Možnosti využitia juvenilného dreva v drevených konštrukciách

Neustály nárast spotreby drevnej hmoty núti človeka hľadať možnosti ako ju získať a ako s ňou lepšie hospodáriť. Jednou z možností je prehodnotenie postoja k zdrojom, ktoré boli v minulosti zanedbávané. Takým zdrojom je aj juvenilné drevo. Potenciál juvenilného dreva spočíva v možnosti jeho rýchleho dopestovania. Dnes dokážeme cieleným plantážnickým spôsobom pestovania docieliť rúbny vek porastov na priemernej úrovni 26 rokov. Nakoľko bol tento materiál podceňovaný, vytvorila sa pri ňom určitá bariéra v podobe nedostatočnej základni vstupných informácií.

Juvenilné drevo sa vyznačuje odlišnou kvalitou, ktorej sa budú musieť spracovatelia dreva prispôsobiť. Po spoznaní jeho vlastností, bude možné eliminovať jeho nevýhody, resp. využiť jeho pozitívne vlastnosti do nových drevených výrobkov.

 

 

Vo všeobecnosti je juvenilné drevo definované ako určitý počet ročných kruhov v okolí stržňa, kde dochádza k postupným zmenám v štruktúre a vo vlastnostiach dreva [1]. Následne pojmom drevo staré alebo drevo vonkajšie môžeme označiť vekovo staršie drevo, tvorené ročnými kruhmi bližšie k vonkajšiemu okraju kmeňa. Každý kmeň, ako aj každý konár, obsahuje juvenilné i staršie drevo (obr. 1).

 

 

 

Prírastok dreva v danom roku sa skladá z dreva juvenilného vytváraného pri vrcholci a dreva starého vytváraného pri základni (obr. 2). Vysvetlenie daného javu spočíva v tom, že juvenilné drevo sa vytvára v oblasti kambia, pričom jeho tvorba je ovplyvňovaná vrcholovým rastom, ktorý sa nachádza na končekoch aktívne rastúcich konárov a na vrchovci [1].

 

● vrcholcová časť stromu rubného veku,

● prebierky guľatiny (priemery 10–20 cm),

● zbytkové valce po lúpaní dreva,

● plantážnicky pestované rýchlorastúce dreviny (priemerná rubná doba 20–30 rokov).

Medzi zdroje z najväčším potenciálom patrí najme posledne spomínané plantážnicky pestované rýchlorastúce dreviny.

 

Za plantážnické pestovanie sa považuje vysádzanie stromov v počte 1500–3000 kmeňov na 1 ha, ak rozstupy jednotlivých stromov sú 2–4 m [2]. Väčšinový obsah juvenilného dreva vyplýva z ťažby vo forme priebežných prebierok guľatiny priemerov 10–20 cm, ktorá ho prakticky celá obsahuje. Na plantážnické pestovanie sú používané dreviny z veľkým ročným prírastkom, čo umožňuje skrátenie obnovy plantáži. V našich zemepisných šírkach sú z ihličnatých drevín pre tento spôsob pestovania vhodné rýchlorastúce borovice a smreky, z listnatých drevín rýchlorastúce topole alebo jasene.

 

Juvenilné drevo je zóna dreva v kmeni v okolí stržňa, u ktorého sa značne menia vlastnosti od stržňa k obvodu [4]. Vlastnosti juvenilného dreva sa nemenia skokom, ale len veľmi pozvoľne (obr. 3).

 

 

 

● na výrobu papiera a buničiny,

● na výrobu piliarskych výrobkov (obr. 4),

 

 

 

● na výrobu dýh,

● na výrobu konštrukčných a aglomerovaných materiálov (preglejok, OSB dosiek) (obr. 5),

● na výrobky palisádového programu (detské preliezky, oplotky, pergoly,...), (obr. 6).

 

 

 

 

V kontexte s doterajšími informáciami vzťahujúcimi sa na tento materiál z pohľadu jeho využitie je nutné zmapovať jeho fyzikálno mechanické vlastnosti. Pre ďalšie lepšie rozhodovanie boli ako doplnkové faktory zvolené kvalita opracovania povrchu a energetická náročnosť procesu obrábania.

Všetky sledovania boli vykonané v súlade s platnými technickými normami, bližšie informácie o metodike vykonania sledovaní sú uvádzané v publikáciách autorov uvádzaných v odvolávkach príspevku.

 

 

V tabuľke sú uvádzane základné fyzikálno mechanické vlastnosti sledovaných drevín zvlášť pre drevo juvenilné a zvlášť pre drevo staršie.

