w4-drewno klejone-kleje

Andrzej Marynowicz
Konstrukcje budowlane
Budownictwo drewniane
Podstawowa literatura przedmiotu:
[1] Kotwica J.: Konstrukcje drewniane w budownictwie tradycyjnym, Arkady,
Warszawa 2004
[2] Neuhaus H.: Budownictwo drewniane, PWT, Rzeszów 2006
[3] Rudziński L.: Konstrukcje drewniane. Naprawy, wzmocnienia, przykłady
obliczeń, Pol. Święt., Kielce 2008
Literatura uzupełniająca:
[4] Kopkowicz F.: Ciesielstwo polskie, Arkady 2009 (reprint z 1958r.)
[5] Wajdzik C., Dąbrowski J.: Tradycyjne więźby dachowe, WUP, Wrocław 2009
[6] Hoła J., Pietraszek P., Schabowicz K.: Obliczanie konstrukcji budynków
wznoszonych tradycyjnie, DWE, Wrocław 2006
Strona internetowa: http://fast10.vsb.cz/temtis/en/
[1] Konstrukcje drewniane, Projekt Leonardo TEMTIS, Opole 2008
[2] Projektowanie konstrukcji drewnianych wg Eurokodu 5, Projekt Leonardo TEMTIS, Opole
2008
Drewno klejone
Wykład nr 4
• Konstrukcyjne drewno klejone (albo glulam) jest jednym z najstarszych
drewnianych produktów inżynierskich i jest wciąż bardzo konkurencyjny w
nowoczesnych konstrukcjach.
• Glulam składa się z drewnianych desek, które są sklejone razem tak, że
otrzymują formę belki o pożądanym przekroju poprzecznym.
laminowanie poziome
połączenie podłużne
– klinowe
laminowanie pionowe
• Konstrukcje klejone są stosowane od lat (Egipcjanie!), ale przełom dla
glulamu nastąpił na początku wieku XX-go, dzięki Niemcowi o nazwisku
Otto Hetzer.
• W 1906 roku uzyskał patent na swój wynalazek zakrzywionych,
klejonych drewnianych części, zbudowanych z kilku laminatów, które są
składane pod ciśnieniem i nierozerwalnie połączone klejem kazeinowym.
• Hetzer opracował unikalną metodę, wskutek czego naturalne wymiary
drzewa mogły być "przezwyciężone", co pozwoliło na budowanie dużych i
trwałych konstrukcji.
• Do początku lat sześćdziesiątych XXw., produkcja była raczej niewielka,
ale od tej pory ciągle rośnie, głównie z powodu postępów w technologii
produkcji oraz unowocześniania klejów, które doprowadziły i ciągle
prowadzą do efektywniejszej eksploatacji tego naturalnego materiału
http://www.otto-hetzer.ch/Biografie.htm
http://www.otto-hetzer.ch/Biografie.htm
• Drewno klejone jest produkowane przez klejenie i łączenie oddzielnych
kawałków drewna – laminatów – w kontrolowanych warunkach.
• Laminaty są układane w poziomych warstwach z włóknami w kierunku
podłużnym, w przeciwieństwie do tzw. CLT, gdzie włókna są ułożone na
przemian równolegle i prostopadle.
• Proces produkcyjny glulamu, w połączeniu ze współczesnymi technikami
klejenia, czyni z niego materiał konstrukcyjny z wysokiej jakości z wyjątkowymi
cechami.
• W porównaniu do litego drewna, elementy z glulamu osiągają większą
wytrzymałość i sztywność. Mogą być wytwarzane w prawie każdym kształcie i
rozmiarze.
www.timber.org.au
Proces produkcji
kłody świerkowe
cięcie
łączenia klinowe
suszenie
planowanie
docisk
segregacja wytrzymałościowa
aplikacja kleju
planowanie
pakowanie
www.svensktlimtra.se
Proces produkcji
• W zasadzie, do produkcji glulamu może być użyty jakikolwiek
gatunek drewna, pod warunkiem, że zostanie użyty odpowiedni
klej.
