ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Φεβρουάριος. Μελέτη Μηχανικών συνδέσεων σε ξύλινες κατασκευές μικρής κλίμακας. Χατζηχρόνογλου Ελίνα

Transcript

1 Φεβρουάριος 2011 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ Τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Μελέτη Μηχανικών συνδέσεων σε ξύλινες κατασκευές μικρής κλίμακας Χατζηχρόνογλου Ελίνα Επιβλέπων: Παπανίκος Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής Πανεπιστημίου Αιγαίου

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι ξύλινες συνδέσεις χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές κατασκευών τόσο μεγάλης όσο και μικρής κλίμακας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι τύποι συνδέσεων σε κατασκευές μικρής κλίμακας όπου είναι δυνατή και η ακριβής μοντελοποίηση και ανάλυση της κατασκευής. Η βιβλιογραφία δείχνει ότι η ασφαλής και βέλτιστη χρήση των συνδέσεων αυτών βασίζεται κυρίως σε εμπειρικές μεθόδους που αφορούν τη μηχανική συμπεριφορά τους. Τα σύγχρονα εργαλεία ανάλυσης κατασκευών, όπως η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων, καταστούν δυνατή την λεπτομερή ανάλυση των συνδέσεων αυτών και την βελτιστοποίηση της σύνδεσης. Σκοπός της εργασίας Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι αρχικά η παρουσίαση του ξύλου ως δομικό στοιχείο καθώς και των τρόπων σύνδεσης του ξύλου. Στη συνέχεια εξετάζεται κατά πόσο η ανάπτυξη ενός υπολογιστικού εργαλείου, βασισμένο στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, καθιστά δυνατή τη βελτιστοποίηση των συνδέσεων με μόρσο ως προς την αντοχή του ξύλου και της κόλλας. Δομή της εργασίας Η εργασία χωρίζεται σε τέσσερα κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί μια εισαγωγή στο ξύλο και τα σημαντικά εμπορικά είδη του, τη μορφολογία και τις χρήσεις τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μηχανικές ιδιότητες του ξύλου και στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται οι σημαντικότεροι τύποι συνδέσεων. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται αρχικά μια βιβλιογραφική ανασκόπηση επιστημονικών άρθρων που σχετίζονται με την ανάλυση συνδέσεων με ξύλο, κυρίως σε συνδέσεις με μόρσο. Στη συνέχεια γίνεται ανάλυση μιας τυπικής σύνδεσης απλού μόρσου, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Γίνεται προσπάθεια βελτιστοποίησης της σύνδεσης, ως προς την αντοχή του ξύλου και της κόλλας, χρησιμοποιώντας παραμετρικές αναλύσεις. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΤΟ ΞΥΛΟ, ΣΥΣΤΑΣΗ,ΕΙΔΗ, ΧΡΗΣΕΙΣ Πηγές ξυλείας και χρήσεις Σκληρά και μαλακά ξύλα Εμπορικές πηγές προϊόντων ξυλείας Κλασικές χρήσεις και τάσεις Τα είδη και η περιγραφή τους...10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ Ορθότροπη φύση του ξύλου Μέτρο ελαστικότητας Λόγος Poisson Μέτρο διάτμησης (modulus of rigidity) Μηχανικές ιδιότητες...51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ Καρφιά Αντίσταση εξαγωγής Η επίδραση του φουρνίσματος Η επίδραση της μορφής του καρφιού Διάβρωση και οξείδωση Διείσδυση Στερέωση Ακίδες Συρραπτικά Περιστρεφόμενα μπουλόνια Βίδες ξύλων Βίδες κλειδιού Συνδετήρες ενώσεων Μεταλλικές συνδετικές πλακέτες Κόλληση ξύλινων δομικών στοιχείων Κόλλες Διαδικασία κόλλησης Συνδέσεις με κόλληση...85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΝΔΕΣΜΩΝ Εισαγωγή Ορισμός συνδέσμου για ανάλυση Μοντελοποίηση και φορτίσεις Παραμετρικές αναλύσεις...95 ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΤΟ ΞΥΛΟ, ΣΥΣΤΑΣΗ,ΕΙΔΗ, ΧΡΗΣΕΙΣ Κατά τη διάρκεια της ιστορίας, τα μοναδικά χαρακτηριστικά και η συγκριτική αφθονία του ξύλου, το έχουν κάνει ένα φυσικό υλικό για χρήση σε σπίτια και άλλες κατασκευές, έπιπλα, εργαλεία, οχήματα και διακοσμητικά αντικείμενα. Σήμερα, για τους ίδιους λόγους, το ξύλο έχει διακριθεί για πληθώρα χρήσεων. Όλα τα είδη ξύλου, αποτελούνται από κυτταρίνη (ποσοστό 40-55%), λιγνίνη (ποσοστό 20-30%), ημικυτταρίνη (ποσοστό 15-35%) και μικρές ποσότητες (5% έως 10%) από άλλα υλικά και χρωστικές ουσίες, τα οποία περιλαμβάνονται σε μια κυψελοειδή δομή. Ποικιλίες χαρακτηριστικών και ποσοτήτων αυτών των συστατικών, όπως και διαφορές στην κυψελοειδή μορφή κάνουν ένα ξύλο ελαφρύ ή βαρύ, στιβαρό ή εύκαμπτο και μαλακό ή σκληρό. Οι ιδιότητες ενός συγκεκριμένου είδους είναι σχετικά σταθερές, μέσα σε όρια. Επομένως, η επιλογή ξύλου αποκλειστικά βάσει του είδους του, μπορεί πολλές φορές να είναι επαρκής. Εντούτοις, για να χρησιμοποιήσουμε το ξύλο με το βέλτιστο τρόπο, σε μηχανικές εφαρμογές, συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ή φυσικές ιδιότητες πρέπει να ληφθούν υπόψη. Ιστορικά, κάποια είδη ικανοποιούν πολλούς σκοπούς ενώ άλλα, λιγότερο διαθέσιμα ή λιγότερο επιθυμητά χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη μίας ή δύο αναγκών. Για παράδειγμα, επειδή η λευκή οξιά είναι είναι σκληρή, στιβαρή και ανθεκτική στο χρόνο, προορίζεται κυρίως για την κατασκευή σκελετών πλοίων, γεφυρών, βυτιοποιία, ξυλία σιταποθηκών, αγροτικά μέσα, συνδετικές δοκούς σιδηροδρόμων, για φράχτες ή και για ξύλινα δάπεδα. Ξύλα όπως η μαύρη καρυδιά και η κερασιά αρχικά χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή επίπλων και ντουλαπιών. Η λευκή καρυδιά μετατράπηκε σε στιβαρές λαβές εργαλείων και η μαύρη χαρουπιά ξεχώρησε για τη χρήση της στην κατασκευή σιταποθηκών. Αυτό που έμαθαν οι πρώτοι κατασκευαστές ή βιοτέχνες βάσει εμπειρίας, δοκιμής και λαθών, έγινε η βάση για την απόφαση της 4

5 καταλληλότητας των ειδών για κάθε περίπτωση χρήσης, ανάλογα με τα χαρακηριστικά τους. Ήταν κοινά αποδεκτό ότι ξύλα από δέντρα που μεγαλώνουν σε συγκεκριμένες περιοχές και κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, είναι πιο δυνατά, περισσότερο ανθεκτικά, πιο εύκολα στην επεξεργασία οτυς με εργαλεία ή λιγότερο τραχιά από έντραπου μεγάλωναν σε άλλες περιοχές και συνθήκες. Η μοντέρνα έρευνα γύρω από το ξύλο, τεκμηριώνει οτι η περιοχή και οι συνθήκες ανάπτυξης, επηρεάζουν σημαντικά τις ιδιότητες του ξύλου. Η βαθμιαία μείωση των παλαιών δασών στις ΗΠΑ, έχει μειώσει και τον ανεφοδιασμό από μεγάλα καθαρά κούτσουρα, που προοριζόταν για ξυλεία και καπλαμάδες. Εντούτοις, η σημαντικότητα των υψηλής ποιότητας πρωτογενών ξύλων, έχει μικρύνει δεδομένου ότι έχουν εισαχθεί νέες προσεγγίσεις για τη χρήση του ξύλου. Ξύλα δεύτερης ποιότητας, από τα εναπομείναντα, μακράς- ωρίμανσης δάση, και εισαγωγές, συνεχίζουν να καλύπτουν τις ανάγκες των ξύλων στην απαιτούμενη ποιότητα. Το ξύλο αποτελεί ένα πολύτιμο υλικό στην εφαρμοσμένη μηχανική και σε πολλές περιπτώσεις οι τεχνολογικές πρόδοι το έχουν καταστήσει ακόμα πιο χρήσιμο. Οι έμφυτοι παράγοντες που κρατούν το ξύλο στο προσκύνιο των φυσικών υλικών είναι πολλοί και ποικίλοι, αλλά κύρια ιδιότητά τους είναι η διαθεσιμότητά τους σε πολλά είδη, μεγέθη, σχήματα και καταστάσεις που μπορεί σχεδόν να καλύψει κάθε απαίτηση. Το ξύλο, έχει μια υψηλή αναλογία αντοχής- βάρους και ένα αξιοσημείωτο ρεκόρ για τη διάρκεια και την απόδοσή του ώς δομικό ύλικό. Το ξηρό ξύλο, εχει πολύ καλές μονωτικές ικανότητες ενάντια στη θερμότητα, τον ήχο και τον ηλεκτρισμό. Τείνει να απορροφά και να διαλύει κραδασμούς κάτω από κάποιες συνθήκες χρήσης και ακόμα είναι ένα ασύγκριτο υλικό για μουσικά όργανα όπως το βιολί. Τα μοτίβα του κορμού και τα χρώματα των ξύλων, το κάνουν αισθητικά ευχάριστο υλικό του οποίου η μορφή μπορεί εύκολα να ενισχυθεί από στάμπες, βερνίκι, χρώματα λάκας και άλλα προϊόντα επεξεργασίας. Σχηματοποιείται εύκολα με εργαλεία και συνδέεται με κόλλες, καρφιά, βίδες, μπουλόνια και γομφούς. Το κατεστραμένο ξύλο μπορεί εύκολα να επιδιορθωθεί να αναδιαμορφωθεί ή να αλλαχθεί. Από την άλλη πλευρά το ξύλο αντιστέκεται στην οξείδωση, μπορεί να επεξεργαστεί με συντηριτικά και αντιφλεκτικά προϊόντα, και μπορεί να συνδυαστεί σχεδόν με 5

6 όλα τα υπόλοιπα υλικά τόσο για λειτουργικούς όσο και για αισθητικούς σκοπούς. 1.1 Πηγές ξυλείας και χρήσεις Στις ΗΠΑ, περισσότερα από 100 είδη ξύλου είναι διαθέσιμα και περίπου 60 είδη ξύλου είναι αυτά που χρησιμοποιούνται κυρίως για εμπορικούς σκοπούς. Άλλα 30 είδη εισάγονται κυρίως σε μορφή κούτσουρων, λοξοτομών, ξυλείας και καπλαμά για χρήση στη βιομηχανία, την κατασκευή κτιρίων και σκαφών. Ένα συνεχές πρόγραμμα εύρεσης ξυλείας βρίσκεται σε εφαρμογή στις ΗΠΑ μέσω της συνεργασίας με Ομοσπονδιακές και Πολιτειακές αντιπροσωπείες και έτσι, νέες πληροφορίες για τις πηγές ξύλου δημοσιεύονται σε Ομοσπονδιακές και Πολιτειακές αναφορές. Δύο από τα σημαντικότερα βιβλία είναι το Analysis of the Timber Situation in the United States (USDA1990) και το The 1993 RPA Timber Assessment Update (Hyanes and others 1995) [1]. Η πρόσφατη πληροφορία για την κατανάλωση, την παραγωγή, τις εισαγωγές, το απόθεμα και τη ζήτηση, δημοσιεύεται περιοδικά από το Forest Products Laboratory (Howard 1997) και είναι διαθέσιμο από το Superintendent of Documents, U.S. Government Printing Office, Washington, DC. 1.2 Σκληρά και μαλακά ξύλα Τα ξύλα χωρίζονται σε δυο ευρείες κατηγορίες, οι οποίες αναφέρονται ως μαλακά και σκληρά ξύλα. Αυτά τα ονόματα μπορεί να μπερδεύουν κάποιους αφού ορισμένα μαλακά ξύλα είναι πιο σκληρά από κάποια σκληρά ξύλα. Για παράδειγμα, μαλακά ξύλα όπως η μακρύφυλλη πεύκη και η πεύκη της ακτής του Douglas είναι τυπικά σκληρότερα από τις σκληρές ποικιλίες της φλαμουριάς και της λεύκας. Στη βοτανολογία, τα σκληρά ξύλα είναι αγγειόσπερμα, που σημαίνει οτι οι καρποί τους είναι κλεισμένοι στο κέντρο του λουλουδιού. Ανατομικά, τα σκληρά ξύλα είναι πορώδη. Αυτό σημαίνει οτι περιέχουν αγγειακά στοιχεία (vessel elements). Ένα αγγειακό στοιχείο, είναι μια ξύλινη κυψέλη με ανοιχτές άκρες. Όταν οι κυψέλες αυτές είναι τοποθετημένες η μία πάνω στην άλλη, σχηματίζουν ένα συνεχόμενο σωλήνα, που χρησιμεύει ως αγωγός για τη μεταφορά νερού ή άλλων χυμών μέσα στο δέντρο. Τυπικά, τα σκληρά ξύλα είναι 6

7 φυτά με πλατιά φύλλα, που με ορισμένες εξαιρέσεις σε εύκρατα κλίματα, χάνουν τα φύλλα τους το φθινόπωρο ή το χειμώνα. Τα περισότερα ξύλα που εισάγονται από τροπικά κλίματα είναι σκληρά ξύλα. Στη βοτανολογία, τα μαλακά ξύλα, είναι γυμνόσπερμα ή κωνοφόρα, που σημαίνει ότι οι καρποί τους έιναι εκτεθειμένοι. Ανατομικά, τα μαλακά ξύλα δεν είναι πορώδη και δεν περιέχουν κυψέλες. Τα μαλακά ξύλα, προέρχονται συνήθως από κωνικού σχήματος δέντρα, με βελονοειδή αειθαλή φυλλώματα. Μερικά μαλακά ξύλα ωστόσο, όπως τα αγριόπευκα (larches) ή κάποια είδη κυπαρισσιού, χάνουν το φύλλωμά τους κατά τη διάρκεια του φθινοπώρο και του χειμώνα. Οι κυριότερες πηγές ειδών μαλακής ξυλείας είναι διασκορπισμένες σε όλες τις ΗΠΑ, εκτός από το Great Plains οπου συναντά κανείς μόνο μικρές δασικές εκτάσεις. Τα είδη δέντρων από τα οποία παράγεται μαλακή ξυλεία, χωρίζοντια σε τρείς ευρείες και πολύ γενικές κατηγορίες όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.1. Η σκληρή ξυλεία, απαντάται σε όλα τα μέρη των ΗΠΑ, παρόλο που τα περισσότερα δέντρα αυτού οτυ είδους μεγαλώνουν ανατολικά του Great Plains. Τα είδη της σκληρής ξυλείας φαίνονται κατά είδος στον Πίνακα 1.2. Πίνακας 1.1 Κυριότερες πηγές μαλακής ξυλείας στις ΗΠΑ σύμφωναμε την περιοχή προέλευσης [1] Δυτικά Βόρεια Νότια Incences cedar Northern white- cedar Atlantic white- cedar Port- Orford- cedar Balsam fir Baldcypress Douglas fir Eastern hemlock Frasen White firs Frasen fir Southern Pine Western hemlock Jack pine Eastern redcedar Western larch Lodgepole pine Ponderosa pine Sugar pine Western white pine Western redcedar Redwood Engelmann spruce Red pine Eastern white pine Eastern redcedar Eastern spruces Tamarack 7

8 Sitka spruce Yellow cedar Πίνακας 1.2 Κύριες πηγές σκληρής ξυλείας στις ΗΠΑ σύμφωνα με την περιοχή προέλευσης [1] Νότια Βόρεια και Απαλάχεια όρη Δυτικά Ash Ash Red alder Basswood Aspen Oregon ash American beech Basswood Aspen Butternut Buckeye Black cottonwood Cottonwood Butternut California black oak Elm American beech Oregon white oak Hackberry Birch Bigleaf maple Pecan hickory Black cherry Paper birch True hickory American chestnut Tanoak Honeylocust Cottonwood Black locust Elm Magnolia Hackberry Soft maple True hickory Red oaks Honey locust White oaks Hard maple Sassafras Soft maple Sweetgum Red oaks American sycamore White oaks Tupelo American sycamore Black walnut Black walnut Black willow Yellow- poplar Yellow- poplar 8

9 1.3 Εμπορικές πηγές προϊόντων ξυλείας Η μαλακή ξυλεία είναι διαθέσιμη κατευθείαν από το πριονιστήριο, από εμπόρους χονδρικής και λιανικής ή μέσω μεσιτών ξυλείας. Η μαλακή ξυλεία και το κοντραπλακέ, χρησιμοποιούνται στις κατασκευές ως φόρμες, υλικά σκαλωσιάς, περιφράξεις, δάπεδα, σχήματα, επικαλύψεις, ντουλάπες στήλες και κολόνες και πληθώρα άλλων στοιχείων των κτιρίων. Τη μαλακή ξυλεία επίσης μπορεί κανείς να τη συναντήσει και σε μορφή κομματιών, λωρίδων, πορτών και ποικιλία άλλων μορφών, σε συνδυασμό με κάποια σκληρά υλικά όπως για παράδειγμα δοκάρια. Η σκληρή ξυλεία, χρησιμοποιείται στις κατασκευές ως πάτωμα, αρχιτεκτονικές ξύλινες κατασκευές, εσωτερικές ξύλινες κατασκευές όπως και για την κάλυψη επιφανειών. Αυτά τα υλικά είναι συνήθως διαθέσιμα από προμηθευτές υλικών οικοδομής και από τόπους όπου διατίθεται ξυλεία. Μεγάλο μέρος της σκληρής ξυλείας και των μεγάλων σε διαστάσεις αποθεμάτων, προορίζονται για την κατασκευή επίπλων, πατωμάτων, παλετών, containers, υλικό προστασίας φορτίου, και καλουπώματος. Η σκληρή ξυλεία και το μεγάλο σε διαστάσεις απόθεμα, είναι διαθέσιμο κατευθείαν από τους παραγωγούς, μεσω χονδερμπόρων και μεσιτών και από ελάχιστα σημεία λιανικής πώλησης. Τόσο τα προϊόντα μαλακής όσο και σκληρής ξυλείας διανέμονται μέσω των ΗΠΑ. Οι τοπικές προτιμήσεις και διαθεσιμότητες συγκεκριμένων ειδών μπορεί να επιρεάσουν την επιλογή, αλλά μια ευρεία γκάμα ειδών ξυλείας είναι γενικά διαθέσιμη για χρήση σε κατασκευές κτιρίων, βιομηχανικές εφαρμογές και οικιακή χρήση. 1.4 Κλασικές χρήσεις και τάσεις Τα παραγωγικά και καταναλωτικά επίπεδα μερικών από τις πολλές κατηγοριοποιήσεις χρήσης για το ξύλο αυξάνονται με τη γενική εθνική οικονομία και άλλων παραγόντων με τον ίδιο τρόπο. Οι πιο δυναμικά αναπτυσσόμενες βιομηχανίες που βασίζονται στη ξυλεία είναι εκείνες που μετατρέπουν ξύλα σε λεπτά φύλλα (καπλαμάδες), μοριοσανίδες (νοβοπάν) και ινοπολτό όπως και εκείνες που συγκεντρώνουν εκ νέου τα διάφορα αυτά 9

10 στοιχεία και παράγουν ποικιλία από τύπους βιομηχανικών πάνελς όπως το κοντραπλακέ, οι μοριοσανίδες, τα φύλλα καπλαμάδων, χαρτί, χαρτόνια και προϊόντα από πολτό χαρτιού. Ένας άλλος τομέας της βιομηχανίας ξύλου ο οποίος ανπτύσσεται ραγδαία τα τελευταία χρόνια είναι η παραγωγή ξύλου τύπου laminate (ξύλο που αποτελείται από διάφορα στρώματα). Για πολλά χρόνια, η βιομηχανία του ξύλου παρήγαγε σχεδόν την ίδια ποσότητα ξύλου το χρόνο. Μέτριες αυξήσεις παρατηρούνταν κατά την παραγωγή ξυλείας για την κατασκευή σιδηροδρόμων, βυτιοποιείας, σανιδών και δοκών. 1.5 Τα είδη και η περιγραφή τους Σκληρά Ξύλα Κόκκινη σημύδα (Red Alder) Η κόκκινη σημύδα, μεγαλώνει κατά μήκος των ακτών του Ειρηνικού αναμεσα στην Αλάσκα και την Καλιφόρνια. Πρόκειται για το κύριο ξύλο που χρησιμοποιείται στις ξύλινες κατασκευές στο Oregon και την Washington όπως επίσης και εκείνο που συναντάται σε αφθονία σε αυτές τις δύο πολιτείες. Το ξύλο της κόκκινης σημύδας ποικίλει από λευκό μέχρι ελαφρώς ροζ- Εικόνα 1.1 Κόκκινη σημύδα καφέ χρώμα ξύλου και δεν υπάρχει κανένα ορατό όριο ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό του κορμού. Το ξύλο της κόκκινης σημύδας ανήκει στην κατηγορία των ελαφρών ξύλων και στη μεσαία κατηγορία σε ότι αφορά στις ανθεκτικές του δυνατότητες αλλά είναι πολύ αδύναμο σε καταπονήσεις. Επίσης έχει σχετικά μικρό ποσοστό συρρίκνωσης. Η κύρια χρήση της κόκκινης σημύδας είναι στην κατασκευή επίπλων, αλλά και στη δημιουργία ξύλινων ταινιών και πορτών, όπως επίσης και σε άλλες ξυλουργικές εργασίες. 10

11 Φλαμουριά (Ομάδα λευκής φλαμουριάς) Σημαντικά είδη της ποικιλίας της λευκής Φαλμουριάς είναι η Λευκή Αμερικάνικη Φλαμουριά (Fraxinus Americana, Εικόνα 1.2) η πράσινη Φλαμουριά, η μπλέ Φλαμουριά και η Φλαμουρια του Όρεγκον. Τα τρία πρώτα είδη, ευδοκιμούν στο ανατολικό κομάτι των ΗΠΑ. Η Φλαμουριά του Όρεγκον, ευδοκιμεί κατά μήκος των ακτών του Ειρηνικού Οκεανού. Το εσωτερικό ξύλο της λευκής Φλαμουριάς είναι καφέ, ενώ ο εξωτερικός φλοιός έχει ένα πολύ έλαφρύ χρώμα το οποίο πλησιάζει το λευκό. Τα δέντρα δεύτερης γενιάς είναι εξαιρετικά περιζήτητα λόγω των φυσικών τους ιδιοτήτων. Είναι βαριά, δυνατά, σκληρά, συμπαγή και επιδεικνύουν μεγάλη αντίσταση σε κραδασμούς. Η φλαμουριά του Όρεγκον έχει λίγο λιγότερες ιδιότητες σε ότι αφορά τη δύναμη από την Αμερικάνικη Φλαμουριά, αλλά χρησιμοποιούνται Εικόνα 1.2 Λευκή Φλαμουριά και τα δύο για παρόμοιους σκοπούς στη Δυτική Ακτή. Η αμερικάνικη λευκή Φλαμουριά χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή στυλιαριών, ξύλινων κουπιών, μπαστουνιών του baseball και για άλλα αθλητικά είδη. Κύριες χρήσεις της λευκής Φλαμουριάς είναι επίσης οι διακοσμητικοί καπλαμάδες, βιβλιοθήκες, έπιπλα, πατώματα και πληθώρα άλλων ξυλουργικών εργασιών. Μαύρη Φλαμουρια (Black Ash) Η ομάδα της μαύρης Φλαμουριάς περιλαμβάνει τα είδη της μαύρης Φλαμουριάς και της pumpkin φλαμουριάς. Η μαύρη φλαμουριά (Εικόνα 1.3) ευδοκιμεί στη Βορειοδυτική ενώ η pumpkin φλαμουριά στην Βόρεια Αμερική. Το εσωτερικό ξύλο της μαύρης φλαμουριάς, είναι περισσότερο καφέ από εκείνο της λευκής φλαμουριάς. Ο εξωτερικός φλοιός, είναι και σε αυτό το είδος έχει χρώμα που πλησιάζει το λευκό. Το ξύλο της μαύρης φλαμουριάς έιναι πιο 11

12 ελαφρύ από τη λευκή φλαμουριά. Η λευκη και η πράσινη φλαμουριά που μεγαλώνει στις βόρειες παραποτάμιες περιοχές και ειδικά σε περιοχές που υπάρχουν πλημμύρες για μεγάλα χρονικά διαστήματα, παράγουν ξυλεία που είναι συγκριτικά ελαφριά και εύθραυστη. Κύριες χρήσεις των ξύλων της ομάδας της μαύρης φλαμουριάς είναι οι διακοσμητικοί Εικόνα 1.3 Μαύρη Φλαμουριά καπλαμάδες, οι βιβλιοθήκες, τα έπιπλα, τα κιβώτια και άλλες ξύλινες κατασκευές. Λεύκα (aspen) Η λεύκα (Εικόνα 1.4), είναι ένα πολύ κοινό όνομα, το οποίο χρησιμοποιούμε αναφερόμενοι στη bigtooth και στη quaking λεύκα. Η λεύκα δεν περιέχει balsam poplar και τα άλλα είδη τα οποία περιλαμβάνονται στα βαμβακόδεντρα. Εντούτοις, σύμφωνα με τις στατιστικές του Αμερικάνικου Γραφείου απογραφής Ξυλείας, το ξύλο του φυτού της βαμβακιάς περιέχει όλα τα προαναφερθέντα είδη. Επίσης, η ξυλεία της λεύκας και του Εικόνα 1.4 Λεύκα βάμβακος, μπορεί νκατά την πώληση να αναμειγνύεται και να πωλείται είτε ως ξυλεία λεύκας είτε ώς ξυλεία βάμβακος. Η λέξη λεύκα, δε θα πρέπει να συγχαίεται με την κίτρινη λεύκα για την οποία χρησιμοπιείται επίσης το ίδιο όνομα. Η ξυλεία της λεύκας, παράγεται κυρίως στις βορειοανατολικές ΗΠΑ. Το εσωτερικό ξύλο της λέυκας κυμαίνεται σε αποχρώσεις από ανοιχτό λευκό- γκρί μέχρι ανοιχτό καφέ- γκρί. Ο φλοιός της λεύκας έχει πιο ανοιχτό χρώμα και γενικά ενώνεται με το εσωερικό μέρος χωρίς εμφανή διαχωρισμό. Το ξύλο της λεύκας, είναι συήθως ευθύ με μια ελαφριά ομοιόμορφη υφή. Δουλεύεται εύκολα. Οι καλά αποξηραμένη ξυλεία της λέυκας δε μεταδίδει τη μυρωδιά ή τη γεύση της 12

13 στα τρόφιμα. Το ξύλο της λεύκας έιναι ελαφρύ και μαλακό. Έχει μικρή ανθεκτικότητα, είναι συγκρατημένα δύσκαμπτο, έχει μικρή ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις και τέλος έχει συκγρατημένα υψηλή συρρίκνωση (moderately high shrinkage). Η λέυκα κόβεται σε ξυλεία για την κατασκευή παλετών, κιβωτίων, ξυλοπολτού, ξύλινων πάνελ, γεμισμάτων, σπίρτων, καπλαμάδων και για διάφορες άλλες χρήσεις. Σήμερα, η λεύκα είναι ένα από τα προτιμώμενα είδη για την κατασκευή πάνελ ξύλινου πολτού, που πρόκειται για ένα πάνελ που όλο και περισσότερο χρησιμοποιείται ως επένδυση. Φλαμουριά (Basswood) Η αμερικάνικη Φλαμουριά (Tilia Americana) που φαίνεται στην εικόνα 1.5, είναι το πιό σημαντικό είδος Φλαμουριάς. Το επόμενο σημαντικότερο, είναι η λευκή Φλαμουριά (T. heterophylla) και καμία προσπάθεια διάκρισης δε γίνεται ανάμεσα σε αυτά τα δυο είδη σε επίπεδα ξυλείας. Στο λιανικό εμπόριο, ο όρος «λευκή Φλαμουριά» χρησιμοποιείται προκειμένου να χαρακτηρίσει το λευκό ξύλο ή το εσωτερικό και των δυο ειδών. Η Φλαμουριά Εικόνα 1.5 Φλαμουριά ευδοκιμεί στο Ανατολικό μισό των ΗΠΑ και στις νότιες περιοχές του Καναδά. Η περιοχές με την μεγαλύτερη παραγωγή ξυλέιας Φλαμουριάς είναι οι λίμνες, και οι κεντρικές ΗΠΑ. Το εσωτερικό ξύλο της Φλαμουριάς είναι ελαφρά κίτρινο- καφέ και μερικές φορές περιέχει κάποια πιό σκούρα στοιχεία. Το ξύλο της Φλαμουριάς έχει παλτύ, εκρού ή απαλό καφέ φλοιό ο οποίος ενώνεται με το εσωτερικό ξύλο σταδιακά. Όταν είναι στεγνό, δεν αναδύει μυρωδιές ή γεύση. Είναι απαλό και ελαφρύ σε βάρος έχει ομαλή επιφάνεια, είναι ευθύ και πολύ εύκολο στην κατεργασία του με εργαλεία. Η συρρίκνωσή του σε πάχος και μήκος κατά τη διάρκεια της αποξήρανσης είναι υψηλή. Παρόλα αυτά το ξύλο της φλαμουριάς σπάνια διαβρώνεται κατά τη χρήση. 13

