ΜΕΤΑΞΥ ΘΛΙΨΙΓΕΝΟΥΣ ΚΑΙ ΚΑΝΟΝΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ΞΥΛΟΥ ΕΛΑΤΗΣ»

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΓΚΟΜΙΔΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΔΑΣΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΟΧΡΗΣΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ «ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΘΛΙΨΙΓΕΝΟΥΣ ΚΑΙ ΚΑΝΟΝΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ΞΥΛΟΥ ΕΛΑΤΗΣ» ΕΛΕΝΗ Ν. ΤΣΑΛΙΚΙΔΟΥ ΔΑΣΟΛΟΓΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

2 Μετά την ολοκλήρωση της ερευνητικής αυτής εργασίας, θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες προς τον επιβλέποντα καθηγητή μου, αναπληρωτή καθηγητή κ.κωνσταντίνο Πασιαλή και προς τον καθηγητή κ.ηλία Βουλγαρίδη για το ενδιαφέρον, τις συμβουλές, την ηθική και επιστημονική στήριξη τους που μου παρείχαν κατά την διάρκεια των μεταπτυχιακών μου σπουδών. Ακόμα οφείλω να ευχαριστήσω όλους τους υποψήφιους διδάκτορες και μεταπτυχιακούς φοιτητές του εργαστηρίου Υλοχρηστικής για την πολύτιμη βοήθεια τους. Η έγκριση της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής από τη Σχολή Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέα (Ν. 5343/32, άρθρο 202, παρ. 2).

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ξύλο ως υλικό Αυξητικές ακανονιστίες.2 2. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Ξύλο με ακανόνιστη δομή Εφελκυσμογενές ξύλο Θλιψιγενές ξύλο Μηχανικές ιδιότητες Γενικά Μηχανικές ιδιότητες Αντοχή σε στατική κάμψη Αντοχή σε θλίψη Αντοχή σε εφελκυσμό Αντοχή σε διάτμηση Αντοχή σε κρούση Σκληρότητα Θραύση θλιψιγενούς ξύλου Παράγοντες που καθορίζουν τις μηχανικές ιδιότητες θλιψιγενούς ξύλου ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Υλικό και μέθοδος ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ Αντοχή σε στατική κάμψη Αντοχή σε αξονική θλίψη Αντοχή σε κρούση...73

4 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ SUMMARY ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

5 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Το ξύλο ως υλικό Κύριο προϊόν των δασών είναι το ξύλο. Το ξύλο αποτελεί από αρχαιοτάτων χρόνων πολύτιμη πρώτη ύλη για την παραγωγή ενός μεγάλου αριθμού προϊόντων. Υπηρετεί τον άνθρωπο και έχει συντελέσει αποφασιστικά τόσο στην επιβίωση του όσο και στην εξέλιξη και πρόοδο του πολιτισμού του. Σήμερα, παρά τον ανταγωνισμό του από άλλα υλικά, όπως μέταλλα, πλαστικά, τσιμέντο, κ.α. εξακολουθεί και θα εξακολουθήσει να αποτελεί μοναδική και πολύτιμη ύλη για τον άνθρωπο. Αυτό γίνεται φανερό από τη συνεχή αύξηση της κατανάλωσης και των χρήσεων του σε παγκόσμια κλίμακα. Η μεγάλη σημασία και η μοναδικότητα του ξύλου ως πρώτης ύλης για διάφορα προϊόντα οφείλεται σε ορισμένα πλεονεκτήματα που έχει σε σχέση με άλλα υλικά. Τα πλεονεκτήματα αυτά είναι: Είναι ανανεώσιμο βιολογικό υλικό και παράγεται από μεγάλο αριθμό δασικών δένδρων. Αποτελεί πηγή πολλών προϊόντων που πολλά από αυτά είναι πρώτης ανάγκης. Παρουσιάζει αισθητική υπεροχή, ποικιλία χρωμάτων, υφής και σχεδίασης. Είναι υλικό ευκατέργαστο, έχει μεγάλη μηχανική αντοχή σε σχέση με το βάρος του, καλές μονωτικές ιδιότητες και αποτελεί κυρίαρχη πηγή κυτταρίνης. Παράγεται σε μεγάλες σχετικά διαστάσεις, παρουσιάζει αντιρρυπαντική συμπεριφορά και έχει μικρή σχετικά τιμή. Το ξύλο όμως παρουσιάζει και τα εξής μειονεκτήματα: Είναι υγροσκοπικό υλικό και οι διαστάσεις του μεταβάλλονται με πρόσληψη ή απώλεια υγρασίας. Παρουσιάζει μεταβλητότητα δομής και ιδιοτήτων και είναι ανισότροπο υλικό. Προσβάλλεται από μικροοργανισμούς Αλλοιώνεται ή σαπίζει, καίγεται. Επηρεάζεται από το περιβάλλον και τη κληρονομικότητα (Βουλγαρίδης 2007)

6 1.2 Αυξητικές ακανονιστίες Αποκλίσεις από την κανονική δομή του ξύλου δεν είναι σπάνιες γιατί τα δένδρα είναι ζωντανοί οργανισμοί και κατά την διάρκεια της μακροχρόνιας ζωής τους βρίσκονται κάτω από την επίδραση διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν την αύξηση τους και προκαλούν ακανονιστίες στη δομή του ξύλου. Αυξητικές ακανονιστίες που ελαττώνουν, περισσότερο ή λιγότερο, την αξία χρήσεως του ξύλου για τεχνικές κατασκευές, επειδή έχουν δυσμενή επίδραση στην εμφάνιση και στις ιδιότητες του, ονομάζονται ελαττώματα (σφάλματα). Οι αυξητικές ακανονιστίες είναι: 1. αποκλίσεις δένδρων από την τυπική εξωτερική μορφή, 2. αποκλίσεις από την ευθυΐνια, 3. ακανόνιστη διάταξη αυξητικών δακτυλίων, 4. ξύλο με ακανόνιστη δομή (θλιψιγενές, εφελκυσμογενές), 5. διακοπή της συνέχειας ιστών ξύλου, 6. χρωματικές ανωμαλίες και 7. ακανονιστίες από τραυματισμό (Τσουμής 2000, Βουλγαρίδης 2007, Tsoumis 1968, Tsoumis 1991). 1. Αποκλίσεις δένδρων από την τυπική εξωτερική μορφή Τυπικά ένα δένδρο είναι κατακόρυφο και πρακτικά κυλινδρόμορφο με κυκλική διατομή. Στις αποκλίσεις από αυτή την τυπική μορφή περιλαμβάνονται: κλίση του κορμού με διατήρηση της ευθυτένειας του, κάμψη, γονατοειδής (πιστολοειδής) βάση (Εικόνα 1.1), κωνικομορφία, διόγκωση της βάσεως, διχάλωση (Εικόνα 1.2) και απόκλιση από την κυκλική διατομή (ελλειψοειδής, κυματοειδής ή ακανόνιστη διατομή). Εικόνα 1.1 Γονατοειδής ή πιστολοειδής βάση του είδους Thuja occidentalis (Timell 1986)

7 Εικόνα 1.2 Διχάλωση κορμού του είδους Picea abies (Timell 1986). 2. Αποκλίσεις από την ευθυΐνια Στην μορφή αυτής της ακανονιστίας περιλαμβάνεται κυρίως η στρεψοΐνια (Εικόνα 1.3). Στρεψοΐνια είναι η στρέψη (σπειροειδής διάταξη) των ινών του ξύλου γύρω από τον άξονα του κορμού του δένδρου. Υπάρχουν μερικές περιπτώσεις όπου η διεύθυνση των ινών εναλλάσσεται κατά διαστήματα, μερικά χρόνια οι ίνες παρουσιάζουν διάταξη προς ορισμένη διεύθυνση, ύστερα αυτή αντιστρέφεται και στη συνέχεια επανέρχεται στην αρχική. Η διάταξη αυτή ονομάζεται σύνθετη στρεψοΐνια. Επίσης υπάρχει και το ελάττωμα τις λοξοΐνιας που εμφανίζεται όταν η κατεργασία του ξύλου δε γίνεται παράλληλα με τις ίνες ή όταν τα δένδρα παρουσιάζουν αποκλίσεις από την τυπική εξωτερική μορφή. Εικόνα 1.3 Σπειροειδής διάταξη των ινών του ξύλου του είδους Pinus sylvestris (Timell 1986)

