirke over tid.

158

styrke og stivhet. Plankene som mates kontinuer-lig gjennom maskinen, påføres en last og defor-masjonen måles. Ut fra målt deformasjon kanhver planke plasseres i en gitt styrkeklasse ut fraforhåndsbestemte grenser. En annen metode er åmåle lasten ved en gitt deformasjon.

Det pågår for tiden mange interessante utvik-lingsprosjekter som bygger på andre prinsipperfor maskinell sortering, for eksempel densitets-måling, optisk scanning, viberasjoner, mikro-bølger og ultralyd. Alle har som målsetning åbedre nøyaktigheten, slik at trevirket kan utnyttesoptimalt som bygge- og konstruksjonsmateriale.Fremtidens maskiner vil kanskje baseres på enkombinasjon av de forskjellige prinsippene.

15.14.3 Ulike sorteringsparametereI tabellen på figur 15.26 er sammenhengen mel-lom ulike sorteringsparametere og styrkeegen-skaper antydet. Tallene som angir det vi kallerforklaringskoeffisientene, er fortsatt usikre, menvi tar dem med likevel. Dersom det for eksempelsorteres bare etter kvist, vil denne sorterings-måten være riktig i 60 % av tilfellene for strekk ifiberretningen (ft,0).

15.14.4 KvalitetssikringEn viktig forskjell på visuelt og maskinelt sortertvirke er at det visuelt sorterte alltid lar segetterkontrollere, selv i tilfeller hvor virket er tatt ibruk. På maskinsortert virke har vi ingen mulig-

heter for å gjøre dette dersom merkingen er blittborte, for eksempel ved kapping til takstoler. Pågrunn av dette er det behov for sikre kontroll-metoder når det gjelder maskinell styrkesortering.Industrien benytter i dag to metoder:

• Output-controlled system, som er basert på at detkontinuerlig tas ut enheter av den maskin-sorterte trelasten som kjøres til brudd. For atmetoden skal være økonomisk, kreves det storeordrer med samme dimensjon og sammestyrkeklasse.

• Machine-controlled system, som ble utviklet for åunngå den destruktive etterkontrollen. Herlegges vekten på kontinuerlig kalibrering avmaskinen etter gitte regler og verdier som erkonstante for samme maskintype. Det er dennemetoden som benyttes mest i Norge og ellers iEuropa.

15.15 FasthetsklasserResultatet av visuell eller maskinell styrkesorter-ing er at trevirket blir plassert i ulike fasthets-klasser med klart definerte verdier for de mekan-iske egenskapene. Alt trevirke, uansett opprin-nelse, kan derfor benyttes til bærende konstruk-sjoner dersom samsvarende standarder for sorter-ing og dimensjonering følges. I Norge er NS 3470gjeldende standard for dimensjonering og NSINSTA 142 gjeldende standard for visuell sorter-ing (→ fig. 15.27).

I de europeiske felles standardene er det Eurocode5 Design of timber structures (EC5) som ergjeldende regler for dimensjonering av trekon-struksjoner. For visuell styrkesortering gjelder EN518 Structural timber – Grading – Requirements forVisual Strength Grading Standards. EN 519 Struc-tural Timber – Grading – Requirements for MachineStrength Graded Timber and Grading Machines gjel-der på tilsvarende vis for maskinell sortering. I til-legg til disse er det laget en standard EN 338Structural Timber – Strength Classes, som innehol-der alle styrkeklassene.

15.16 Branntekniske egenskaperTrevirke og trebaserte materialer består i hoved-sak av cellulose og lignin, som igjen et bygget oppav karbon, hydrogen og oksygen. Materialet erderfor brennbart, og det er både vanskelig ogkostbart å behandle det slik at det blir ubrennbart.Det er heller ikke nødvendig, fordi det bare er ispesielle bygningsdeler at det stilles krav om brukav helt ubrennbare materialer.

KAPITTEL 15

Sorteringsparameter Forklaringskoeffisient

fm ft,0 fc,0

Kvist 0,5 0,6 0,4

Fiberhelning 0,2 0,2 0,1

Densitet 0,5 0,5 0,6

Årringsbredde 0,4 0,5 0,5

Kvist + årringsbredde 0,5 0,6 0,5

Kvist + densitet 0,7-0,8 0,7-0,8 0,7-0,8

E-modul 0,7-0,8 0,7-0,8 0,7-0,8

E-modul + densitet 0,7-0,8 0,7-0,8 0,7-0,8

E-modul + kvist > 0,8 > 0.8 > 0,8

Figur 15.26 Forklaringskoeffisienter for ulike sorterings-parametere (kilde: STEP).