14 Αμερικάνικη οξιά (beech) Μόνο ένα είδος οξιάς, η αμερικάνικη οξιά (Fagus grandifolia) (Εικόνα 1.6), είναι γηγενής των ΗΠΑ. Ευδοκιμεί στο ένα τρίτο των ανατολικών ΗΠΑ και κοντά στις περιοχές του Καναδά. Σε ορισμένα δέντρα οξιάς, το χρώμα ποκίλει ανάμεσα στο σχεδόν λευκό και στο κοκκινο- καφέ εσωτερικό ξύλο. Πολλές φορές δεν υπάρχει σαφής διαχωρισμός ανάμεσα στο εσωτερικό ξύλο και τον φλοιό. Ο φλοιός μπορεί να φτάνει μέχρι τα 7 έως 13 cm πάχους. Το ξύλο έχει μικρό σχήμα και κλειστή ενιαία υφή. Δέν έχει χαρακτηριστική μυρωδιά ή γεύση. Το ξύλο της οξιάς κατατάσεται στα βαριά ξύλα, τα σκληρά, δυνατά και ανθεκτικά Εικόνα 1.6 Αμερικάνικη οξιά σε απότομες φορτίσεις, όπως επίσης και κατάλληλα για κάμψη. Η οξιά συρρικνώνεται πολύ και για τον λόγο αυτό πρέπει να αποξηραίνεται με πολύ μεγάλη προσοχή. Επεξεργάζεται ομαλά, είναι εξαίρετο ξύλο για επεξεργασία σε τόρνο, συμπεριφέρεται καλά και είναι εύκολο στη επεξεργασία του με συντηρητικά. Το μεγαλύτερο μέρος της ξυλείας της οξιάς χρησιμοποιείται ως πάτωμα ή κατασκευή επίπλων, χερουλιών, καπλαμάδων, ξύλινων αντικειμένων, δοχείων και βαρελιών. Σημύδα (Birch) Τα τρία σημαντικότερα είδη είναι η κίτρινη σημύδα (Εικόνα 1.7), η γλυκειά σημύδα (B. lenta) και η χαρτο- σημύδα (B. papyrifera). Αυτά τα τρία είδη είναι οι κύριες πηγές της ξυλείας σημύδας και των καπλαμάδων που προέρχονατι από αυτή. Άλλα είδη σημύδας με κάποια εμπορική σημασία είναι η σημύδα των ποταμών, η γκρί σημύδα και η δυτική Εικόνα 1.7 Κίτρινη σημύδα 14

15 χάρτο- σημύδα. Η κίτρινη, γκυλειά και χάρτο- σημύδα, ευδοκιμούν κυρίως στις βόρειες ΗΠΑ και τις λίμνες. Οι κίτρινη κι η γλυκειά επίσης συναντόνται και στα Απαλάχεια όρη, στη Βόρεις Georgia. Η κίτρινη σημύδα, έχει λευκό φλοιό και ελαφρώς κόκκινο- καφέ εσωτερικό. Η γλυκειά σημύδα, έχει ανοιχτού χρώματος φλοιό και σκούρο καφέ φλοιό οόποίος περιέχει και ελάχιστο κόκκινο χρώμα. Και για τα δύο αυτά είδη, η ξυλεία τους είναι βαριά, σκληρή, και δυνατή όπως επίσης έχει και μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις. Το ξύλο είναι ομαλό και ενιαίο σε υφή. Η χάρτο- σημύδα, είναι ελαφρύτερη σε βάρος, περισσότερο μαλακή και λιγότερο ανθεκτική από την κίτρινη σημύδα. Η σημύδα, γενικά, συρρικνώνεται εμφανώς κατά τη διάρκεια της αποξήρανσής της. Η κίτρινη και η γλυκειά σημύδα, χρησιμοποιούνται κυρίως για την κατασκευή επίπλων, κουτιών και κιβωτίων όπως επίσης και διάφορων ξύλινων αντικειμένων και πορτών. Ο καπλαμάς από τη σημύδα, χρησιμοποιείται για την επικάλυψη πορτών, επίπλων, πάνελ, ντουλαπών αλλά και σε πληθώρα άλλων εφαρμογών. Η χάρτο- σημύδα, χρησιμοποιείται στην κατασκυή οδοντογλυφίδων, ιατρικών εργαλείων μιας χρήσης, βάσεων για παγωτά αλλά και για παιχνίδια. Βελανιδιά (Buckeye) Η βελανιδιά, αποτελείται από δυο κύρια είδη. Την κίτρινη βελανιδιά και τη βελανιδιά του Ohio (Εικόνα 1.8), η οποία φαίνεται στην εικόνα 1.8. Αυτά τα δυο είδη, συναντώνται στα Απαλάχεια της Pennsylvania, στη Virginia, τη Βόρεια Καρολίνα, το Κάνσας την Οκλαχόμα και το Τέξας. Η βελανιδιά δεν είναι συνήθως διαχωρισμένη από τα άλλα είδη όταν μετατρέπεταο σε ξυλεία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τους ίδιους σκοπούς όπως και η λεύκα και η φλαμουριά. Ο λευκός φλοιός της βελανιδιάς Εικόνα 1.8 Βελανιδιά του Ohio 15

16 ενώνεται σταδιακά με το υποκίτρινο εσωτερικό ξύλο. Το ξύλο είναι ενιαίο σε υφή, γενικά ευθύ, ελαφρύ σε βάρος, αδύναμο όταν χρησιμοποιείται ως δοκός μαλακό και όχι πολύ ναθεκτικό σε αποτομες φορτίσεις. Κατατάσεται χαμηλά στις δυαντότητές του σε ότι αφορά τις κατασκευές όπως σχηματισμός, τη χρήση ως υποστήριξη, την ανθεκτικότητα και το τορνάρισμα. Η βελανιδιά, χρησιμοποιείται για την κατασκευή χαρτοπολοτού, σε μορφή ξυλείας χρησιμοποιείται κυρίως στην κατασκευή επίπλων, κουτιών και κιβωτίων, στη συσκευασία τροφίμων, στην κατασκευή ξύλινων σκευών, σε μικροαντικείμενα όπως και σε πλαναρισμένα προϊόντα. Καρυδιά (Butternut) Ονομαζόμενη επίσης και λευκή καρυδιά, η καρυδιά (Εικόνα 1.9), μεγαλώνει από το Νότιο New Brunswick μέχρι και δυτικά στη Minnesota. Νότια, επκετείνεται μέχρι και το βορειοανατολικό Arkansas και από ανατολικά προς δυτικά στη North Carolina. Ο στενός φλοιός της έχει χρώμα σχεδόν λυκό, ενώ το εσωτερικό ξύλο, είναι ανοιχτό καφέ όπου συχνά συναντάμε σε σημεία ρός ή σκούρες Εικόνα 1.9 Καρυδιά καφέ αποχρώσεις. Το ξύλο είναι γενικά ελαφρύ σε βάρος (σχεδόν ίδιο με την λευκή ανατολική πεύκη), με πολύ τραχειά σύσταση, αδύναμο σε λυγισμό και αξονικές φορτίσεις. Σχετικά χαμηλής καμπτικότητας, μαλακό αλλά ανθεκτικό σε απότομες φορτίσεις. Η καρυδιά επεξεργάζεται μορφοποιείται καλά. Με πολλούς τρόπους, η καρυδιά μοιάζει με την μαύρη καρυδιά, ειδικά κατά τη βαφή, αλλά δεν έχει την ίδια δύναμη και σκληρότητα. Κύριες χρήσεις της καρυδιάς είναι η ξυλεία της για την κατασκευή καπλαμάδων, οι οποιοι με τη σειρά τους χρησιμοποιούνται στην κατασκευή επίπλων, ντουλαπιών, πάνελς, εσωτερικών διακοσμητικών ξύλινων επιφανειών και ποικίλα σκληρά αντικείμενα. 16

17 Μαύρη Κερασιά (Black Cherry) Η μαύρη κερασίά ή απλά κερασιά (Εικόνα 1.10), είναι γνωστή και ως άγρια μαύρη κερασιά ή αγριοκερασιά. Είναι το μόνο τοπικό είδος του γένους Prunus, μεγάλης εμπορικής σημασίας στην παραγωγή ξυλείας. Η κερασιά, συναντάται από το νοτιοανατολικό Καναδά έως το ανατολικό μισό των ΗΠΑ. Η παραγωγή εντοπίζεται κυρίως στις Middle Atlantic States. Το εσωτερικό ξύλο της κερασιάς ποικίλει από ανοιχτό έως σκούρο κόκκινο- Εικόνα 1.10 Μαύρη Κερασιά καφέ και έχει μια διακριτική λαμπρότητα. Ο σχεδόν λευκός φλοιός της, είναι στενός σε πολυετή δέντρα και πιο φαρδύς σε μικρότερης ηλικίας δέντρα. Το ξύλο έχει ομοιόμορφη υφή και πολύ καλές ιδιότητες κατεργασίας. Είναι συγκρατημένα βαρύ, στιβαρό, και σκληρό. Έχει μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις και σχετικά μικρή συρρίκνωση. Η κερασιά είναι πολύ σταθερή στις διαστάσεις της μετά την αποξήρανση. Η μαύρη κερασιά, χρησιμοποιείται κυρίως στην κατασκευή επίπλων, ακριβών καπλαμάδων και πάνελς, όπως επίσης και σε ξύλινες αρχιτεκτονικές κατασκευές. Άλλες χρήσεις της κερασιάς είναι στην κατασκευή κασών ενταφιασμού, ξύλινων σκευών και διακοσμητικών. 17

18 Αμερικανική Καστανιά (Chestnut, American) Η αμερικανική καστανιά (Εικόνα 1.11), είναι επίσης γνωστή και ως γλυκειά καστανιά. Πριν αυτά τα είδη πληγούν από κάποια επιδημία σήψης τη δεκαετία του 1920, φύτρωναν σε εμπορεύσιμες ποσότητες από την New England μέχρι και τη βόρεια Georgia. Πρακτικά, όλες οι γερές καρυδιές σκοτώθηκαν από τη σήψη και οι περισσότερες προμήθειες ξυλείας, προέρχονται από όσα δέντρα διασώθηκαν. Λόγω της φυσικής αντίστασης των ειδών στην αποσύνθεση, τα δέντρα που είχαν πληγεί από την αρρώστεια αλλά δεν έιχαν πέσει στο έδφος, συνέχισαν ουσιαστικά να δίνουν ποσότητες ξυλείας για δεκαετίες μεά την σήψη, αλλά αυτή η πηγή τώρα έχει αξαντληθεί. Το εσωτερικό ξύλο της καστανιάς είναι γκρί- καφέ ή σκέτο καφέ το οποίο σκουραίνει με την πάροδο των ετών. Το σομφόξυλο 1, είναι πολύ στενό και σχεδόν λευκό. Το ξύλο είναι τραχύ στη σύστασή του. Οι δακτύλιοι που υποδεικνύουν την ηλικία, γίνονται ευδιάκριτοι από διαφορετικές σε μέγεθος γραμμές, διακριτούς πόρους στην αρχή κάθε ηλικιακού έτους. Το ξύλο της καστανιάς είναι σχετικά ελαφρύ σε βάρος, σκληρό, με σχετικά μικρή δύναμη και ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις και με μικρή στιβαρότητα. Αποξηραίνεται καλά και δουλεύεται εύκολα με εργαλεία. Εικόνα 1.11 Αμερικανική καστανιά Η καστανιά κάποτε χρησιμοποιούνταν για την κατασκευή κονταριών, διασυνδετικών δοκών σε σιδηροδρομικές γραμμές, έπιπλα, κράνη, κουτιά, σανίδια, κιβώτια μεγάλου μεγέθους και ως εσωτερικο στήριγμα για πάνελ καπλαμάδων. Σήμερα συναντάται πιο συχνά σε πάνελς, ξύλινα εσωτερικά διακοσμητικά και σε κορνίζες. 1 σομφόξυλο (sapwood)= ξύλο μεταξύ φλοιού και πυρήνα κορμού 18

19 Βαμβακόδεντρο (Cottonwood) Το βαμβακόδεντρο (Εικόνα 1.12), περιλαμβάνει πολλά είδη του γένους Populus. Τα σημαντικότερα είναι το ανατολικό βαμβακόδεντρο (P.deltoides και είδη αυτού) που είναι επίσης γνωστό και με την ονομασία Λεύκα της Carolina ή λευκόδεντρο, τα βαμβακόδεντρα των ελών (P. Heterophylla) που είναι επίσης γνωστα και με την ονομασία βαμβακόδεντρο των ποταμών ή βαμβακόδεντρο των ελών και μαύρο βαμβακόδεντρο (P. trichicarpa). Το ανατολικό βαμβακόδεντρο όπως και το βαμβακόδεντρο Εικόνα 1.12 Βαμβακόδεντρο των ελών, ευδοκιμεί στα ανατολικά των ΗΠΑ. Η μεγαλύτερη παραγωγή ξυλείας γίνεται στις Νότιες και κεντρικές ΗΠΑ. Το μαύρο βαμβακόδεντρο μεγαλώνει στην ανατολική ακτή, στη δυτική Montana και τηνανατολική Νεβάδα. Το ξύλο του πυρήνα του κορμού του βαμβακόδεντρου είναι γκρί- λευκό έως ανοιχτό καφέ. Το σομφόξυλο, είναι λευκό και ενώνεται σταδιακά με το εσωτερικό ξύλο ου πυρήνα του κορμού. Το ξύλο είναι συγκριτικά συμπαγές σε σύσταση και γενικά ευθυτενές. Δεν αναδύει κάποια ιδιέταιρη μυρωδιά όταν αποξηρανθεί. Το ανατολικό βαμβακόδεντρο λυγίζεται και συμπιέζεται σε μικρό ποσοστό είναι δύσκαμπτο σχετικά απαλό και με πολύ μικρή ικανότητα αντίστασης σε απότομες φορτίσεις. Οι περισσότερες ιδιότητες ανθεκτικότητας του μαύρου βαμβακόδεντρου είναι ελαφρώς μικρότερες από εκέινες του ανατολικού βαμβακόδεντρου. Τόσο το ανατολικό όσο και το μαύρο βαμβακόδεντρο έχουν μεγάλο ποσοστό συρρίκνωσης. Μερικά βαμβακόδεντρα είναι δύσκολο να δουλευτούν με εργαλεία λόγω της τραχειάς επιφάνειάς τους, η οποία είναι κυρίως αποτέλεσμα της έντασης επεξεργασίας. Το βαμβακόδεντρο, χρησιμοποιείται κυρίως για ξυλεία, κατασκευή καπλαμάδων, χαρτοπολτού, γεμίσματος και καυσίμου. Η ξυλεία και οι καπλαμάδες που προκύπτουν από το ξύλο του βαμβακόδεντρου χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατασκευή κιβωτίων, καλαθιών και παλετών. 19

20 Πτελέα (Elm) Έξι είδη πτελέας μεγαλώνουν στις ανατολικές ΗΠΑ: αμερικανική (Εικόνα 1.13), ολισθηρή, πέτρας, πτερωτή, κέδρος και Σεπτεμβριανή πτελέα. Η αμερικανική πτελέα είναι επίσης γνωστή και ως λευκή, νερού και γκρί πτελέα. Η ολισθηρή ως κόκκινη, η πτελέα πέτρας ως φελλός, η πτερωτή ως wahoo, ο κέδρος ώς κόκκινη όπως και η Σεπτεμβριανή πτελέα. Η αμερικανική πτελέα, έχει απειληθεί από δυο αρρώστιες, την αρώστεια της Ολλανδικής πτελέας και τη νέκρωση φλοιού, η Εικόνα 1.13 Πτελέα οποία έχει σκοτώσει εκατοντάδες χιλιάδες δέντρα. Το σομφόδεντρο της πτελέας είναι σχεδόν λευκό και ο πυρήνας του ξύλου του κορμού έχει ανοιχτό καφέ χρώμα και πολλές φορές χρωματισμένο με λίγο κόκκινο. Η πτελέα μπορεί να χωριστεί σε δυο γενικές κατηγορίες, μαλακή και σκληρή, βασισμένες στο βάρος και την ανθεκτικότητα του ξύλου. Η κατηγορία της μαλακής πτελέας, περιλαμβάνει τα έιδη της αμερικανικής και της ολισθηρής πτελέας. Είναι βαριά, έχει μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις και είναι σκληρή και άκαμπτη. Η κατηγορία της σκληρής πτελέας, περιλαμβάνει τα είδη της της πέτρας, της πτερωτής, του κέδρου και της σεπτεμβριανής πτελέας. Αυτά τα είδη είναι σε μικρό βαθμό- βαρύτερα από τα είδη που ανήκουν στην κατηγορία των μαλακών πτελεών. Η πτελέα έχει άριστες καμπτικές ιδιότητες. Ιστορικά, η ξυλεία της πτελέας χρησιμοποιούνταν για την κατασκευή κιβωτίων, καλαθιών, ξύλινων containers, και ελαφριά βυτιοποιήα. Επίσης χρήση της πτελέας βρίσκουμε σε κατασκευές επίπλων, αγροτικών εργαλείων και μέσων όπως επίσης και σε κιβώτια ενταφιασμού αλλά και ξύλινα εξαρτήματα οχημάτων. Σήμερα, η ξυλεία της πτελέας και οι καπλαμάδες που προκύπτουν από το ξύλο αυτής, χρησιμοποιούνται κυρίως για έπιπλα και διακοσμητικά πάνελς. Η σκληρή πτελέα προτιμάται για χρήσεις υψηλής απίτησης σε ανθεκτικότητα. 20

21 Μουριά (Hackberry) Η μουριά (Εικόνα 1.14) και η λεία μουριά μας δίνουν την ξυλεία που είναι γνωστή στο εμπόριο ως ξύλο μουριάς. Η μουριά, ευδοκιμεί ανατολικά των πεγάλων πεδιάδων της Αλαμπάμα, της Georgia, του Arkansas και βορεια της Oklahoma. Η λεία μουριά ξεπερνά το βόρειο μέρος και ευδοκιμεί στις νότιες και Νοτιο- Ατλαντικές πολιτείες. Η ξυλεία της μουριάς είναι γενικά βαριά. Είναι ανθεκτική σε λυγισμό, αδύναμη σε πιέσεις παράλληλες με τον Εικόνα 1.14 Μουριά κορμό, σκληρή εως πολύ σκληρή και μεγάλης ανεκτικότητας σε απότομες φορτίσεις, αλλά και μικρής καμπτικότητας. Η μουριά έχει μεγάλη συρρίκνωση αλλά κρατά το σχήμα της σε πολύ μεγάλο βαθμό κατά την αποξήρανση. Το περισσότερο μέρος από μια μουριά, χρησιμοποιείται σαν ξυλεία. Μικρό μέρος αυτής της ξυλείας χρησιμοποιείται για την κατασκευή μερών επίπλων, μεγάλων υποστηριγμάτων και για την κατασκευή καπλαμάδων. Καρυδιά,ομάδα Πεκάν (Hickory, Pecan group) Είδη από την ομάδα καρυδιάς πεκάν, είναι η πικρή καρυδιά, η καρυδιά πεκάν (Εικόνα 1.14), η καρυδιά του νερού και η μοσχοκαρυδιά. Η πικρή καρυδιά μεγαλώνει στο ανατολικό μισό των ΗΠΑ. Η καρυδιά πεκάν, από το κεντρικό Τέξας και τη Louisiana μέχρι το Missouri και την Indiana. Η καρυδιά του νερού από το Τέξας στη Νότια Καρολίνα και η μοσχοκαρυδιά στο Τέξας και τη Louisiana. Το σομφόξυλο αυτής της ομάδας είναι λευκό ή σχεδόν λευκό και σχετικά πλατύ. Το ξύλο Εικόνα 1.14 Καρυδιά του πυρήνα του κορμού είναι ελαφρώς πιο σκούρο. Το ξύλο είναι βαρύ και μερικές φορές με μεγάλη συρρίκνωση. 21

22 Η βαριά καρυδιά πεκάν, χρησιμοποιείται για την κατασκευή εργαλείων, πομόλων και δαπέδου. Η λιγότερο ποιοτική ξυλεία χρησιποποιείται στην κατασκευή παλετών. Πολλή από την υψηλότερης ποιοτικά ξυλείας κόβεται σε φέτες για την παραγωγή καπλαμάδων για έπιπλα και διακοσμητικά πάνελς. Καρυδιά- γνήσια (Hickory- true) Οι καρυδιές απαντώνται σε όλο το ανατολικό μισό των ΗΠΑ. Τα σημαντικότερα εμπορικά είδη είναι η καρυδιά (shagbark, Εικόνα 1.15), η λεπτοκαρυά (pignut), η λευκή καρυδιά (shellbark) και η χνοώδη ή τριχώδης καρυδιά. Η μεγαλύτερη εμπορική παραγωγή της ομάδας των γνήσιων καρυδιών για όλες τις χρήσεις εντοπίζεται στις Middle Atlantic και Central Atlantic States, με τις Νότιες πολιτείες να επεκτείνονται ραγδαία έτσι ώστε να παράγουν σχεδόν τη μισή ποσότητα καρυδιάς από αυτή που υπάρχει σε ολόκληρο τον κόσμο. Εικόνα 1.15 Καρυδιά Shagbark Το σομφόξυλο της ομάδας αυτής της καρυδιάς, είναι λευκο και συνήθως αρκετά πλατύ, εκτός από τα πολυετή δέντρα. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα του κορμού κοκκινίζει ελαφρώς. Το ξύλο είναι ιδιέταιρα σκληρό, βαρύ και συρρικνώνεται σημαντικά κατά τη διάρκεια της αποξήρανσης. Για μερικούς σκοπούς, τόσο οι δακτύλιοι ανά εκατοστό όσο και το βάρος αποτελούν περιοριστικούς παράγοντες όπου χρειάζεται η στιβαρότητα του υλικού. Η κύρια χρήση της καρυδιάς καλής ποιότητας είναι για την κατασκευή στυλιαριών, τα οποία απαιτούν μεγάλη ανθεκτικότητα σε δυνατές απότομες φορτίσεις. Χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή ξύλινων σκαλών, αθλητικών ειδών, γεωργικών εργαλείων, πύρων και μηχανήματων γυμναστηρίων, δοκών και επίπλων. Η χαμηλότερης ποιότητας καρυδιά, δεν είναι καλή για τις ειδικές αυτές χρήσεις της καρυδιάς καλής ποιότητας λόγω των πολλών ρόζων και άλλων φυσικών ιδιοτήτων που συναντώναι σε μικρότερη ποσότητα. Ωστόσο, η καρυδιά χαμηλότερης ποιότητας, είναι καλή για την 22

23 κατασκευή παλετών και συναφών αντικειμένων. Ροκνίδια από καρυδιά χρησιμοποιούνται για τον αρωματισμό του κρέατος με τη μέθοδο του καπνίσματος. Χαρουπιά (Honeylocust) Το ξύλο της χαρουπιάς, η οποία φαίνεται στην εικόνα 1.16, έχει πολλές ζηλευτές ιδιότητες, όπως ελκυστική εμφάνιση και χρώμα, σκληρότητα και δύναμη αλλά χρησιμοποιείται ελάχιστα λόγω της σπανιότητας της. Ωστόσο, η φυσική ποσότητα της χαρουπιάς έχει μεγαλώσει από την καλλιέργεια χαρουπιάς. Αυτά τα είδη, απαντώνται κυρίως στις ανατολικές ΗΠΑ. Εικόνα 1.16 Χαρουπιά Το σομφόξυλο είναι γενικά πλατύ και κίτρινο σε αντίθεση με το κοκκινίζον καφε του εσωτερικού ξύλου του πυρήνα οτυ κορμού. Το ξύλο είναι πολύ βαρύ, πολύ σκληρό, ανθεκτικό σε λυγισμό, άκαμπτο, με μεγάλη αντίσταση σε δυνατές απότομες φορτίσεις και πολύ μακρόζωο όταν ακουμπά στο έδαφος. Όταν είναι διαθέσιμη, η χαρουπιά πρωταρχικά χρησιμοποιείται τοπικά, για την κατασκευή γραματοκιβωτίων και άλλων κατασκευών. Περιστασιακά χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλου είδους ξυλεία για την κατασκευή παλετών και κιβωτίων. Χαρουπιά, Μαύρη Η μαύρη χαρουπιά πολλές φορές λέγεται και κίτρινη χαρουπιά. Αυτά το είδος ευδοκιμεί από την Pennsylvania διαμέσου των Απαλαχίων ορών και φτάνει μέχρι τα βόρεια της Georgia και την Αλαμπάμα. Είναι επίσης τοποικό δέντρο του Άρκανσας και του βόρειου Missouri. Η μεγαλύτερη παραγωγή ξυλείας μαύρης χαρουπιάς, είναι στο Tennessee, το Kentucky, τη δυτική Virginia και τη Virginia. 23

24 Η χαρουπιά έχει στενό λευκό σομφόξυλο. Το ξύλο του πυρήνα του κορμού όταν είναι φρέσκο- κομμένο, ποικίλει σε χρώμα από πράσινο- κίτρινο μέχρι σκούρο καφέ. Η μαύρη χαρουπιά ειναι πολύ βαριά, πολυ σκληρή, με πολύ μεγάλη αντίσταση σε απότομες φορτίσεις και πολύ δυνατή και άκμαπτη. Έχει σχετικά μικρή συρρύκνωση. Το εσωτερικο ξύλο του πυρήνα του κορμού έχει μεγάλη ανθεκτικότητα στη διάβρωση. Η μαύρη χαρουπιά (Εικόνα 1.17), χρησιμοποιείται για την κατασκευή στρογγυλών, πελεκημένων ή μακρόστενων δοκών, όπως επίσης και για την κατασκευή ξύλινων φραχτών, συνδετικών σιδηροδρομικών γραμμών, πασάλων και καυσίμου. Άλλες χρήσεις σε βαριές κατασκευές είναι η κατασκευή ξύλινων containers, και υπονόμων. Ιστορικά, η μαύρη χαρουπιά ήταν σημαντική για την βιομηχανία των μονώσεων όπως και για την κατασκευή κυνδάλων (ξύλινων καρφιών) που χρησιμοποιούνταν στην κατασκευή καραβιών, όπου επιτυγχανόταν πολύ καλή σύνδεση των ξύλινων μερών του πλοίου, λόγω της δύναμης, της αντι- διαβρωτικής ιδιότητας, της συγκρατημένης συρρίκνωσης και διόγκωσης τουσυγκεκριμένου ξύλου. Μανόλια Η Μανόλια (Εικόνα 1.18), που συναντάμε στο εμπόριο περιλαμβάνει τρία είδη: τη νότια μανόλια, τη γλυκό- δάφνη και την ευθυτενή μανόλια. Άλλα ονόματα για τη νότια μανόλια, είναι αειθαλής μανόλια, μεγάλη δάφνη, αρσενική δάφνη και δάφνη. Η γλυκό- δάφνη μερικές φορές αποκαλείται και μανόλια του έλους. Η ξυλεία που Εικόνα 1.18 Μανόλια Εικόνα 1.17 Μαύρη Χαρουπιά παράγεται από όλα αυτά τα έιδη καλείται απλά μανόλια. Τη γλυκό- μανόλια, τη συναντούμε κατά μήκος των ακτών του Ατλαντικού Ωκεανού και από το Long 24

25 Island μέχρι το Texas. Η νότια μανόλια ευδοκιμεί από τη Βόρεια καρολίνα μέχρι το Τέξας. Η ευθυτενής μανόλια μεγαλώνει από τα Απαλάχια μέχρι τα Ozarks βόρεια του Ohio. Η πολιτέια της Louisiana έρχεται πρώτη σε κατάταξη στην παραγωγή ξυλείας από μανόλια. Το σομφόξυλο της νότιας μανόλιας είναι ελαφρώς κίτρινο και το εσωτεικό ξύλο του πυρήνα του κορμού είναι σκούρο καφέ με μια απόχρωση κίτρινου ή πράσινου. Το ξύλο, που έχει κλειστή ομοιόμορφη υφή, είναι γενικά ευθύ και μοιάζει πολύ με εκείνο της κίτρινης λεύκας. Είναι ελαφρώς βαρύ, με σχετικά μικρή συρρίκνωση. Δεν έχει μεγάλη αντοχή σε λυγισμό είναι σχετικά άκαμπτο και με μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις. Η γλυκο- δάφνη είναι σχεδόνα ίδια σε ιδιότητες με τη νότια μανόλια. Το ξύλο της ευθυτενούς μανόλιας, είναι συναφές με αυτό της κίτρινης λέυκας. Η ευθυτενής μανόλια που μεγαλώνει στην περιοχή που μεγαλώνει και η κίτρινη λεύκα δεν ξεχωρίζεται σαν διαφορετικό είδος στην αγορά. Η ξυλεία της μανόλιας, χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία επίπλων, κιβωτίων παλετών, στοριών, κορδελών, πορτών και καπλαμάδων. Σφένδαμος, Σκληρός (Hard Maple) Το είδος του σκληρού σφενδάμου, περιλαμβάνει τον ζάχαρο- σφένδαμο και το μαύρο σφένδαμο (Εικόνα 1.19). Ο ζάχαρο- σφένδαμος είναι επίσης γνωστός και σαν σκληρός ή πέτρο- σφένδαμος και ο μαύρος σφένδαμος σαν μαύρος ζάχαρο- σφένδαμος. Η ξυλεια που εξάγεται από ον σφένδαμο επεξεργάζεται κυρίως στις Middle Atlantic και στις Great Lake Πολιτείες όπου καί οι δυο μαζί φτάνουν τα δυο τρίτα της συνολικής παραγωγής. Εικόνα 1.19 Σφένδαμος Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα του κορμού είναι συνήθως κόκκινο- καφέ αλλά ορισμένες φορές είναι σημαντικά πιο σκούρο. Το σομφόξυλο είναι γενικά λευκό με μικρές αποχρώσεις κόκκινο- καφέ. Είναι κατά προσέγγιση 7 έως 13 εκατοστά ή και πιο πλατύ. Ο σκληρός σφένδαμος έχει 25