8 3. Ακανόνιστη διάταξη αυξητικών δακτυλίων Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται: εκκεντρότητα, ψευδείς δακτύλιοι, ασυνεχείς δακτύλιοι, οδοντωτοί δακτύλιοι και διπυρήνωση ή πολυπυρήνωση. Εκκεντρότητα είναι η έκκεντρη τοποθέτηση της εντεριώνης στην εγκάρσια τομή, με αποτέλεσμα οι αυξητικοί δακτύλιοι να είναι πλατύτεροι προς τη μια και στενότεροι προς την απέναντι πλευρά. Ψευδείς δακτύλιοι δημιουργούνται όταν κατά τη διάρκεια μιας αυξητικής περιόδου παράγονται φαινομενικά δυο ή σπάνια περισσότεροι αυξητικοί δακτύλιοι (Εικόνα 1.4 Αβ, Γ). Ασυνεχείς δακτύλιοι είναι εκείνοι που δεν σχηματίζουν ολόκληρο κύκλο γύρω από την εντεριώνη (Εικόνα 1.4 Αα, Β). Διπυρήνωση ή πολυπυρήνωση υπάρχει όταν παρουσιάζονται δυο ή περισσότερες εντεριώνες στην εγκάρσια τομή. Εικόνα 1.4 Ασυνεχείς δακτύλιοι (Αβ, Γ) και ψευδείς δακτύλιοι (Αα, Β) σε άρκευθο (Τσουμής 2000) 4. Ξύλο με ακανόνιστη δομή (θλιψιγενές, εφελκυσμογενές) Θλιψιγενές ή εφελκυσμογενές ξύλο δημιουργείται σε κορμούς που αποκλίνουν από την τυπική, κατακόρυφη θέση και στα κλαδιά των δένδρων. Θλιψιγενές ξύλο σχηματίζεται μόνο στα κωνοφόρα (Εικόνα 1.5) και εφελκυσμογενές μόνο στα πλατύφυλλα. Στο θλιψιγενές η κάτω πλευρά του ξύλου «θλίβεται» (συμπιέζεται) ενώ σε κυρτώμενους κορμούς πλατυφύλλων το εφελκυσμογενές ξύλο σχηματίζεται προς την πάνω πλευρά που εφελκύεται

9 Εικόνα 1.5 Εγκάρσια τομή θλιψιγενούς ξύλου του είδους Picea rubens (Timell 1986). 5. Διακοπή συνέχειας ιστών Στην κατηγορία αυτή υπάγονται οι ραγάδες και οι ρητινοθύλακες. Ραγάδες υπάρχουν διαφόρων ειδών: θλιψιγενείς, τοξοειδείς, περιφερειακές, διαμετρικές και αστεροειδείς (Εικόνα 1.6). Οι ραγάδες αυτές δεν είναι εξωτερικά ορατές αλλά φαίνονται μετά την υλοτομία των δένδρων. Ρητινοθύλακες βρίσκονται στα κωνοφόρα με ρητινοφόρους αγωγούς και πρόκειται για επιμήκη, φακοειδή ανοίγματα με ρητίνη. Εικόνα 1.6 Ραγάδες: Α. θλιψιγενής (με εξόγκωμα), Β. περιφερειακή, Γ. τοξοειδής (Τσουμής 2000). 6. Χρωματικές ανωμαλίες Χρωματικές ανωμαλίες πολλές φορές οφείλονται σε βακτήρια και μύκητες ή τραυματισμό, αλλά μερικές φορές οι αιτίες είναι άγνωστες. Οι παρασιτικές - 5 -

10 χρωματικές ανωμαλίες είναι η κυάνωση, αρχικά στάδια σήψεως κ.α.. Στις μη παρασιτικές περιλαμβάνονται: χρωματικές κηλίδες, εγκλεισμένο σομφό, ακανόνιστο (κόκκινο) εγκάρδιο της οξιάς, καστανό εγκάρδιο του φράξου, παγοεγκάρδιο και προστατευτικό ξύλο. 7. Τραυματικές ακανονιστίες Ο τραυματισμός δένδρων μπορεί να προκαλεί χρωματικές ανωμαλίες αλλά προκαλεί και ακανονιστίες δομής. Τα δένδρα αντιδρούν με τη δημιουργία επουλωτικού ιστού. Ανάλογα με το μέγεθος του τραύματος και τη ζωτικότητα του δένδρου, το τραύμα μπορεί βαθμιαία να επουλωθεί. Ειδικότερα ο τραυματισμός κωνοφόρων δένδρων προκαλεί τη δημιουργία τραυματικών ρητινοφόρων αγωγών ακόμα και σε είδη που δεν υπάρχουν κανονικοί ρητινοφόροι αγωγοί. Τραυματισμός δένδρων μπορεί να προκληθεί από πολλούς οργανικούς παράγοντες (άνθρωποι, ζώα, έντομα και φυτά) ή από ανόργανους παράγοντες (ήλιος, παγετός, κεραυνός, χαλάζι)(τσουμής 2000). Οι παραπάνω αυξητικές ακανονιστίες δημιουργούν και αποκλίσεις από την κανονική δομή του ξύλου, με συνέπεια την παραγωγή ξύλου κατώτερου ποιοτικά. Οι αποκλίσεις του ξύλου από την κανονική δομή έχουν αρνητικές επιδράσεις στην ποιότητα του ξύλου και αναφέρονται σε: Μεταβολές στη μακροσκοπική εμφάνιση του ξύλου (π.χ. ανεπιθύμητοι μεταχρωματισμοί, ανομοιογένεια της εμφάνισης των διαφόρων τομών) Μεταβολές στη μικροσκοπική εμφάνιση και υποδομή του ξύλου (π.χ. σχήμα και διαστάσεις κυττάρων, κυτταρικά τοιχώματα, διάταξη μικροϊνιδίων, βαθμός κρυσταλλικότητας) Μεταβολές στη χημική σύσταση Μεταβολές των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων (διαστασιακές μεταβολές, διαπερατότητα, πυκνότητα, διαφοροποίηση σε διάφορες μηχανικές ιδιότητες) Εμφανιζόμενα σφάλματα μετά την μηχανική κατεργασία και ξήρανση - 6 -

11 Άλλα σφάλματα που έχουν αρνητικές επιδράσεις στην ποιότητα του ξύλου είναι: α) οι ρόζοι (χαλαροί και σύμφυτοι) που προκαλούν αποκλίσεις από την εύθυΐνια και περιέχουν θλιψιγενές ή εφελκυσμογενές ξύλο. Έχουν δυσμενή επίδραση στην μηχανική αντοχή, στην ξήρανση, στην κατεργασία και στην συγκόλληση του ξύλου. β) προσβολές από τον ιξό. Από την ύπαρξη και είσδυση των «ριζών» του ιξού μέσα στο ξύλο δημιουργούνται τρύπες στο κορμό των δένδρο ώστε να μειώνεται η ποιότητα του ξύλου. γ) η εντεριώνη που έχει διαφορετική δομή από το ξύλο. Η παρουσία της συντελεί στην ελάττωση της μηχανικής αντοχής και διάρκειας, και στη στρέβλωση ξυλείας και κατασκευών. δ) το ανώριμο ξύλο που επηρεάζει σημαντικά την πυκνότητα, την υγροσκοπικότητα, τις διαστασιακές μεταβολές, τις μηχανικές ιδιότητες και την διαπερατότητα του ξύλου. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στο θλιψιγενές ξύλο που εμφανίζεται σε κωνοφόρα και συγκεκριμένα στην ελάτη του πανεπιστημιακού δάσους Περτουλίου και το οποίο αναλύεται στα επόμενα κεφάλαια