 

 

Zo získaných výsledkov možno konstatovať, že pri nami skúmaných drevinách sa potvrdilo (viac o danej problematike sa dozviete v [5],[6]):

● Juvenilné drevo má nižšiu hustotu v absolútne suchom stave (Borovica lesná o 13 %, Topoľ osikový o 8 %, Topoľ „Serotina“ o 9 %) ako staršie drevo;

● Juvenilné drevo má vyššie radiálne zosychanie (Borovica lesná o 42 %, Topoľ osikový o 8 %, Topoľ „Serotina“ o 9 %) ako staršie drevo;

● Juvenilné drevo má nižšie tangenciálne zosychanie (Borovica lesná o 35 %, Topoľ osikový o 11 %, Topoľ „Serotina“ o 12 %) ako staršie drevo;

● Juvenilné drevo má nižší modul pružnosti v ohybe (Borovica lesná o 26 %, Topoľ osikový o 7 %, Topoľ „Serotina“ o 11 %) ako staršie drevo;

● Juvenilné drevo má nižšiu medzu pevnosti v ohybe (Borovica lesná o 24 %, Topoľ osikový o +7 %, Topoľ „Serotina“ o 20 %) ako staršie drevo;

● Juvenilné drevo má nižšiu rázovú húževnatosť (Borovica lesná o 55 %, Topoľ osikový o 40 %, Topoľ „Serotina“ o 44 %) ako staršie drevo.

Zo sledovaní zameraných na energetickú náročnosť procesu obrábania juvenilného dreva možno nastoliť nasledovné závery (viac o danej problematike sa dozviete v [7], [8], [9], [10]):

● rezný príkon juvenilného dreva je nižší ako rezný príkon staršieho dreva, a to pri všetkých kombináciách reznej a posuvnej rýchlosti,

● rezná rýchlosť, posuvná rýchlosť a druh dreviny pôsobia nezávisle od seba,

● rezný príkon narastá so zvyšovaním reznej rýchlosti,

● rezný príkon narastá so zvyšujúcou sa posuvnou rýchlosťou.

 

Sledovania kvality opracovaného povrchu pri frézovaní juvenilného dreva je možné zovšeobecniť do nasledujúcich stanovísk (viac o danej problematike sa dozviete v [11], [12]):

● Nižšia drsnosť povrchu klonu topoľa je spôsobená tým, že klon topoľa obsahuje vyšší podiel juvenilného dreva (vo vyššej miere sa prejaví juvenilita dreva);

● Poradie vplyvu jednotlivých parametrov na kvalitu opracovania povrchu: posuv na zub, rezná rýchlosť, drevina (juvenilné/staršie), uhlová geometria nástroja (uhol ostria, uhol chrbta, uhol čela);

● Juvenilné borovicové drevo vykazuje vyššiu drsnosť ako drevo dospelé;

● Zvyšujúca sa kvalita opracovania povrchov so znižovaním posuvnej a zvyšovaním reznej rýchlosti;

● Rozdiely medzi jednotlivými priemernými hodnotami kontaktnej a bezkontaktnej metódy nie sú štatisticky významné;

● Zvýšením posuvnej rýchlosti rezný nástroj odoberá na jednu otáčku väčšiu vrstvu materiálu, čím sa zhoršuje drsnosť povrchu (väčšie nerovnosti po vytrhaní vlákien a zväčšená hĺbka vlniek);

● Zvýšenie reznej rýchlosti spôsobí, že rezný nástroj odoberá na jednu otáčku menšiu vrstvu materiálu. Podobný jav ako pri posuvnej rýchlosti. Zvýšením reznej rýchlosti sa teda zlepšuje drsnosť povrchu;

● Juvenilné topoľové drevo má nižšiu drsnosť povrchu vďaka kratším drevným vláknam, nižším pevnostným vlastnostiam, čo spôsobuje ľahšie delenie materiálu, menšie porušenie povrchu, menšie nerovnosti po vytrhaných vláknach.

 

Možnosti využitia juvenilného dreva v drevárskych výrobkoch

Z výsledkov experimentálnych sledovaní juvenilného dreva z pohľadu jeho fyzikálno mechanických vlastností, kvality opracovania, energetickej náročnosti procesu obrábania ako aj experimentov zameraných na jeho využitie v jednotlivých drevárskych komoditách použiteľných v drevených konštrukciách, ale aj z pohľadu surovinových cenových relácií je možné konstatovat, že využitie juvenilného dreva nájde uplatnenie:

● pri výrobe reziva na drevené konštrukcie,

● pri výrobe lepených konštrukčných prvkov drevostavieb,

● pri výrobe viacvrstvych materiálov (BIO dosky, konštrukčné dielce, celodrevené plávajúce podlahy,...),

● pri výrobe veľkoplošných materiálov z dezintegrovaného dreva (OSB, DTD, DVD).