26 ομοιόμορφη υφή. Είναι βαρύς, άκαμπτος, σκληρός, με μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις και μικρής συρρίκνωσης. Ο καρπός του ζάχαρο- σφένδαμου είναι γενικά ευθύς αλλά σε κυρτούς ή διπλόκυρτους σχηματιμούς οι οποίοι επιλέγονται συχνά για έπιπλα ή καινοτόμα αντικείμενα. Ο σκληρός σφένδαμος χρησιμοποιείται κυρίως για ξυλεία και κατασκευή καπλαμάδων. Ένα μεγάλο μέρος της ξυλείας αυτής επεξεργάζεται στη βιομηχανία για την κατασκευή πατώματος, επίπλων, κιβωτίων, επιφανειών κοπής, πιάνο, στεκών μπιλιάρδου, πόμολων, μικροαντικειμένων, διαδρόμων μπόουλινγκ, δαπέδων που χρησιμοποιούνται για χορό και γυμναστήρια, για καρούλια και μπομπίνες. Σφένδαμος, Μαλακός (Soft Maple) Το είδος του μαλακού σφενδάμου περιλαμβάνει τα επί μέρους είδη του κόκκινου σφενδάμου (Εικόνα 1.20), του boxelder και του παλτύφυλλου σφενδάμου. Ο ασημένος σφένδαμος είναι επίσης γνωστός και ως λευκός, ποταμίσιος και σφένδαμος του βάλτου. Ο κόκκινος ωςμαλακός, σφένδαμος του νερού, πυρώδης, λευκός και σφένδαμος του νερού. Ο σφένδαμος boxelder, ως λευκόφυλλος (ash- leaved) και ως σφένδαμος με κομμένα φύλλα. Ο πλατύφυλλος σφένδαμος έιναι γνωστός και ως σφένδαμος του Oregon. Είδη του μαλακού σφενδάμου απαντώνται Εικόνα 1.20 Κόκκινος σφένδαμος στις ανατολικές ΗΠΑ εκτός από τον πλατύφυλλο σφένδαμο που πρεόερχεται από τις ακτές του Ειρηνικού Ωκεανού. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα του κορμού και το σομφόξυλο είναι παρεμφερές σε εμφάνιση με τον σκληρό σφένδαμο. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα του κορμού του μαλακού σφενδάμου, είναι ελαφρώς πιο ανοιχτί σε χρώμα και το σομφόξυλο, ελαφρώς πλατύτερο. Το ξύλο του μαλακού σφενδάμου, κυρίως του ασημένιου και του κόκκινου, μοιάζει με εκείνο του 26

27 σκληρού σφενδάμου εκτός από τα χαρακτηριστικά του βάρους, της σκληρότητας και της ανθεκτικότητας. Ο μαλακός σφένδαμος, χρησιμοποιείται στις συνδετικές δοκούς των σιδηροδρομικών γραμμών, για την κατασκευή κιβωτίων, παλετών, καπλαμάδων, ξύλινων αντικειμένων και μικροαντικειμένων. Δρύς ( Ομαδα Κόκκινης Δρυός) Η μεγαλύτερη ποσότητα κόκκινης δρυός (Εικόνα 1.21), προέρχεται από τιε ανατολικές ΗΠΑ. Τα κυριότερα είδη είναι η βόρεια κόκκινη, η άλικη βελανιδιά, η βελνιδιά Shumard, η βελανιδιά καρφιτσών, η βελανιδιά Nuttall, η μαύρη βελανιδιά, η νότια κόκκινη βελανιδιά, η βελανιδιά Cherrybark, η βελανιδιά του νερού, των δαφνών ελών και της ιτιάς. Το σομφόξυλο είναι σχεδόν λευκό με πλάτος 2 έως 5 εκατοστά. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα του κορμού έχει καφέ χρώμα με μια ελαφριά κόκκινη Εικόνα 1.21 Κόκκινη δρυς απόχρωση. Η ξυλεία της ομάδας της κόκκινης δρυός δε μπορεί να διαχωριστεί σε είδη βασισμένα μόνο στα χαρακτηριστικά του ξύλου. Η ξυλεία της κόκκινης δρυός, μπορεί να ξεχωριστεί από τη λευκή δρύ από το μέγεθος και τη διάταξη των πόρων στο εξωτερικό μέρος του εσωτερικού ξύλου του πυρήνα του κορμού και λόγω των λίγων θηλακώσεων μέσα στους πόρους. Οι ανοιχτοί πόροι της κόκκινης δρυός κάνουν αυτή την ομάδα ειδών να μην είναι κατάλληλη για συναρμολογούμενη βυτιοποιία, εκτός και αν τα βαρέλια είναι ευθυγραμμισμένα με ελαστικό παρέμβυσμα ή πλαστικό. Η ξυλεία δρυός η οποία κόβεται σε τεταρτημόρια, διακρίνεται από τις πλατυές και περίοπτες ακτίνες. Το ξύλο της κόκκινης δρυός είναι βαρύ. Το ταχύτατα αναπτυσσόμενο διετές ξύλο της είναι γενικά σκληρότερο πιο ανθεκτικό από το ομαλότερο σε υφή πολυετές ξύλο. Το ξύλο της κόκκινης δρυός έχει μεγάλη συρρίκνωση κατά τη διάρκεια της αποξήρανσης. 27

28 Η κόκκινη δρυς κόβεται κυρίως σε ξυλεία για συνδέσμους σιδηροδριμικών γραμμών, φραχτών, καπλαμάδων, χαρτοπολτού και καυσίμου. Οι φράχτες χρειάζονται συντηριτική επεξεργασία για να επιτευχθεί ένα ικανοποιητικό προϊόν προς πώληση. Η ξυλεία της κόκκινης δρυός, μετατρέπεται στη βιομηχανία σε ξύλινα δάπεδα, κιβώτια, αγροτικά εργαλεία, ξύλινες κασετίνες και είδη σπιτιού, όπως επίσης και σε ξύλινα πόμολα. Χρησιμοποιε θται επίσης και σε οχήματα σιδηροδρόμων και σε σκάφη. Δρυς (Ομάδα λευκής Δρυός) Η λευκή δρύς (Εικόνα 1.22) προέρχεται κυρίως από τα Νότια. Τα κυριότερα έιδη είναι: λευκή δρύς, των καστάνων, η μετά-βελανιδιά, η βελανιδιά Overcup, των ελών, του γραφείου, η βελανιδιά chinkapin, η δίχρωμη και η ζωντανή δρυς. Το σομφόξυλο της λευκής δρυός είναι σχεδόν είναι σχεδόν λευκό και κυμαίνεται από 2 έως 5 εκατοστά σε πλάτος. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα τυ κορμού είναι γενικά γκριζο- καφέ. Οι πόροι του Εικόνα 1.22 Λευκή δρυς εσωτερικού ξύλου είναι συνήθως γεμάτοι θυλακώσεις, που τείνουν να κάνου το ξύλο αδιαπέρσατο από υγρά. Συνηθως, οι περισσότερες λευκές βελανιδιές είναι κατάλληλες για δετή βυτιοποιία. Το ξύλο της λευκής δρυός είναι βαρύ, σχετικά μεγαλύτερο από εκείνο της κόκκινης δρυός. Το εσωτερικό ξύλο του κορμού, έχει πολύ μεγάλη αντίσταση σε διαβρώσεις. Οι λευκές βελανιδιές συνήθως κόβονται σε ξυλεία, σε συνδέσμους σιδηροδρομικών γραμμών, σε βαρέλια, φράχτες, καπλαμάδες ξύλα για καύσιμο και πολλά άλλα προϊόντα. Η υψηλής ποιότητας λευκή δρύς, προορίζεται κυρίως σε κατασκευές σφιχτής βυτιοποιίας. Η ζωντανή δρύς, είναι αρκετά βαρύτερη και πιο δυνατή από όλα τα υπόλοιπα είδη δρυός και χρησιμοποιείται εκτενώς ως ξυλεία σκαφών. Μια σημαντική χρήση της λευκής δρυός είναι η χρήση της ως δομικής ξυλείας έτσι ώστε να μπορούν πάνω της να λυγίζουν ορισμένα μέρη σκαφών ή πλοίων. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα του κορμού συχνά διαχωρίζεται λόγω της μεγάλης του ανθεκτικότητας σε αποσύνθεση. Η λευκή 28

29 δρύς επίσης χρησιμοποιείται για την κατασκευή επίπλων, πατωμάτων, παλετών, αγροτικών εργαλείων, διασυνδετικών δοκών σιδηροδρομικών γραμμών και πορτών. Σασσαφράς (Sassafras) Ο Σασσαφράς που φαίνεται στην εικόνα 1.23, ευδοκιμεί σχεδόν σε ολόκληρο το ανατολικό μισό των ΗΠΑ. Μπορεί εύκολα κάποιος να τον μπερδέψει με τη μαύρη φλαμουριά, το οποίο οφείλεται στο χρώμα, τον κορμό και την υφή. Το σομφόξυλο είναι ανοιχτό κίτρινο και το εσωτερικό ξύλο ποικίλει από θαμπό γκρί- καφέ μέχρι σκούρο καφέ, μερικές φορές με ελαφριές κόκκινες αποχρώσεις. Οι φρέσκο- κομμένες επιφάνειες έχουν τη χαρακτηριστική μυρωδιά του σασσαφρά. Το Εικόνα 1.23 Σασσαφράς ξύλο είναι σχετικά βαρύ, σκληρό, μη ανθεκτικό σε λυγισμό με μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις και μεγάλη αντίσταση σε αποσύνθεση. Ο σασσαφράς έχει βραβευθεί από τους Ινδιάνους για τις πηρόγες και ένα μικρό μέρος της ξυλείας του χρησιμοποιείται ακόμα για την κατασκευή μικρών σκαφών. Τοπικά, ο σασσαφράς, χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευη ξύλινων φρακτών και διασυνδετικών δοκών σιδηροδρομικών γραμμών. Αμερικάνικη συκομορέα (Sycamore, American) Η αμερικάνικη συκομορέα (Εικόνα 1.24), είναι γνωστή απλά ως συκομορέα (μουριά) ή και ως buttonwood. Η συκομουριά, μεγαλώνει στη Nebraska, νότια του Texas και ανατολικά της Florida. Το εσωτερικο ξύλο του πυρήνα του κορμού είναι κόκκινο- καφέ. Το σομφόξυλο, έχει πιό ανοιχό χρώμα και το πλάτος του κυμαίνεται από 4 έως 8 εκατοστά. Το ξύλο έχει ομοιόμορφη υφή και ενδασφαλισμένο καρπό. Έχει 29

30 μεγάλη συρρίκνωση κατά την αποξήρανσή του και είναι σχετικά βαρύ, σκληρό και ανθεκτικό. Επίσης, έχει μεγάλη αντοχή σε απότομες φορτίσεις. Η συκομουριά χρησιμοποιείται κυρίως για ξυλεία, κατασκευή καπλαμάδων, σιδηροδρομικών γραμμών, στην κατασκευή βυτίων, φρακτών, και ως καύσιμο. Η ξυλεία τη συκομουριάς, χρησιμοποιείται για την κατασκευή επίπλων, συσκευασιών τροφίμων, παλετών, δαπέδων, χειρολαβών, και επιφανειών κοπής κρέατος. Οι καπλαμάδες που προκύπτουν, χρησιμοποιούνται για καλάθια φρούτων και λαχανικών όπως επίσης και για την κατασκευή διακοσμητικών πάνελς και επιφανειών πορτών. Πετρόκαρπη βελανιδιά (Tanoak) Η βελανιδιά Tanoak (Εικόνα 1.25), έχει πρόσφατα αποκτήσει εμπορική αξία, κυρίως στην California και το Oregon. Το όνομά της το παίρνει από τη μεγάλη της περιεκτικότητα σε ταννίνη, την οποία παίρνουμε από αυτού του είδους τη βελανιδιά για εμπορικούς σκοπούς. Το είδος αυτό ευδοκιμεί στο νοτιοδυτικό Oregon και τη νότια California κυρίως δίπλα στις ακτές, αλλα πολύ συχνα και στη Sierra Nevada. Το σομφόξυλο της tanoak, είναι ελαφρώς κοκκινίζον καφέ, όταν κόβεται και μετατρέπεται σε πιο σκούρο καφέ και με την Εικόνα 1.25 βελανιδιά Tanoak Εικόνα 1.24 Αμερικάνικη Συκομουριά πάροδο του χρόνου γίνεται αδύνατος ο διαχωρισμός του από το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα, το οποίο επίσης με το χρόνο γίνεται σκούρο κοκκινίζον καφέ. Το ξύλο είναι βαρύ και σκληρό. Εκτός από τις κάθετες φορτίσεις, το ξύλο έχει σχεδόν τις 30

31 ίδιες ιδιότητες με εκείνες της λευκής δρυός. Η tanoak έχει μεγαλύτερη συρρίκνωση κατά την αποξήρανση. Η Tanoak είναι ευάλωτη σε φθορές, αλλά το σομφόξυλό της μπορεί εύκολα να διατηρηθεί με συντηρητικά. Έχει ευθύ κορμό, επεξεργάζεται και κολλάται και βάφεται πολύ εύκολα. Λόγω της σκληρότητας και της ανθεκτικότητάς της στην τριβή, αποτελεί άριστη ξυλεία για την κατασκευή πατώματος σπιτιών ή και αμπορικών κτηρίων. Είναι καλή και για βιομηχανικές εφαρμογές όπως για παράδειγμα για δάπεδο φορτηγών. Όταν επεξεργάζεται με συντηρητικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνδετική δοκός σιδηροδρομικών γραμμών. Το ξύλο της μετατρέπεται σε μπαστούνια του μπέιζμπολ, είναι κατάλληλη για την κατασκευή τόσο διακοσμητικών οσο και βιομηχανικών καλπαμάδων αλλά και για υψηλής ποιότητας έπιπλα. Μαύρη καρυδιά (Black Walnut) Είναι επίσης γνωστή και ως Αμερικανική μαύρη καρυδιά ( Εικόνα 1.26), που ευδοκιμεί από το Vermont μέχρι νότια της Louisiana και του Texas. Περίπου τα ¾ της ξυλείας της καρυδιάς, μεγαλώνει στης κεντρικές ΗΠΑ. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα της μαύρης καρυδιάς, ποικίλει από ανιχτό μέχρι σκούρο καφέ. Το σομφόξυλο είναι σχεδόν λευκό και μέχρι 8 εκατοστά πλατύ. Εικόνα 1.26 Μαύρη καρυδιά Η μαύρη καρυδιά έχει κανονικά ευθύ κορμό, δουλεύεται εύκολα με εργαλεία και είναι σταθερής τη χρήση της. Είναι βαριά, σκληρή, δυνατή και ανθεκτική όπως επίσης έχει και μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις. Η μαύρη καρυδιά είναι κατάλληλη για φυσικές επιφάνειες. Λόγω των καλών ιδιοτήτων της και της ενδιαφέρουσας εμφάνισης του ξύλου της, η καρυδιά χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή ποιοτικών επίπλων, αρχιτεκτονικών εφαρμογών και διακοσμητικών πάνελς. Άλλες 31

32 σηματικές χρήσεις της μαύρης καρυδιάς ειναι η κατασκευή υποκοπάνων όπλων (κοντακίων) και διαφόρων διακοσμητικών εσωτερικών χώρων. Μαύρη Ιτιά (Black Willow) Η μαύρη ιτιά (Εικόνα 1.27) είναι η πιο σημαντική από αυτό το είδος που ευδοκιμεί στις ΗΠΑ. Είναι η μόνη ιτιά της οποίας το πραγμαικό όνομα χρησιμοποιείτια και στο εμπόριο. Η μεγαλύτερη ποσότητα ξυλείας μαύρης ιτιάς, προέρχετια από την κοιλάδα του Mississippi, τη Louisiana, το νότιο Missouri και Illinois. Το εσωτερικό ξύλο του πυρήνα του κορμού της μαύρης ιτιάς, είναι γκρίζο- καφέ ή ελαφρός κοκκινίζον- καφέ και πολλές φορές φέρει πιο Εικόνα 1.27 Μάυρη ιτιά σκούρες λωρίδες. Το σομφόξυλο, είναι κρεμώδες κίτρινο. Το ξύλο είναι ομοιόμορφο σε υφή και ελαφρύ. Έχει υπερβολικά χαμηλή ανθεκτικότητα, είναι σχετικά μαλακό και έχει μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις. Επίσης έχει και μεγάλη συρρίκνωση. Η μαύρη ιτιά κυρίως κόβεται σε ξυλεία. Μικρές ποσότητες, χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ελαφριάς βυτιοποιίας, καπλαμάδων, ξυλάνθρακα, ξυλοπολτού και φρακτών. Η ξυλεία, επαναβιομηχανοποιείται κυρίως σε κιβώτια, παλέτες, καφάσια και έπιπλα. Κίτρινη Λεύκα (Yellow Poplar) Η κίτρινη λεύκα (Εικόνα 1.28), είναι επίσης γνωστή και με τις ονομασίες λεύκα ή λεύκα- τουλίπα ή τουλιπόδεντρο. Το σομφόξυλο της κίτρινης λεύκας ορισμένες φορές καλείται λευκή λεύκα ή λευκόξυλο. Η κίτρινη λεύκα, μεγαλώνει από το Connecticut και τη Νέα Υόρκη νότια της Florida και δυτικά του Missouri. Η μεγαλύτερη παραγωγή εμπορεύσιμης κίτρινης λεύκας γίνεται στα νότια και νοτιοανατολικά. Το σομφόξυλο της κίτρινης λεύκας είναι λευκό και συχνά, αρκετά πλατύ. Το εσωτερικό ξύλο του κορμού είναι κίτρινο- καφέ και ορισμένες φορές έχει 32

33 κάποιες μωβ, πράσινες, μαύρες, μπλέ ή κόκκινες ραβδώσεις. Αυτές οι διακυμάνσεις στο χρωματισμό δεν αλοιώνουν τις φυσικές ιδιότητες του ξύλου. Ο κορμός είναι γενικά ευθύς και σχετικά ομοιόμορφος στην υφή του. Το ξύλο του αργά αναπτυσσόμενου δέντρου, έιναι σχετικά ελαφρύ σε βάρος με μικρή ανθεκτικότητα σε λυγισμό, σχετικά μαλακό και όχι πολύ ναθεκτικό σε απότομες φορτίσεις. Το ξύλο έχει σχετικά μεγάλη συρρίκνωση κατά την αποξήρανσή του, αλλά αφού αποξηρανθεί έιναι πολύ στθερό. Το περισσότερο μέρος του ξύλου δεύτερης γενιάς είναι βαρύτερο, σκληρότερο και δυνατότερο από εκείνο των δέντρων που μεγαλώνουν αργά. Εικόνα 1.28 Κίτρινη Λεύκα Η ξυλεία του χρησιμοποιείται κυρίως για έπιπλα, διαχωριστικά εσωτερικού χώρου, καβωτίων, μουσικών οργάνων και δομικών αντικειμένων. Κιβώτια, παλέτες και βυτία κατασκευάζονται από χαμηλότερης ποιότητας ξυλεία. Η κίτρινη λεύκα μετατρέπεται επίσης και σε πολτό για τη χρήση του σε πανελς, έπιπλα, θήκες πιάνο, και ποικιλία άλλων ειδικών προϊόντων. Μαλακά ξύλα Κυπαρίσσι Το κυπαρίσσι (Εικόνα 1.29), είναι γνωστό και ως κυπαρίσσι του νότου, κόκκινο κυπαρίσσι, κίτρινο κυπαρίσσι και λευκό κυπαρίσσι. Εμπορικά, χρησιμοποιούνται συχνά οι όροι κόκκινο κυπαρίσσι της παλλίροιας, κίτρινο κυπαρίσσι, και κυπαρίσσι του κόλπου. Σχεδόν η μισή ποσότητα ξυλεία κυπαρισσιού προέρχεται από τις Νότιες ΗΠΑ και περίπου ¼ αυτής από από τις South Atlantic States. Η ξυλεία από μακρόβια δέντα δεν είναι ακόμα διαθέσιμη, αλλά από δεύτερης Εικόνα 1.29 Κυπαρίσσι 33

34 γενιάς δέντρα είναι. Το σομφόξυλο του κυπαρισσιού είναι στενό και σχεδόν λευκό. Το χρώμα του εσωτερικού ξύλου του φλοιού, ποικίλει αρκετά από ανοιχτό κίτρινο, κίτρινο- καφέ, μέχρι σκούρο καφέ- κόκκινο και πολλές φορές σοκολατί. Το ξύλο είναι σχετικά βαρύ, ανθεκτικό και σκληρό. Το ξύλο των μακρόβιων δέντρων είναι ένα από τα μεγαλύτερα σε ανθεκτικότητα σε ότι αφορά την αποσάθρωση από όλα τα είδη, αλλά τα ξύλο των κυπαρισσιών δεύτερηε γενιάς δεν είναι τόσο ανθεκτικό όσο το πρώτο. Η συρρίκνωσή τού είναι σχετικά μικρή. Λίγο μεγαλύτερη από εκείνη του κέδρου και μικρότερη από αυτή της νότιας πεύκης. Το ξύλο ορσιμένων κυπαρισσιών περιέχει κάποιους θύλακες η συγκεκριμένες περιοχές που έχουν προσβληθεί από μύκητες. Τέοιου είδους κυπαρίσσια είναι γνωστά ως τσιμπιμένα κυπαρίσσια. Η αποσάθρωση που προκαλείται από αυτούς τους μύκητες, σταματά όταν το ξύλο κόβεται σε ξυλεία και αποξηραίνεται. Το τσιμπημένο κυπαρίσσι ωστόσο, είναι ανθεκτικό και χρήσιμο όταν δε χρειάζεται έαν ξύλο απόλυτα στεγανό, δεν έχει σημασία η εμφάνιση και είναι επιθυμητό ένα ασυνήθιστο αποτέλεσμα ως προς την εμφάνιση. Όταν το ξύλο μακρόβιων δέντρων ήταν διαθέσιμο, η ξυλεία του χρησιμοποιούνταν κυρίως για κατασκευές κτηρίων, ειδικά όταν υπήρχε ανάγκη για μεγάλη ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση. Χρησιμοποιούνταν επίσης για την κατασκευή καφασιών, ταινιών, πορτών, παραπετασμάτων, δεξαμενών, κάδων, πλοίων, σκελετών σκαφών και ανεμόμυλων. Το ξύλο δεύτερης γενιάς χρησιμοποιείται για την κατασκευή διακοσμητικών εσωτερικών χώρων και πάνελ. Τα πάνελς που φτιάχνονται από τσιμπημένο κυπαρίσσι, χρησιμοποιούνται κυρίως σε εστιατόρια, μαγαζια και κτίρια. Ελάτη του Douglas Η ελάτη του Douglas είναι επίση γνωστή και ως κόκκινη ή κίτρινη ελάτη. Μεγαλώνει σε μία περιοχή από τα Πετρώδη Όρη μέχρι τις ακτές του Ειρηνικού Ωκεανού και από το Μεξικό μέχρι την κεντική Columbia. Το σομφόξυλο αυτής της ελάτης είναι στενό στα μακρόβια δέντρα αλλά μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 7 εκατοστά πλάτος στα δεύτερης γενιάς δέντρα εμπορικού μεγέθους. Τα νέα δέντρα ταχείας ανάπτυξης έχουν κοκκινωπό 34

35 εσωτερικό ξύλο και ονομάζονται κόκκινες ελάτες. Το πολύ στενό κυλινδρικό εσωτερικό ξύλο των αιωνόβιων δέντρων, μπορεί να είναι κίτρινο- καφέ και είναι γνωστό στην αγορά ως κίτρινη ελάτη. Το ξύλο της ελάτης του Douglas ποικίλει σε βάρος και ανθεκτικότητα. Όταν απαιτείται ανθεκτική ξυλεία για χρήση σε κατασκευές, η επιλογή μοπρεί να βελτιωθεί επιλέγοντας ξύλο υψηλής πυκνότητας. Η ελάτη του Douglas (Εικόνα 1.30), χρησιμοποιείται περισσότερο σε κτήρια και για κατασκευαστικούς λόγους σε πωτογενή μορφή ξυλείας, για προστατευτικά σε μαρίνες πλοίων, κολώνες και κατασκευή ξυλοπολτού. Επίσης υπάρχουν και ποιοτητες που χρησιμοποιούνται ως συνδετικές δοκοί σε σιδηροδρομικές γραμμές, κιβώτια αποθήκευσης, κολόνες και φράχτες. Η ελάτη του Douglas, χρησιμοποιείται επίσης στη βιομηχανία για την κατασκευή προϊόντων όπως ξύλινες ταινίες, πόρτες, laminate, στοιχεία τρένων και αυτοκινήτων, κιβώτια, παλέτες, και βυτία. Μικρές ποσότητες χρησιμοποιούνται ως πατώματα, έπιπλα, κατασκευές πλοίων και σκαφών και διάφορες άλλες ναυτικές εφαρμογές. Αληθηνή ελάτη ( Ανατολικά είδη) Το βαλσαμόδεντρο (Εικόνα 1.31), μεγαλώνει κυρίως στη Νέα Αγλία, την Pennsylvania, και τις Great Lake States. Η ελάτη Fraser, μεγαλώνει στα Απαλάχεια όρη της Virginia, τη Νότια Carolina, και το Tennessee. Το ξύλο των ειδών που ανήκουν στις πραγματικές ανατολικές ελάτες, όπως κι εκέινο των δυτικών, ξεκινά από λευκό κρέμ χρώμα μέχρι και απαλό καφέ. Το εσωτερικο ξύλο του κορμού όπως Εικόνα Ελάτη του Douglas και το σομφόξυλο, είναι όμοια. Η ομοιότητα της Εικόνα 1.31 Βαλσαμόδεντρο 35

36 δομής των ξύλων είναι τέτοια, που καθιστά το διαχωρισμό τους σε είδη - βάσει του ξύλου- αδύνατο. Τα δυο παραπάνω είδη, είναι ελαφριά, λυγίζουν και πιέζονται εύκολα, είναι σχετικά χαμηλά σε ποσοτό στιβαρότητας, είναι μαλακά, με μικρή ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις. Τα αντολικά είδη, χρησιμοποιούνται κυρίως για την κατασκευή πολτού, παρ όλα αυτά πράγεται κάποια ξυλεία που προορίζεται για κατα κατασκευαστικά προϊόντα, ειδικά στη Νέα αγγλία και τις Great lake States. Αληθηνή Ελάτη (Δυτικά είδη) Έξι εμπορικά είδη, αποτελούν τα δυτικά είδη των αληθινών ελάτων. Η λεία πεύκο- ελάτη, η κόκκινη ελάτη της California, η μεγάλη ελάτη (Εικόνα 1.32), η ευγενής ελάτη, η ασιμένια ελάτη οτυ Ερηνικού και η λευκή ελάτη. Όλα αυτά τα είδη, μετατρέπονται πρώτα σε ξυλεία στην Washington, το Oregon, την California, τη δυτική Montana, και το νότιο Idaho και προωθούνται ως λευκή ελάτη σε όλες τις ΗΠΑ. Εικόνα 1.32 Αληθηνή Ελάτη Το ξύλο αυτών των ειδών είναι παρόμοιο με εκείνο των ανατολικών ειδών γεγονός το οποίο καθιστά το διαχωρισμό τους βάσει του ξύλου αδύνατο. Τα δυτικά είδη, έχουν ελαφρύ ξύλο (με εξαίρεση τη λεία πεύκο- ελάτη) και λίγο υψηλότερες σε ανθεκτικότητα ιδιότητες από το βαλσαμόδεντρο. Η συρρίκνωση του ξύλου, είναι από χαμηλή έως ελαφρώς υψηλή. Η ξυλεία των δυτικών ειδών, χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή κτηρίων, κιβωτίων και βυτίων, ταινιών και πορτών. Για κατσκευές σε εσωτερικούς χώρους σπιτιών, η ξυλεία χρσιμοποιείται σε κορνίζες, στηρίγματα πατωμάτων, και ως επικάλυψη. Κάποιο μέρος της ξυλείας αυτής, μετατρέπεται σε κιβώτια και βυτία. Η ξυλεία υψηλής ποιότητας της ευγενούς ελάτης, χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή ξύλινων διακοσμητικών εσωτερικού χώρου, διαχωριστικών παραπετασμάτων και πορτών. Μερικές φορές κάποιο από τα υψηλής ποιότητας υλικά μπορέινα χρησιμοποιειθεί και στην 36