12 2. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ 2.1 Ξύλο με ακανόνιστη δομή Το ξύλο ακανόνιστης δομής χαρακτηρίζεται από διαφοροποίηση της δομής και της χημικής σύστασης του σε σύγκριση με τυπικό, κανονικό ξύλο με αποτέλεσμα να επηρεάζονται οι ιδιότητες του και γενικά η αξιοποίηση του. Ο σχηματισμός τέτοιου ξύλου προέρχεται από τυχόν απόκλιση των κορμών των δένδρων από την τυπική κατακόρυφη θέση τους και την προσπάθεια τους να διατηρηθούν στη θέση αυτή, πράγμα που επιτυγχάνουν με κάμψη τους. Ξύλο ακανόνιστης δομής παρουσιάζεται και στα κλαδιά των δένδρων. Το ξύλο ακανόνιστης δομής περιλαμβάνει το θλιψιγενές ξύλο που εμφανίζεται στα κωνοφόρα και το εφελκυσμογενές ξύλο που εμφανίζεται στα πλατύφυλλα. Σε μια εγκάρσια τομή ενός καμπτόμενου κορμού, το ξύλο ακανόνιστης δομής εμφανίζεται κατά κανόνα μονόπλευρα (προς τη θλιβόμενη πλευρά για το θλιψιγενές και προς την εφελκυόμενη πλευρά για το εφελκυσμογενές ξύλο, Σχήμα 2.1 Α, Β ) ενώ η εντεριώνη είναι έκκεντρα τοποθετημένη αν και έχει παρατηρηθεί ότι σχηματίζεται και προς τις δυο πλευρές (Σχήμα 2.1 Γ, Δ) Σχήμα 2.1 Θέσεις σχηματισμού ξύλου ακανόνιστης δομής Α. θλιψιγενές ξύλο (κωνοφόρο) και Β. εφελκυσμογενές ξύλο (πλατύφυλλο). Γ,Δ μετά από κυκλική κάμψη (Τσουμής 2000)

13 Η δημιουργία ξύλου ακανόνιστης δομής έχει συνδεθεί με διάφορα αίτια (μηχανικές τάσεις, φως, βαρύτητα, αυξίνη, δράση του αέρα κ.λ.π.) αλλά η εξήγηση του φαινόμενου δεν είναι ακόμα σαφής. Το ξύλο ακανόνιστης δομής δεν περιορίζεται μόνο στο σημείο κάμψεως του κορμού αλλά επεκτείνεται και σε αρκετό ύψος στο ευθύ τμήμα του κορμού (Βουλγαρίδης 2007) Εφελκυσμογενές ξύλο Το εφελκυσμογενές ξύλο εμφανίζεται σε κυρτωμένους κορμούς πλατυφύλλων στην πάνω πλευρά όπου αναπτύσσονται τάσεις εφελκυσμού και είναι μια φυσιολογική αντίδραση απέναντι στις δυνάμεις της βαρύτητας. Το εφελκυσμογενές ξύλο σχετίζεται με έκκεντρη αύξηση και παρουσιάζεται στην περιοχή των πλατύτερων αυξητικών δακτυλίων σε ημισεληνοειδείς θέσεις. Είναι πυκνότερο από το κανονικό ξύλο που το περιβάλλει και έχει ανοιχτότερο χρώμα (Εικόνα 2.1). Εικόνα 2.1 Εγκάρσια τομή εφελκυσμογενούς ξύλου ( Ο σχηματισμός αυτού του ξύλου αποτελεί αντίδραση του δένδρου στα εξωτερικά ερεθίσματα που δέχεται. Η πιο κοινή αιτία του εφελκυσμογενούς ξύλου είναι η κλίση του δένδρου. Το εφελκυσμογενές ξύλο μπορεί επίσης να σχηματισθεί και από την επίδραση του ανέμου ή από άλλες δυνάμεις που κάμπτουν το δένδρο στην προσπάθεια του να αντισταθεί στις δυνάμεις αυτές. Τέλος, η μορφή αυτή - 9 -

14 ξύλου ακανόνιστης δομής μπορεί να διαμορφωθεί εξαιτίας του φωτός όπου ο κορμός κάμπτεται προς το φως. Το εφελκυσμογενές ξύλο μπορεί να διαμορφωθεί οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια ζωής του δένδρου, αλλά τα νέα σε ηλικία δένδρα υπόκεινται περισσότερο στο σχηματισμό του. Αυτό κατά ένα μεγάλο ποσοστό συμβαίνει επειδή τα νεαρά δένδρα είναι μικρά και πιο εύκαμπτα από τα μεγαλύτερα και επίσης μπορούν να καμφθούν εύκολα από το χιόνι, τον πάγο ή τον αέρα ή από τις μεταβολές της ηλιοφάνειας (Maeglin 1987). Σε σύγκριση με το κανονικό ξύλο το εφελκυσμογενές ξύλο έχει λιγότερα αγγεία που έχουν μικρότερη διάμετρο, περισσότερες ίνες και για ίδιο πλάτος ξύλου λιγότερους δακτυλίους (Huges 1965). Το εφελκυσμογενές ξύλο παρουσιάζει σημαντικές αλλαγές στη δομή του κυτταρικού τοιχώματος σε σύγκριση με το κανονικό ξύλο. Η δομή του κυτταρικού τοιχώματος κανονικού ξύλου αποτελείται από το πρωτογενές τοίχωμα, το δευτερογενές και την μεσοκυττάρια στρώση. Το δευτερογενές τοίχωμα αποτελείται από 3 στρώσεις την S1, S2 και S3. Σε πολλά είδη όπως στην οξιά, λεύκη, δρυ και καστανιά, το εφελκυσμογενές ξύλο περιλαμβάνει ίνες με μια ειδική μορφολογία και χημική σύσταση (Σχήμα 2.2) και οι ίνες αυτές ονομάζονται ζελατινώδεις ίνες (Clair et al. 2005). Σχήμα 2.2 Τρισδιάστατη δομή ίνας σε λεύκη. Α) κανονικού ξύλου Β) εφελκυσμογενούς ξύλου (Gunnerås 2005). Οι ίνες αυτές αποτελούν την ζελατινώδη στρώση (G-layer) η οποία έχει υψηλή περιεκτικότητα σε κυτταρίνη και υψηλό βαθμό κρυσταλλικότητας (Εικόνα 2.2). Η ζελατινώδη στρώση μπορεί να βρίσκεται πάνω στη στρώση S3 ή να την αντικαθιστά, ή να αντικαθιστά τις στρώσεις S2 και S3, δηλαδή να βρίσκεται πάνω στη στρώση S1. Τα μικροϊνίδια της ζελατινώδους στρώσης τείνουν να είναι παράλληλα προς τον άξονα του κυττάρου (Τσουμής 2000)

15 Εικόνα 2.2 Εγκάρσια τομή ξυλώματος στα αριστερά κανονικού ξύλου και στα δεξιά εφελκυσμογενούς ξύλου με ζελατινώδεις ίνες (Gunnerås 2005). Επίσης οι ζελατινώδεις ίνες έχουν υψηλότερη πυκνότητα από τις κανονικές ίνες και ρικνώνονται και διογκώνονται περίπου 2 έως 2,5 φορές περισσότερο κατά μήκος. Η διαφορετική ρίκνωση μεταξύ κανονικού και εφελκυσμογενούς ξύλου οδηγεί σε στρέβλωση του ξύλου κατά την ξήρανση του (Maeglin 1987). Το εφελκυσμογενές ξύλο έχει μικρότερη ποσότητα λιγνίνης και μεγαλύτερη ποσότητα κυτταρίνης σε σχέση με το κανονικό ξύλο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ζελατινώδης στρώση αποτελείται κατά 98% από κυτταρίνη. Επίσης στο εφελκυσμογενές ξύλο η περιεκτικότητα σε πεντόζη και σε ακετυλένιο είναι μικρότερη σε σχέση με ξύλο κανονικής δομής ενώ η περιεκτικότητα σε γαλακτάνη είναι μεγαλύτερη στο εφελκυσμογενές ξύλο (Πίνακας 2.1) (Rowell et. al 2005). Πίνακας 2.1 Χημική σύσταση κανονικού και εφελκυσμογενούς ξύλου (Schwerin 1958). Χημική σύσταση κυτταρικού τοιχώματος Κανονικό ξύλο Εφελκυσμογενές ξύλο Λιγνίνη 29 % 14 % Κυτταρίνη 44 % 57 % Πεντοζάνη 15 % 11 % Ακετυλένιο 3 % 2 % Γαλακτάνη 2 % 7 %