• Jednakże, w praktyce są stosowane głównie drewna miękkie,
gdyż wykorzystanie twardych gatunków często jest powiązane z
trudnościami w ich sklejaniu.
• Powszechnie używanym materiałem jest świerk.
Proces produkcji
• Wysuszone laminaty są sortowane wizualnie albo, coraz częściej,
maszynowo wg klas wytrzymałości. Wykorzystanie maszyn
pozwala na dokładniejsze sortowanie, które pozwala na osiągnięcie
wyższych wytrzymałości glulamu.
• Klasyfikacja wytrzymałościowa pozwala dla tworzenie przekroju
poprzecznego glulamu z laminatów o zbliżonych wytrzymałościach,
tak nazwany ”glulam homogeniczny”.
• Aby wykorzystać wytrzymałość drewna maksymalnie, umieszcza
się zazwyczaj wyższej jakości laminaty w najdalszych częściach
przekroju poprzecznego, gdzie naprężenia zwykle są najwyższe, a
niższej jakości laminaty w strefach wewnętrznych, tworząc tzw.
”glulam złożony”.
• W wytwórni trzeba dlatego mieć możliwość składowania
przynajmniej dwóch klas jakości laminatu w tym samym czasie
Proces produkcji
• Laminaty łączy się wzdłużnie za pomocą wczepów klinowych, aby wytworzyć
laminat ciągły. Połączony tak profil jest cięty i pokrywa się je klejem.
• Laminaty są następnie ściskane razem, a następnie cięte na wymagane długości i
przechowane minimum osiem godzin do wyschnięcia kleju.
• Po wyschnięciu laminaty są heblowane (planowane), aby usunąć pozostającą
chropowatą powierzchnię i nierówności połączeń klinowych.
• Laminaty są następnie natychmiast ułożone na sobie, z włóknami wzdłuż kierunku
elementu, i sklejone razem do uzyskania pożądanego przekroju poprzecznego.
• Przy glulamie złożonym należy zwrócić uwagę na położenie wewnętrznych i
zewnętrznych laminatów. Aby zredukować naprężenia wewnętrzne laminaty są
ustawiane tak, że strony odrdzeniowe biegną wzdłuż tej samej drogi w przekroju
poprzecznym. Zewnętrzne laminaty są, jednakże, zawsze obrócone stroną
dordzeniową (wewnętrzną) na zewnątrz.
Proces produkcji
tu skan str. 143 K
Proces produkcji
• Zestaw laminatów przechodzi następnie przez stanowisko z klejem,
oraz przykładane jest odpowiednie ciśnienie. Operacja ta musi być
przeprowadzona zanim klej stwardnieje, po ok. godzinie, zaś dokładny
czas zależy od typu kleju i temperatury otoczenia.
• Laminaty mogą być zakrzywiane w czasie przyłożenia nacisku, co
pozwala na stworzenie ich form profilowanych albo zakrzywionych.
• Następnie klej twardnieje w warunkach kontrolowanej wilgotności i
temperatury (zwykle przy wilgotności względnej 65% i temperaturze
20°C), czasami z większym stopniem nagrzania.
• Proste belki mogą być wytwarzane w prasach ciągłych z dużą
częstotliwością.
Proces produkcji
• Gdy klej stwardnieje, ciśnienie jest zwolnione i części z glulamu są
heblowane na bokach, w celu usunięcia wyciśniętego kleju i utworzenia
gładkiej powierzchni.
• Następuje wtedy wykańczanie części, które obejmuje różne zabiegi i
prace przed-montażowe (np. precyzyjne piłowanie, wiercenie otworów do
połączeń, nakładanie powłok).