37 αεροωαυπηγική. Άλλες χρήσεις της ευγενούς ελάτης είναι τα βενετσιάνικα στόρια και οι κουπαστές. Λίβανο- κέδρος (Incense Cedar) Το είδος αυτού του κέδρου, μεγαλώνει στην California, το νοτιοδυτικό Oregon και την ανατολικη Νεβάδα. Η μργαλύτερη ποσότητα ξυλείας, προέρχεται σπό την βόρεια California. Το σομφόξυλο του λιβανο- κέδρου που φαίνεταισ την εικόνα 1.33, είναι λευκό και το εσωτερικό ξύλο του κορμού είναι ανοιχτό καφέ, συχνά με αποχρώσεις του κόκκινου. Το ξύλο έχει ομαλή ομοιόμορφη υφή και ιδιέταιρα έντονη μυρωδιά. Το ξύλο είναι ελαφρύ, σχετικά μικρής ανθεκτικότητας, μαλακό, όχι ανθεκτικό σε απότομες Εικόνα 1.33 Λίβανο-κέδρος φορτίσεις και με μικρή στιβαρότητα. Έχει μικρή συρρίκνωση και είναι εύκολο να αποξηρανθεί με ελάχιστο πετσικάρισμα 2. Ο κέδρος αυτός, χρησιμοποιείται κυρίως ως πρωτογενής ξυλεία και στην κατασκευή φρακτών. Η περισσότερη από την υψηλής ποιότητας ξυλεία, χρησιμοποιείται στην κατασκευή μολυβιών και βενετσιάνικων παραπετασμάτων (στόρια). Μέρος της ξυλείας επίσης, χρησιμοποιείται και για την κατακευή παιχνιδιών και κιβωτίων. Μεγάλο μέρος του ξύλου αύτου του είδους του κέδρου, περιέχει «τσέπες» ή περιοχές όπου το ξύλο δεν έχει αναπτυχθεί, γεγονός που προκαλείται απο υψηλού επιπέδου εντοπισμένη αποσάθρωση, στο ζών ξύλο. Η αποσάθρωση αυτή σταματά να εξαπλώνεται από τη στιγμή που το δέντρο θα αποξηρανθεί. Αυτή η χαμηλής ποιότητας ξυλεία χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις ασθενών κατασκευών όπου η αντίσταση στην αποσάθρωση είναι σημαντική. Λόγω της ιδιότητας αυτής, της αντίστασής του στην αποσάθρωση, αποτελεί ιδανικό ξύλο για φράκτες. Άλλες χρήσεις του είναι 2 πετσικάρω: χρησιμοποιείται για σκληρές επιφάνειες που έχουν χάσει τη φόρμα τους, που έχουν υποστεί στρέβλωση, που έχουν κυρτώσει: π.χ Πετσικάρανε τα σανίδια του δαπέδου 37

38 σε συνδετικές δοκούς σιδηροδρομικών γραμμών, στήλους και σε διαφημιστικές πινακίδες. Δυτικός Λάριξ (Δυτικό αγριόπευκο) Το δυτικό αγριόπευκο (Εικόνα 1.34), μεγαλώνει στη δυτική Montana, το βόρειο Idaho, το βορειοανατολικό Oregon και στα ανατολικά της Washington. Περίπου τα δυο τρίτα της παραγωγής αυτού του είδους, προέρχονται από το Idaho και την Montana και μόλις το ένα τρίτο, από τη Washington και το Oregon. Το εσωτερικό ξύλο τπυ κορμού του δέντρου, είναι κίτρινο- καφέ και το σομφόξυλο, κίτρινο- λευκό. Το σομφόξυλο, γενικά δεν ξεπερνά σε πλάτος τα 2,5 εκατοστά. Το ξύλο είναι στιβαρό, σχετικά δυνατό και σκληρό, με μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φοτρίσεις και σχετικά βαρύ. Έχει μεγάλη συρρίκνωση κατά τη διάρκεια της αποξήρανσης. Το ξύλο συνήθως είναι ευθυτενές και χωρίζει εύκολα. Έχει συχνά ρόζους οι οποίοι όμως έιναι μικροί και στενοί. Το δυτικό αγριόπευκο, χρησιμοποιείται κυρίως σε κατασκευές κτιρίων, σε μικρά κιβώτια, πίνακες και συνδετικές δοκούς σιδηροδρομικών γραμμών. Τέτοια ξύλα χρησιμοποιούνται επίσης και σαν πυλώνες, κολώνες και φράκτες. Κάποια υψηλής ποιότητας ξυλεία αυτού οτυ έιδους, μετατρέπεται στη βιομηχανία σε ξύλινες ταινίες, διακοσμητικά, πατώματα και πόρτες. Οι ιδιότητες του δυτικού αγριόπευκου είναι όμοιες με εκείνες της ελάτης του Douglas και ορισμένες φορές αυτά τα δυο είδη, πωλούνται αναμεμειγμένα. Λευκή ανατολική πεύκη Εικόνα 1.34 Δυτικό αγριόπευκο Μεγαλώνει στη βόρεια Georgia και στις great Lake States. Είναι επίσης γνωστή και ως λευκή πεύκη (Εικόνα 1.35), βόρεια πεύκη, πεύκη Weymouth και μαλακή πεύκη. Περίπου η μισή ποσότητα της παραγωγής προέρχεται από την New England, περίπου το ένα τρίτο από τις great Lake States και το περισσότερο από την υπόλοιπη παραγωγή, από τις κεντρικές και νότιες Atlantic States. 38

39 Το εσωτερικό ξύλο του κορμού είναι ανοιχτό καφέ, συχνά με κόκκινες αποχρώσεις. Σκουραίνει με την έκθεσή του στον αέρα. Το ξύλο της είναι, συγκρινόμενο με τα αντίστοιχα είδη, ομοιόμορφο σε υφή και ευθυτενές. Αποξηραίνεται εύκολα σε φούρνο, έχει μικρή συρρίκνωση και είναι αρκετά σταθερό. Μπορεί να δουλευτεί εύκολα όπως επίσης και να κολληθεί με κόλλα. Η λευκή ανατολική πεύκη, είναι ελαφριά, σχετικά μαλακή, χαμηλή σε ανθεκτικότητα και αντίσταση σε απότομες φορτίσεις. Εικόνα 1.35 Λευκή πεύκη Πρακτικά, όλη παραγωγή αυτου του είδους μετατρέπεται σε ξυλεία η οποία χρησιμοποιείται με ποικίλους τρόπους. Μια μεγάλη ποσότητα ξυλείας χαμηλότερης ποιότητας, χρησιμοποιείται σε οικοδομές. Η ξυλεία καλής ποιότητας χρησιμοποιείται ως καλούπι διακοσμητικών. Άλλες σημαντικές χρήσεις είναι σε πόρτες, ξύλινες ταινίες, διακοσμητικά εσωτερικών χώρων, πόμολα, κιβώτια, ενταφιασμού και σε παιχνίδια. Πεύκη Jack Η πεύκη Jack (Εικόνα 1.36), πολλές φορές γνωστή και ως απλά κατώτερης ποιότητας πεύκη, γκρί πεύκη, και μαύρη πεύκη, μεγαλώνει φυσικά, στις Great Lake States, κα σε ορισμένες διάσπαρτες περιοχές της New England και της βόρεια Νέας Υόρκης. Η ξυλεία από αυτό το είδος πεύκης, πολλές φορές δε διαφοροποιείται από εκείνη των υπολοίπων ειδών με τα οποία μεγαλώνει, συμπεριλαμβανωμένων εκείνων της κόκκινης πεύκης, και της λευκής ανατολικης πεύκης. Εικόνα 1.36 Πεύκη Jack 39

40 Το σομφόξυλο της πεύκης Jack, είναι σχεδόν λευκό. Το εσωτερικό ξύλο του κορμού είναι ανοιχτό καφέ εως πορτοκαλί. Το ξύλο έχει περισσότερο τραχειά υφή και έιναι κάπως ρητινώδης. Το ξύλο είναι σχετικά ελαφρύ σε βάρος, σχετικά μικρό σε ανθεκτικότητα σε ότι αφορά στη λύγιση, χαμηλό σε αν τισταση σε απότομες φορτίσεις και ελάχιστα στιβαρό. Έχει επίσης σχετικά μικρή συρρίκνωση. Η ξυλεία της πεύης του Jack έχει σχετικά πολλούς ρόζους. Χρησιμοποιείται ια την κατασλευή ξυλοπολτού, κιβωτίων και παλετών. Λιγότερο σημαντικές χρήσεις περιλαμβάνουν εκέινες των συνδετικών δοκών σε σιδηροδρομικές γραμμές, κιβωτίων ενταφιασμού, πυλώνων, φρακτών και καυσίμων. Πεύκη των ακτών (Lodgepole Pine) Η πεύκη των ακτών (Εικόνα 1.37), επίσης γνωστή και ως ροζώδης, μαύρη και ερυθρελάτη, μεγαλώνει στα Rocky Mountains και στις ακτές του Ειρηνικού, μέχρι βόρεια της Αλάσκα. Το ξύλο που προορίζεται για ξυλεία και άλλα προίόντα, παράγεται κυρίως στα κεντρικά Rocky Mountains. Άλλες παραωγικές περιοχές είναι το Idaho, η Montana, το Oregon, και η Washington. Το εσωτερικό ξύλο οτυ κορμού της πεύκης των ακτών ποικίλει από κίτρινο έως ανοιχτό κίτρινο- καφέ. Το σομφόξυλο είναι κίτρινο, έως σχεδόν λευκό. Το ξύλο είναι σχετικά ευθυτενές, με στενούς δακτυλίους ωρίμανσης. Το ξύλο είναι σχετικά ελαφρύ, έυκολο στην επεξεργασία του και με σχρτικά μεγάλη συρρίκνωση. Είναι σχετικά αδύναμο, μαλακό, στιβαρό και με μικρή αντίσταση σε απότομες φορτίσεις. Η πεύκη των ακτών, χρησιμοποιείται ως πρωτογενής ξυλεία, σε κιβώτια ενατφιασμού, συνδετικές δοκούς σιδηροδρομικών γραμμών και σε πυλώνες. Λιγότερο σημαντικές χρήσεις της ξυλείας της πεύκης των ακτών περιλαμβάνουν εκείνες σε φράκτες και καύσιμα. Η ξυλεία αυτή χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο σε γεωργικές καλλιέργειες, παραπετάσματα, πατώματα και ξυλόσπιτα. Εικόνα 1.37 Πεύκη των ακτών 40

41 Άκαμπτη πέυκη (Pitch Pine) Η άκαμπτη πεύκη (Εικόνα 1.38), μεγαλώνει από το Maine κατά μήκος των βουνών μέχρι το ανατολικόtennesseeκαι τη βόρεια Georgia. Το εσωτερικό ξύλο του κορμού, είναι κόκκινο- καφέ και ρητινώδες. Το σομφόξυλο είναι πλατύ και ανοιχτό κίτινο. Το ξύλο της πεύκης αυτής είναι σχετικά βαρύ έως βαρύ, σχετικά δυνατό και σκληρό, στιβαρό, με μεγάλη ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις. Η συρρίκνωσή του ποικιλει από σχετικά μικρή έως σχετικά μεγάλη. Εικόνα 1.38 Άκαμπτη Πεύκη Η άκαμπτη πέυκη χρησιμοποιείται ως πρωτογενής ξυλεία, καύσιμο και ξυλοπολτός. Η ξυλεία ταξινομείται ως δευτερεύουσα, στα είδη της Νότιας Πεύκης. Πεύκη των λιμνών (Pond Pine) Η πεύκη των λιμνών (Εικόνα 1.39), μεγαλώνει από τις ακτές του New Jersey μέχρι τη Florida. Συναντάται σε μικρές ομάδες ή τελείως χωριστά, αναμεμειγμένες με άλλα είδη πευκών. Το σομφόξυλο της πεύης των λιμνών είναι παλτύ με ένα ελαγρύ κίτρινο χρώμα. Το εσωτερικό ξύλο του κορμού, είναι σκούρο πορτοκαλί. Το ξύλο είναι βαρύ, τραχύ και ρητινώδες. Η συρρίκνωσή του είναι σχετικάμ Εικόνα 1.39 Πεύκη των λιμνών απότομες φορτίσεις. μεγάλη. Το ξύλο είναι σχετικά δυνατό, στιβαρό, σχετικά σκληρό και σχετικά ανθεκτικό σε Η πεύκη των λιμνών χρησιμοποιείται γενικα σε κατασκευές μεγάλης κλίμακας, ως συνδετική δοκός σε σιδηροδρομικές γραμμές και σε πυλωνες. Η 41

42 ξυλεία αυτού του είδους ταξινομείται επίσης ως δευτερεύουσα στο γκρούπ των νότιων ειδών. Πεύκη Ponderosa Η πεύκη Ponderosa (Εικόνα 1.40), είναι επίσης γνωστή και ως δυτική μαλακή πεύκη, δυτική κίτρινη, και πειρατική πεύκη. Η πεύκη Jeffrey, η οποία μεγαλώνει μαζί με την Ponderosa στην California και το Oregon, συνήθως προωθείται μαζί με αυτή και πωλούνται και οι δύο με το ιδιο όνομα. Οι περιοχές με τη μεγαλύτερη παραγωγή πεύκης Ponderosa, είναι το Oregon, η Washington και η California. Άλλες σημαντικές περιοχές παραγωγής είναι το Idaho Εικόνα 1.40 Πεύκη Ponderosa και η περιοχή της Montana, τα Black Hills της βόρειας Dakota και το Wyoming. Το εσωτερικό ξύλο της πεύκης Ponderosa, είναι ελαφρώς κόκκινίζον καφέ και το πλατύ σομφόξυλο είναι σχεδόν λευκό έως ανοιχτό κίτρινο. Το ξύλο των εξωτερικών τμημάτων της Ponderosa που φτάνουν το μέγεθος όπου επιδέχονται κοπή με πριόνι είναι γενικά σχετικά ελαφρύ σε βάρος, σχετικά αδύναμο, μαλακό, στιβαρό και χαμηλό σε ανθεκτικότητα σε απότομες φορτίσεις. Είναι σχεδόν ομοιόμορφο σε υφή και με μικρή τάση στρέβλωσης ή στρέψης. Η πεύκη Ponderosa, χρησιμοποιείται κυρίως ως πρωτογενής ξυλεία και σς μικρότερη κλίμακα, σε πυλώνες, κολόνες, φράκτες, κιβώτια ενταφιασμού, καπλαμάδες και συνδετικές δοκούς σιδηροδρομικών γραμμών. Το καθαρό ξύλο, χρησιμοποιείται για την κατασκευή ξύλινων ταινιών, πορτών, ξύλινων παραπετασμάτων (στόρια), καλουπιών, πανέλων, διακοσμητικών εσωτερικών χώρων, και εντοιχισμένων ντουλαπιών. Η κατώτερης ποιότητας ξυλεία αυτού του είδους, χρησιμοπιείται στην κατασκευή κιβωτίων, θηκών, υποστηριγμάτων πατώματος και σανιδιών σε σκεπές. Η ροζώδης πεύκη Ponderosa, χρησιμοποείται σε διακοσμητικά εσωτερικού χώρου. 42

43 Κόκκινη Πέυκη Η κόκκινη πεύκη (Εικόνα 1.41), συχνά καλείται Νορβηγική πεύκη και περιστασιακά είναι γνωστή σαν σκληρή ή άκαμπτη πεύκη. Αυτό το έιδος μεγαλώνει στη New England, τη Νεα Υόρκη, την Pennsylvania, και τις Great Lake States. Το εσωτερικό ξύλο του κορμού της κόκκινης πεύκης, ποικίλει από ανοιχτό κόκκινο, έως κοκκινίζον καφέ. Το σομφόξυλο είναι σχεδόν λευκό μεαποχρώσεςι του κίτρινου και γενικά το πλάτος του κυμάινεται από 5 έως 10 εκτοστά. Το ξύλο μοιάζει με εκείνο της ομάδας των ελαφρών σε βάρως ειδών της Βόρειας Πεύκης. Η κόκκινη πεύκη είναι σχετικά βαριά, σχετικά δυνατή και στιβαρή, σχετικά μαλακή, και ανθεκτική σε απότομες φορτίσεις. Είναι σχετικά ευθυτενής, όχι Εικόνα 1.41 Κόκκινη πεύκη τόσο ομαλή σε υφή όσο η ανατολική λευκή πεύκη και λίγο ρητινώδης. Το ξύλο έχει σχετικά μεγάλη συρρίκνωση αλλά δεν έιναι δύσκολο να αποξηρανθεί και μετά από αυτή τη διαδικασία παραμένει σταθερό σε διαστάσεις. Η κόκκινη πεύκη, χρησιμοποιείται κυρίως ως ξυλεία, σε κιβώτια και ξυλοπολτό και σε μικρότερη κλίμακα, σε πυλώνες, κολόνες, φράκτες και καύσιμα. Η ξυλεία χρησιμοποιείται για τους ίδιους κυρίως λόγους για τους οποίους χρησιμοποιείται και η ξυκεία της ανατολικής λευκής πεύκης. Η κόκκινη πεύκη χρησιμοποιείται κυρίως σε κατασκευές κτιρίων συμπεριλαμβανομένης και της χρήσης του σε επικαλύψεις δαπέδων εξωτερικών χώρων όταν είναι κατρεργασμένη, πατώματα, πόρτες και κιβώτια, παλέτες και βυτία. Νότια Πεύκη Πλήθος ειδών περιλαμβάνονται στο είδος το οποίο προωθείται στην αγορά ως ξυλεία Νότιας Πεύκης. Τα τέσσερα κυριότερα είδη και οι περιοχές ανάπτυξής τους είναι: (α) μακρύφυλλη πεύκη (Εικόνα 1.42), η οποία μεγαλώνει στην ανατολική Βόρεια Καρολίνα, βόρεια στη Φλόριδα και δυτικά στο ανατολικό Τέξας. (β) βραχύφυλλη πεύκη, η οποία μεγαλώνει βόρειοδυτικά στη 43

44 Νέα Υόρκη και το New Jersey νότια στη βόρεια Φλόριδα και δυτικά στο ανατολικό Τέξας και την Οκλαχόμα (γ) πεύκη loblolly, η οποία μεγαλώνει στο Maryland, στη Florida και στο ανατολικό Texas (δ) κατακόρυφη πεύκη, η οποία μεγαλώνει στη βόρεια Καρολίνα, τη Georgia, την Alabama, το Mississippi και τη Louisiana. Η ξυλεία από αυτά τα τέσσερα είδη, ταξινομείται στο είδος της Νότια πευκης σύμφωνα με τις απαιτήσεις της βιομηχανίας. Σύμφωνα με αυτές τις Εικόνα 1.42 Μακρύφυλλη πεύκη απαιτήσεις ταξινομείται και η ξυλεία που προκύπτει από τη μακρύφυλλη και την κατακόρυφη πεύκη ως μακρύφυλλη πεύκη. Η ξυλεία της νότια πεύκης, παράγεται κυρίως στις Νότιες Atlantic States, τη Georgia, την Alabama, τη βόρει Carolina, το Arkansas, και τη Louisiana να κυριαρχεί στην πααγωγή ξυλείας αυτόυ του είδους. Το ξύλο αυτών των ειδών είναι είναι σχεδόν ίδιο εμφανισιακά. Το σομφόξυλο είναι κιτρινίζον λευκό και το εσωτερικό ξύλο του κορμού κοκκινίζον καφέ. Το σομφόξυλο είναι συνήθως πλατύ στα μακροχρόνια ανπτυσσόμενα δέντρα. Το εσωτερικό ξύλο ξεκινά να διαμορφώνεται όταν το δέντρο είναι πε ριπου 20 ετών. Στα μακροχρόνια αργά ανπτυσσόμενα δέντρα, το σομφόξυλο μπορέι να φτάνει μόνα τα 2 με 5 εκατοστά. Η μακρύφυλλη και η κατακόρυφη πεύκη, ταξινομούνται στα βαριά, δυνατά, στιβαρά σκληρά και σχετικά ανθεκτικά σε απότομες φορτίσεις ξύλα. Τα βραχύφυλλα και loblolly πεύκα, είναι συνήθως ελαφρύτερα σε βάρος από τα μακρύφυλλα. Όλα τα είδη αυτής της κατηγορίας έχουν σχετικά μεγάλη συρρίκνωση αλλά είναι σταθερά σε διαστάσεις όταν αποξηραίνονται σωστά. Για να λάβουμε βαρύ, δυνατό ξύλο από τα βόρει απεύκα, για κατασκευαστικούς λόγους, η πυκνότητα είναι ένας γραπτός κανόνας που καθορίζει συγκεκριμένο ποσοστό μακρόβιου ξύλου για κατασκευαστική ξυλεία. Τα πυκνότερα και μεγαλύτερης ανθεκτικότητας είδη της νότιας πεύκης, χρησιμοποιούται στη μορφή δοκών σε κατασκευές εργοστασίων, αποθηκών, 44

45 γεφυρών και δεξαμενών, όπως επίσης και σε μικρότερης κλίμακας κατασκευές σε υποστηρίγματα σκεπών, δοκών, φρακτών και πυλώνων. Η ξυλεία μικρότερης πυκνότητας και ανθεκτικότητας χρησιμοποιείται επίσης σαν υλικό στις κατασκευές κτιρίων ως διακοσμητικό εσωτερικών χώρων, θήκη, και υποστήριγμα πατώματος όσο επίσης και ως κιβώτιο, παλέτα ή βυτίο. Η νότια πεύκη, χρησιμοποείται επίσης και για την κατασκευή πυλώνων, κολονών, δαπέδων εξωτερικών χώρων και συνήθως επεξεργάζονται με συντηριτικά. Πικέα (Spruce Pine) Η πικέα (Εικόνα 1.43), γνωστή επίσης και ως κέδρος, φτωχό, Walter και κατώτατη λευκή πεύκη, ταξινομείται ως μειωνότητα στην ομάδα της Νότιας πεύκης. Η πικέα μεγαλώνει κυρίως σε μέρη με μικρά ποσοστά υγρασίας των παράκτιων περιοχών της Νότιας Carolina, της Εικόνα 1.43 Πικέα Georgia, της Alabama, του Mississippi και της Louisiana, όπως επίσης και στη βορειοανατολική Florida. Το εσωτερικό ξύλο της πικέας είναι ανοιχτό καφέ, και το πλατύ σομφόξυλο σχεδόν λευκό. Το ξύλο της πικέας είναι χαμηλότερο σε όλες τις ιδιότητες δύναμης από εκείνο των κυριότερων ειδών της ομάδας των Νότιων πευκών. Η πικέα, συναγωνίζεται με τις δυτικές ελάτες, στις σημαντικές τους ικανότητες λυγισμού, δύναμης συντριβής και σκληρότητας. Είναι όμοιο με τα μεγαλύτερα σε πυκνότητα είδη, όπως η ελάτη του Douglas και η πεύκη loblolly. Στο παρελθόν, η πικέα χρησιμοποιούνταν κυρίως για τοπικά ώς πρωτογενής ξυλεία, ξυλοπολτός και καύσιμο. Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται στην κατασκευή ξύλινων πανέλων (κονταπλακέ). 45

46 Γλυκειά Πέυκη (Sugar Pine) Η γλυκειά πεύκη (Εικόνα 1.44), είναι το μεγαλύτερο από όλα τα έιδη πεύκης, γνωστό πολλές φορές και σαν γλυκειά πεύκη της California. Η μεγαλύτερη ποσότητα ξυλείας αυτού του είδους, μεγαλώνει στην California και το νοτιοανατολικό Oregon. Το εσωτερικό ξύλο του κορμού του δέντρου αυτού είναι ωχροκίτρινο έως ανοιχτό καφέ μερικές φορές με αποχρώσεις του κόκκινου. Το σομφόξυλο είναι κρεμώδες λευκό. Το ξύλο είναι ευθυτενές, ομοιόμορφο σε υφή και εύκολο στην επεξεργασία του με εργαλεία. Υπόκειται σε μικρή συρρίκνωση κατά τη διάρκεια της αποξήρανσής του και είναι γενικά σταθερό σε διαστάσεις. Η γλυκειά πεύκη είναι ελαφριά σε βάρος, με σχετικά μικρή ανθεκτικότητα, μαλακό και με μικρή αντίσταση σε απότομες φορτίσεις και όχι πολύ στιβαρό. Η γλυκειά πεύκη, χρησιμοποιείται σχεδόνα αποκλειστικά για προϊόντα ξυλείας. Η μεγαλύτερη ποσότητα χρησιμοποιείται για την κατασκευή κιβωτίων, βυτίων πορτών, κορνιζών, στοριών και καλουπιών. Όπως και η λευκη ανατολική πεύκη, η γλυκειά πεύκη είναι κατάλληλη για χρηση σχεδόν σε κάθε μέρος ενός σπιτιού, λόγω της ευκολίας με την οποία μπορέι να κοπεί, τη σταθερότητά του σχετικα με τις διαστάσεις του και τις καλλές συνδετικές του ιδιότητες. Πεύκη της Virginia Εικόνα 1.44 Γλυκειά Πεύκη Η πεύκη της Virginia (Εικόνα 1.45), γνωστή επίσης και μετο όνομα πεύκη του Jesey ή κατώτερη πεύκη, μεγαλώνει από το New Jersey και τη Virginia, διαμέσου των Απαλαχίων μέχρι τηgeorgia και την κοιλάδα του Ohio. Κατατάσσεται στις μειωνότητες ειδών. 46

47 Το εσωτερικό ξύλο του κορμού έιναι πορτοκαλί και το σομφόξυλο σχεδόν λευκό και σχετικά πλατύ. Το ξύλο είναι ελαφρώς βαρύ, δυνατό και σκληρό, με μεγάλη συρρίκνωση και αντίσταση σε απότομες φορτίσεις. Χρησιμοποιείται σαν ξυλεία για την κατασκευή συνδετικών δοκών σιδηροδρομικών γραμμών και ξυλοπολτού. Ανατολική Λευκή Πεύκη Η ανατολική λευκή πεύκη (Εικόνα 1.46), είναι γνωστή και ως λευκή πεύκη του Idaho ή απλά λευκή πεύκη. Περίπου το ένα πέμπτο της ξυλείας αυτού του είδους προέρχεται από το Idaho και τη Washington. Μικρές ποσότητες κόβονται στην Montana και το Oregon. Εικόνα 1.45 πεύκη της Virginia Το εσωτερικό ξύλο του κορμού της λευκής πεύκης είναι κρεμώδες λευκο σε χρώμα έως και κοκκινίζον καφέ το οποίο όμως σκουραίνει κατά την έκθεσή του σε αέρα. Το σομφόξυλο είναι κίτρινο- λευκό και γενικά οι διαστάσεςι του ξεκινούν από τα 2 εκατοστά και φτάνουν μέχρι και τα 8 σε πλάτος. Το ξύλο έιναι ευθυτενές και εύκολο να δουλευτεί με εργαλεία, εύκολο να αποξηρανθεί και να περαμείνει σταθερό μετά την αποξήρανσή του. Αυτό το είδος είναι ελαφρύ σε βάρος, σχετικά μαλακό, σκληρό και σχετικά μικρής ανθεκτικότητας σε απότομες φορτίσεις. Επίσης, έχει μεγάλη συρρίκνωση κατά την αποξήρανσή του. Εικόνα 1.46 Ανατολική λευκή Πεύκη 47

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ 2.1 Ορθότροπη φύση του ξύλου Το ξύλο περιγράφεται ως ορθότροπο υλικό. Αυτό σημαίνει ότι έχει μοναδικές και ανεξάρτητες μηχανικές ιδιότητες στις κατευθύνσεις των τριών, κάθετων ανά δύο, αξόνων: τον διαμήκη, τον ακτινικό και τον εγκάρσιο. Ο διαμήκης άξονας L, είναι παράλληλος στις ίνες του ξύλου, ο ακτινικός άξονας R είναι κάθετος στους ηλικιακούς δακτυλίους του ξύλου και ο εγκάρσιος άξονας, ο οποίος έιναι κάθετος στον κορμό του δέντρου αλλά εφαπτόμενος στους ηλικιακούς δακτυλίους. Οι τρεις αυτοί άξονες φάινονται στην εικόνα 2.1. Εικόνα 2.1 Οι τρείς βασικοί άξονες του ξύλου βάσει του κορμού του ξύλου και των ηλικιακών δακτυλίων. Δώδεκα σταθερές (οι εννέα απο αυτές είναι ανεξάρτητες) απαιτούνται για την περιγραφή της ελαστικής συμπεριφοράς του ξύλου: τρία μέτρα ελαστικότητας Ε, τρία μέτρα διάτμησης G, και έξι λόγοι Poisson μ. Τα μέτρα ελαστικότητας και οι λόγοι Poisson συνδέονται με την παρακάτω σχέση: 48

49 2.2 Μέτρο ελαστικότητας Με τον όρο ελαστικότητα υποδηλώνονται οι παραμορφώσεις που παράγονται από μικρές δυνάμεις και οι οποίες επανέρχονται ολοκληρωτικά όταν το φορτίο απομακρυνθεί. Όταν η φόρτιση φτάνει σε υψηλότερα επίπεδα, εμφανίζεται πλαστική παραμόρφωση ή αστοχία. Τα τρία μέτρα ελαστικότητας που συμβολίζονται με, και, είναι αντίστοιχα τα μέτρα ελαστικότητας κατά μήκος του διαμήκη, ακτινικού και εγκάρσιου άξονα του ξύλου. Οι μηχανικές αυτές ιδιότητες, λαμβάνονται συνήθως από δοκιμές εφελκυσμού ή θλίψης, εντούτοις, δεν υπάρχουν πολλά δεδομένα για τα και. Οι μέσες τιμές των και για δείγματα από όρισμένα είδη, παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.1, ως αναλιγίες του. 2.3 Λόγος Poisson Όταν ένα δομικό στοιχείο φορτίζεται αξονικά, η παραμόρφωσή του κάθετα στη διεύθυνση του φορτίου είναι ανάλογη της παραμόρφωσης παράλληλα στη διεύθυνση του φορτίου. Ο λόγος της εγκάρσιας προς την αξονική παραμόρφωση ονομάζεται λόγος Poisson. Οι λόγοι poisson συμβολίζονται με μlr, μrl, μlt, μtl, μrt και μtr. Το πρώτο γράμμα κάθε δείκτη αναφέρεται στη διεύθυνση της εφαρμοζόμενης δύναμης και το δέυτερο στην κατεύθυνση της εγκάρσιας παραμόρφωσης. Για παράδειγμα με μlr συμβολίζεται ο λόγος Poisson για παραμόρφωση κατά μήκος της ακτινικής διεύθυνσης που προκαλείται από τάση κατά μήκος του διαμήκη άξονα. Οι λόγοι Poisson για τυπικά είδη ξύλων φαίνονται στον Πίνακα 2.2. Τόσο τα μέτρα ελαστικότητας, όσο και οι λόγοι Poisson, ποικίλουν ανάλογα με το είδος του ξύλου αλλά επηρρεάζονται επίσης και από το ποσοστό υγρασίας και την πυκνότητά του. Οι μέσες τιμές των λόγων Poisson για δείγματα ορισμένων ειδών δίνονταις τον Πίνακα Α του παραρτήματος. 49