16 Το εφελκυσμογενές ξύλο έχει μικρότερες μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με το κανονικό ξύλο (Panshin and de Zeeuw 1980). Για παράδειγμα, το μέτρο ελαστικότητας σε κάμψη, το μέτρο θραύσεως σε στατική κάμψη και η αντοχή σε αξονική και κατακόρυφη θλίψη είναι μικρότερα στο εφελκυσμογενές ξύλο σε σχέση με το κανονικό ξύλο. Επίσης, η κατεργασία εφελκυσμογενούς ξύλου είναι δύσκολη. Τα πριόνια υπερθερμαίνονται και παράγονται τραχιές, χνουδωτές επιφάνειες. Το κάρφωμα είναι δύσκολο και ο παραγόμενος ξυλοπολτός με περισσότερη κυτταρίνη είναι μικρότερης μηχανικής αντοχής (Τσουμής 2000) Θλιψιγενές ξύλο Το θλιψιγενές ξύλο εμφανίζεται σε κυρτωμένους κορμούς κωνοφόρων συνήθως στην κάτω πλευρά όπου «θλίβεται» και είναι μια φυσιολογική αντίδραση απέναντι στις δυνάμεις της βαρύτητας. Το θλιψιγενές ξύλο σχετίζεται με έκκεντρη αύξηση και παρουσιάζεται στην περιοχή των πλατύτερων αυξητικών δακτυλίων σε ημισεληνοειδείς θέσεις. Το θλιψιγενές ξύλο έχει σκοτεινότερο χρώμα σε σύγκριση με το κανονικό ξύλο που το περιβάλει (Εικόνα 2.3). Οι αυξητικοί δακτύλιοι δίνουν την εντύπωση ότι αποτελούνται μόνο από όψιμο ξύλο, αλλά σε περιπτώσεις όχι έντονου σχηματισμού, η αναγνώριση θλιψιγενούς ξύλου είναι δύσκολή χωρίς μικροσκόπιο (Τσουμής 2000). Εικόνα 2.3 Εγκάρσια τομή θλιψιγενούς ξύλου Picea abies (Schweingruber et al. 2006)

17 Το θλιψιγενές ξύλο αναπτύσσεται πολύ συχνά και γρήγορα στα ταχυαυξή δένδρα. Μετά βίας μπορούμε να συναντήσουμε σε ένα δάσος ή σε μια φυτεία δένδρο όπου στην κόμη του δεν θα υπάρχει θλιψιγενές ξύλο (Timell 1986). Η πλειονότητα (95,5%) των δένδρων υβριδογενούς ελάτης εμφάνισε θλιψιγενές ξύλο σε διάφορη ένταση (Τομπαζιώτης 2007). Στο πανεπιστημιακό δάσος Περτουλίου διακρίθηκαν 8 τύποι θλιψιγενούς ξύλου ελάτης με βάση το σχηματισμό και την εμφάνιση του (Σχήμα 2.3). Αναφέρεται ότι το σφάλμα αυξάνει σε ένταση, όσο διαφοροποιείται από την ημισελινοειδή μορφή του ενώ οι πιο συχνές μορφές εμφάνισης αναφέρεται ότι είναι ο τύπος 2 (23,3 % στη βάση δένδρων και 21,5 % στη βάση κορμοτεμαχίων) και ο τύπος 4 (21,3 % και 20,5 αντίστοιχα) (Τοπαζιώτης και Βουλγαρίδης 2005). Σχήμα 2.3 Τύποι θλιψιγενούς ξύλου σε εγκάρσιες διατομές δέντρων ελάτης. 1. Ημισεληνοειδές, μονόπλευρο, συνεχές, 2.Ημισεληνοειδές, μονόπλευρο, ασυνεχές, 3.Ημισεληνοειδές, αμφίπλευρο, συνεχές, 4.Ημισεληνοειδές, αμφίπλευρο, ασυνεχές, 5.Σημειακό μονόπλευρο, 6.Σημειακό αμφίπλευρο, 7.Περικεντρικό δακτυλιοειδές, 8.Κεντρικό ενιαίο (Τομπαζιώτης και Βουλγαρίδης 2005). Το ύψος σχηματισμού του θλιψιγενούς ξύλου ελάτης στο πανεπιστημιακό δάσος Περτουλίου, μέσα στον κορμό του δένδρου ποικίλλει και συχνά ξεπερνά το 75% του ύψους του δένδρου. Το σφάλμα εμφανίζει υψηλότερη ένταση κοντά στη βάση ή στο ανώτερο τμήμα του κορμού του δέντρου, ενώ στο ενδιάμεσο τμήμα του κορμού έχει χαμηλότερη ένταση (Τοπαζιώτης 2007). Το ύψος στο οποίο φθάνει το θλιψιγενές ξύλο στον κορμό των δένδρων ελάτης εξαρτάται από τη μορφή του κορμού. Σε δένδρα που είχαν κάποια ακανονιστία στη βάση, το θλιψιγενές ξύλο περιοριζόταν στο τμήμα του κορμού κοντά στη βάση ενώ σε κεκλιμένα αλλά ευθυτενή καθώς και με πολλαπλή καμπυλότητα στον κορμό δένδρα, το θλιψιγενές εκτεινόταν σε μεγάλο μήκος στον κορμό του δένδρου (Μπόγρη 2000, Μπόγρη και Βουλγαρίδης 2001)

18 Σε μακροσκοπικό επίπεδο, το θλιψιγενές ξύλο αναγνωρίζεται συχνά από το χαρακτηριστικό σκοτεινό χρώμα (Timell 1986). Το χρώμα και η σκληρότητα του θλιψιγενούς έχουν δώσει σε αυτόν τον ιστό πολλά ονόματα π.χ. κόκκινο ξύλο (red wood), στιλπνό ξύλο (glossy wood), σκληρό ξύλο (hard steak). Το θλιψιγενές ξύλο έχει σκοτεινότερο χρώμα σε σύγκριση με το κανονικό που το περιβάλλει. Το χρώμα του είναι ερυθρωπό (Τσουμής 2000). Το θλιψιγενές ξύλο εμφανίζεται σκουρότερο επειδή απορροφά περισσότερο φως, λόγω της υψηλής του συγκέντρωσης σε λιγνίνη και διασκορπίζει λιγότερο φως λόγω των παχιών τοιχωμάτων των τραχεϊδών (Sullivan 1967). Κατά γενικό κανόνα, η ένταση του χρώματος του θλιψιγενούς κορμού αυξάνεται με το μέγεθος του ποσοστού θλιψιγενούς που έχει ο κορμός. Ωστόσο κάποιες εξαιρέσεις έχουν αναφερθεί π.χ. οι Yumoto et al. (1982) ανέφεραν ότι δεν υπάρχει καμία διαφορά στο χρώμα θλιψιγενούς ξύλου σε δένδρα που κάμφθηκαν κατά 45 ο με 90 ο από την κατακόρυφη τους θέση. Επίσης παρατήρησαν ότι το βάθος του χρώματος μειώθηκε με το πέρασμα του χρόνου μετά την κάμψη και υπέθεσαν ότι αυτό ήταν μια προσαρμογή του δένδρου σε μια νέα θέση ισορροπίας. Το χρώμα του θλιψιγενούς ξύλου είναι διαφορετικό ανάμεσα στα είδη ξύλων. Σύμφωνα με τον Timell (1986) και τον Trendelenburg (1932) στα γένη Abies και Picea το θλιψιγενές έχει σκουρότερο χρώμα ενώ στα γένη Pinus και Pseudotsuga το χρώμα είναι πιο ανοιχτό. Στην Εικόνα 2.4 παρατηρούμε ότι στις 5 τομές το θλιψιγενές ξύλο έχει χρώμα καφέ ενώ στην τομή 3 (Pinus sylvestris) το χρώμα είναι κόκκινο-καφετί

19 Εικόνα 2.4 Εγκάρσια τομές από έξι κορμούς κωνοφόρων, δείχνοντας τη χρωματική αντίθεση ανάμεσα στο θλιψιγενές και το κανονικό ξύλο. 1 Tsuga Canadensis, 2 Picea sp., 3 Pinus sylvestris, 4 Abies balsamea, 5 Picea abies, 6 Larix laricina (Timell 1986). Για να γίνει πιο έντονη η διαφορά του χρώματος ανάμεσα σε ξύλο κανονικής δομής και θλιψιγενές έχουν προταθεί κάποιες τεχνικές όπως η ύγρανση του ξύλου, γυάλισμα με γυαλόχαρτο, επικάλυψη με βαζελίνη και χρώση του ξύλου. Στην Εικόνα 2.5 παρουσιάζεται η χρωματική διαφορά ανάμεσα σε ξηρό και υγρό θλιψιγενές ξύλο