159

Ved temperaturer over 100 °C starter det vi kallerpyrolyse. Pyrolyse er et samlebegrep for alle dekjemiske prosessene som skjer når trevirke brytesned gjennom varmeutvikling og brann. Svak for-kulling, sviing av overflaten vil opptre fra 95 °Cog oppover. Når temperaturen passerer 200 °C, ernedbryting av hemicellulosen kommet i gang. Vedvidere økning i temperaturen angripes cellulosenog til slutt ligninet. Rundt 230 °C nås flamme-punktet. Muligheten for antennelse er nå tilstededersom det tilføres en flamme utenfra. Ved om-

trent 260 °C har vi tennpunktet, da trevirket be-gynner å brenne uten tilførsel av en ytre tenn-faktor.

På grunn av lav varmeledningsevne, særlig i kull-sjiktet, vil pyrolysesonen bare langsomt trengeinnover i trevirket. Temperaturøkningen innenforkullsjiktet blir ikke så stor at trevirket her misternoe særlig av fastheten. Fordi forkullingen skjermed tilnærmet konstant hastighet, kan vi ut frakrav om en bestemt branntid beregne hvor raskt

TRE SOM BYGGEMATERIALE

NS-EN 338 NS-INSTA 142 Tidligere sorteringsstandard NS 3080

C14 – –C18 T1 T18C24 T2 T24C30 T3 T30

Figur 15.27 Tabell over fasthetsklassene i NS 3470.

Karakteristiske fasthetsverdier, stivhetsmoduler samt densitet for konstruksjonstre*)

Fasthetsverdier (N/mm2) Fasthetsklasser i henhold til NS-EN 338

C14 C18 C24 C30 C40

Bøyning fmb 14,0 18,0 24,0 30,0 40,0

Strekki fiberretningen ft0k 8,0 11,0 14,0 18,0 24,0på tvers av fiberretningen ft90k 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4

Trykki fiberretningen fc0k 16,0 18,0 21,0 23,04) 26,04)

på tvers av fiberretningen fc90k 4,3 4,8 5,3 5,7 6,3

Skjær1) fvk 1,7 2,0 2,5 3,0 3,8

For stabilitetsberegninger2) E0k 4700 6000 7400 8000 9400

For beregninger avforskyvninger og E0 7000 9000 11000 12000 14000deformasjoner3) E90 230 300 370 400 470

G 440 560 690 750 880

Densitet (kg/m3) ρk 290 320 350 380 420Densitet (kg/m3) ρmid. 350 380 420 460 500

1) Rulleskjærfastheten kan settes lik fvk/2.2) De angitte verdiene representerer 5 % fra-til verdier. E90k kan settes lik E0k/30.3) De angitte verdiene representerer middelverdier.4) For nordisk gran og furu kan fc0k settes lik 27,0 N/mm2 for C 30 og 32,0 N/mm2 for C 40.

*) For konstruksjonstre av gran og furu sortert etter NS-INSTA 142 tilsvarer sorteringsklassene følgendefasthetsklasser i henhold til NS-EN 338 og tidligere sorteringsstandard NS 3080:

160

tverrsnittet blir redusert under en brann. Ved åøke tverrsnittet vil vi kunne forlenge tiden det tarfør en konstruksjon mister bæreevnen i en brann-situasjon.

15.17 VarmeledningsevneTrevirke har meget lav varmeledningsevne sam-menlignet med andre materialer som benyttes ibærende konstruksjoner. Det er forholdet mellomcellevegg og cellehulrom som bestemmer isola-sjonsevnen. Tunge treslag vil derfor isolere dår-ligere enn treslag med lavere densitet. Varme-ledningsevnen er to til tre ganger større i fiberret-ningen enn på tvers. Dessuten stiger varmeled-ningsevnen proporsjonalt med trefuktigheten, ca.0,25 % for hver grad økning i temperaturen. Forgran og furu med densitet 500 kg/m3 regner vi ipraksis med en varmeledningsevne på 0,14W/mK på tvers av fibrene.

Den høye varmeledningsevnen for metaller betyrat en ubeskyttet metallkonstruksjon raskt vil følgetemperatursvingningene i omgivelsene. Lav egen-varme betyr at det skal liten varmemengde til førtemperaturen stiger.

Som vi ser, har trevirke både stor egenvarme ogdårlig varmeledningsevne i forhold til de andrematerialene. Trekonstruksjoner i oppvarmedebygg vil derfor ikke bidra til å danne kuldebroer i

like stor grad som de andre materialene (→ fig.15.29).