50 2.4 Μέτρο διάτμησης (modulus of rigidity) Το μέτρο διάτμησης, δείχνει την αντίσταση στην εκτροπή ενός δομικού στοιχείου η οποία προκαλείται από διατμητική τάση. Τα τρια μέτρα διάτμησης συμβολίζονται με GLR, GLT και GRT και αποτελούν τις ελαστικές σταθερές των επιπέδων LR, LT και RT αντίστοιχα. Μέσες τιμές των μέτρων διάτμησης για ορισμένα είδη ξύλου, φαίνονται στον πίνακα 2.1. Όπως συμβαίνει και με το μέτρο ελαστικότητας, το μέτρο διάτμησης ποικίλει για τα διάφορα είδη αλλά και για κάθε είδος ξεχωριστά αλλά και ανάλογα με την περιεχόμενη υγρασία και την πυκνότητα. Πίνακας 2.1 Μέτρα ελαστικότητας και διάτμησης για ποικιλία ειδών που περιέχουν περίπου 12% υγρασία. 50

51 Πίνακας 2.2 Λόγοι Poisson για διάφορα είδη ξύλων που περιέχουν περίπου 12% υγρασία 2.5 Μηχανικές ιδιότητες Οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών συνήθως μετρούνται και εκφράζονται ως «ιδιότητες αντοχής» είναι: μέτρο αντοχής στην κάμψη, μέγιστη θλιπτική αντοχή στη διεύθυνση των ινών, μέγιστη θλιπτική αντοχή εγκάρσια στις ίνες και διατμητική αντοχή παράλληλα στις ίνες. Άλλες ιδιότητες είναι το απαιτούμενο έργο μέχρι το μέγιστο φορτίο κάμψης, η αντοχή σε θλιπτικά κρουστικά φορτία, η εφελκυστική αντοχή εγκάρσια στις ίνες, η σκληρότητα και η εφελκυστική αντοχή παράλληλα στις ίνες. Μέτρο Αντοχής (modulus of rupture) Ορίζεται ως το μέγιστο φορτίο που μπορεί να φέρει ένα δομικό στοιχείο σε κάμψη και είναι ανάλογο της μέγιστης 51

52 καμπτικής ροπής. Είναι ένα αναγνωρισμένο κριτήριο αντοχής αν και δεν είναι πραγματική τάση αφού υπολογίζεται από σχέσεις που ισχύουν μόνο στην ελαστική περιοχή. Έργο μέχρι το μέγιστο φορτίο κάμψης Ορίζεται ως η δυνατότητα του στοιχείου να απορροφά απότομες φορτίσεις με μικρή παραμένουσα παραμόρφωση. Το έργο μέχρι το μέγιστο φορτίο είναι μια μέτρηση που συνδυάζει την αντοχή με την δυσθραυστότητα του ξύλου υπό καμπτικά φορτία. Θλιπτική αντοχή παράλληλη στις ίνες Η μέγιστη τάση που μπορεί να παραλάβει υπό θλίψη ένα δοκίμιο στη διεύθυνση του κορμού και που έχει αναλογία μήκους με τη μικρότερη διάσταση το πολύ 11. Θλιπτική αντοχή εγκάρσια στις ίνες Αναφέρεται ως η τάση στο όριο αναλογίας. Δεν υπάρχει ξεκάθαρος ορισμός για αυτή την ιδιότητα. Διατμητική αντοχή παράλληλα στις ίνες Δυνατότητα αντίστασης στην εσωτερική ολίσθηση ενός μέλους πάνω σε ένα άλλο κατά μήκος του κορμού. Οι τιμές που παρουσιάζονται αφορούν σε μέσες αντοχές ακτινικών και εγκάρσιων διατμητικών επιπέδων. Κρουστική κάμψη Κατά τη δοκιμή κρουστικής κάμψης, ένα σφυρί δεδομένου βάρους πέφτει πάνω σε μία δοκό από αυξανόμενα ύψη μέχρι να επέλθει αστοχία ή εγκάρσια μετατόπιση μεγαλύτερη από 152mm. Εφελκυστική αντοχή εγκάρσια στις ίνες Ορίζεται ως η αντίσταση του ξύλου σε φορτίσεις που δρούν κατά μήκος του κορμού και τείνουν να διαχωρίσουν το ξύλο. Οι τιμές που παρουσιάζονται είναι οι μέσες τιμές των ακτινικών και εγκάρσιων παρατηρήσεων. Σκληρότητα Γενικά ορίζεται ως η αντίσταση σε χάραξη χρησιμοποιώντας ένα κατάλληλα διαμορφωμένο τεστ που ονομάζεται «τεστ σκληρότητας Janka». Η μέτρησή της γίνεται από το φορτίο που απαιτείται για να διεισδύσει μια σφαίρα διαμέτρου 11.28mm στο ξύλο κατά το ήμισυ της διαμέτρου της. Οι τιμές που παρουσιάζονται είναι οι μέσες τιμές των ακτινικών και εγκάρσιων διεισδύσεων. 52

53 Εφελκυστική αντοχή παράλληλα στις ίνες - Πρόκειται για τη μέγιστη εφελκυστική τάση που εφαρμόζεται παράλληλα με τον κορμό. Σχετικά λίγα δεδομένα είναι διαθέσιμα για τη δύναμη αυτή και για ποικιλία ειδών ξύλου. Στον πίνακα 2.3 αναφέρονται μέσες τιμές εφελκυστικής αντοχής για περιορισμένο αριθμό δειγμάτων κάποιων ειδών ξύλου. Όταν δεν υπάρχουν ικανοποιητικά στοιχεία για την τάση αυτή, πολλές φορές οι τιμές του μέτρου αντοχής αντικαθιστούν εκείνες της εφελκυστικής αντοχής για μικρά και ευθυτενή είδη ξύλου. Το μέτρο αντοχής εκλαμβάνεται ως μια χαμηλή ή συντηρητική εκτίμηση της εφελκυστικής αντοχής. Πίνακας 2.3 Μέσες τιμές αξονικής εφελκυστικής αντοχής για ορισμένα είδη ξύλου. 53

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ Η αντοχή και η σταθερότητα οποιασδήποτε δομής, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τους συνδέσμους που συγκρατούν τα μέρη από τα οποία αποτελείται. Ένα πρωταρχικό πλεονέκτημα του ξύλου ως δομικό υλικό είναι η ευκολία με την οποία τα διάφορα δομικά μέρη μπορούν να ενωθούν με μια μεγάλη ποικιλία από καρφιά, ακίδες, βίδες, μπουλόνια, διπλόκαρφα και διάφορους άλλους μεταλλικούς συνδέσμους. Για να πετύχουμε καλύτερη ακαμψία, αντοχή και λειτουργικότητα, κάθε τύπος σύνδεσης χρειάζεται να είναι προσαρμοσμένος ακριβώς σε αυτές τις ιδιότητες του ξύλου κατά μήκος και εγκάρσια του κορμού, όπως επίσης και σε τυχόν αλλαγές μεγέθους λόγω υγρασίας ή άλλων παραγόντων. Ο υπολογισμός της μέγιστης εγκάρσιας αντίστασης και της μέγιστης επιτρεπόμενης δύναμης, για μικρής διαμέτρου (καρφιά, ακίδες, ξύλονες βίδες) και μεγάλης διαμέτρου (μπουλόνια, βίδες επιβράδυνσης, πύροι) συνδέσμους, βασίστηκε σε εμπειρικές μεθόδους, που αναπτύχθηκαν πρίν από το Καρφιά Τα καρφιά είναι οι πιο κοινοί μηχανισμοί σλυνδεσης που χρησιμοποιούνται στις ξύλινες κατασκευές. Υπάρχουν πολλοί τύποι, μεγέθη και μορφές καρφιών. Οι εξισώσεις φορτίων που παρουσιάζονται σε αυτό το κεφάλαιο, Εικόνα 3.1- Διάφοροι τύποι καρφιών 1 ισχύουν για κοινά ατσάλινα καρφιά. Για τα καρφιά εκτός των προαναφερθέντων, τα φορτία μπορούν να ρυθμιστούν ανάλογα με τους παράγοντες που θα δούμε παρακάτω. 54

55 Τα καρφιά κατά τη χρήση τους, αντιστέκονται σε φορτία εξαγωγής, εγκάρσια φορτία ή και στα δύο. Και η εξαγωγή και η εγκάρσια αντίσταση επηρεάζονται από το ξύλο, το καρφί και τις συνθήκες χρήσης. Εντούτοις, γενικά, οποιαδήποτε παραλλαγή σε αυτούς τους παράγοντες, έχει εντονότερη επίδραση στην αντίσταση εξαγωγής απ οτι στην εγκάρσια αντίσταση. Η χρησιμότητα των ενώσεων με τα καρφιά που δέχονται εγκάρσια φόρτιση δεν εξαρτάται από την αντίσταση εξαγωγής εκτός κι αν είναι ανεκτή η μεγάλη στρέβλωση της σύνδεσης. Το μέγεθος ενός καρφιού, μετριέται με μία μονάδα η οποία ονομάζεται penny. Η penny, συμβολίζεται με το πεζό γράμμα d και δείχνει το μήκος του καρφιού. Ένα καρφί έξι πεννών (6d) έχει μήκος 6 ίντσες. Ένα καρφί 10d, έχει μήκος 3 ίντσες. Αυτές οι μετρήσεις ισχύουν για το κοινό καρφί (common), το καρφί κιβωτίου (box), το καρφί περιβλήματος ή βύθισης (casing/sinker) και το καρφί φινιρίσματος (finish), μόνο. Τα καρφοβέλονα (brads) όπως και τα μικρά καρφιά κιβωτίων, χαρακτηρίζονται από το πραγματικό τους μήκος και πάχος τους. Οι διάφοροι διάμετροι δίνονται στον πίνακα 2-1. Ο προσδιορισμός μεγέθους πέννας πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή. Οι διεθνείς παραγωγοί καρφιών μερικές φορές δεν εμμένουν στις διαστάσεις του πίνακα 2-1. Κατά συνέπεια τα μεγέθη πέννας, αν και χρησιμοποιούνται ακόμα ευρέως, είναι πλέον ξεπερασμένα. Συστήνεται η Εικόνα 3.2 Διάφορα είδη καρφιών Εικόνα 3.3 Δακτυλιοειδές και ελικοειδές καρφί διευκρίνιση μεγεθών καρφιών με βάση τη διάμετρο και το μήκος τους. Τα στιλπνά καρφιά κιβωτίων είναι γενικά ίδιου μήκους αλλά ελαφρώς μικρότερης 55

56 διαμέτρου, ενώ τα καρφιά τσιμεντένιας επικάλυψης όπως τα cooler, τα βύθισης και τα επικαλυμμένα κιβωτίου είναι ελαφρώς κoντύτερα και με μικρότερη διάμετρο απο εκέινη των κοινών καρφιών του ίδιου μεγέθους penny. Τα ελικοειδή και δακτυλιοειδή καρφιά έχουν γενικά μικρότερες διαμέτρους από τα κοινά καρφιά που ανήκουν στο ίδιο μέγεθος πέννας. 3.2 Αντίσταση εξαγωγής Η αντίσταση του κορμού ενός καρφιού στην άμεση απόσυρση από ένα κομμάτι ξύλου, εξαρτάται από την πυκνότητα του ξύλου, τη διάμετρο του καρφιού και το βάθος διείσδυσης. Η κατάσταση της επιφάνειας του καρφιού κατά τη διείσδυση, επηρεάζει επίσης την αρχική αντίσταση εξαγωγής. Για τα στιλπνά καρφιά που εισχωρούν στα πλάγια εποχιακών ή μή ξύλων τα οποία παραμένουν βρεγμένα, το αποτέλεσμα πολλών δοκιμών έχει δείξει οτι το μέγιστο φορτίο απόσυρσης που μπορούν να δεχτούν δίνεται από μια εμπειρική εξίσωση: P=54.12G 5/2 DL Όπου p είναι το μέγιστο φορτίο (Ν), L το βάθος διείσδυσης (mm) στο συγκεκριμένο σημείο, G το ειδικό βάρος του ξύλου το οποίο βασίζεται στο αποξηραμένο ξύλο με περιεκτικότητα υγρασίας 12% και D η διάμετρος του καρφιού (mm). Τα φορτία που εκφράζονται από την παραπάνω εξίσωση, αναπαριστούν τα μέσα αποτελέσματα. Συγκεκριμένα είδη ξύλου δίνουν τιμές - σε αυτές τις δοκιμές- που είναι μεγαλύτερες ή μικρότερες από τις μέσες. 3.3 Η επίδραση του φουρνίσματος Σχεδόν σε όλα τα είδη, τα καρφιά που εισχωρούν μέσα σε χλωρό ξύλο και αποσύρονται πριν φουρνιστούν, αντιδρούν σχεδόν με τον ίδιο τρόπο όπως τα 56

57 καρφιά που βυθίζονται σε φουρνισμένη ξυλεία και αποσύρονται αμέσως μετά τη διείσδυση. Εντούτοις, αν ένα κοινό καρφί διεισδύσει σε χλωρό ξύλο το οποίο επιτρέπεται να φουρνιστεί ή σε φουρνισμένο ξύλο το οποίο περιέχει ποσοστά υγρασίας πρίν διεισδύσει το καρφί, χάνουν μεγάλο ποσοστό από την αρχική αντίσταση εξαγωγής. Η αντίσταση απόσυρσης για καρφιά που έχουν διεισδύσει σε ξύλο που έχει υποστεί αλλαγές στην υγρασία μπορεί να είναι μικρότερη κατά 25% των τιμών για καρφιά που έχουν δοκιμαστεί αμέσως μετά τη διείσδυση. Από την άλλη πλευρά αν οι ξύλινες ίνες αλλοιώνονται ή διαβρώνονται κάτω από κάποιες συνθήκες υγρασίας και παλαίωσης, η αντίσταση εξαγωγής είναι ακανόνιστη. Η αντίσταση μπορεί να επανέλθει ή ακόμα και να αυξηθεί πάνω από τη μέση αντίσταση εξαγωγής. Στο φουρνισμένο ξύλο που δεν υποβάλλεται σε μεγάλες αλλαγές στην περιεκτικότητά του σε υγρασία, η αντίσταση εξαγωγήςτων καρφιών μπορεί να μειωθεί λόγω της χαλάρωσης των ινών από το πέρασμα του χρόνου. Κάτω από όλες αυτές τις συνθήκες χρήσης, η αντίσταση εξαγωγής για τα καρφιά διαφέρει από είδος σε είδος και δείχνει ποικιλία ακόμα και στο ίδιο είδος. 3.4 Η επίδραση της μορφής του καρφιού Η επιφάνεια των καρφιών συχνά επεξεργάζεται κατά την κατασκευή τους έτσι ώστε να βελτιώσει την αντίσταση εξαγωγής τους. Τέτοια επεξεργασία συνήθως γίνεται από την επικάλυψη της επιφάνειας, την τράχυνσή της ή τη μηχανική διαμόρφωση του κορμού. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την κατάσταση της επιφάνειας του καρφιού είναι η επικάλυψη με λάδι το οποίο παραμένει στον κορμό του καρφιού κατά την κατασκευή ή τη διάβρωση η οποία προκαλείται από την αποθήκευση κάτω από αντίξοες συνθήκες. Αυτοί οι παράγοντες είναι τόσο διαφορετικοί που η επίδρασή τους στην αντίσταση εξαγωγής δε μπορεί να αξιολογηθούν επαρκώς. 57

58 Επεξεργασία επιφάνειας Μια κοινή επεξεργασία για τα καρφιά είναι η αποκαλούμενη «επικάλυψη τσιμέντου». Η επικάλυψη τσιμέντου, αντίθετα με αυτό που το όνομά της υποδεικνύει, δεν περιλαμβάνουν τσιμέντο ως συστατικό. Πρόκειται για μια σύνθεση ρητίνης που εφαρμόζεται στο καρφί για να αυξηθεί η αντίσταση εξαγωγής μέσω της αύξησης της τριβής μεταξύ καρφιού και ξύλου. Εάν η εφαρμογή γίνει σωστά, αυξάνεται η αντίσταση εξαγωγής των καρφιών και αν αποσυρθούν αμέσως μετά τη διείσδυσή τους σε μαλακότερα ξύλα. Εντούτοις, στα πυκνότερα ξύλα (όπως η σκληρή σφένδαμος, η σημύδα ή η βελανιδιά) τα καρφιά με επικάλυψη τσιμέντου, πρακτικά δεν έχουν κανένα πλεονέκτημα σε σχέση με τα λεία καρφιά, επειδή το μεγαλύτερο μέρος της επίστρωσης απομακρύνεται κατά τη διείσδυση. Οι καλής ποιότητας επικαλύψεις τσιμέντου είναι ομοιόμορφες, δεν κολλούν κατά την αφή και δε μπορούν να αφαιρεθούν έυκολα. Διαφορετικές τεχνικές εφαρμογής της επικάλυψης και ποικιλίες στα συστατικά, μπορεί να προκαλέσουν μεγάλες διαφορές στην αντίσταση απόσυρσης. Κάποια καρφιά μπορεί να έχουν ένα μικρό πλεονέκτημα απέναντι στα λεία καρφιά. Στα μαλακότερα ξύλα, η αύξηση της αντίστασης απόσυρσης των καρφιών με επικάλυψη τσιμέντου δεν είναι μόνιμη, αλλά μειώνεται σημαντικά μετά τον πρώτο μήνα. Τα καρφιά με επικάλυψη τσιμέντου χρησιμοποιούνται κυρίως σε κατασκευές κιβωτίων, βυτίων και άλλων δοχείων που φτιάχνονται για σκληρή μεταχείριση και σχετικά λίγη χρήση. Καρφιά με γαλβανιζέ επικάλυψη, όπως αυτά του ψευδαργύρου, προορίζονται κυρίως για χρήσεις όπου η αντίσταση στη διάβρωση και την οξείδωση είναι σημαντικοί παράγοντες. Αν η επικάλυψη ψευδαργύρου εφαρμοστεί σωστά η αντίσταση εξαγωγής μπορεί να αυξηθεί αλλά οι ακραίες ανομοιομορφίες της επικάλυψης μπορεί στην πραγματικότητα να τη μειώσουν. Το πλεονέκτημα που τα ομοιόμορφα επικαλυμένα καρφιά μπορεί να έχουν σε σχέση με τα μη επικαλυμένα σε ότι αφορά στην αντίσταση, συνήθως μειώνεται από επαναλαμβανόμενους κύκλους υγροποίησης (wetting) και αποξήρανσης. 58

59 Καρφιά, φτιάχνονται επίσης και με πλαστικές επικαλύψεις. Η χρησιμότητα και τα χαρακτηριστικά αυτών των επιστρωμάτων επηρεάζονται από την ποιότητα και τον τύπο του επιστρώματος και την αποτελεσματικότητα του δεσμού μεταξύ του επιστρώματος και των ξύλινων ινών. Μερικά πλαστικά επιστρώματα δείχνουν να αντιστέκονται στη διάβρωση ή να βελτιώνουν την αντίσταση απόσυρσης, ενώ άλλα προσφέρουν ελάχιστη βελτίωση. Οι σύνδεσμοι με την κατάλληλα εφαρμοσμένη επικάλυψη νάυλον, τείνουν να διατηρούν την αρχική τους αντίσταση απόσυρσης συγκρινόμενα με καρφιά διαφορετικής επικάλυψης, που εμφανίζουν μια σημαντική μείωση στην αντίσταση απόσυρσης μέσα στον πρώτο μήνα μετά τη διείσδυση. Ένα χημικά χαραγμένο (etching) καρφί έχει κάπως μεγαλύτερη αντίσταση εξαγωγής από ένα επικαλυμμένο καρφί, δεδομένου οτι η χαραγμένη επιφάνεια είναι ένα αναπόσπαστο κομμάτι του κορμού του καρφιού. Εντούτοις, κάτω από κρουστική φόρτιση, η αντίσταση απόσυρσης των χημικά χαραγμένων καρφιών είναι ελάχιστα διαφορετική από αυτή των επικαλυμμένων υπό διάφορες συνθήκες υγρασίας. Τα αμμοβολισμένα καρφιά αποδίδουν με τον ίδιο τρόπο όπως τα χημικά χαραγμένα. Επεξεργασία μορφής Τα στελέχη των καρφιών μπορεί να ποικίλουν σε ομαλότητα επιφάνειας από ομαλή κυκλική μέχρι πολύ τραχειά επιφάνεια έτσι ώστε να αυξάνεται η επιφάνεια χωρίς όμως να αυξάνεται το βάρος τους. Ειδικά καρφιά με οδοντωτό στέλεχος, ελικοειδές ή δακτυλιωτό αλλά και άλλων μορφών, είναι επίσης διαθέσιμα στο εμπόριο. Η μορφή και η παραμόρφοση κατά μήκος του στελέχους επηρεάζουν την απόδοση των καρφιών σε διάφορα είδη ξύλου. Σε ξύλα τα οποία παραμένουν σε συγκεκριμένα ποσοστά υγρασίας, η αντίσταση απόσυρσης αυτών των καρφιών είναι γενικά λίγο μεγαλύτερη από εκείνη των κοινών λείων καρφιών της ίδιας διαμέτρου. Για παράδειγμα, τα καρφιά με δακτυλιοειδές στέλεχος έχουν αντίσταση μεγαλύτερη κατά 40% στην απόσυρση από τα απλά λεία καρφιά. Εντούτοις, κάτω από συνθήκες στις οποίες περιλαμβάνεται αλλαγή της υγρασίας του ξύλου, κάποιες ειδικές μορφές καρφιών παρέχουν αρκετά 59

60 μεγαλύτερη αντίσταση απόσυρσης από τα κοινά λεία καρφιά και περίπου τέσσερις φορές μεγαλύτερη από τα ελικοειδή ή δακτυλιοειδή καρφιά της ίδιας διαμέτρου. Αυτό ισχύει κυρίως για καρφιά που διεισδύουν σε χλωρά ξύλα τα οποία αποξηραίνονται μετά. Γενικά, τα δακτυλιοειδή καρφιά αντέχουν σε μεγαλύτερα φορτία απόσυρσης και τα ελικοειδή σε μεγαλύτερες τιμές κρούσης απόσυρσης σε σχέση με τους άλλους τύπους καρφιών. Τα καρφιά με τα παραμορφωμένα στελέχη μερικές φορές γίνονται πιο σκληρά από την επεξεργασία τους σε υψηλές θερμοκρασίες, όπου οι συνθήκες διείσδυσης είναι δύσκολο να βελτιώσουν την απόδοση όπως για παράδειγμα στην συναρμολόγηση παλετών. Τα καρφιά αυτά είναι εύθραυστα και ευαίσθητα τόσο ώστε να χρειάζεται μεγάλη προσοχή έτσι ώστε να μην υπάρξει τραυματισμός από θραύσματα καρφιών τα οποία σπάζουν κατά τη διάρκεια της διείσδυσης. Απολήξεις καρφιών Ένα ομαλό στρογγυλό καρφί με αιχμηρή απόληξη συνήθως έχει μεγαλύτερη αντίσταση απόσυρσης, ιδιαίτερα σε μαλακότερα ξύλα, από το κοινό λείο καρφί (που έχει συνήθως απόληξη σχήματος διαμαντιού). Εντούτοις, τα αιχμηρά σημεία προκαλούν διαχωρισμό σε ορισμένα είδη, γεγονός το οποίο μπορεί να μειώσει την αντίσταση απόσυρσης. Μια αμβλεία ή επίπεδη απόληξη χωρίς κωνικότητα, μειώνει το διαχωρισμό, αλλά η καταστροφή την οποία προκαλει στις ίνες του ξύλου κατά τη διείσδυσή της κάνει την αντίσταση απόσυρσης σε αυτή την περίπτωση μικρότερη από εκείνη ενος κοινού λείου καρφιού. Ένα καρφί το οποίο εκλεπτύνεται στην απόληξή του και ολοκληρώνεται σε αμβλύ σημείο, προκαλεί το μικρότερο δυνατό διαχωρισμό. Στα ξύλα με μεγαλύτερη πυκνότητα, ένα τέτοιο εκλεπτυσμένο καρφί με πλατιά απόληξη παρέχει σχεδόν την ίδια αντίσταση εξαγωγής, αλλά στα λιγότερο πυκνά ξύλα, η αντίσταση απόσυρση είναι μικρότερη από εκείνη του απλού λείου καρφιού. Κεφαλές καρφιών Οι ταξινομήσεις των κεφαλών των καρφιών περιλαμβάνουν τα επίπεδα, ελειπτικά, χαραγμένα, βαθιά χραγμένα και ακέφαλα καρφιά. Όλων των ειδών 60

61 τα καρφιά εκτός από εκείνα με τη βαθειά χάραξη, τα ακέφαλα και μερικά από τα επίπεδα καρφιά, είναι αρκετά ισχυρά για να αντισταθούν στην δύναμη που απαιτείται για να τα τραβήξει από τα περισσότερα ξύλα στην άμεση απόσυρση. Τα βαθιά χαραγμένα καρφιά και τα ακέφαλα συνήθως οδηγούνται κάτω από την ξύλινη επιφάνεια και δεν προορίζονται να αντέχουν μεγάλα φορτία απόσυρσης. Γενικά το πάχος της διαμέτρου των κεφαλιών των κοινών λείων καρφιών αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση του μεγέθους των καρφιών. 3.5 Διάβρωση και οξείδωση Με την παρουσία υγρασίας, τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή καρφιών μπορεί να διαβρωθούν όταν έρχονται σε επαφή με ξύλο επεξεργασμένο με συγκεκριμένα συντηρητικά ή αντι- φλεκτικά άλατα. Η χρήση συγκεκριμένων μετάλλων ή κραμάτων μπορεί να μειώσει το μέγεθος της διάβρωσης. Καρφιά από χαλκό και ανοξείδωτο χάλυβα αποδίδουν καλά σε ξύλο κατεργασμένο με αμμωνιακό αρσενικό άλας χαλκού και αρσενικό άλας χαλκού. Η επιλογή μετάλλων για χρήση σε ξύλα κατεργασμένα με αντιφλεκτικά υλικά εξαρτάται κάθε φορά από το συγκεκριμένο χημικό. Οξείδωση που προκαλείται από την αντίδραση ορισμένων εκχυλισμάτων των ξύλων και του χάλυβα με την παρουσία υγρασίας είναι ένα σημαντικό πρόβλημα αν η εμφάνιση είναι σημαντική. Η χρήση ανοξείδωτου χάλυβα, αλουμινίου ή γαλβανισμένων καρφιών μπορεί να μειώσει την οξείδωση. Γενικά, η αντίσταση εξαγωγής του χαλκού και των άλλων κραμάτων καρφιών, είναι συγκρίσιμη με αυτή των κοινών λείων καρφιών όταν αποσυρθούν σε σύντομο χρονικό διάστημα μετά τη διείσδυση. 3.6 Διείσδυση Η αντίσταση των καρφιών στην εξαγωγή είναι γενικά μεγαλύτερη όταν είναι βυθισμένα κάθετα στις ίνες του ξύλου. Όταν το καρφί είναι βυθισμένο 61

62 παράλληλα με τις ίνες του ξύλου, η αντίσταση εξαγωγής στα μαλακότερα ξύλα μειώνεται στο 75% ή ακόμα και στο 50% της αντίστασης όταν βυθίζεται κάθετα στο ξύλο. Το πλάγιο κάρφωμα στη βάση (toenail), μια κοινή μέθοδος σύνδεσης ξύλινων πλαισίων, περιλαμβάνει διαγώνια διείσδυση του καρφιού ή των καρφιών διαμέσου της άκρης ή της πλευράς Εικόνα 3.4 Πλάγιο κάρφωμα του εφαπτόμενου μέρους μέσα στο κύριο. Η σύνδεση αυτού του τύπου χρειάζεται μεγαλύτερη γνώση και εμπειρία από την απλή σύνδεση στις πλευρές των ξύλων αλλά παρέχει μεγαλύτερη αντοχή και σταθερότητα στις συνδέσεις. Δοκιμές δείχνουν οτι η μέγιστη αντοχή των συνδέσμων με πλάγιο κάρφωμα στη βάση σε πλευρικά φορτία προέρχεται από: (α) τη χρήση των μεγαλύτερων δυνατών καρφιών που δε θα προκαλέσουν υπερβολικό διαχωρισμό του ξύλου (β) την παροχή ικανοποιητικής απόστασης από την άκρη του εφαπτόμενου ξύλου μέχρι το σημείο εισόδου του καρφιού σχεδόν όσο το 1/3 του μήκους του καρφιού (γ) βύθιση του καρφιού υπό γωνία 30 Ο με το εφαπτόμενο ξύλο και (δ) βύθιση ολόκληρου του κορμού του καρφιού αποφεύγοντας τον υπερβολικό διαχωρισμό του ξύλου από τα χτυπήματα των σφυριών. Τα αποτελέσματα των δοκιμών εξαγωγής με διαφορετικούς τύπους καρφιών όπου το εφαπτόμενο μέρος αποσπάται απευθείας από το κύριο μέρος έδειξαν οτι η βύθιση υπό κλίση υπερέχει συνήθως της κάθετης κλίσης όταν τα καρφιά βυθίζονται σε ξηρό ξύλο και αποσύρονται αμέσως και σαφώς ανώτερη όταν βυθίζονται σε χλωρό ή μερικώς αποξηραμένο ξύλο που αποξηραίνεται για ένα μήνα ή περισσότερο. Εντούτοις, η απώλεια βάθους διείσδυσης κατά τη βύθιση υπό γωνία, μπορεί σε μερικούς τύπους ενώσεων να αντισταθμίζει τα πλεονεκτήματα του καρφώματος υπό γωνία. Το σταυρωτό κάρφωμα υπο γωνία ομάδων καρφιών μέσα στο ξύλο συνήθως είναι λίγο πιο αποτελεσματικό από την παράλληλη βύθιση στο ξύλο. Καρφιά τα ποία βυθίζονται σε ήδη υπάρχουσες τρύπες- οδηγούς με ελαφρώς μικρότερο μήκος (περίπου 90%) από αυτό της βύθισης του καρφιού 62