20 Εικόνα 2.5 Εγκάρσια τομή ξηρού και υγρού θλιψιγενούς ξύλου Pinus resinosa (Timell 1986). Σε μικροσκοπικό επίπεδο το θλιψιγενές ξύλο παρουσιάζει τις παρακάτω διαφοροποιήσεις από το κανονικό ξύλο: α. Τραχεΐδες με μικρότερο μήκος και με στρογγυλευμένη διατομή Ο Verral (1928) μέτρησε το μήκος των τραχεϊδών σε κανονικό, αντίθετο και θλιψιγενές ξύλο 6 κωνοφόρων. Οι θλιψιγενείς τραχεΐδες είχαν μικρότερο μήκος από αυτές του αντίθετου και κανονικού ξύλου (Πίνακας 2.2) Πίνακας 2.2 Μήκος τραχεϊδών αντίθετου, κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου από 6 κωνοφόρα είδη (Verrall 1928). Κωνοφόρα είδη Είδος ξύλου/ Μήκος τραχεϊδών, μm Αντίθετο ξύλο Κανονικό ξύλο Θλιψιγενές ξύλο Larix laricina 2,87 2,82 2,15 Picea mariana 2,21 1,91 1,78 Pinus banksiana 2,06 2,16 1,68 Pinus palustris 4,35 4,32 2,78 Thuja occidentalis 2,49 2,56 1,81 Thuja plicata 3,12 3,00 2,55 Μέσος όρος ειδών 2,85 2,80 2,13 O Kienholz (1930) μελέτησε το μήκος 5600 τραχεϊδών του είδους Tsuga mertensiana από κορμό που είχε πιστολοειδή βάση. Ο μέσος όρος του μήκους τραχεϊδών σε θλιψιγενές ξύλο ήταν 1,81 mm, σε αντίθετο ξύλο 1,99 mm και σε κανονικό ξύλο 2,09 mm. Το μήκος των τραχεϊδών αυξήθηκε και στις τρεις μορφές ξύλου (θλιψιγενές, αντίθετο, κανονικό) από την εντεριώνη προς τον φλοιό (Σχήμα 2.4)

21 Μήκος τραχεϊδών, mm Σχήμα 2.4 Μήκος τραχεϊδών σε απόσταση από την εντεριώνη σε κανονικό (NW), αντίθετο (OW) και θλιψιγενές ξύλο (CW) Tsuga mertensiana (Kienholz 1930). Εντεριώνη Φλοιός Οι τραχεΐδες θλιψιγενούς ξύλου έχουν στρογγυλή διατομή με μεγάλους μεσοκυττάριους χώρους ενώ οι τραχεΐδες κανονικού ξύλου έχουν περίπου τετραγωνική, πολυγωνική (πρώϊμο) ή ορθογωνική (όψιμο) διατομή (Σχήμα 2.5, Εικόνα 2.6) (Τσουμής 2000, Yeh 2005). Σχήμα 2.5 Εγκάρσια τομή κωνοφόρων κυττάρων. Αριστερά χωρίς θλιψιγενές ξύλο δεξιά έντονη μορφή θλιψιγενούς. (Nanayakkara 2007). Εικόνα 2.6 Εγκάρσια τομή τραχεϊδών Picea abies Α) κανονικό και Β)θλιψιγενές ξύλο (Yeh 2005)

22 β) Απουσία της S3 στρώσης στα κυτταρικά τοιχώματα Από άποψη δομής των κυτταρικών τοιχωμάτων, οι τραχεΐδες θλιψιγενούς ξύλου χαρακτηρίζονται από έλλειψη της στρώσεως S3 (Σχήμα 2.6). Η στρώση S1 συνήθως είναι παχύτερη από το κανονικό ξύλο. (Τσουμής 2000). Σχήμα 2.6 Διατομή κυτταρικού τοιχώματος ελάτης σε κανονικό ξύλο (αριστερά) και σε θλιψιγενές ξύλο (δεξιά) (Yeh 2005). γ) Παχύτερη η στρώση S2 και με μεγαλύτερο ποσοστό λιγνίνης Το πάχος των κυτταρικών τοιχωμάτων των τραχεϊδών είναι μεγαλύτερο στο θλιψιγενές ξύλο, κυρίως σε σχέση με το πρώιμο κανονικού ή αντίθετου ξύλου αλλά μικρότερο σε έκταση στο όψιμο ξύλο. Τα αποτελέσματα από μελέτες των Donaldson et al. (2004) έδειξαν μεγαλύτερο πάχος τοιχωμάτων των τραχεϊδών και σε πρώιμο και σε όψιμο θλιψιγενές ξύλο Pinus radiata (Σχήμα 2.7). Πάχος κυτταρικών τοιχωμάτων, μm Πλάτος αυξητικών δακτυλίων, % Σχήμα 2.7 Πάχος κυτταρικών τοιχωμάτων τραχεϊδών σε έντονο θλιψιγενές και αντίθετο ξύλο σε 56 αυξητικούς δακτυλίους (Donaldson et al. 2004)

23 Το θλιψιγενές ξύλο παρουσιάζει μεγαλύτερο ποσοστό λιγνίνης και αυτό έγκειται στην παρουσία ενός στρώματος, στο εξωτερικό τμήμα της S2 στρώσης, ακριβώς μετά τη στρώση S1, το οποίο έχει αρκετό πάχος και μεγάλη περιεκτικότητα σε λιγνίνη. Το στρώμα αυτό προτείνεται να ονομάζεται S2L όπου το L υποδηλώνει τη μεγάλη συγκέντρωση λιγνίνης στο στρώμα αυτό (Lange 1954, Wardrop and Bland 1961, Côté et al. 1966, Wood and Goring 1971, Fukazawa 1974, Fujita et al. 1978). Το 40% της λιγνίνης βρίσκεται στην εξωτερική ζώνη της S2 στρώσης και επιπρόσθετη 40% είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη στην απομένουσα περιοχή της S2 στρώσης (Panshin and de Zeeuw 1980). δ) Παρουσία μικροραγάδων και σπειροειδών παχύνσεων Οι μικροραγάδες είναι σχισμές στο εσωτερικό τοίχωμα της στρώσης S2 και έχουν σπειροειδή διάταξη κατά μήκος της κοιλότητας των τραχεϊδών και υπάρχουν στο ζωντανό δένδρο, δηλαδή δεν σχηματίζονται λόγω ξήρανσης (Timell 1978). Οι σπειροειδείς ραγάδες εμφανίζονται στο θλιψιγενές ξύλο σχεδόν όλων των κωνοφόρων (Εικόνα 2.7), εκτός από το Ginkgo biloba, Agathis robusta, Araucaria bidwillii και Taxus baccata (Timell 1978) Εικόνα 2.7 Εγκάρσια τομή θλιψιγενούς ξύλου Picea rubens. Σπειροειδείς ραγάδες εμφανίζονται στη S2 στρώση και διακλαδίζονται (Boyd 1973). Οι σπειροειδείς παχύνσεις είναι τοποθετημένες πάνω στο S3 στρώμα στο κανονικό ξύλο και πάνω στο S2 στρώμα στο θλιψιγενές ξύλο. Σπειροειδείς παχύνσεις εμφανίζονται στις αξονικές τραχεΐδες στα γένη Cephalotaxus, Pseudotsuga, Amentotaxus, Taxus και Torreya όμως έχουν βρεθεί και σε άλλα γένη

24 όπως Larix, Picea και Pinus. Τα είδη, όπου οι σπειροειδείς παχύνσεις έχουν βρεθεί και έχουν μελετηθεί περισσότερο, είναι Pseudotsuga menziesii και Taxus baccata (Timell 1978) (Εικόνα 2.8). Εικόνα 2.8 Αριστερά: Εγκάρσια τομή τραχεΐδας κανονικού ξύλου Taxus baccata. Οι σπειροειδείς παχύνσεις (ΗΤ) βρίσκονται στην S3 στρώση. Το λευκό βέλος δείχνει το πρωτογενές τοίχωμα. Δεξιά: Εγκάρσια τομή τραχεΐδας θλιψιγενούς ξύλου Taxus baccata. Οι σπειροειδείς παχύνσεις (ΗΤ) βρίσκονται στην S2 στρώση και δεν υπάρχουν ελικοειδείς ραγάδες (Timell 1978). ε) Μεγαλύτερη γωνία μικροϊνιδίων στη στρώση S2 (μέχρι και 50 % περισσότερο από το κανονικό ξύλο) Το θλιψιγενές ξύλο θεωρείται ότι έχει μεγάλη γωνία μικροϊνιδίων σε σύγκριση με το αντίθετο ξύλο που βρίσκεται στον ίδιο αυξητικό δακτύλιο (Timell 1986). Σύμφωνα με τους Donaldson et al. (2004) η διαφορά ανάμεσα στην γωνία θλιψιγενούς και αντίθετου ξύλου εμφανίζεται σε κορμούς με ύψος >3 μέτρα. O Hiller (1964) βρήκε ότι η γωνία των μικροϊνιδίων μειώνεται από την μετάβαση του πρώιμου σε όψιμο ξύλο σε αντίθετο και θλιψιγενές ξύλο. Οι Park et al. (1980) παρατήρησαν ότι η μεγαλύτερη γωνία μικροϊνιδίων βρίσκεται στο κέντρο του αυξητικού δακτυλίου. Από χημική άποψη υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ του θλιψιγενούς ξύλου και ξύλου κανονικής δομής (Σχήμα 2.8). Το θλιψιγενές ξύλο έχει:

25 Μεγάλες ποσότητες λιγνίνης. Η λιγνίνη θλιψιγενούς έχει περισσότερες π-κουμαριλικές μονάδες (Η), λιγότερους συνδέσμους β-ο-4, μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε ελεύθερες φαινολικές μονάδες C9 και αυξημένο ποσοστό συνδέσμων τύπου 5-5 (Alder 1977, Timell 1986) Μικρά ποσοστά κυτταρίνης Τα κωνοφόρα με κανονικό ξύλο έχουν % κυτταρίνη ενώ τα θλιψιγενή ξύλα μόνο % (Nanayakkara 2007). Η κυτταρίνη στην S2 στρώση έχει μικρό βαθμό κρυσταλλικότητας (Panshin and de Zeeuw 1980). Μεγάλες ποσότητες γαλακτάνης Το θλιψιγενές ξύλο έχει 10 % ή και περισσότερο ποσοστό γαλακτάνης σε σύγκριση με το κανονικό ξύλο (Timell 1986). Η γαλακτάνη εμφανίζεται μόνο στις τραχεΐδες και είναι απούσα από τα ακτινικά κύτταρα του θλιψιγενούς ξύλου (Hoffman and Timell 1972). Μικρά ποσοστά γαλακτογλυκομαννάνης Το θλιψιγενές ξύλο περιέχει περίπου 9 % Ο-ακετυλο-γαλακτομαννάνη. Αυτό είναι περίπου το μισό ποσοστό που βρίσκεται στο κανονικό ξύλο (Τimell 1986). Ποσοστό, % Λιγνίνη Κυτταρίνη Γαλακτογλυ κομαννάνη Ξυλάνη Άλλα Γαλακτάνη Γλουκάνη Σχήμα 2.8 Χημική σύσταση κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου (Timell 1986). Το θλιψιγενές ξύλο είναι εύθραυστο, έχει μεγάλη πυκνότητα και μεγάλη αξονική ρίκνωση. Η αύξηση της πυκνότητας οφείλεται στα παχύτερα τοιχώματα των τραχεϊδών του θλιψιγενούς ξύλου και η μεγάλη αξονική ρίκνωση οφείλεται στη μεγάλη γωνία των μικροϊνιδίων στη S2 στρώση. Η αξονική ρίκνωση

26 θλιψιγενούς ξύλου είναι 3 % και κανονικού 0,1-0,3 % (Nicholls 1982). Η ανώμαλη ρίκνωσή του προκαλεί ραγάδωση και στρέβλωση (Öhman 1999) και είναι σοβαρό πρόβλημα όταν κανονικό και θλιψιγενές ξύλο βρίσκονται στην ίδια δοκό (Εικόνα 2.9). Η μεγάλη σκληρότητα και ευθραυστότητα του καθιστά ξυλεία με μεγάλα ποσοστά θλιψιγενούς ξύλου λιγότερη χρήσιμη για κατασκευαστικούς σκοπούς. Απότομη θραύση ξύλινων κατασκευών οφείλεται στην παρουσία τέτοιου ξύλου. Εικόνα 2.9 Στρέβλωση ξυλείας λόγω παρουσίας θλιψιγενούς ξύλου (Timell 1986). Επίσης το θλιψιγενές ξύλο έχει μεγαλύτερη αντίσταση στην αποσύνθεση από μύκητες σε σύγκριση με ξύλο κανονικής δομής (Cote et al. 1966, Timell 1986). Η χημική αξιοποίηση του ξύλου επηρεάζεται με την παρουσία θλιψιγενούς ξύλου, παράγεται λιγότερη κυτταρίνη και πολτός με μικρότερη μηχανική αντοχή (Βουλγαρίδης 2007)

27 2.2. Μηχανικές ιδιότητες Γενικά Οι μηχανικές ιδιότητες του ξύλου είναι μέτρο της μηχανικής του αντοχής, δηλαδή της αντιστάσεως του σε εξωτερικές δυνάμεις που τείνουν να παραμορφώσουν τη μάζα του. Η αντίσταση του ξύλου στις δυνάμεις αυτές εξαρτάται από το μέγεθος τους και τον τρόπο φορτίσεως. Σύμφωνα με τον τρόπο φορτίσεως, διακρίνουμε τη μηχανική αντοχή σε εφελκυσμό, θλίψη, κάμψη, κρούση, διάτμηση, σχίση και σκληρότητα (Τσουμής 2000). Οι μηχανικές ιδιότητες του θλιψιγενούς ξύλου, εξαιτίας της πρακτικής τους σημασίας, έχουν γίνει θέμα σε πολλές και εκτενείς έρευνες και έχουν αναφερθεί ή αποδοθεί εν συντομία σε ακόμα περισσότερες [Trendelenburg (1931,1932), Markwart and Wilson 1935, Pillow and Luxford 1937, Onaka 1949, Perem (1958,1960), Cockrell and Knudson 1973]. Ένας αξιοσημείωτος αριθμός από κωνοφόρα είδη έχουν μελετηθεί σε χλωρή και σε ξηρή κατάσταση. Σε ορισμένες έρευνες (Cockrell and Knudson 1973) το θλιψιγενές ξύλο δεν έχει μελετηθεί σε σύγκριση με ξύλο κανονικής δομής αλλά με το αντίθετο ξύλο το οποίο βρίσκεται στον ίδιο αυξητικό δακτύλιο. Το αντίθετο ξύλο, ωστόσο, διαφέρει σε πολλά σημεία από το κανονικό, όπως για παράδειγμα ότι έχει υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό (Timell 1986). Όταν τα χλωρά ξύλα ξηραίνονται οι μηχανικές τους ιδιότητες υφίστανται αξιοσημείωτες αλλαγές και ισχύει ότι στο κανονικό ξύλο αυξάνεται η μηχανική του αντοχή με την μείωση της υγρασίας του κάτω από το σημείο ινοκόρου. Αυτές οι αλλαγές δεν είναι ίδιες στο κανονικό και στο θλιψιγενές ξύλο. Γενικά, ισχύει ότι όταν ελαττώνεται η υγρασία, η μηχανική αντοχή αυξάνεται και αντίστροφα (Σχήμα 2.9). Η αύξηση οφείλεται στα κυτταρικά τοιχώματα που γίνονται περισσότερο συμπαγή. Το μέγεθος της επιδράσεως της υγρασίας είναι διαφορετικό σε διαφορετικές ιδιότητες. Μεταβολή της υγρασίας κατά 1 %, μεταβάλλει την αντοχή σε αξονική θλίψη 6 %, την αντοχή σε στατική κάμψη (μέτρο θραύσεως) 5 %, τη σκληρότητα 2,5-4 % και το μέτρο ελαστικότητας (σε στατική κάμψη) 2 % (Τσουμής 2000)

28 Σχήμα 2.9 Επίδραση της υγρασίας στην αντοχή σε αξονική θλίψη ξύλου οξιάς. Η αντοχή ελαττώνεται όταν αυξάνεται η υγρασία μέχρι το σημείο ινοκόρου (Τσουμής 2000). Οι μηχανικές ιδιότητες των χλωρών ξύλων είναι μεγάλης σημασίας για τα ζωντανά δένδρα ενώ οι μηχανικές ιδιότητες των ξηρών ξύλων είναι σημαντικές στην αξιοποίηση του ξύλου για διάφορα προϊόντα. Οι μηχανικές ιδιότητες ανώριμου ξύλου είναι γενικά κατώτερες από αυτές του ώριμου ξύλου (Timell 1986). Τέλος, σε αντίθεση με τα μέταλλα ή άλλα υλικά με ομοιογενή δομή, το ξύλο έχει διαφορετική μηχανική αντοχή σε διαφορετικές αυξητικές διευθύνσεις (αξονικά, εγκάρσια), δηλαδή από μηχανική άποψη είναι ανισότροπο υλικό (Τσουμής 2000)