 

Najväčší vplyv na uplatnenie juvenilného dreva v drevárskych výrobkoch použiteľných v drevených konštrukciách majú nasledovne zistenia:

● Miernym obmedzením môžu byť nižšie mechanické vlastnosti juvenilného dreva oproti drevu staršiemu, ale aj tak budú pre väčšinu výrobkov stále vyhovujúce i z pohľadu kombinácie s inými materiálmi (sendvičové konštrukcie).

● Pri istých druhoch výrobkov vyžadujúcich si nízku hmotnosť môže byť nižšia hustota juvenilného dreva výhodou.

● Nakoľko je kvalita povrchu juvenilného topoľového dreva vyššia ako dreva starého, v tomto ohľade nie sú jeho použitiu kladené žiadne prekážky. Je ho možné použiť všade tam kde drevo staršie.

● Energetická náročnosť procesu obrábania zvýhodňuje drevo juvenilné pred drevom starším. Jeho používaním môžeme dosiahnuť úsporu energie.

● Nezanedbateľnou výhodou juvenilného topoľového dreva je jeho nižšia cena oproti drevu staršiemu, a relatívne nízky rubný vek, pri ktorom sa dá ťažiť.

Viac bola rozvinutá myšlienka použitia juvenilného dreva do stredových vrstiev kompozitných materiálov (Bio-dosky, šalovacie dielce a plávajúce podlahy), (viz obr. 7 a 8).

 

 

 

Z experimentálnych sledovaní vlastností jednotlivých kompozitných materiálov so stredovou vrstvou pozostávajúcou z juvenilného dreva môžeme konštatovať (viac o danej problematike sa dozviete v [13], [14], [15]):

● zníženie hustoty materiálov,

● veľmi malý vplyv na napúčanie materiálov,

● pevnosť v ohybe u všetkých typov materiálov bola vyššia, ako je minimálna prípustná pevnosť pre daný typ materiálu,

● ohybové vlastnosti materiálov s použitím juvenilného dreva sa javia byť lepšie ako dosiek čisto smrekových konštrukcií, vzhľadom na ich nižšiu hustotu.

 

O vlastnostiach jednotlivých typov materiálov môžeme konštatovať, že sú ich parametre v rámci normou udaných intervalov odchýlok pre jednotlivé vlastnosti.

 

Z experimentov zameraných na sledovanie vlastností lamelového dreva s vrstvami pozostávajúcimi z juvenilného dreva môžeme konštatovať (viac o danej problematike sa dozviete v [16]):

● Pri juvenilnom lamelovom dreve bol pokles hodnôt všetkých skúmaných vlastností v porovnaní so starším drevom. Pevnosť v ohybe v juvenilnom dreve sa znížila o 18 %, koeficient ohýbateľnosti o 27 %, modul pružnosti o 12 % a ohybová práca o 36 % v porovnaní so starším drevom.

● Pri dynamickom namáhaní bol vplyv veku nižší – pokles trvanlivosti v juvenilnom dreve bol len 7 % v porovnaní so starším drevom, takže jeho uplatnenie pri výrobe nábytkových lamelových dielcov je možné.

● Ďalšou možnosťou pre uplatnenie lamelového juvenilného dreva vidíme v kombinácii s inými drevinami (napríklad s bukom), v kombinácií hrúbok a podobne.

 

 

Zo širokého záberu experimentálnych sledovaní zameraných na možnosti využitia juvenilného dreva je vo všeobecnosti možné konštatovať, že juvenilné drevo je lacný materiál, disponujúci pri svojej nízkej hustote dobrými mechanickými vlastnosťami, s uspokojivou kvalitou povrchu a nízkou energetickou náročnosťou opracovania. Ako taký je vhodným materiálom na výrobu lepených konštrukčných prvkov pre drevostavby. Svojimi vlastnosťami je priam predurčený ako nosný materiál pri vrstvených materiálech, ako sú celodrevené plávajúce podlahy, stolárske biodosky alebo šalovacie dielce. Jeho nízka energetická náročnosť spracovania ho zvýhodňuje pri produktoch, ktoré si vyžadujú dezintegráciu drevnej hmoty ako OSB dosky, drevotrieskové dosky či papier. Výhodne je ho možno použiť na obalové materiály. Tieto tvrdenia sú potvrdené aj experimentálnymi sledovaniami uvedeného materiálu (juvenilného topolového, ale aj borovicového dreva) na jednotlivých pracoviskách Drevárskej fakulty TU vo Zvolene, ktoré sa touto problematikou zaoberajú.