63 έχουν λίγο μεγαλύτερη αντίσταση εξαγωγής από τα καρφιά τα οποία διεισδύουν σε ξύλο χωρίς τρύπες- οδηγούς. Οι τρύπες- οδηγοί προστατεύουν επίσης το ξύλο από διαχωρισμό, ειδικά σε σκληρά ξύλα. 3.7 Στερέωση Η αντίσταση εξαγωγής της ομαλής βύθισης καρφιών τα οποία στό τέλος λυγίζονται είναι σαφώς μεγαλύτερη από τα καρφιά τα οποία δε λυγίζονται στο τέλος. Η απόληξη ενός καρφιού λυγίζεται εκεί όπου το καρφί προεξέχει από την πλευρά του ξύλου. Η αναλογία μεταξύ των φορτίων για λυγισμένα και μη λυγισμένα καρφιά ποικίλει πάρα πολύ εξαρτώμενη από την περιεχόμενη υγρασία του ξύλου όταν το καρφί βυθίζεται σε αυτό, τα είδη των ξύλων, το μέγεθος του καρφιού και την κατεύθυνση λύγισης. Στο ξηρό ή στο χλωρό ξύλο, ένα λυγισμένο καρφί παρέχει 45% εως 170% μεγαλύτερη αντίσταση εξαγωγής από τα καρφιά τα οποία δε λυγίζονται. Στα χλωρά ξύλα τα οποία φουρνίζονται μετά τη διείσδυση των καρφιών, ένα λυγισμένο καρφί παρέχει 250% έως 460% μεγαλύτερη αντίσταση εξαγωγής από ένα μη λυγισμένο καρφί. Εικόνα 3.5 Λυγισμένα καρφιά Εντούτοις, αυτή η βελτιωμένη σύνδεση με λυγισμένα καρφιά, δε δικαιολογεί τη χρήση μη αποξηραμένης ξυλείας αφού οι ενώσεις μπορεί να χαλαρώσουν κατά το φούρνισμα της ξυλείας. Επιπλέον, εργαστηριακές δοκιμές έγιναν με απλά καρφιά και επιδράσεις όπως η αποξήρανση, η στρέβλωση, η στρέψη και ο διαχωρισμός μπορεί να μειώσουν την αποδοτικότητα μιας σύνδεσης που έχει περισσότερα από ένα καρφιά. Η λύγιση των καρφιών είναι γενικά περιορισμένη σε κατασκευές όπως κιβώτια, κλουβιά και άλλες μορφές εμπορευματοκιβωτίων. Καρφιά τα οποία λυγίζονται κάθετα στη φορά των ινών του ξύλου, έχουν περίπου 20% μεγαλύτερη αντίσταση εξαγωγής από τα καρφιά που λυγίζονται κατά μήκος τους. 63

64 3.8 Ακίδες Οι απλές λείες ακίδες κατασκευάζονται με τον ίδιο τρόπο όπως και τα απλά λεία καρφιά. Έχουν και αυτές αιχμηρή ή διαμαντόσχημη άκρη και ποικίλουν σε μήκος από 76 εως 305mm. Tα μήκη από 76 έως 105mm, έχουν μεγαλύτερη διάμετρο από τα κοινά καρφιά και μετά το μέγεθος 60d, συνήθως καθορίζονται από τη διάμετρό τους. Οι σχέσεις που ορίζουν εξισώσεις και τα όρια της αντίστασης εξαγωγής και της πλευρικής αντίστασης για τα απλά λεία καρφιά, μπορούν να εφαρμοστούν και στις ακίδες εκτός από το γεγονός οτι στον υπολογισμό του φορτίου εξαγωγής για ακίδες, το βάθος της διείσδυσης μετράται ως μήκος της ακίδας μείον 2/3 του μήκους της αιχμής. 3.9 Συρραπτικά Διάφοροι τύποι συρραπτικών έχουν αναπτυχθεί με πολλές εναλλακτικές λύσεις σε απολήξεις, κορμούς, επεξεργασίες κορμών και καλύψεις, διαμετρήματα, βάθη κεφαλών και μήκη. Οι συνδετήρες αυτοί είναι διαθέσιμοι σε πιαστράκια. Οι περισσότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τα φορτία εξαγωγής και τα πλευρικά φορτία των καρφιών με τον ίδιο τρόπο επηρεάζουν και τα φορτία των συρραπτικών Περιστρεφόμενα μπουλόνια Ένα περιστρεφόμενο μπουλόνι είναι ένας πείρος μεγάλου μήκους από σίδηρο ή χάλυβα με ή χωρίς κεφάλι και απόληξη. Οδηγείται μέσα σε μια ήδη υπάρχουσες οπές στα δύο κομμάτια ξύλου έτσι ώστε να αποφευχθεί οποιοσδήποτε διαχωρισμός μεταξύ των δυο συνδεόμενων ξύλων και για να μεταφερθεί το εγκάρσιο φορτίο. Το βάθος διείσδυσης του περιστρεφόμενου μπουλονιού πρέπει να είναι μεγαλύτερο ή ίσο με το πάχος του. Εντούτοις, δεν πρέπει να εισέρχεται ολοκληρωτικά στη σύνδεση. 64

65 3.11 Βίδες ξύλων Οι κοινές βίδες για ξύλα έχουν επίπεδο, ημικυκλικό ή ελλειψοειδές κεφάλι. Η βίδα με το επίπεδο κεφάλι είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη αν επιθυμούμε μια επίπεδη επιφάνεια. Οι βίδες με ελλειψοειδείς και ημικυκλικές Εικόνα 3.6 Διάφορα είδη βίδών για ξύλα κεφαλές χρησιμοποιούνται όταν είναι επιθυμητή η παρουσία τους, ενώ οι βίδες με ημικυκλικές κεφαλές χρησιμοποιούνται και όταν δεν είναι επιθυμητή η αντίστροφη βύθιση. Τα κύρια μέρη μιας βίδας είναι το κεφάλι, ο κορμός, το σπείρωμα και ο πυρήνας. Η διάμετρος του πυρήνα για τα περισσότερα είδη βιδών είναι περίπου τα 2/3 της συνολικής διαμέτρου το κορμού. Οι βίδες ξύλων, συνήθως φτιάχνονται από ατσάλι, ορείχαλκο, άλλα μέταλλα ή κράματα και μπορεί να έχουν συγκεκριμένα φινιρίσματα όπως νίκελ, χρώμιο ή κάδμιο. Κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με το υλικό, τον τύπο, το φινίρισμα, το σχήμα του κεφαλιού τους και τη διάμετρό τους Βίδες κλειδιού Οι βίδες κλειδιού, χρησιμοποιούνται κυρίως όταν δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάποιου είδους μπουλόνι, ή η εμφάνιση περικοχλίου (παξιμαδιού) στην επιφάνεια του ξύλου δεν είναι αποδεκτή. Οι κοινά διαθέσιμες βίδες ποικίλουν από τα 5.1 έως τα 25.4mm σε διάμετρο και από 25.4 έως 406mm σε μήκος. Το μήκος του ελικοειδούς κορμού διαφέρει από τον μήκος της βίδας να ξεκινά από τα 19mm και τα 25.4 και 31.8mm έχουν το μισό μήκος από όλες τις βίδες που είναι μεγαλύτερες των 254mm. Οι βίδες κλειδιού έχουν εξαγωνική κεφαλή ακριβώς για να μπορούν να σφίγγονται από γαλλικό κλειδί (σε αντίθεση με τις κοινές βίδες που φέρουν αυλάκωση στην κεφαλή τους για να μπορούν να σφίγγονται από κατσαβίδι). 65

66 3.13 Συνδετήρες ενώσεων Διάφοροι τύποι συνδετήρων έχουν επινοηθεί έτσι ώστε να αυξάνουν την επιφάνεια σύνδεσης με τη χρησιμοποίηση δακτυλίων ή δίσκων γύρω από τα μπουλόνια κρατώντας τα συνδεόμενα μέλη μαζί. Τα κύρια μέρη που δέχονται το φορτίο αυτών των ενώσεων είναι οι συνδετήρες. Τα μπουλόνια συνήθως χρησιμεύουν στο να αποτρέψουν τον εγκάρσιο χωρισμό των συνδεόμενων μελών αλλά έχουν την ικανότητα να δέχονται και κάποιο μέρος του φορτίου. Η αντοχή της ένωσης συνδετήρων εξαρτάται από τον τύπο και το μέγεθος του συνδετήρα, του είδους του ξύλου, των διαστάσεων του συνδεόμενου μέλους, της απόστασης του συνδετήρα από το τέλος του μέλους του διαστήματος των συνδετήρων, τη διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου σε σχέση με τις ίνες του ξύλου και άλλων παραγόντων Μεταλλικές συνδετικές πλακέτες Οι μεταλλικές συνδετικές πλακέτες, με την κοινή ονομασία φουρούσι, έχουν γίνει δημοφιλείς για συνδέσεις, ειδικά στη σύνδεση καδρονιών και δοκών. Αυτού του είδους οι συνδετήρες μεταφέρουν φορτία με τη βοήθεια των δοντιών, ή των καρφιών που φέρουν, τα οποία ποικίλουν ανάλογα με τον κατασκευαστή. Παράδειγμα μεταλλικής συνδετικής πλακέτας φαίνεται στην Εικόνα 3.7. Οι μεταλλικές αυτές πλακέτες αποτελούνται συνήθως από Εικόνα 3.7 Τύπος μεταλλικής συνδετικής πλακέτας γαλβανισμένο χάλυβα και έχουν μια περιοχή διαμορφωμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να μεταφέρει το φορτίο στην ένωση. Η εφαρμογή και εγκατάσταση των πλακετών απαιτεί συνήθως υδραυλική πίεση ή άλλου είδους βαρύ εξοπλισμό, 66

67 αλλά υπάρχουν και ορισμένα είδη πλακετών που μπορούν αν εφαρμοστούν με το χέρι Κόλληση ξύλινων δομικών στοιχείων Η κόλληση των ξύλινων δομικών στοιχείων έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και την εξέλιξη στη βιομηχανία δασικών προϊόντων και αποτελούν παράγοντα κλειδί στην αποδοτική χρησιμοποίηση των πόρων ξυλείας. Η εκτενέστερη χρήση κόλλας συναντάται στην οικοδομική βιομηχανία. Με διαφορά, οι μεγαλύτερες ποσότητες κολλών χρησιμοποιούνται στην κατασκευή οικοδομικών υλικών όπως το κοντραπλακέ, οι μοριοσανίδες, οι ινοσανίδες, πόρτες, παράθυρα και πλαίσια, πλαστικοποιημένα ξύλινα προϊόντα για εργοστάσια και μονωτικά προϊόντα γυάλινων ινών. Οι κόλλες, χρησιμοποιούνται σε μικρότερη κλίμακα σε συναρμολόγηση δομικών υλικών σε κατασκευές κατοικιών ή βιομηχανιών, ειδικά σε συστήματα πατωμάτων και τοίχων. Σημαντικές ποσότητες χρησιμοποιούνται επίσης σε μη δομικές εφαρμογές όπως σε καλύμματα δαπέδων, συγκόλληση πλακιδίων οροφής ή τοίχου. Οι κόλλες μπορούν πολύ αποτελεσματικά να μεταφέρουν και να διανείμουν τις φορτίσεις που δέχονται και με αυτό τον τρόπο αυξάνουν την αντοχή και την ακαμψία των συνδεόμενων μελών. Η αποτελεσματική μεταφορά φορτίου από το ένα μέλος στο άλλο, εξαρτάται από την αντοχή των ενώσεων, την κατανόηση της μηχανικής συμπεριφοράς της κόλλησης και την πολυπλοκότητα των παραγόντων (ξύλο, κόλλα και διεπιφάνεια) που συνθέτουν και ορίζουν μοναδικά την αντοχή. Κόλλες σε ξύλα H American Society for Testing Materials (ASTM) ορίζει μια κόλλα ως ουσία ικανή να συγκρατεί υλικά μαζί, συνδέοντας τις επιφάνειές τους. Προσκολλημένο μέλος (adherent), ονομάζουμε το μέρος εκείνο της σύνδεσης το οποίο συγκρατείται με το άλλο με τη βοήθεια κάποιου είδους κόλλας. Κόλληση είναι η κατάσταση εκείνη κατά τη οποία δυο επιφάνειες διατηρούν τη συνοχή τους μέσω διεπιφανειακών δυνάμεων, οι οποίες μπορεί να είναι δυνάμεις σθένους, ενέργειες ενδασφάλισης ή και τα δυο μαζί. Οι δυνάμεις σθένους είναι 67

68 ελκτικές δυνάμεις που παράγονται από τις αλληλεπιδράσεις των ατόμων, τα ιόντα και τα μόρια που υπάρχουν μέσα και στις επιφάνειες της κάθε κόλλας και των συνδεόμενων μελών. Η ενέργεια ενδασφάλισης, αποκαλούμενη επίσης και μηχανική σύνδεση, σημαίνει ότι οι επιφάνειες παραμένουν συνδεδεμένες από μια κόλλα, η οποία διαπερνά την πορώδη επιφάνεια όσο παραμένει υγρή και έπειτα δένεται με αυτές κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης. Ο βαθμός στον οποίο οι δυνάμεις σθένους και η ενέργεια ενδασφάλισης αναπτύσσονται μεταξύ των συνδεόμενων πολυμερών και των συνδεόμενων ξύλινων επιφανειών δεν είναι σαφής, αλλά και οι δυο είναι αναγνωρισμένες ως απαραίτητες για αποτελεσματικότερη σύνδεση. Η σύνδεση πορωδών επιφανειών όπως το ξύλο, το χαρτί και το ύφασμα, αναμενόταν παλαιότερα να είναι πιθανά πρωτίστως μηχανική, αλλά στις μέρες μας υπάρχουν στοιχεία που υποστηρίζουν τη σύνδεση με κύριες δυνάμεις σθένους. Αντίθετα, η σύνδεση με τις σκληρές μεταλλικές επιφάνειες, θεωρήθηκε ότι περιλαμβάνει μόνο τις δυνάμεις σθένους, αλλά δεν είναι πλέον η αποδεκτή άποψη. Οι μεταλλικές επιφάνειες που τραχύνονται με τη βοήθεια χημικών ή που γίνονται μικροσκοπικά πορώδεις με ένα στρώμα οξειδίου, είναι ικανές να περιέχουν και μηχανική ενδασφάλιση (mechanical interlocking) με χρήση κάποιας κόλλας έτσι ώστε να παράγουν εξαιρετικά δυνατές και ανθεκτικές στο χρόνο συνδέσεις. Η μηχανική ενδασφάλιση είναι πιθανώς ο κύριος μηχανισμός με τον οποίο οι κόλλες εισχωρούν σε πορώδεις κατασκευές, όπως το ξύλο. Η αποτελεσματική μηχανική ενδασφάλιση συμβαίνει όταν οι κόλλες διαπερνούν τα θραύσματα της επιφάνειας και τις κατεστραμμένες ίνες μέσα σε υγιή ξύλα σε βάθος από δύο έως έξι κύτταρα. Η βαθύτερη διείσδυση στη λεπτή μικροδομή αυξάνει την περιοχή της επιφάνειας επαφής μεταξύ της κόλλας και του ξύλου έτσι ώστε να υπάρχει πιο αποτελεσματική μηχανική ενδασφάλιση. Οι πιο ανθεκτικές στο χρόνο συνδέσεις με ξύλο θεωρούνται ότι αναπτύσσονται όχι μόνο μια κόλλα διαπερνά τις κοιλότητες των κυττάρων του ξύλου αλλά και όταν μια κόλλα διασκορπίζεται μέσα στα κύτταρα έτσι ώστε να δημιουργηθεί επαφή μοριακού επιπέδου με την ημικυτταρίνη και την κυτταρίνη του ξύλου. Αν μια κόλλα διεισδύει αρκετά βαθιά μέσα στο ξύλο και γίνεται αρκετά άκαμπτη κατά 68

69 την αποξήρανσή της, η αντοχή της σύνδεσης αναμένεται να ξεπερνά τη δύναμη του ξύλου. Για δυο ξύλινα μέρη που συνδέονται μεταξύ τους με τη μέγιστη αντοχή, ένα υγρό συγκολλητικό πρέπει να βραχεί και να απλωθεί ελεύθερα έτσι ώστε να δημιουργηθεί πλήρης επαφή και με τις δυο επιφάνειες. Τα μόρια του συγκολλητικού πρέπει να διασκορπίζονται πάνω και μέσα σε κάθε επιφάνεια έτσι ώστε να υπάρχει επαφή με τη μοριακή δομή οπότε οι διαμοριακές δυνάμεις έλξης μεταξύ των συγκολλητικών και των ξύλων να γίνονται αποτελεσματικές. Οι ξύλινες επιφάνειες μπορεί να φαίνονται ομαλές και επίπεδες αλλά σε μικροσκοπική εξέταση, φαίνονται αιχμές, κοιλάδες και ρωγμές. Τέτοιου είδους επιφανειακές συνθήκες προκαλούν θύλακες αερίων και άλλες ανασταλτικές δομές που εμποδίζουν πλήρη διείσδυση από συγκολλητικό και εισάγουν συγκεντρώσεις τάσεων όταν το συγκολλητικό στεγνώσει. Κατά συνέπεια, το υγρό συγκολλητικό πρέπει να έχει υψηλότερο ποσοστό καλυπτικότητας, το οποίο αν συνδυαστεί με κατάλληλο ιξώδες, να μπορεί να παράγει καλή τριχοειδή ροή έτσι ώστε να διαπερνά τη δομή του ξύλου, μετατοπίζοντας και απορροφώντας τον αέρα, το νερό και τους ανεπιθύμητους παράγοντες στην επιφάνεια. Το βρέξιμο μιας επιφάνειας συμβαίνει όταν η γωνία επαφής (η γωνία μεταξύ της άκρης μιας σταγόνας συγκολλητικού και της επιφάνειας του ξύλου) πλησιάζει το μηδέν. Η γωνία επαφής τείνει στο μηδέν όταν η επιφάνεια έχει μέγιστη ελκτική ενέργεια, το συγκολλητικό έχει συνάφεια προς το συγκολλούμενο υποκείμενο και η τάση επιφάνειάς του είναι χαμηλή. Αν μια Εικόνα 3.8 Διαφορά στα επίπεδα υγροποίησης της επιάνειας με δοκιμή πτώση νερού σε αυτή. 69

70 σταγόνα του συγκολλητικού απλωθεί σε μια λεπτή μεμβράνη που να πλησιάζει τη μηδενική γωνία επαφής, το συγκολλητικό έχει απλωθεί καλά και έχει δημιουργήσει μια πολύ στενή επαφή με την επιφάνεια. Οι διαφορές στα επίπεδα ύγρανσης διάφορων ξύλινων επιφανειών εμφανίζοντια σε μια απλή δοκιμή πτώσης νερού, όπως φαίνεται στην εικόνα 3.8. Ιδιότητες επιφάνειας ξύλινων στοιχείων Επειδή τα κολλημένα ξύλινα στοιχεία συνδέονται μέσω της επαφής επιφανειών, οι φυσικές και χημικές καταστάσεις των επιφανειών αυτών είναι εξαιρετικά σημαντικές για ικανοποιητική απόδοση σύνδεσης. Οι ξύλινες επιφάνειες πρέπει να είναι ομαλές, λείες και να μη φέρουν σημάδια από μηχανήματα και άλλες επιφανειακές ανωμαλίες, συμπεριλαμβανομένων και των ανωμαλιών που επιφέρει το πλανάρισμα, σκισήματα και εσοχές από πελέκημα. Η επιφάνεια δεν πρέπει να γυαλίζει, να έχει πάνω της έλαια, ακαθαρσίες ή άλλους ρύπους. Φυσικές Ιδιότητες ξύλινων συνδεόμενων μελών Πυκνότητα και πορώτητα Η συνδεσιμότητα του ξύλου δεν επηρεάζεται αποκλειστικά από τις ιδιότητες της επιφάνειας των ξύλινων συνδεόμενων μελών, αλλά επηρεάζεται επίσης και από τις φυσικές ιδιότητές τους και ειδικά την πυκνότητα, την πoρώτητα 3 (porosity) και την περιεκτικότητα σε υγρασία. Το ξύλο, μη λαμβάνοντας υπόψη τον κενό όγκο, προσεγγίζει σε πυκνότητα περίπου το 1.5 g/cm 3, ανεξάρτητα από το είδος στο οποίο ανήκει. Η πυκνότητα όμως ποικίλει ακόμα και μεταξύ ξύλων του ίδιου είδους λόγω της ποικιλότητας του κενού όγκου και το πάχος των κυτταρικών τοιχωμάτων. Η αντοχή του ξύλου σχετίζεται άμεσα με την πυκνότητά του επειδή τα χοντρά κυτταρικά τοιχώματα είναι ικανά να αντέξουν πολύ μεγαλύτερη πίεση από τα λεπτά κυτταρικά τοιχώματα. Τα κύτταρα του ξύλου αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της αλληλεπιδρούσας περιοχής μεταξύ ξύλου και κόλλας. Η περιοχή αυτή πρέπει να 3 πορώτητα: η ιδιότητα ενός στερεού υλικού να φέρει στην επιφάνειά του μικρά κενά, ικανά να απορροφήσουν νερό ή άλλο υγρό 70

71 είναι τουλάχιστον τόσο ισχυρή όσο το ξύλο εάν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε πλήρως την αντοχή της σύνδεσης. Η αντοχή των κολλημένων συνδέσμων στο ξύλο, αυξάνεται ανάλογα με την πυκνότητα μέχρι ένα εύρος τιμών από 0.7 έως 0.8 g/cm 3. Πάνω από αυτό το επίπεδο, η αντοχή του συνδέσμου ελαττώνεται. Αν και η αντοχή αυξάνεται σταδιακά ανάλογα με την πυκνότητα του ξύλου, η αστοχία μειώνεται βαθμιαία μέχρι ένα εύρος τιμών από 0.7 έως 0.8 g/cm 3 και μειώνεται έπειτα με μεγαλύτερο ρυθμό πάνω από τα 0.8 g/cm 3. Όσο η πυκνότητα του ξύλου αυξάνεται, οι σύνδεσμοι υψηλής ανθεκτικότητας με μεγάλη αστοχία ξύλου είναι δυσκολότερο να επιτευχθούν με συνέπεια (Αστοχία ξύλου σημαίνει ρήξη των ινών του ξύλου κατά τις δοκιμές ανθεκτικότητας των συγκολλούμενων δεσμών του ξύλου. Εκφράζεται συνήθως με τη μορφή ποσοστού της συνολικής περιοχής σύνδεσης). Τα ξύλα με μεγάλη πυκνότητα είναι δύσκολο να συνδεθούν για διάφορους λόγους. Λόγω των παχύτερων κυτταρικών τοιχωμάτων, οι κόλλες δεν διαπερνούν εύκολα τους πόρους κι έτσι η σημαντική μηχανική ενδασφάλιση (mechanical interlocking) του συγκολλητικού περιορίζεται από μηδέν έως δυο κύτταρα βάθος. Απαιτείται μεγαλύτερη πίεση για να συμπιεστεί ένα ισχυρότερο, υψηλής πυκνότητας ξύλο έτσι ώστε να υπάρξει επαφή ανάμεσα στην επιφάνεια του ξύλου και την κόλλα. Η πυκνότητα είναι ίσως ένας πρωτογενής δείκτης αλλά είναι χρήσιμος για να εκτιμάται η δυνατότητα κόλλησης μιας μεγάλης ποικιλίας ειδών ξύλου. Στον πίνακα 3.1 κατηγοριοποιούνται κοινά είδη ξύλων της Αμερικής και εισαγώμενων σε αυτή, σύμφωνα με τη σχετική ευκολία συγκόλλησής τους. Οι κατηγορίες για τα τοπικά ξύλα είναι βασισμένη στη μέση αντοχή των εγκάρσιων ενώσεων, όπως καθορίζεται στις εργαστηριακές δοκιμές και τη βιομηχανική εμπειρία. Οι κατηγορίες των εισαγώμενων ειδών βασίστηκαν σε πληροφορία που βρέθηκε στη βιβλιογραφία σχετικά με την αντοχή των κολλήσεων, τις ιδιότητες των ειδών αυτών και τη βιομηχανική εμπειρία. Στις περισσότερες περιπτώσεις το μέγεθος των δεδομένων που ήταν διαθέσιμο για την 71

72 κατηγοριοποίηση των εισαγώμενων ειδών δεν ήταν αντίστοιχο εκείνου για τα τοπικά είδη ξύλων. Πίνακας 3.1- Ταξινόμηση ειδών ξύλων σύμφωνα με την ευκολία κόλλησής τους Ο κενός όγκος του ξύλου που μπορεί να κυμανθεί από 46% έως 80% του συνολικού όγκου επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το βάθος και τη διεύθυνση στην οποία ρέει η κόλλα. Για να επιτευχθεί η υψηλότερη αντοχή κόλλησης, η κόλλα πρέπει να εισχωρεί και να διασφαλίζει μηχανικά μεγάλο αριθμό κυττάρων. Στο ξύλο, η πορώτητα ποικίλει σύμφωνα με τη διεύθυνση των ινών του ξύλου. Είναι περισσότερο πορώδες στις επιφάνειες που βρίσκονται στα εξωτερικά 72

73 στρώματα του κορμού του δέντρου και πολλές φορές μεγαλύτερη από εκείνη των ακτινοειδών ή των εφαπτόμενων επιφανειών. Οι κόλλες διαπερνούν βαθιά τις ανοιχτές ίνες και έτσι συντελείται υψηλότερη εισχώρηση όταν η πίεση εφαρμόζεται σε επιφάνειες των ακραίων στρωμάτων του κορμού. Αυτός είναι ένας κύριος λόγος για τον οποίο είναι τόσο δύσκολο να σχηματοποιηθούν ισχυρές, ικανές να φέρουν μεγάλο φορτίο ενώσεις. Κατά μήκος του κορμού η πορώτητα είναι περιορισμένη λόγω των λιγότερων διόδων στις οποίες η κόλλα μπορεί να ρεύσει κι έτσι η υψηλότερη εισχώρηση γενικά δεν αποτελεί πρόβλημα. Περιεκτικότητα σε υγρασία και αλλαγή διαστάσεων Το νερό εμφανίζεται φυσικά στα δέντρα ως ελεύθερο μέσα στα κύτταρα και ως απορροφημένο νερό μέσα στα κυτταρικά τοιχώματα. Η συνολική περιεκτικότητα νερού μέσα σε ξύλο μπορεί να κυμαίνεται αρκετά πάνω από 200% (βασισμένο στο βάρος του αποξηραμένου ξύλου), αλλά όταν το νερό απομακρύνεται από τις διόδους του ξύλου μέσω της αποξήρανσης, περίπου το 30% παραμένει μέσα στα κυτταρικά τοιχώματα. Το νερό έχει ισχυρή μοριακή έλξη με το ξύλο, κυρίως μέσω της ένωσης των δεσμών υδρογόνου με τις υδροξυλικές ομάδες της κυτταρίνης που περιέχει το ίδιο το ξύλο. Επομένως τα κυτταρικά τοιχώματα παραμένουν κορεσμένα με υγρασία (αποκαλούμενη σημείο κορεσμού των ινών) μέχρι η υγρασία του περιβάλλοντος να πέσει κάτω από εκείνη των διαποτισμένων κυτταρικών τοιχωμάτων. Η πραγματική περιεκτικότητα σε υγρασία στον διαποτισμό των ινών (κατά προσέγγιση 30%) ποικίλει ανάλογα με το είδος του ξύλου, τη θερμοκρασία και την πίεση. Αυτό είναι το κρίσιμο σημείο όπου τα ξύλα αρχίζουν να συρρικνώνονται. Εάν το ξύλο έχει αποξηρανθεί κάτω από το σημείο κορεσμού των ινών, επανακτά την υγρασία και το ξύλο διογκώνεται. Αυτές οι αλλαγές στις διαστάσεις διαφέρουν από τις τρείς κύριες διαστάσεις ή τη διεύθυνση των ινών του κορμού του δέντρου δηλαδή τις διαμήκεις, ακτινικές και εφαπτόμενες με ενδιάμεσες αλλαγές που ποικίλουν κατά τη γωνία μεταξύ των κύριων διευθύνσεων. Η διαμήκης αλλαγή κατά μήκος του κορμού του δέντρου είναι ελάχιστη και ανέρχεται σε λιγότερο από 1% στην αποξήρανση, από το σημείο κορεσμού των ινών. Οι αλλαγές στις διαστάσεις ενος κορμού είναι μεγαλύτερες όταν αυτές 73