29 Μηχανικές ιδιότητες Αντοχή σε στατική κάμψη Μέτρο θραύσης (Μ.Θ.) Το μέτρο θραύσης σε κάμψη εκφράζει την μέγιστη τάση που εμφανίζει ένα δοκίμιο με την επίδραση μέγιστου φορτίου που εφαρμόζεται βραδέως και ενεργεί για λίγο χρόνο. Από τους Πίνακες 2.3, 2.4 και 2.5 προκύπτει ότι σε υγρή κατάσταση το θλιψιγενές ξύλο έχει μεγαλύτερο μέτρο θραύσης από το κανονικό ξύλο. Το μεγάλο μέτρο θραύσης θλιψιγενούς ξύλου, σε σύγκριση με ξύλο κανονικής δομής, είναι αποτέλεσμα της υψηλής του αντοχής σε θλίψη (Timell 1986). Σύμφωνα με τους Trendelenburg (1932) και Onaka (1949) των περιπτώσεων στατικής κάμψης θλιψιγενούς ξύλου, η θραύση ξεκινά συγχρόνως στην πλευρά των τάσεων θλίψης και στην πλευρά των τάσεων εφελκυσμού. Σε ξηρή κατάσταση, το μέτρο θραύσεως θλιψιγενούς σε σχέση με κανονικό ξύλο, μερικές φορές είναι ελάχιστα μεγαλύτερο και μερικές φορές ελάχιστα μικρότερο, όπως παρουσιάζεται και στους Πίνακες 2.4 και 2.5. Ο Janka (1909)(από Timell 1986) σημείωσε ότι θλιψιγενές ξύλο του είδους Picea abies σε ξηρή κατάσταση έχει μικρότερη αντοχή σε κάμψη από ξύλο κανονικής δομής. Σύμφωνα με τον Perem (1958, 1960) υπάρχει σημαντική σχέση, κυρίως για δείγματα που βρίσκονται σε χλωρή κατάσταση, ανάμεσα στην πυκνότητα και στην αντοχή σε κάμψη τόσο σε ξύλα κανονικής δομής όσο και σε θλιψιγενή ξύλα. Στο είδος Picea glauca βρέθηκε μικρότερη σχέση ανάμεσα στην πυκνότητα και στην αντοχή σε κάμψη σε κανονικό ξύλο παρά σε θλιψιγενές ενώ στο είδος Pinus resinosa υπάρχει πιο ισχυρή σχέση ανάμεσα στους 2 τύπους ξύλου. Σε ξηρή κατάσταση το θλιψιγενές είναι πάντοτε κατώτερο σε σύγκριση με το κανονικό και αυτό οφείλεται στη μικρή αντοχή του θλιψιγενούς ξύλου σε εφελκυσμό (Perem 1960). Ο Kučera (1970, 1971) μελέτησε την αντοχή κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου Picea abies και παρατήρησε ότι τις περισσότερες φορές, το θλιψιγενές ξύλο είχε ακριβώς την ίδια αντοχή με το κανονικό εκτός από δύο περιπτώσεις που το θλιψιγενές υστερούσε αρκετά. Σε μελέτη που έκανε αργότερα ο ίδιος, βρήκε ότι η αντοχή σε κάμψη αυξανόταν με την αύξηση του ποσοστού θλιψιγενούς ξύλου στα είδη Picea abies και Pinus sylvestris

30 Πίνακας 2.3 Αντοχή σε στατική κάμψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου Pinus ponderosa και Sequoia sempervirens (Markwardt και Wilson 1935). Pinus ponderosa Sequoia sempervirens Μηχανικές ιδιότητες Υγρή κατάσταση Ξηρή κατάσταση Υγρή κατάσταση Ξηρή κατάσταση θλιψιγενές κανονικό θλιψιγενές κανονικό θλιψιγενές κανονικό θλιψιγενές κανονικό Στατική κάμψη Περιεχόμενη υγρασία % ,6 12, ,5 9,9 Ειδικό βάρος G 0,47 0,35 05,0 0,37 0, ,51 0,38 Μέτρο θραύσης, Μ.Θ., N/mm 2 42,19 31,99 80,74 67,84 51,50 50,40 61,29 70,39 Μ.Θ./G ,93 154,49 228,26 301,42 141,40 215,15 168,28 300,49 Μέτρο ελαστικότητας Μ.Ε., N/mm ΜΕ/G

31 Πίνακας 2.4 Αντοχή σε στατική κάμψη (μέτρο θραύσεως, μέτρο ελαστικότητας και τάση στο όριο ελαστικότητας) κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου Pseudotsuga menziesii (Trendelenburg 1931, 1932). Είδος ξύλου Περιεχόμενη υγρασία, % Πάχος δακτυλίου, mm Ειδικό βάρος, Μέτρο θραύσεως, N/mm 2 Μέτρο ελαστικότητας, N/mm 2 Τάση στο όριο ελαστικότητας, N/mm 2 G Μ.Θ. Μ.Θ./G 1,5 Μ.Ε. Μ.Ε./G 2 Τ.Ο.Ε. Τ.Ο.Ε./ G 1,5 Θλιψιγενές Χλωρή 8,6 0, Κανονικό Χλωρή 4,6 0, Θλιψιγενές Χλωρή 7,4 0, Κανονικό Χλωρή 5,2 0, Θλιψιγενές Χλωρή 6,6 0, Κανονικό Χλωρή 4,8 0, Θλιψιγενές 14,7 8,6 0, Κανονικό 12,0 7,2 0, Θλιψιγενές 13,0 4,4 0, Κανονικό 14,3 2,9 0, Θλιψιγενές 11,9 6,0 0, Κανονικό 13,3 2,8 0,

32 Πίνακας 2.5 Αντοχή σε στατική κάμψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από οχτώ είδη κωνοφόρων σε υγρή και ξηρή κατάσταση (Pillow and Luxford 1937, Perem 1960, Cockrell and Knudson 1973). Είδος Abies concolor Picea glauca Pinus ponderosa Pinus resinosa Pinus taeda Pseudotsuga menziesii Sequoia sempervirens Sequoiadendron giganteum Τύπος ξύλου Περιεχόμενη υγρασία % Θλιψιγενές ,9 Κανονικό 187,1 11,7 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 87,5 12,6 Κανονικό 133,3 12 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 77,2 11,7 Κανονικό 101,9 12,1 Θλιψιγενές 43,3 12,1 Κανονικό 58,3 10,5 Θλιψιγενές ,5 Κανονικό 113,7 9,9 Θλιψιγενές Κανονικό Αντίθετο Ειδικό βάρος G 0,470 0,509 0,346 0,375 0,387 0,92 0,316 0,332 0,467 0,499 0,354 0,372 0,415 0,448 0,376 0,400 0,584 0,619 0,519 0,586 0,531 0,527 0,428 0,459 0,506 0,510 0,380 0,380 0,540 0,590 0,340 0,350 0,280 0,290 Στατική κάμψη Μέτρο θραύσης (Μ.Θ.), Ν/mm 2 Μέτρο ελαστικότητας (Μ.Ε.), Ν/mm 2 Μ.Θ. Μ.Θ./G Μ.Ε. Μ.Ε./G 52,20 161, ,57 241, ,65 204, ,12 314, ,47 151,50 66,33 270,26 31,79 178,94 63,92 334,12 42,20 132, ,74 229, ,99 151, ,85 299, ,92 138,11 70,88 236,38 33,30 144,44 72,60 286,99 58,54 131, ,25 197, ,33 150, ,42 243, ,23 150, ,19 225, ,75 166, ,29 287, ,51 143, ,30 168, ,40 215, ,40 300, ,12 186, ,05 211, ,96 226, ,71 327, ,27 271, ,71 395,