15.18 Trevirkets holdbarhetTrevirke er et organisk materiale som hovedsake-lig består av karbon, hydrogen og oksygen. Der-som forholdene ligger til rette, vil naturen selvbryte ned trevirket, og stoffene vil etter hvert gåtilbake til det naturlige kretsløpet. Denne nedbryt-ningen skjer ved at trevirket angripes av insekter,sopp og bakterier. Når det gjelder insektene, harstripet borebille, stokkmaur, husbukk og pæle-mark størst innvirkning på trevirkets styrke, dade angriper og ødelegger selve celleveggen ellerveden.

Soppsporer finnes alltid i luften. For at soppenskal kunne utvikle seg, må følgende betingelservære til stede:

• tilgang på oksygen• passende trefuktighet (25–75 %)• passende temperatur (25–30 °C)• næringsgrunnlag

Tar vi bort én av disse betingelsene, vil soppen døut. Den vanligste og også den eldste beskyttelsenvi har, er å holde trefuktigheten nede ved å vernekonstruksjonene mot vær og vind. Dersom tre-virket får anledning til å tørke ut innimellom, kan

KAPITTEL 15

Materiale Minste densitet Innbrenningshastighet (kg/m3) (mm/min)

Heltre av gran eller furu > 290 0,8

Limtre av gran eller furu > 290 0,7

Heltre av løvtre > 450 0,5

Limtre av løvtre > 450 0,5

Spesifikk Egen Varme- LineærMateriale vekt varme ledningsevne utvidelse

(kg/ m3) (kJ/kg °C) (W/m °C) (mm/mK)

Stål 7800 0,46 50,00 0,12

Aluminium 2700 0,89 240,00 0,25

Betong 2400 1,05 1,50 0,12

Trevirke 500 2,70 0,14 0,005

Figur 15.28 Tabellen viser forkullingshastigheten for ulike treslag og trebaserte materialer basert på densiteter (EC5).

Figur 15.29 Tabellen viser noen varmetekniske egenskaper for forskjellige materialer.

161

det i perioder gjerne være nedfuktet uten å tasærlig skade. Det viktigste er å unngå detaljer somdemmer opp vann slik at uttørringen går sent.Gjennomført drenering er derfor en viktig detalj ialle former for trekonstruksjoner.

Trevirke som er eksponert for vær og vind, viletter hvert få en gråaktig overflate. Den oppstårved at de ultrafiolette strålene som er i sollyset,bryter ned ligninet (bindemidlet) i virket. Nåroverflaten senere blir utsatt for nedbør, vil en delløse trefibrer bli vasket bort og flaten blir etterhvert grå og grovere. Dette grå laget vil imidlertidbeskytte og forsinke videre nedbryting. På gamlehus som har stått ubeskyttet i mange hundre år,skal vi ikke så veldig langt inn før vi treffer påfriskt trevirke.

For å beskytte treoverflaten mot denne nedbryt-ningen kan den behandles med maling eller beissom inneholder så mye pigmenter at sollyset ikkeslipper gjennom. Klar behandling utendørs er utfra det som er nevnt over, ikke å anbefale, da denover tid vil løsne. Ellers er det viktig at all over-flatebehandling skjer på nybearbeidet treflate. Åmale på en overflate som lenge har vært ekspo-nert for sollys, er som å male på rustent stål.

Dersom bruksklimaet for en konstruksjon er slikat faren for sopp eller skadedyr er til stede, måvirket behandles ved kjemisk trebeskyttelse. Herer trykkimpregnering med vannløste metallsalter,kreosotolje eller white-spirit-løsemidler det mestvanlige. Trykkimpregnert tre deles inn i fire klas-ser som avspeiler bruksområdene og graden avbeskyttelse. De fire klassene betegnes med bok-

stavene M, A, AB og B. Den strengeste klassen,som inneholder mest impregneringsstoffer, erklasse M (maritim) som er beregnet for å motståblant annet pelemark.

15.19 EnergiforbrukProduksjon av treprodukter krever generelt min-dre energi enn alternative produkter med andrematerialer, og en stor del av energien som for-brukes, blir produsert ved å brenne bark ogsekundærprodukter. Selv om energiforbruket idenne industrien er lav, vil det fortsatt være behovfor å utnytte den bedre for å kunne konkurreremed andre materialer.

Det er vanskelig å gi noe eksakt tall for energi-behovet fordi produksjonssystemene variererganske mye fra bedrift til bedrift (→ fig. 15.30).

TRE SOM BYGGEMATERIALE

Materiale Primærenergibehov

kWh/kg kWh/m3

Skurlast 0,7 350

Limtre 2,4 1200

Sponplater 3,4 2210

Betong 0,3 700

Stål 5,9 46000

PVC 18,0 24700

Aluminium 52,0 141500

Figur 15.30 Tabellen viser energibehovet ved fremstillingav noen ulike byggematerialer.

162162