74 συμβαίνουν κατά πλάτος, αλλά και αυτές πάλι διαφέρουν ανάλογα με τη διεύθυνση. Οι διαφορές αυτές στις διαστάσεις ποικίλουν επίσης ακόμα και για τα ίδια είδη ξύλου. Εμπειρικά, η εγκάρσια αλλαγή διαστάσεων είναι περίπου διπλάσια από εκείνη της ακτινικής αλλαγής. Και πάλι όμως μπορεί αυτό να διαφέρει από είδος σε είδος. Οι αλλαγές στις διαστάσεις τις οποίες ακολουθούν και αλλαγές στην περιέχουσα υγρασία έχουν ευρείας έκτασης και σημαντικές συνέπειες στην απόδοση των κολλημένων ενώσεων. Δεδομένου ότι το ξύλο όταν συναρμολογείται υπόκειται σε συρρικνώσεις και διογκώσεις, αναπτύσσονται τέτοιες δυνάμεις που μπορεί να γίνουν αρκετά ισχυρές ώστε να καταστρέψουν την διεπιφάνεια όπως και το ίδιο το ξύλο. Οι ρήξεις αυτές μπορεί να αναπτυχθούν όταν τα συνδεόμενα ξύλινα μέλη του ίδιου συνδέσμου διαφέρουν ώς προς την κατεύθυνση των ινών τους και ως προς το συντελεστή συρρίκνωσής τους. Για παράδειγμα όταν ένα από τα δυο συνδεόμενα μέλη είναι ακτινοειδές και το άλλο εφαπτόμενο ή ακόμα χειρότερα όταν το ένα είναι διαμήκες και το άλλο ακτινοειδές. Ακόμα και αν τα επίπεδα υγρασίας των συνδεόμενων μελών είναι ίσα αλλά αλλάζουν, οι πιέσεις μπορεί να γίνουν πολύ μεγάλες. Επιπλέον, εάν η περιεκτικότητα σε υγρασία ενός κομματιού βρίσκεται σε ισορροπία με αυτή του περιβάλλοντος τότε το μέλος αυτό είναι σταθερό. Αν όμως το άλλο μέλος με τη διαφορετική διεύθυνση των ινών του συρρικνώνεται όσο πλησιάζει την ισορροπία περιεκτικότητας υγρασίας (equilibrium moisture content, EMC), τότε οι αναπτυσσόμενες τάσεις μπορούν να σπάσουν την διεπιφάνεια είτε το ίδιο το ξύλο, οποιοδήποτε είναι πιο αδύνατο. Ορισμένες κόλλες ξύλων είναι αρκετά ελαστικές έτσι ώστε να μπορούν να προσαρμόζονται στις δυνάμεις και να μην υπάρχει αστοχία Κόλλες Σύσταση Οργανικά πολυμερή τόσο φυσικής όσο και συνθετικής προέλευσης είναι τα σημαντικότερα συστατικά σε όλες τις κόλλες που χρησιμοποιούνται στις ξύλινες κατασκευές. Οι πολυσακχαρίτες και οι πρωτεΐνες είναι φυσικά πολυμερή σώματα υψηλού μοριακού βάρους που προέρχονται από τα φυτά και τα ζώα. Κόλλες από ζώα, αίμα, άμυλο και σόγια έχουν χρησιμοποιηθεί για 74

75 πολλούς αιώνες και χρησιμοποιούνται ακόμα και σήμερα, αν και έχουν αντικατασταθεί κατά κύριο λόγο από συνθετικά πολυμερή. Οι πρώτες κόλλες ξύλων βασισμένες σε συνθετικά πολυμερή παράχθηκαν για εμπορικούς λόγους κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του Αυτό σηματοδότησε την έναρξη για ριζικές αλλαγές στη σύνθεση των κολλών από φυσικά σε συνθετικά πολυμερή. Αυτές οι κόλλες ήταν όχι μόνο ισχυρότερες, πιο άκαμπτες και με μεγαλύτερη διάρκεια αλλά μπορούσαν επίσης να έχουν μεγαλύτερη αντίσταση στο νερό σε σχέση με τα φυσικά πολυμερή. Τα συνθετικά πολυμερή είναι χημικά σχεδιασμένα και διαμορφωμένα σε κόλλες για να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Εάν το βασικό πολυμερές είναι θερμοπλαστικό ή θερμοσκληρυνόμενο, έχει μεγάλη επίδραση στον τρόπο με τον οποίο η κόλλα θα συμπεριφερθεί κατά την εφαρμογή της. Τα θερμοπλαστικά είναι πολυμερή με μεγάλες αλυσίδες οι οποίες μαλακώνουν και ρέουν κατά τη θέρμανση, έπειτα σκληραίνουν και πάλι κατά την ψύξη. Γενικά, έχουν μικρότερη αντίσταση στη θερμότητα, την υγρασία και τη μακροπρόθεσμη στατική φόρτιση από τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή. Τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή δημιουργούν άριστες κόλλες επειδή υποβάλλονται σε αμετάκλητη χημική αλλαγή και κατά την επαναθέρμανσή τους δε λιώνουν έτσι ώστε να ρεύσουν πάλι. Η φαινολική, η μελαμίνη, το ισοκυανικό και η ουρία είναι παραδείγματα τύπων συγκολλητικών ξύλων που βασίζονται σε θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή. Ασφάλεια και Υγεία Οι κόλλες ξύλων περιέχουν χημικά που είναι τοξικά για τους ανθρώπους αν αυτοί εκτεθούν σε σημαντικές συγκεντρώσεις για παρατεταμένο χρόνο. Γενικά, είναι αποδεκτό το γεγονός ότι οι κόλλες σε στερεοποιημένη μορφή δεν παρουσιάζουν προβλήματα τοξικότητας. Μια αξιοσημείωτη εξαίρεση είναι οι κόλλες ουρικής φορμαλδεΰδης, που μπορούν να απελευθερώσουν μικρές συγκεντρώσεις φορμαλδεΰδης από τα συνδεδεμένα προϊόντα κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Η φορμαλδεΰδη είναι ένα τοξικό αέριο που μπορεί να αλληλεπιδράσει με τις πρωτεΐνες του ανθρώπινου σώματος προκαλώντας ενόχληση και σε μερικές περιπτώσεις φλεγμονή μεμβρανών των ματιών, της μύτης και του λαιμού. Είναι μια πιθανώς καρκινογόνα ουσία, πράγμα που 75

76 βασίζεται σε εργαστηριακά πειράματα σε ποντίκια. Λεπτομερής έρευνα έχει οδηγήσει σε νέες συγκολλητικές φόρμες με σημαντικά μειωμένα επίπεδα εκπομπών φορμαλδεϋδης τόσο σε κατασκευαστικές διαδικασίες όσο και σε συνδεδεμένα ξύλινα προϊόντα. Τα φαινολικά- φορμαλδεϋδικά συγκολλητικά που χρησιμοποιούντια στην κατασκευή κοντραπλακέ, και μονωτικών fiberglass, περιέχουν επίσης φορμαλδεϋδη. Εντούτοις, η φορμαλδεϋδη καταναλώνεται σημαντικά κατά τη στερεοποίηση και η μακράς διαρκείας φαινολική φορμαλδεϋδη, η ρεσορσινολική φορμαλδεϋδη και τα φαινολικά ρεσορσινολικά φορμαλδεϋδικά πολυμερή δεν διασπώνται χημικά έτσι ώστε να απλευθερώσουν τοξικά αέρια. Τα διισοκυανικά είναι υψηλά αντιδρώντα χημικά που πολυμερίζονται γρήγορα κατά την επαφή τους με δυνατά αλκαλικά, μεταλλικά οξέα και νερό. Τα πολυμερικά μεθυλαινικά διφαινιλικά διισοκυανικά (PMDI) συγκολλητικά αναπτύσσουν δυνατούς και ανθεκτικούς δεσμούς με το ξύλο, οπότε χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή προϊόντων σύνθετων ξύλων. Είναι ιδιεταίρως επικίνδυνα εάν κακομεταχειρηστούν αλλά η εξάτμηση σε χαμηλή πίεση των συγκολλητικών PMDI συνδυασμένη με επαρκή εξαερισμό για την απομάκρυνση των αερομεταφερόμενων PMDI από τα μόρια της σκόνης, επιτρέπουν στις εργοστασιακες εγκαταστάσεις να λειτουργούν ασφαλώς. Τα σωστά στερεοποιημένα συγκολλητικά PMDI δεν θεωρούνται επικίνδυνα στα συγκολλημένα ξύλινα προϊόντα. Τα κατασκευαστικά και τα συνδετικά συγκολλητικά περιέχουνοργανικούς διαλύτες που έχουν χαμηλά σημεία ανάφλεξης. Εάν αυτά τα συγκολλητικά χρησιμοποιηθούν σε περιβάλλοντα χωρίς επαρκή εξαερισμό όπου οι συγκεντρωσεις φτάνουν σε επικίνδυνα υψηλά επίπεδα, τότε μπορεί να υπάρξουν εκρήξεις αν υπάρξει κάποια ανάφλεξη. Κάποιοι παραγωγοί συγκολλητικών παρέχουν λιγότερο αναφλέξιμα συγκολλητικά τα οποία βασίζονται σε χλωριωμένους καταλύτες. Οι οργανικοί διαλύτες σε αυτά τα συγκολλητικά είναι τοξικοί, αλλά ακολουθώντας τις οδηγίες χρήσης και φύλαξης από τον κατασκευαστή σε συνδυασμό με επαρκή εξαερισμό, επιβλαβή αποτελέσματα μπορούν να αποφευχθούν. 76

77 Οι κανονισμοί υγείας και ασφάλειας απαιτούν ότι τα τοξικά και άλλα επιβλαβή χημικά πρέπει να προσδιορίζονται και να σημαδεύονται ορατά έτσι ώστε να προειδοποιούν για τους κινδύνους τους. Στοιχεία ασφαλείας προϊόντων (MSDS) ή οι οδηγίες χρήσεις, παρέχονται μαζί με τα προϊόντα συγκόλλησης έτσι ώστε να μπορεί κάποιος να συμβουλεύεται τις κατάλληλες συνθήκες χρήσης, προστασίας όπως επίσης και διαδικασίες για την αντιμετώπιση διαρροών και πυρκαϊάς, όπως επίσης και οδηγίες πρώτων βοηθειών. Όλα αυτά που αναφέρθηκαν βέβαια σχετικά με την υγεία και την ασφάλεια είναι γενικοί κανόνες, πράγμα που δε σημαίνει ότι πρέπει να συναντώνται όλα η να περιλαμβάνονται πάνω σε μια συσκευασία. Οι χρήστες πρέπει να συμβουλεύονται τα MSDS και να ακολουθούν τις οδηγίες του κατασκευαστή λαμβάνοντας επίσης και όλες τις απαραίτητες προφυλάξεις για την αποφυγή οποιουδήποτε ατυχήματος κατά τη χρήση κάποιου συγκολλητικού. Αντοχή και ανθεκτικότητα Η ικανότητα μιας κόλλας να μεταφέρει φορτίο από το ένα μέλος μιας συναρμολόγησης στο άλλο όπως επίσης και να διατηρεί την ακεραιότητα της συναρμολόγησης κάτω από τις αναμενόμενες βέβαια συνθήκες, οδηγεί στην επιλογή κόλλας για μια δεδομένη εφαρμογή. Στην κατασκευή κτιρίων, οι κόλλες που συμβάλλουν στην αντοχή και την ακαμψία σε όλη τη διάρκεια ζωής της κατασκευής, λογίζονται ως δομικά στοιχεία. Έχουν γενικά μεγαλύτερη αντοχή και δυσκαμψία από τα ξύλινα μέλη. Οι δομικοί δεσμοί είναι κρίσιμοι επειδή η αποτυχία στη σύνδεση μπορεί να προκαλέσει σημαντική καταστροφή στην κατασκευή. Παραδείγματα δομικών εφαρμογών είναι οι κολλημένες πολύστρωτοι δοκοί, οι προκατασκευασμένες δοκοί διατομής Ι και τα προεντεταμένα πάνελς. Οι κόλλες με μεγαλύτερη αντοχή, δυσκαμψία και ανθεκτικότητα σε φθορές, δυστυχώς είναι εκείνες που επηρεάζονται περισσότερο από την υγρασία, την πίεση, τη θερμοκρασία κι τις συνθήκες στερεοποίησης. Οι κόλλες κατηγοριοποιούνται καλύτερα στον πίνακα 3.2 στο κατά πόσο καλά μεταφέρουν το φορτίο. Οι δομικές κόλλες που διατηρούν την αντοχή και την δυσκαμψία τους ακόμα και κάτω από τον ισχυρότερο κορεσμό νερού ή από 77

78 Πίνακας 3.2- Κόλλες ξύλων που ταξινομούνται σύμφωνα με το επίπεδο δομικής τους ακεραιότητας σε ποικίλα επίπεδα έκθεσής τους στο περιβάλλον ολική αποξήρανση θεωρούνται κόλλες εξωτερικού χώρου. Δύσκαμπτες κόλλες που χάνουν την ικανότητά τους να μεταφέρουν φορτία γρηγορότερα από τη διάρκεια ζωής του ξύλου και ειδικά σε ότι αφορά την υγρασία, θεωρούνται κόλλες εσωτερικού χώρου. Ανάμεσα στις κόλλες εσωτερικού και εξωτερικού χώρου βρίσκονται αυτές που διατηρούν την αντοχή δύναμη και την δυσκαμψία τους σε βραχυπρόθεσμη ενυδάτωση αλλά ο χρόνος ζωής τους τελειώνει γρηγορότερα από εκείνο του ξύλου που εκτίθεται μακροχρόνια σε νερό και θερμότητα. Επιλογή κόλλας Η επιλογή κόλλας ξεκινά από την εξέταση όλων των τύπων, σε συνδυασμό με την αντοχή και τη διάρκειά τους, την προετοιμασία τους και τα χαρακτηριστικά χρήσης τους, όπως επίσης και τυπικές εφαρμογές, όπως δείχνει ο πίνακας 3.1. Η σχετική αντοχή και ανθεκτικότητα στο χρόνο, κατηγοριοποιούνται σε επίπεδα δομικής ακεραιότητας (πίνακας 3.2). Η επιλογή 78

79 κόλλας για ένα κατασκευαστή προϊόντων ξύλου μπορεί να γίνεται σε συνεργασία με τον προμηθευτή. Μαζί, μπορούν ολοκληρωτικά να αναπτύξουν ένα προϊόν, που θα λειτουργεί σε συγκεκριμένο περιβάλλον και θα λαμβάνεται υπόψη ολόκληρη η διαδικασία παραγωγής και τα εργαλεία που θα χρησιμοποιηθούν σε αυτή έτσι ώστε να επιλεχθεί η σωστή κόλλα. Οποιαδήποτε μπορεί να είναι η προσέγγιση για την επιλογή συγκολλητικού και αυτά που θα αναφερθούν παρακάτω όμως είναι χρήσιμα. Μια μεγάλη γκάμα τύπων κόλλας με σημαντικές παραλλαγές σε κάθε τύπο είναι διαθέσιμες για τη σύνδεση ξύλινων υλικών, ακόμα και για τη σύνδεση ξύλινων με μη ξύλινα υλικά. Η διαδικασία επιλογής ξεκινά με τον καθορισμό των τύπων κόλλας που είναι συμβατοί με τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των κολλούμενων μελών, και ειδικά τις ιδιότητες των επιφανειών τους. Η δομική ακεραιότητα που αναμένεται για τον κάτω από τα προσδοκώμενα φορτία και υπό τις αναμενόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες πρέπει να είναι μια από τις πρωταρχικές εκτιμήσεις. Για την έξυπνη επιλογή κόλλας για μια δεδομένη συναρμολόγηση είναι αναγκαίο να υπάρχει μια προσέγγιση της φύσης, της διεύθυνσης, της διάρκειας και του μεγέθους του επιβαλλόμενου φορτίου. Επιπλέον, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε το μέγεθος και τη διάρκεια της θερμοκρασίας και της υγρασίας στο οποίο θα υποβληθούν οι συνδέσεις. Για παράδειγμα, παρατεταμένη έκθεση σε υψηλά επίπεδα υγρασίας μειώνει την ικανότητα μεταφοράς φορτίου οποιασδήποτε κόλλας σε μια ξύλινη σύνδεση. Η αγνόηση αυτών των παραγόντων μπορεί να θέσει σε ρίσκο την κατασκευή και να προκαλέσει ακόμα και τραυματισμό. Υπάρχουν κι άλλες σημαντικές εκτιμήσεις, ειδικά σε ότι αφορά σε έπιπλα ή άλλες ξυλουργικές εργασίες εσωτερικού χώρου, όπου η εξωτερική εμφάνιση παίζει τον πιο σημαντικό ρόλο στο τελικό αποτέλεσμα. Το χρώμα της κόλλας, η δυνατότητα να απορροφά λεκέδες, το φινίρισμά της και η αποφυγή διαρροής ή λεκιάσματος από αυτή είναι κρίσιμοι παράγοντες. Οι κόλλες ουρικής φορμαλδεΰδης και πολυβινυλίου οξικού άλατος χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία επίπλου και διαμορφώνονται έτσι ώστε να μπορούν να αποφέρουν 79

80 χρωματικό αποτέλεσμα τέτοιο ώστε η συγκόλληση και το ίχνος τους να είναι αποδεκτά στην τελική εμφάνιση Διαδικασία κόλλησης Η διαδικασία κόλλησης περιλαμβάνει ένα μεγάλο αριθμό παραγόντων που καθορίζουν κατά πόσο μια κολλημένη σύνδεση είναι επιτυχής και αποδοτική κατά τη χρήση της. Όσο καλύτερα γίνουν κατανοητοί αυτοί οι παράγοντες και όσο καλύτερα ελεγχθούν, τόσο λιγότερα προβλήματα θα εμφανιστούν, όπως επίσης την ίδια πορεία ακολουθούν και τα συνεπαγόμενα κόστη. Δεν είναι απαραίτητο να είναι κάποιος ειδικός στις κολλήσεις για να μπορέσει να κατασκευάσει αποδεκτές συνδέσεις, αν και η περισσότερη γνώση είναι πάντα χρήσιμη. Εντούτοις, είναι ουσιαστικής σημασίας, ο χρήστης, να ακολουθεί τις οδηγίες που παρέχονται από τον κατασκευαστή καθ όλη τη διάρκεια της διαδικασία σύνδεσης. Ο προμηθευτής έχει ιδιαίτερα εκτενή γνώση πάνω στη σύσταση της κόλλας, στα λειτουργικά χαρακτηριστικά του και στις ιδιότητες απόδοσής του, οι οποίες ενισχύονται και από την εμπειρία των πελατών. Έλεγχος περιέχουσας υγρασίας Μετά την επιλογή της κόλλας, ο επόμενος σημαντικότερος παράγοντας που συμβάλει στη χωρίς προβλήματα σύνδεση, είναι ο έλεγχος της υγρασίας του ξύλου πριν και μετά τη διαδικασία κόλλησης. Η περιεκτικότητα σε υγρασία έχει έντονες επιπτώσεις στην τελική ανθεκτικότητα και αντοχή των συνδέσεων, στην εμφάνιση σχισμών στην επιφάνεια του ξύλου και στη σταθερότητα των διαστάσεων της συνδεδεμένης συναρμολόγησης. Μεγάλες αλλαγές στην περιεκτικότητα θερμοκρασίας συγκρινόμενες με εκείνη που υπήρχε κατά τη διάρκεια της σύνδεσης μπορεί να προκαλέσουν συρρίκνωση ή διόγκωση πράγμα που αποδυναμώνει τόσο το ίδιο το ξύλο όσο και τις συνδέσεις ώστε να δημιουργηθούν στρεβλώσεις σχισμές και ανωμαλίες στη επιφάνεια του ξύλου. Το ξύλο δεν πρέπει να συνδέεται κάτω από συνθήκες υψηλής υγρασίας και ειδικά τα υψηλής πυκνότητας σκληρά ξύλα που έχουν υψηλούς συντελεστές συρρίκνωσης, εκτός κι αν το υψηλό ποσοστό υγρασίας αναμένεται να υπάρχει και κατά τη διάρκεια της χρήσης της σύνδεσης. Το ξύλο θα πρέπει να είναι αρκετά ξηρό έτσι ώστε σε περίπτωση αύξησης της υγρασίας κατά τη σύνδεση, η 80

81 υγρασία να βρίσκεται περίπου στα επίπεδα που αναμένεται να βρίσκεται και κατά τη διάρκεια της χρήσης της. Ο καθορισμός της κατάλληλης περιεκτικότητας υγρασίας εξαρτάται κυρίως από το ποσοστό υγρασίας που περιέχεται στο ξύλο και στο συγκολλητικό, όπως επίσης και αν η διαδικασία στερεοποίησης του συγκολλητικού περιλαμβάνει θέρμανση του συγκολλητικού ή όχι. Για παράδειγμα αν δυο κομμάτια συγκολλούνται σε θερμοκρασία δωματίου, το τελικό ποσοστό υγρασίας ελέγχεται κυρίως με βάση την υγρασία που περιέχει το ξύλο. Ξυλεία που έχει αποξηρανθεί σε κλίβανο μέχρι περίπου το μέσο ποσοστό υγρασίας που προορίζεται για σύνδεση, μπορεί ακόμα να έχει διαφορετική περιεκτικότητα σε υγρασία ανάμεσα στα επίπεδά της και μέσα σε καθένα από αυτά. Μεγάλες διαφορές στην περιεχόμενη υγρασία ανάμεσα στα κολλημένα επίπεδα σημαίνει σημαντική πίεση της κοινής σύνδεσης καθώς τα επίπεδα αυτά ισορροπούν σε μια κοινή περιεκτικότητα υγρασίας. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται όταν οι διαφορές αυτές δεν είναι μεγαλύτερες του 5% για τα είδη με χαμηλότερη πυκνότητα και 2% για τα υψηλής πυκνότητας είδη. Το ποσοστό υγρασίας που περιέχει το ξύλο σε συνδεδεμένα προϊόντα εξαρτάται από το Αναμενόμενο Περιεχόμενο Υγρασίας (Expected Moisture Content) που αναμένεται να λειτουργεί το προϊόν. Αυτά τα ποσοστά ποικίλουν για τις ΗΠΑ. περιεκτικότητες Περιφερειακές υγρασίας στα ξύλα φαίνονται στην εικόνα 3.9. Ο μέσος όρος περιεχόμενης υγρασίας για Εικόνα 3.9 Μέσoς όρος περιεχόμενης υγρασίας για ξύλα που χρησιμοποιούνται σε κατασκευές εσωτερικών χώρων σε περιοχές των ΗΠΑ τις περισσότερες πολιτείες των ΗΠΑ είναι 8%. Το ποσοστό αυτό αυξάνεται κατά μήκος των ακτών του Ατλαντικού φτάνοντας το 11%. Στης ξηρές νοτιοδυτικές 81

82 πολιτείες το Αναμενόμενο Ποσοστό Υγρασίας είναι σχετικά χαμηλά στο 6%. Η υγρασία που περιέχει ένα ξύλο το οποίο εκτίθεται τον αέρα, γενικά είναι υψηλότερο και περισσότερο μεταβλητό και υπολογίζεται κατά μέσο όρο γύρω στο 12% και η έκτασή του ξεκινά από το 7% και φτάνει μέχρι το 14% στις περισσότερες από τις πολιτείες των ΗΠΑ. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, στις βόρειες πολιτείες, η θερμότητα του αέρα στους εσωτερικούς χώρους, συνήθως στεγνώνει τα ξύλα τα οποία φτάνουν σε ποσοστά περιεκτικότητας σε υγρασία 4% έως 5%. Έπιπλα που κατασκευάζονται στις νοτιοανατολικές πολιτείες όπου το EMC είναι 11%, και πωλούνται ή μετακινούνται για οποιοδήποτε λόγο στις βόρειες πολιτείες όπου το EMC πέφτει στο 4%, συνήθως δημιουργούνται σχισμές, αποκόλληση των ενώσεών τους ή άλλες εμφανείς ανωμαλίες και ατέλειες στην επιφάνειά τους. Οι κατασκευαστές συνδεδεμένων ξύλινων προϊόντων πρέπει να γνωρίζουν αυτές τις εποχιακές παραλλαγές σε κάθε περιφέρεια και κατόπιν να επεξεργάζονται και να συνδέουν τα ξύλα σε επίπεδα υγρασίας τέτοια που να συνάδουν με τις περιβαλλοντικές συνθήκες της εκάστοτε περιφέρειας. Προετοιμασία επιφάνειας Η φυσική και χημική κατάσταση των ξύλινων ή μη επιφανειών που περιγράφηκε σε προηγούμενες ενότητες εστιάζει στην κατανόηση της σχέσης μεταξύ της κατάστασης της επιφάνειας και την απόδοση των κολλούμενων δεσμών. Οι ξύλινες επιφάνειες προετοιμάζονται καλύτερα για μέγιστη ύγρανση από την κόλλα, ροή και διείσδυση, αφαιρώντας όλα τα υλικά εκείνα που μπορεί να παρεμποδίσουν το σχηματισμό εις βάθος σύνδεσης του ξύλου. Ιδανικά το ξύλο θα πρέπει να πλανάρεται με μαχαίρι μέσα σε 24 ώρες από τη διαπότιση της κόλλας πάνω σε αυτό. Εντούτοις, άλλες μέθοδοι επεξεργασίας της επιφάνειας χρησιμοποιούνται επιτυχώς για συγκεκριμένους τύπους συνδέσεων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων του πριονίσματος του ξύλου για ξυλουργικές εργασίες επίπλων, της κοπής του καπλαμά με μαχαίρι και της λείανσης μέσω πλαναρίσματος για πάνελς. Όλων των ειδών οι επεξεργασίες θα πρέπει να παράγουν ομαλές, επίπεδες, παράλληλες επιφάνειες, χωρίς ανωμαλίες από τα μηχανήματα με τα οποία επεξεργάζονται, όπως γυαλάδες, σχισμές, και κομμένες τρυπημένες ίνες ξύλου. Κατάλληλα πλαναρισμένες επίπεδες επιφάνειες βοηθούν 82

83 στη διασφάλιση της ομοιόμορφης εφαρμογής του συγκολλητικού (δημιουργία ομοιόμορφου στρώματος συγκολλητικού ίδιου πάχους) πάνω στο κολλούμενο μέλος. Εφαρμογή κόλλας Εικόνα Ένας εξωθητής εφαρμόζει συνεχή ροή ομοιόμορφου μεγέθους συγκολλητικού σε αναλογία με τα αντίστοιχα κενά, για τη δημιουργία ξυλείας αντικολλητών καπλαμαδων Ανεξάρτητα από τη μέθοδο που θα ακολουθηθεί, ο σκοπός κατά τη διαπότιση της επιφάνειας με συγκολλητικό είναι να διανεμηθεί μια επαρκής ποσότητα συγκολλητικού, ομοιόμορφου πάχους πάνω στην κολλούμενη επιφάνεια, έτσι ώστε κάτω από πίεση το συγκολλητικό να ρεύσει ομοιόμορφα δημιουργώντας ένα επίσης ομοιόμορφο λεπτό στρώμα. Υποθέτοντας ότι το μέσο το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για το διασκορπισμό της κόλλας είναι σε θέση να απλώσει την κόλλας ομοιόμορφα και ότι οι επιφάνειες είναι λείες και παράλληλες, τότε η κόλλα θα έχει ιδανική ροή αν εφαρμοστεί ομοιόμορφη πίεση. Η ποσότητα κόλλας που χρειάζεται εξαρτάται από το είδος του ξύλου, το ποσοστό υγρασίας που αυτό περιέχει, τον τύπο του συγκολλητικού, την υγρασία του αέρα του περιβάλλοντος, τη διάρκεια συναρμολόγησης και το κατά πόσο η κόλληση θα εφαρμοστεί στη μία ή και τις δύο επιφάνειες. Οι κόλλες μπορούν να απλωθούν με το χέρι, με πινέλο χειρός, με ρολό, ή με σπρέυ αλλά στη βιομηχανία οι κόλλες αεφαρμόζονται από μηχανήματα όπως το κυλινδρικό σπρέυ, ο εξωθητής (εικόνα 3.10), ο κουρτινοειδής βαφέας ή ο ψεκαστής. Αντί για την εφαρμογή μιας ομοιόμορφης ταινίας κόλλας, οι εξωθητές εφαρμόζουν συνεχή ομοιόμορφα σταγονίδια διακριτής διαμέτρου και ροής. Όταν ασκείται πίεση και στα δύο συνδεόμενα μέλη, η κόλλα συμπιέζεται δημιουργώντας ένα ομοιόμορφο λεπτό στρώμα. Ένας εξωθητής αυτού του είδους χρησιμοποιείται για την εφαρμογή της κόλλας στον καπλαμά. Ένας εξωθητής που διατηρεί σταθερή πίεση χρησιμοποιείται στο 83

84 πεδίο της εφαρμογής ελαστομερούς συγκολλητικού σε συνδέσμους συστημάτων δαπέδων κοντραπλακέ. Συναρμολόγηση και συμπίεση Ο έλεγχος της συνοχής της κόλλας που έχει απλωθεί πάνω στην επιφάνεια και πριν εφαρμοστεί κάποιου είδους πίεση, πρέπει να ελεγθεί αφού σε συνδυασμό με την επιβαλλόμενη πίεση επηρεάζει την ποιότητα της κόλλησης (εικόνα 3.11). Εικόνα Απεικόνιση της σχέσης ανάμεσα στη συνοχή της κόλλας και της αναγκαίας Η συνοχή της κόλλας επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την υγροποίηση, τη ροή και τη διείσδυση της και ειδικά τη μεταφορά της στα σημεία εκείνα της επιφάνειας που δεν έχουν πάνω τους κόλλα, κατά την εφαρμογή πίεσης στη συναρμολόγηση. Η συνοχή της κόλλας εξαρτάται από τον τύπο της, τον τύπο του διαλυτικού, και το ποσοστό του διαλύτη στο μίγμα, η ηλικία του μίγματος, το μέγεθος διασκόρπισης της κόλλας, το είδος του ξύλου, την περιεκτικότητά του σε υγρασία, τη θερμοκρασία του ξύλου, τη θερμοκρασία και υγρασία του περιβάλλοντος και την πολύ σημαντική εξάτμιση και απορρόφηση του διαλύτη κατά τη διάρκεια της συναρμολόγησης. 84