 

 

 

1) Paulínyová, J. – Čunderlík, I.: Juvenilné drevo. Stolársky magazín, 2004, č. 1–2, s. 6–7.

2) Thörngvist, T.: Juvenile wood in conifers. Swedish Council for Building Research Stockholm, 4 Edition, 1993, s. 110.

3) http://www.for.gov.bc.ca/hre/syldemo/syl2juv.htm.

4) Čunderlík, I.: Juvenilné drevo. In: Trieskové a beztrieskové obrábanie dreva 2002, Zvolen, Vydavateľstvo TU Zvolen 2002, s. 77–83.

5) Čunderlík, I.: – Barcík, Š. – Kotlínová, M. – Pivolusková, E.:Vybrané fyzikálne a mechanické vlastnosti borovicového dreva. In.: Acta Facultatis Xylologiae, XLVII, 2005, č. 1, s. 5–12.

6) Čunderlík, I.: – Barcík, Š. – Kotlínová, M. – Pivolusková, E.: Vybrané fyzikálne a mechanické vlastnosti juvenilného borovicového dreva. In: V. MVK „Tries. a beztries. obr. dreva 04“, Starý Smokovec, 2004, s. 77–83.

7) Barcík, Š. – Samolej, A. – Kotlínová, M. – Pivolusková, E.: Analýza vplyvu posuvnej a reznej rýchlosti na rezný výkon pri rovinnom frézovaní juvenilného borovicového dreva. In: Acta Facultatis Xylologiae, XLVII, 2006, č. 1, s. 21–26.

8) Barcík, Š. – Pivolusková, E. – Kminiak, R.: The influence of technological and material factors on energy output at plane milling of juvenile poplar wood. In: AMBIENTA 2007: New Technologies and materials in forest-based industries, 18. IC, Zagreb, 2007, s. 107–112.

9) Barcík, Š. – Samolej, A.: Vplyv uhlovej geometrie nástroja na rezný výkon pri rovinnom frézovaní juvenilného borovicového dreva. In: IV. MVK „Tries. a beztries. obr. dreva 04“, Starý Smokovec, 2004, s. 37–42.

10) Barcík, Š. – Kotlínová, M. – Pivolusková, E.: Vplyv technologických parametrov na rezný výkon pri rovinnom frézovaní juvenilného topoľového dreva. In: Trieskové a beztrieskové obrábanie dreva 06, 2006.

11) Barcík, Š. – Kotlínová, M. – Pivolusková, E.: Experimental observation of juvenile pine wood at plane milling. In: Woodworking technique 07, 2^nd ISC, Zagreb-Zalesina, 2007, s. 189–200.

12) Barcík, Š. – Homola, T.: Vplyv vybraných parametrov na kvalitu obrobeného povrchu pri rovinnom frézovaní juvenilného borovicového dreva. In: IV. MVK „Tries. a beztries. obr. dreva 04“, Starý Smokovec, 2004, s. 31–36.

13) Gáborík, J. – Káčerová, K.: Ohybové vlastnosti lamelového dreva z juvenilného topoľa. In: Woodworking technique 07, 2^nd ISC, Zagreb-Zalesina, 2007, s. 189–200.

14) Šúriková, J. – Barcík, Š.: Možnosti využitia juvenilného dreva. In: Trieskové a beztrieskové obrábanie dreva 06 (V. MVK), Starý Smokovec, 2006, s. 283–286.

15) Šúriková, J. – Barcík, Š.: The possibilities of utilization of juvenile poplar wood in shearing stress joint. In: Woodworking technique 07, 2^nd ISC, Zagreb-Zalesina, 2007, s. 325–330.

16) Královič, M.: Možnosti využitia topoľového dreva pri výrobe trojvrstvových kompozitných materiálov, dizertačná práca, Zvolen, 2009.

Doc. Ing. Štefan Barcík, CSc., (*1957)vystudoval VŠLD ve Zvolenu, obor Mechanická technologie dřeva. V současné době je docentem na katedře opracování dřeva, Dřevařské fakulty Technické univerzity ve Zvolenu a katedře zpracování dřeva, Fakulty lesnické a dřevařské České zemědělské univerzity v Praze. Patří mezi uznávané mezinárodní odborníky v oblasti dřevozpracující techniky. Absolvoval několik studijních, výzkumných a přednáškových pobytů na univerzitách v Záhřebu, Poznani, Šoproni a Vídni. O vědecko-pedagogické a odborné práci svědčí jeho bohatá publikační činnost.