• Na koniec, elementy są kontrolowane wizualnie i oznaczane przed
opakowaniem i załadunkiem do transportu na plac budowy albo do
przechowalni wyrobów gotowych.
• Teoretycznie, element klejony może być wytworzony w prawie każdym
rozmiarze. W praktyce, jego wielkość jest ograniczona możliwościami
transportowymi i wytwórczymi. Innym ograniczeniem jest czas otwarcia
kleju
Wytrzymałość i sztywność
• Decydująca dla wytrzymałości drewna
konstrukcyjnego jest wytrzymałość jego
najsłabszego przekroju poprzecznego –
zazwyczaj przy sęku itp.
• Dlatego też różnica pomiędzy elementami
jest znacząca.
• W belce z glulamu laminaty z różnymi
wytrzymałościami są przemieszane i ryzyko,
że kilka laminatów z wadami głównymi
wystąpi w tej samej belce jest minimalne.
• Rozdział obciążenia miedzy laminatami w
glulamie pozwala lokalnym słabym strefom
redystrybuować naprężenia do
graniczących regionów silniejszych
Efekt rozmiaru i masy
• Belki z glulamu, które są badane w warunkach laboratoryjnych, wykazują
silne zniszczenia kruche, zwykle spowodowane przez sęk lub połączenie
wczepowe po stronie rozciąganej.
• Ponieważ prawdopodobieństwo, że belka zawiera defekt, zdolny do
spowodowania awarii rośnie ze wzrostem objętości belki, wytrzymałość
dużych belek przejawia tendencję do bycia niższą niż belek małych.
• Zrealizowano wiele badań "efekt rozmiaru", aby ustalić zależność
wytrzymałości glulamu od jej objętości.
 600 
kh = 

 h 
0 ,1
≤ 1.1
współczynnik rozmiaru wg EC5
• W porównaniu do swojej masy, glulam jest bardziej wytrzymały niż stal. Duże
rozpiętości są możliwe do realizacji dzięki dużemu stosunkowi wytrzymałości
do masy. Oznacza to, że belki z glulamu mogą pokonywać duże rozpiętości z
minimalną ilością podparć pośrednich.
Kleje
• Do produkcji glulamu konstrukcyjnego, używane są tylko zatwierdzone kleje z
wysoką wytrzymałością i dobrą trwałością.
• Wymogi podane są w EN 301, która klasyfikuje dwa typy klejów (I i II).
• Kleje typu I mogą być użyte do konstrukcji z glulamu w dowolnej klasie
klimatycznej, podczas gdy kleje typu II są ograniczone do klas klimatu 1-2.
• Tradycyjnie stosowane są kleje fenolowo-rezorcynowo-formaldehydowe (PRF),
które tworzą ciemne czerwonobrunatne połączenie.
• W ostatnich latach, jednakże, staje się coraz więcej powszechne wykorzystanie
klejów melaminowo-urea-formaldehydowych (MUF), głównie z powodu jasnego
koloru powstałego połączenia.
• Zarówno PRF, jak i MUF, należą do klejów typu I, który jest przyjęty do użytku
w dowolnej klasie klimatu, tj. wewnątrz jak i na zewnątrz.
• Również kleje poliuretanowe (PU) są zatwierdzone do glulamu. Kleje PU są
zaklasyfikowane do typu II i tworzą bezbarwne połączenia
Opłacalność i gospodarowanie zasobami
• Glulam jest, w odniesieniu do opłacalności, konkurencyjny względem innych
materiałów konstrukcyjnych.
• Niższa jego masa upraszcza transport i obniża koszty wznoszenia oraz
wykonania fundamentów.
• Ponadto, elastyczna produkcja glulamu umożliwia wytwarzanie
zakrzywionych elementów konstrukcyjnych taniej, niż w przypadku innych
materiałów
• Jeśli celem jest optymalizacja produktów z dobrze zarządzanego źródła
surowca, glulam jest materiałem najlepiej zużywającym zasoby naturalne.