85 Η πίεση εξυπηρετεί διάφορους σημαντικούς σκοπούς: αναγκάζει τον παγιδευμένο αέρα από τον δεσμό να φύγει, φέρνει την κόλλα σε επαφή μοριακού επιπέδου με τις ξύλινες επιφάνειες, αναγκάζει την κόλλα να εισχωρήσει μέσα στη δομή του ξύλου για περισσότερο αποτελεσματική μηχανική ενδασφάλιση, συμπιέζει την κόλλα δημιουργώντας ένα λεπτό συνεχές φιλμ και συγκρατεί την κατασκευή στη θέση της όσο η κόλλα στερεοποιείται. Αν όμως η πίεση είναι πολύ υψηλή, το συγκολλητικό μπορεί να εισχωρήσει παραπάνω από το επιθυμητό σε πορώδη ξύλα και να δημιουργήσει αδύναμες συνδέσεις (starved joints). Οι ισχυρότερες συνδέσεις προκύπτουν όταν η συνοχή του συγκολλητικού επιτρέπει τη χρήση σχετικά υψηλών πιέσεων που είναι σύμφωνες με τις προτεινόμενες πιέσεις για την πυκνότητα του ξύλου. Οι χαμηλές πιέσεις κοντά στα 700kPa είναι κατάλληλες για ξύλα χαμηλής πυκνότητας λόγω του ότι οι επιφάνειες προσαρμόζονται εύκολα η μία στην άλλη, εξασφαλίζοντας κατά συνέπεια στενή επαφή μεταξύ κόλλας και ξύλου. Υψηλές πιέσεις κοντά στα 1700kPa είναι απαραίτητες για ξύλα μεγάλης πυκνότητας που είναι δύσκολο να συμπιεστούν. Οι επίπεδες μικρής έκτασης καλά πλανισμένες επιφάνειες, μπορούν να κολληθούν ικανοποιητικά σε μικρές πιέσεις, εντούτοις, λόγω της υψηλής πίεσης που τείνει να συμπιέζει τη σύνδεση μέσα στο ξύλο ή έξω από τη σύνδεση, απαιτούνται συγκολλητικά μεγαλύτερης συνοχής. Η μεγαλύτερη αυτή συνοχή μπορεί να επιτευχθεί με μεγαλύτερο χρόνο κόλλησης, γεγονός που επιτρέπει την απορρόφηση του υγρού διαλύτη από το ξύλο και την εξάτμισή του στον αέρα του περιβάλλοντος Συνδέσεις με κόλληση Κατά μήκος ενώσεις Οι κατά πρόσωπο ενώσεις (πλατιά πλευρά της σανίδας κατά μήκος) συναντώνται συχνά σε δομικά πολύστρωτα προϊόντα ξυλείας, όπου οι κολλημένες συνδέσεις είναι ισχυρότερες από το ξύλο. Οι κατά μήκος συνδέσεις (στενή πλευρά της σανίδας κατά μήκος) μπορεί να είναι σχεδόν τόσο ισχυρές όσο και το ξύλο σε διάτμηση παράλληλη με τις ίνες του κορμού και στον 85

86 εφελκυσμό εγκάρσια του κορμού. Η ένωση με μόρσο (προεξοχή και αυλάκωση) (εικόνα 3.12) όπως και άλλες συνδέσεις κατά μήκος έχουν θεωρητικά πλεονέκτημα σε ότι αφορά την αντοχή, λόγω της μεγαλύτερης περιοχής επιφάνειας από τις επίπεδες συνδέσεις, δεν έχουν όμως μεγαλύτερη αντοχή. Το θεωρητικό αυτό πλεονέκτημα χάνεται, ολικώς ή μερικώς, λόγω του γεγονότος ότι οι διαμορφωμένες πλευρές των δυο επιφανειών δεν μπορούν να επεξεργαστούν με αρκετή ακρίβεια έτσι ώστε να προκύψει τέλεια επαφή σε ολόκληρη την περιοχή σύνδεσης. Λόγω της φτωχής επαφής, η αποτελεσματική περιοχή σύνδεσης μπορεί να είναι μικρότερη σε μια διαμορφωμένη σύνδεση απ ότι σε μια επίπεδη επιφάνεια. Το πλεονέκτημα της σύνδεσης με μόρσο και άλλων διαμορφωμένων συνδέσεων είναι ότι τα στοιχεία μπορούν να ευθυγραμμιστούν πιο γρήγορα σε σφιγκτήρες συμπίεσης. Ενώσεις στα άκρα Εικόνα 3.12 Α επίπεδη σύνδεση, Β σύνδεση με μόρσο κατά μήκος Είναι πρακτικά αδύνατο να φτιάξουμε ακριακές συνδέσεις (εικόνα 3.13) αρκετά ισχυρές έτσι ώστε να καλύπτουν τις απαιτήσεις μια συνηθισμένης εργασίας με συμβατικές τεχνικές σύνδεσης. Ακόμα και με ειδικές τεχνικές δε μπορεί να ληφθεί παραπάνω από το 25% της εφελκυστικής αντοχής του ξύλου σε μια απλή σύνδεση (Α). Για να προσεγγίσουμε την αντοχή του συμπαγούς ξύλου, μία ένωση με μόρσο (Β) ή μια δακτυλοειδής σύνδεση (C,D,E) πρέπει να πλησιάζει κατά πολύ Εικόνα 3.13 Α απλή σύνδεση, Β λείο μόρσο, C οριζόντια δομική δακτυλοειδής σύνδεση, D κάθετη δομική δακτυλοειδής σύνεση, Ε μη δομική δακτυλοειδής σύνδεση 86

87 την κατά μήκος σύνδεση της ακριακής σύνδεσης. Η περιοχή της επιφάνειας αυτής της ακριακής σύνδεσης πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 φορές μεγαλύτερη από την επιμήκη περιοχή του κομματιού, λόγω του ότι το ξύλο έχει κατά προσέγγιση 10 φορές μεγαλύτερη αντοχή στον εφελκυσμό σε σχέση με την αντοχή του σε διάτμηση. Οι δακτυλοειδείς συνδέσεις μπορεί να κοπούν με προφίλ τόσο την πλατιά πλευρά (κάθετη σύνδεση) όσο και στην στενή πλευρά (οριζόντια σύνδεση), όπως φαίνεται στην εικόνα Αυτή είναι η μεγαλύτερη δυνατή περιοχή για σχεδιασμού διαμορφωμένων δακτύλων στην κάθετη σύνδεση, αλλά μια μακρύτερη κοπτική κεφαλή με περισσότερα μαχαίρια είναι χρήσιμη. Όταν η κόλλα στερεοποιείται σε μεγάλη θερμοκρασία, η στερεοποίηση είναι ταχύτερη με την κάθετη παρά με την οριζόντια σύνδεση. Μια μη δομική δακτυλοειδής σύνδεση με πολύ κοντύτερα δάχτυλα (Ε) από εκείνα των δυο δομικών δακτυλοειδών συνδέσεων φαίνεται και αυτή στην εικόνα Μια σύνδεση με μόρσo φαίνεται επίσης στην ίδια εικόνα (Β). Κλίσεις 1/12 ή πιο επίπεδες οδηγούν στη μέγιστη αντοχή. Αυτό ισχύει επίσης και για τις δακτυλιοειδείς συνδέσεις, αλλά η διαφορά του πάχους των αιχμών πρέπει να είναι μικρή και όχι μεγαλύτερη από 0.8mm. Ένα πάχος από 0.4mm έως 0.8mm, είναι περίπου το ελάχιστο για τις αιχμές των μηχανημάτων. Οξύτερες αιχμές μπορούν να δημιουργηθούν με τη βοήθεια ειδικών εργαλείων. Μια καλά κατασκευασμένη ακριακή ένωση είτε αυτή είναι με μόρσο είτε δακτυλοειδής, μπορεί να έχει μέχρι 90% της εφελκυστικής αντοχής του συμπαγούς ξύλου και να παρουσιάζει συμπεριφορά σχεδόν ίδια με αυτή τους συμπαγούς ξύλου. Εντούτοις, αποτελέσματα δοκιμών έχουν δείξει ότι οι πιθανότητες αποτυχίας μια καλά κατασκευασμένης σύνδεσης είναι ελάχιστα μικρότερη όταν συγκρίνεται με τα αποτελέσματα παρόμοιων δοκιμών για το συμπαγές ξύλο. Κατά μήκος ένωση με άκρο Οι απλές ακριακές με κατά μήκος συνδέσεις (εικόνα 3.14) είναι δύσκολο να σχεδιαστούν έτσι ώστε να μπορούν να φέρουν αξιόλογο φορτίο. Επιπρόσθετα, αναπτύσσονται εσωτερικές τάσεις λόγω των διαφορετικών 87

88 διαστάσεων των μελών και την αλλαγή περιεκτικότητας υγρασίας κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Τέτοιου είδους τάσεις μπορεί να είναι αρκετά μεγάλες ώστε να προκαλέσουν αστοχία της κατασκευής. Ως αποτέλεσμα, είναι αναγκαίο να σχεδιάζονται αυτές οι συνδέσεις με ενδασφαλισμένες επιφάνειες, όπως για Εικόνα Διάφοροι τύποι γωνιακών συνδέσεω ν παράδειγμα γόμφους, μόρσα, τένοντες, αρμούς, έτσι ώστε η άκρη του ενδασφαλιζόμενου κομματιού να ενώνεται με την άκρη του συνδεόμενου μέλους. Με αυτό τον τρόπο αυξάνεται επίσης και η επιφάνεια σύνδεσης. Όλες οι συνδέσεις αυτού του τύπου πρέπει να προστατεύονται από μεγάλες αλλαγές σε περιεκτικότητα υγρασίας κατά τη διάρκεια της ζωής τους. 88

89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΝΔΕΣΜΩΝ 4.1 Εισαγωγή Στην κατασκευή ξύλινων συνδέσεων, η πλήρης αντοχή ενός δομικού υλικού αναπτύσσεται σπάνια. Γενικά, οι ενώσεις αναγνωρίζονται ως τα πιο αδύναμα σημεία μιας κατασκευής αφού οι συνδέσεις δεν επιτρέπουν την πλήρη ανάπτυξη της αντοχής του υλικού. Οι διαμορφωμένες αυτές συνδέσεις τελικά, εκτός από άλλους παράγοντες, επηρεάζουν και τη φέρουσα ικανότητα και την αντοχή της σύνδεσης. Ο υπολογισμός της φέρουσας ικανότητας και της αντοχής της σύνδεσης αποτελεί ένα πολύπλοκο πρόβλημα που εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Ο σημαντικότερος από αυτούς τους παράγοντες είναι η αντοχή του δομικού υλικού, η μέθοδος φόρτισης, η αντοχή των διεπιφανειών που υπάρχουν στις ενώσεις και η μείωση της διατομής των ξύλινων δομικών στοιχείων διατομή καθώς αυτή διαμορφώνεται στα άκρα σύνδεσης [2-4]. Η αντοχή των ξύλινων δομικών υλικών έχει καθοριστεί από πολλές έρευνες και είναι ικανοποιητική για πρακτικούς σκοπούς [5-8]. Υπάρχουν επίσης πολλές τεχνικές αναφορές για τη φέρουσα ικανότητα και την αντοχή συνδέσεων επίπλων [9-11]. Αναφέρθηκε ότι ο σημαντικότερος παράγοντας είναι η γωνιακή σύνδεση δυο στοιχείων και η αντοχή της κόλλας, όταν αυτά δοκιμάζονται σύμφωνα με τις προβλεπόμενες δυνάμεις και φορτία για έπιπλα [12]. Οι ιδιότητες και οι τύποι των διεπιφανειών [13,14] και οι παράγοντες που επηρεάζουν τις μηχανικές τους ιδιότητες [15,16] έχουν επίσης καθοριστεί. Οι μηχανικές ιδιότητες και οι παράγοντες που επηρεάζουν τις διεπιφάνειες έχουν χωριστεί σε ομάδες τεχνολογικών χαρακτηριστικών (ακρίβεια εφαρμογής, ακρίβεια συναρμολόγησης, η σύνδεση πριν τη κόλληση, ελεγχόμενη πίεση κόλλησης, θέρμανση της κολλημένης ένωσης, μηχανισμός κατασκευής και 89

90 συναρμολόγησης συνδέσεων, εξοικονόμηση υλικού, χρήση στοιχείων φινιρίσματος της επιφάνειας) [17-19] και ομάδες αντοχής (ακαμψία και αντοχή σε φορτίο, τάσεις στις διεπιφάνειες, μέγεθος των κολλημένων επιφανειών, ανατομική επιφάνεια των συνδεόμενων μελών [20-22]. Γενικά, τέτοιου είδους διαδικασίες χρειάζονται αναλυτικές διαδικασίες για να καθορίσουν το μέγεθος και την κατανομή των δυνάμεων που δρουν μέσα σε ένα έπιπλο και τη συνοδευόμενη απόκλιση των συνδέσεων και των μελών τους. Ο σκοπός της κόλλας είναι η παροχή συνεχούς σύνδεσης ανάμεσα στα κολλημένα δομικά στοιχεία, το γέμισμα των κενών και των κοιλωμάτων που δημιουργούνται, αλλά και η μεταφορά των φορτίων. Για το λόγο αυτό απαιτούνται θερμοσκληρυνόμενα υλικά που έχουν τη δυνατότητα να γεμίζουν τα κενά και τα κοιλώματα, παρουσιάζοντας καλή κόλληση για διάφορα υλικά και είναι επίσης ανθεκτικά σε διάφορες περιεκτικότητες υγρασίας. Οι Mays και Hutchinson [23,24], όρισαν τις απαιτήσεις για τις κόλλες για περιπτώσεις κόλλησης με χάλυβα και σκυρόδεμα, οι οποίες είναι όμοιες με τις περιπτώσεις δομικών ξύλινων στοιχείων. Τυπικές ιδιότητες για τις κόλλες που χρησιμοποιούνται σε κατασκευές φαίνεται στον Πίνακα 4.1 [25]. Πίνακας 4.1 Τυπικές ιδιότητες για κόλλες [25] Οι εποξικές κόλλες έχουν ποικιλία πλεονεκτημάτων σε σχέση με άλλες ρητίνες που χρησιμοποιούνται για τη κόλληση ξυλείας και κατά κύριο λόγο είναι 90

91 ανθεκτικές σε ένα εύρος θερμοκρασίας από - 30 έως +60 ο C. Μπορούν να διαμορφώνονται σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών και μηχανικών απαιτήσεων μετά τη στερεοποίησή τους. 4.2 Ορισμός συνδέσμου για ανάλυση Ο σκοπός του κεφαλαίου αυτού είναι να γίνει μια προσπάθεια ανάλυσης μιας τυπικής σύνδεσης ξύλινων στοιχείων με σκοπό τη βελτιστοποίηση της σύνδεσης σε σχέση με την αντοχή του ξύλου και της κόλλας. Ως τυπική σύνδεση χρησιμοποιήθηκε η σύνδεση με μόρσο, όπως φαίνεται στην εικόνα 4.1 [26]. Ως σύνδεση με μόρσο ορίζεται η συνδεσμολογία δυο μελών με συμπληρωματικά οδοντωτά σχήματα. Στην εικόνα 4.1 φαίνεται η σύνδεση απλού μόρσου, όπου το ένα μέλος που συμμετέχει στη σύνδεση έχει μια προεξοχή στο κέντρο και το άλλο μέλος έχει δυο προεξοχές στις άκρες του. Οι προεξοχές και εσοχές της κατασκευής κάθε μέλους, συμπληρώνουν εναλλάξ την απλή σύνδεση με μόρσο. Αυτού του είδους η σύνδεση είναι σημαντική γιατί δίνει την πιο σταθερή σύνδεση για έπιπλα λόγω της μεγάλης επιφάνειας κόλλησης που δημιουργείται από το οδοντωτό μέρος του ξύλου, σε αναλογία με την επιφάνειά του. Η απόφαση μελέτης αυτού του είδους της σύνδεσης προέκυψε ύστερα από μελέτη της βιβλιογραφίας και η παρατήρηση ότι αποτελεί σημαντικό ζήτημα σε ότι αφορά στις συνδέσεις ξύλων και ειδικά για τον τομέα των επίπλων. Η επιλογή του συγκεκριμένου είδους ξύλου και της κόλλας έγινε με βάση την χρήση τους. Αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί ως υλικό των στοιχείων ξύλου η άσπρη φλαμουριά (white ash) και μια εποξική κόλλα. Η κόλλα μοντελοποιήθηκε ως ελαστικό ισότροπο υλικό με μέτρο ελαστικότητας GPa και λόγο Poisson 0.35 (πίνακας 4.1). Οι ορθότροπες ιδιότητες του ξύλου υπολογίστηκαν από τους πίνακες του Παραστήματος και του κεφαλαίου 3 ως:,,,, (σε GPa) και,,. 91

92 Εικόνα Απλή σύνδεση με μόρσο [25] Για την μοντελοποίηση του συνδέσμου χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ANSYS. Και για το ξύλο και για την κόλλα χρησιμοποιήθηκε το τρισδιάστατο στοιχείο SOLID45 του ANSYS, το οποίο φαίνεται στην εικόνα 4.2. Το στοιχείο έχει οχτώ κόμβους με συνολικά 24 βαθμούς ελευθερίας. Εικόνα Σχηματική αναπαράσταση του SOLID45 στοιχείου του ANSYS Ως παράμετροι της μοντελοποίησης θεωρήθηκαν το πάχος της κόλλας και το πλάτος του δοντιού του στοιχείου 1 ( ) σε σχέση με το πλάτος του 92

93 στοιχείου 2 ( ). Από έλεγχο της βιβλιογραφίας τα εύρη τιμών που χρησιμοποιήθηκαν ήταν από 0.05 έως 0.2 mm για το πάχος της κόλλας και 0.16 έως 0.5 για το λόγο. Τα άλλα μεγέθη θεωρήθηκαν σταθερά ( mm και mm) ενώ το συνολικό μήκος των στοιχείων ήταν 200 mm. Η κόλλα θεωρήθηκε τέλεια συνδεδεμένη με τα δύο στοιχεία του ξύλου στα δύο επίπεδά της, ενώ στις επιφάνειες πιθανής επαφής των ξύλινων στοιχείων λόγω παραμόρφωσης, χρησιμοποιήθηκαν ειδικά στοιχεία επαφής (contact elements). Αυτό κάνει την ανάλυση μη γραμμική και επομένως αυξάνει το χρόνο υπολογισμού σημαντικά αλλά συγχρόνως αυξάνει και την ακρίβεια υπολογισμού. 4.3 Μοντελοποίηση και φορτίσεις Τυπικές μοντελοποιήσεις (διακριτοποίηση) του συνδέσμου παρουσιάζονται στις εικόνες 4.3 και 4.4. Όπως φαίνεται στις εικόνες η διακριτοποίηση είναι ελαφρά πιο πυκνή στην περιοχή της κόλλησης για καλύτερη ακρίβεια των αποτελεσμάτων αλλά και γρήγορη επίλυση. Η δεξιά επιφάνεια του στοιχείου 2 πακτώθηκε και θεωρήθηκαν δύο φορτίσεις: (α) μετατόπιση της πίσω επιφάνειας του στοιχείου 1 κατά 1 mm στην διεύθυνση παράλληλα του κορμού του στοιχείου 2 (φόρτιση Α) και (β) μετατόπιση της πίσω επιφάνειας του στοιχείου 1 κατά 1 mm στην διεύθυνση εγκάρσια του κορμού του στοιχείου 2 (φόρτιση Β). Οι δύο τύπου φορτίσεων παρουσιάζονται σχηματικά στην εικόνα 4.5 ενώ η αντίστοιχη κατανομή των αξονικών και εγκάρσιων μετατοπίσεων στην εικόνα

94 Εικόνα 4.3 Τυπική διακριτοποίηση της σύνδεσης και λεπτομέρεια στην περιοχή της κόλλησης Εικόνα 4.4 Τυπικές διακριτοποιήσεις για το μικρότερο και το μεγαλύτερο πλάτος του δοντιού 94

95 Εικόνα 4.5 Τυπικές αποκλίσεις για τις φορτίσεις Α και Β (Χ 20) Εικόνα 4.6 Τυπικές κατανομές των αξονικών (φόρτιση Α) και εγκάρσιων μετατοπίσεων (φόρτιση Β) 4.4 Παραμετρικές αναλύσεις Μεταβάλλοντας το πάχος της κόλλας καθώς και το πλάτος του δοντιού υπολογίζουμε σε κάθε ανάλυση τρεις μεταβλητές: τη μέγιστη κύρια τάση του στοιχείου 1, τη μέγιστη κύρια τάση του στοιχείου 2 και τη μέγιστη διατμητική τάση στην κόλλα. Οι τάσεις αυτές μπορούν να συγκριθούν με τις αντίστοιχες αντοχές για να ελεγχθεί η αντοχή της σύνδεσης. Τυπικές κατανομές της μέγιστης κύριας τάσης για τα δύο στοιχεία του ξύλου παρουσιάζονται στη εικόνα 4.7 για τη φόρτιση Α και στην εικόνα 4.8 για τη φόρτιση Β. Οι κατανομές αυτές αντιστοιχούν στις μέσες τιμές των παραμέτρων, δηλαδή, mm και. Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων παρουσιάζονται στα διαγράμματα 4.1 έως 4.4. Τα διαγράμματα δείχνουν τις μέγιστες κύριες τάσεις στα δύο στοιχεία του ξύλου καθώς και την μέγιστη διατμητική τάση στην κόλλα. Για την φόρτιση Α συμπεραίνουμε ότι η αύξηση του πάχους του δοντιού οδηγεί σε σημαντική μείωση της τάσης στο στοιχείο 1 και σε σημαντική αύξηση της τάσης στο στοιχείο 2. Αυτό προφανώς οφείλεται στην αντίστοιχη αύξηση του μεγέθους του δοντιού του στοιχείου 1 και στη μείωση του όγκου του στοιχείου 2 που συμμετέχει στην κόλληση. Η μείωση της τάσης στο στοιχείο 1 είναι περίπου 57% ενώ η αύξηση της τάσης στο στοιχείο 2 95

96 είναι περίπου 58%. Η αύξηση του πάχους του δοντιού δεν επηρεάζει σημαντικά την διατμητική τάση στην κόλλα. Αντίθετα, από το διάγραμμα 4.2 συμπεραίνουμε ότι η αύξηση του πάχους της κόλλας δεν επηρεάζει τις τάσεις στο στοιχείο 1 και αυξάνει μόνο ελάχιστα τις τάσεις στο στοιχείο 2. Εντούτοις, έχουμε σημαντική μείωση της διατμητικής τάσης στην κόλλα κατά περίπου 22%. Για την φόρτιση Β μπορούμε να παρατηρήσουμε από τα διαγράμματα 4.3 και 4.4. ότι έχουμε παρόμοιες συμπεριφορές εκτός από την επίδραση της αύξησης του πάχους του δοντιού στην διατμητική τάση στην κόλλα κατά περίπου 100%, παίρνοντας όμως υπόψη ότι γενικά σε αυτή την περίπτωση οι διατμητικές τάσεις είναι σημαντικά μικρότερες από αυτές που αναπτύσσονται κατά την φόρτιση Α. Η αύξηση του πάχους του δοντιού οδηγεί σε μείωση κατά 37% της τάσης στο στοιχείο 1 και αύξηση κατά 160% της τάσης στο στοιχείο 2. Κατά τη φόρτιση Β παρατηρούμε μικρή επίδραση της αύξησης του πάχους της κόλλας. 96

97 Εικόνα 4.7 Τυπικές κατανομές της μέγιστης κύριας τάσης στα δύο στοιχεία ξύλου για τη φόρτιση Α 97

98 Εικόνα 4.8 Τυπικές κατανομές της μέγιστης κύριας τάσης στα δύο στοιχεία ξύλου για τη φόρτιση Β 98

99 Διάγραμμα 4.1 Σχέση μεταξύ των αναπτυσσόμενων τάσεων και του λόγου b1/b για τη φόρτιση Α Διάγραμμα 4.2 Σχέση μεταξύ των αναπτυσσόμενων τάσεων και του πάχους της κόλλας για τη φόρτιση Α 99

100 Διάγραμμα 4.3 Σχέση μεταξύ των αναπτυσσόμενων τάσεων και του λόγου b1/b για τη φόρτιση Β Διάγραμμα 4.4 Σχέση μεταξύ των αναπτυσσόμενων τάσεων και του πάχους της κόλλας για τη φόρτιση Β 100

101 ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] Wood handbook Wood as an engineering material. Gen Tech. Rep. FLP- GTR Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 1999 [2] Eckelman CA. Textbook of product engineering and strength design of furniture. West Lafayette (IN): Purdue University Press; 2003 [3] Eckelman CA. Erdil YZ. Joint Design Manual for Furniture Frames Constructed of Plywood and Oriented Strand Board. Ext. Pub. FNR ; p.34 [4] Smardzewski J, Papuga T. Stress distribution in angle joints of skeleton furniture. J Pol Agric Univ 2004:7 [5] Tankut AN, Tankut N. The effects of joint forms (shape) and dimensions on the strengths of mortise and tenon joints. Turkish J Agric Forest 2005;29(6): [6] Eckelman CA, Munz S. Rational design of cases with front frames and semi- rigid joints. Forest Prod J 1987;37(6): [7] Vassiliou V, Barboutis I. Strength of furniture joints constructed with biscuits. In: Intl. Conf. of NABYTOK. Faculty of Wood science and Technology, Technical Univ; 2008 [in Zvolen]. [8] Dai L, Zhang J, Quin JF. Lateral and tensile resistances of glued face- to- face and end- to- face joints in pine plywood and oriented strandboard. Forest Prod J2008;58(3):50 4. [9] Ho CL, Eckelman CA. The use of performance tests in evaluating joint and fastener strength in case furniture. Forest Prod J 1994;44(9): [10] Zhang JL, Efe H, Erdil YZ, Kasal A, Han N. Moment resistance of multiscrew 101

102 L- type corner joints. Forest Prod J 2005;55(10): [11] Tankut N. Moment resistance of corner joints connected with different RTA fasteners in cabinet construction. Forest Prod J 2006;56(4): [12] Tas HH. Strength properties of L- profiled furniture joints constructed with laminated wooden panels. Sci Res Essays 2010;5(6): [13] Tankut N. The effect of adhesive type and bond line thickness on the strength of mortise and tenon joints. Int J Adhes Adhes 2007;27(6): [14] Tankut AN, Tankut N. Investigations the effects of fastener, glue, and composite material types on the strength of corner joints in case- type furniture construction. Mater Des 2009;30: [15] Bowyer JL, Shmulsky R, Haygreen JG. Forest products and wood science. 4 th ed. Iowa. USA: Iowa State Press. A Blackwell Publishing Company; [16] Veselovsky RA, Kestelman VN. Adhesion of polymers. USA: The McGraw- Hill; [17] Tankut AN. Design of panel and panel- on- frame bookshelves and cabinets, PhD Thesis. Purdue Univ; p [18] TS Ahsap Birlestirmeler- Zıvanalı Birleßstirme Kuralları, T.S.E., Ankara, [19] Joyce E. The technique of furniture making. 4th ed. London, UK: B T Batsford Ltd.; 2000 [Revised by Alan Peters]. [20] Eckelman CA. Adhesive- based joints in particleboard and medium density fiberboard. AES A review and summary of relevant published literature on fasteners and their use with particleboard and MDF. 102

103 Gaithersburg: National Particleboard Association; 1990 [chapter III]. [21] Lin SC, Eckelman CA. Rigidity of furniture cases with various joints constructions. Forest Prod J 1987;37(1):23 7. [22] Rabiej RJ, Ramrattan SN, Droll WJ. Factors affecting the load bearing capacity of MOD- EEZ connectors. Forest Prod J 1993;43(9):49:57. [23] Mays GC, Hutchinson AR. Engineering property requirements for structural adhesives. Proc inst Civ Eng Part ; 85:485}501 [24] Mays GC, Hutchinson AR. Adhesives in civil engineering. Cambridge: University Press, [25] Broughton JG, Hutchinson AR. Adhesive systems for structural connections in timber, Int.J. Adhesion & Adhesives 2001; 21: [26] Tankut AN, Tankut N. Section modulus of corner joints in furniture frames as engineering design criteria for their efficient construction. Materials & Design 2010, in press. 103

104 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Πίνακας Α - Λειτουργικές και δυναμικές ιδιότητες συγκολλητικών με τυπικές χρήσεις 104

105 Πίνακας Α - Λειτουργικές και δυναμικές ιδιότητες συγκολλητικών με τυπικές χρήσεις (συνέχεια) 105

106 Πίνακας Β - Ιδιότητες δυνάμεων ορισμένωνξύλων εμπορικής σημασίας πυ μεγαλώνουν στις ΗΠΑ 106

107 Πίνακας Β- Ιδιότητες δυνάμεων ορισμένων ξύλων εμπορικής σημασίας πυ μεγαλώνουν στις ΗΠΑ (συνέχεια) 107

108 Πίνακας Β - Ιδιότητες δυνάμεων ορισμένων ξύλων εμπορικής σημασίας πυ μεγαλώνουν στις ΗΠΑ (συνέχεια) 108

109 Πίνακας Β - Ιδιότητες δυνάμεων ορισμένων ξύλων εμπορικής σημασίας πυ μεγαλώνουν στις ΗΠΑ (συνέχεια) 109

110 Πίνακας Β- Ιδιότητες δυνάμεων ορισμένων ξύλων εμπορικής σημασίας πυ μεγαλώνουν στις ΗΠΑ (συνέχεια) 110