• Z jednej strony, wyższa wytrzymałość i mniejsza jej zmienność w porównaniu
do litego drewna, a z drugiej strony możliwość realizacji dowolnej konstrukcji
oznacza wydajniejsze wykorzystania materiału
Asortymenty
• Praktycznie rzecz biorąc, mogą być wytworzone różne przekroje, zależnie od
wytrzymałości i wymogów sztywności.
• Powszechnie używane przekroje są prostokątami, które mogą mierzyć nawet
2m, ale można tez stworzyć wiele innych ich typów, obejmujących przekroje
typowe oraz robione na zamówienie.
www.svensktlimtra.se
Most Leonardo da Vinci w Ås
Konstrukcyjne zastosowanie glulamu
• Zasady klejenia warstwowego drewna były znane od czasu wczesnych
Egipcjan, gdzie metoda służyła do produkcji drewnianych sarkofagów.
• W dziewiętnastym wieku ludzie zaczęli używać drewna klejonego warstwowo
jako element konstrukcyjny w budynkach. Prawdopodobnie najstarszą
konstrukcja, w której jest użyty glulam, jest aula w King Edward College w
Southampton, zbudowany w 1860r. Kratownica dachowa tej hali wykonana
jest z łukowych belek klejonych.
• W późniejszym czasie konstrukcje z glulamu odniosły sukces głównie w
halach o dużych rozpiętościach. Za życia Otto Hetzera zbudowano wiele
budynków z użyciem glulamu, takie jak hale sportowe, festiwalowe, magazyny,
hangary lotnicze, kościoły i inne, które często są w użyciu do dzisiaj.
Konstrukcyjne zastosowanie glulamu
• Jednakże potencjał techniki laminacji nie był w pełni wykorzystany.
Zastosowania były ograniczone do warunków suchych aż do czasu, gdy po
drugiej wojnie światowej opracowano wodoodporne kleje z żywic
syntetycznych.
• Pozwoliło to na wykorzystanie drewna klejonego warstwowo w mostach i
innych aplikacjach zewnętrznych.
• W latach 70-ych XXw., rozwinięto techniki wytwarzania belek zakrzywionych i
powstały nowoczesne wytwórnie wielkowymiarowe do produkcji dużych
elementów.
• Zrewolucjonizowało to dostępność i koszty glulamu i dało prawie
nieograniczony potencjał, który umożliwił wykorzystanie glulamu w szerokim
zakresie zastosowań
Konstrukcyjne zastosowanie glulamu
• Obecnie, glulam zyskał reputację materiału budowlanego w konstrukcjach hal
o rozpiętościach ponad 100m.
• W Europie, na przykład, glulam rywalizuje z powodzeniem z innymi
materiałami konstrukcyjnymi w konstrukcjach jednopiętrowych, fabrykach,
centrach handlowych, magazynach, terminalach lotniczych, itp.
• Glulam jest szczególnie
odpowiedni w sytuacjach,
gdy jego estetyczny wygląd
daje przewagę nad innymi
materiałami konstrukcyjnymi.
• Ponadto, można otrzymać
prawie każdy kształt, taki jak
np. dach domu słonia w zoo
w Kolonii.
Konstrukcyjne zastosowanie glulamu
• W USA, Europie Środkowej i
Skandynawii, glulam zdobywa
coraz większą popularność w
nowoczesnych konstrukcjach
mostowych, szczególnie w
mostach dla ruchu pieszego i
rowerowego, jak również w
ograniczonym zakresie, dla
mostów drogowych.
• Zakrzywione elementy z glulamu
mogą być użyte do wytworzenia
różnych efektów estetycznych i
specjalnych typów mostów.
Przykładem takiego mostu
drogowego jest Europabrücke w
Murau w Austrii, zbudowany w
1993r, który jest zbudowany z
glulamu, z betonowym pokładem.
Dziękuję za uwagę