33 Οι Boone και Chudnoff (1972) βρήκαν ότι σε δένδρα Pinus caribea που περιείχαν πάνω από 50 % θλιψιγενές ξύλο, η αντοχή σε κάμψη και το μέτρο θραύσης δεν μεταβάλλονταν με το ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου. Μετρήσεις που έγιναν σε 563 δείγματα Picea abies από τους Arnold και Steiger (2007) διαπιστώθηκε ότι η παρουσία ξύλου ακανόνιστης δομής προκαλεί στατιστικά σημαντική μείωση στο μέτρο θραύσης και στο μέτρο ελαστικότητας. Τάση στο όριο ελαστικότητας (Τ.Ο.Ε.) Η τάση στο όριο ελαστικότητας σε κάμψη είναι πάντα μικρότερη από το μέτρο θραύσης, το οποίο είναι η υπολογίσιμη τάση στη μέγιστη φόρτιση. Σύμφωνα με τους Markwardt and Wilson (1935) και τους Cockrell and Knudson (1973) το θλιψιγενές ξύλο έχει μεγαλύτερη τάση στο όριο ελαστικότητας σε σύγκριση με το κανονικό σε υγρή κατάσταση, ενώ σε ξηρή το θλιψιγενές υστερεί έναντι του κανονικού (Πίνακας 2.6). Πίνακας 2.6 Τάση στο όριο ελαστικότητας σε στατική κάμψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από Pinus ponderosa (Markwardt and Wilson 1935) και Sequoiadendron giganteum (Cockrell and Knudson 1973). Είδος Τύπος ξύλου Περιεχόμενη υγρασία, % Ειδικό βάρος G Τάση στο όριο ελαστικότητας, Τ.Ο.Ε., N/mm 2 1,5 Τ.Ο.Ε./G Pinus ponderosa Θλιψιγενές 88 0,47 25,72 37,51 12,6 0,50 45,65 64,55 Κανονικό 133 0,35 20,75 35,08 12,0 0,35 50,00 84,50 Sequoiadendron Θλιψιγενές 135 0,54 45,16 61,46 giganteum 14 0,59 45,10 58,71 Κανονικό 180 0,34 29,65 50, ,35 51,02 86,25 Αντίθετο 246 0,28 23,86 45, ,39 45,71 73,

34 Μέτρο ελαστικότητας (Μ.Ε.) Το μέτρο ελαστικότητας δείχνει την δυσκαμψία του υλικού κάτω από τάση που δεν υπερβαίνει το όριο ελαστικότητας, δηλαδή το υλικό μπορεί να αντέξει μεγάλη τάση χωρίς να υποστεί παραμόρφωση. Το γεγονός ότι το θλιψιγενές ξύλο έχει ασυνήθιστα μικρό μέτρο ελαστικότητας έχει επισημανθεί από τον Hartig (1896, 1901) (από Timell 1986) όπου ανέφερε ότι για να προκληθεί παραμόρφωση σε θλιψιγενές ξύλο σε υγρή κατάσταση, απαιτείται μόνο η μισή δύναμη σε σχέση με την δύναμη που απαιτείται για την παραμόρφωση ξύλου κανονικής δομής. Στους Πίνακες 2.3, 2.4 και 2.5 φαίνεται ότι σε υγρή κατάσταση το θλιψιγενές ξύλο έχει μικρότερη ακαμψία σε σχέση με το κανονικό. Οι σχέσεις ανάμεσα στην τάση και στην παραμόρφωση για κανονικό και θλιψιγενές ξύλου σε υγρή ή ξηρή στον αέρα κατάσταση παρουσιάζονται στα Σχήματα 2.10, 2.11 και 2.12 για τα είδη Pseudotsuga menziesii, Pinus taeda και Sequoia giganteum, αντίστοιχα. Στα δύο πρώτα σχήματα φαίνεται ότι εφαρμόζοντας την ίδια τάση το θλιψιγενές παραμορφώνεται περισσότερο από το κανονικό. Στο Σχήμα 2.12 σε υγρή κατάσταση το θλιψιγενές και το κανονικό έχουν την ίδια καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης μέχρι το όριο ελαστικότητας, ενώ σε ξηρή κατάσταση οι δύο τύποι ξύλου παρουσιάζουν πολύ μικρές διαφορές. Σύμφωνα με τον Πίνακα 2.5 και το Σχήμα 2.12 οι Cockrell και Knudson (1973) βρήκαν διαφορετικά αποτελέσματα σε σχέση με άλλους ερευνητές. Οι Cockrell και Knudson βρήκαν ότι το μέτρο ελαστικότητας σε στατική κάμψη είναι ελάχιστα μικρότερο στο θλιψιγενές ξύλο σε σχέση με το ξύλο κανονικής δομής τόσο σε υγρή όσο και σε ξηρή κατάσταση. Οι Cockrell και Knudson κατέληξαν στο συμπέρασμα, ότι το θλιψιγενές και το κανονικό ξύλο είχαν περίπου την ίδια συμπεριφορά, που ήταν σπάνιο φαινόμενο

35 Σχήμα 2.10 Διάγραμμα τάσηςπαραμόρφωσης σε στατική κάμψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από Pseudotsuga menziesii σε υγρή και ξηρή στον αέρα κατάσταση. Και στις δυο περιπτώσεις για την ίδια τάση το θλιψιγενές παραμορφώνεται περισσότερο από το κανονικό (Trendelenburg 1932). Σχήμα 2.11 Διάγραμμα τάσηςπαραμόρφωσης σε στατική κάμψη, θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από Pinus taeda σε ξηρή στον αέρα κατάσταση. Για την ίδια τάση η παραμόρφωση στο θλιψιγενές είναι σχεδόν διπλάσια (Pillow and Luxford 1937). Σχήμα 2.12 Διάγραμμα τάσης-παραμόρφωσης σε στατική κάμψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από Sequoia giganteum σε υγρή και ξηρή στον αέρα κατάσταση (Cockrell and Knudson 1973)

36 Σύμφωνα με έρευνα του Behzad (2007) ο μέσος όρος για δείγματα που είχαν θλιψιγενές ξύλο, το μέτρο ελαστικότητας μειώθηκε μόνο 5 % σε σχέση με τα δείγματα ξύλου που ήταν κανονικής δομής. Επίσης, ο συντελεστής προσδιορισμού ανάμεσα στο μέτρο θραύσης και στο μέτρο ελαστικότητας ήταν μικρός (R 2 =0,35) για δείγματα με θλιψιγενές ενώ για δείγματα χωρίς θλιψιγενές ξύλο ο συντελεστής ήταν R 2 =0,76 (Σχήμα 2.13) Αντοχή σε στατική κάμψη, N/mm 2 Μέτρο ελαστικότητας, N/mm 2 Σχήμα 2.13 Μέτρο ελαστικότητας σε σχέση με την αντοχή σε στατική κάμψη (Behzad 2007)

37 Αντοχή σε θλίψη Η αντοχή του ξύλου σε θλίψη διαφέρει αν η φόρτιση γίνεται παράλληλα με τις ίνες ή εγκάρσια. Η αντοχή σε αξονική θλίψη είναι μεγαλύτερη. Υποχώρηση του ξύλου σε αξονική θλίψη προέρχεται από θραύση μεσοκυττάριων στρώσεων, σχίση ή διάτμηση παράλληλα με τις ίνες, κάμψη κυττάρων ή αναδίπλωση και θραύση κυτταρικών τοιχωμάτων, σε γωνία ο. Τα βοθρία είναι θέσεις μειωμένης αντοχής ενώ αντίθετα φόρτιση σε εγκάρσια θλίψη προκαλεί παραμόρφωση της διατομής κυττάρων (Εικόνα 2.10), ελάττωση του μεγέθους ή εξαφάνιση των κυτταρικών κοιλοτήτων. Δυνάμεις θλίψης Δυνάμεις εφελκυσμού Εικόνα 2.10 Παραμόρφωση της διατομής κυττάρου (Götz et al. 2002). Το 1904 ο Sonntag (από Timell 1986) κατέληξε στο συμπέρασμα ότι σε χλωρή κατάσταση το θλιψιγενές ξύλο έχει μεγαλύτερη αντοχή σε αξονική θλίψη από το ξύλο κανονικής δομής. Ο Rothe (1930) (από Timell 1986) βρήκε ότι θλιψιγενές ξύλο Picea abies είχε μέχρι και 61 % περισσότερη αντοχή από ξύλο κανονικής δομής. Ο Verral (1928) κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η αντοχή σε αξονική θλίψη σε δείγματα θλιψιγενούς ξύλου σε ξηρή κατάσταση ήταν 1,8 φορές μεγαλύτερη από την αντοχή ξύλου χωρίς ακανόνιστη δομή για τα είδη Picea sp. και Thuja occidentalis. Πιο εκτενή δεδομένα για το μέτρο θραύσεως σε αξονική θλίψη δημοσιεύθηκαν από τον Trendelenburg το 1931, Τα αποτελέσματα της ερευνάς του παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.7. Τρία χρόνια αργότερα οι Markwardt και Wilson (1935) (Πίνακας 2.8) έκαναν έρευνες στα είδη P.echinata, P. Ponderosa και Sequoia sempervirens και βρήκαν τα ίδια αποτελέσματα με τον Trendelenburg

38 Πίνακας 2.7 Αντοχή σε αξονική θλίψη, μέτρο ελαστικότητας και τάση στο όριο ελαστικότητας κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου Pseudotsuga menziesii. Όλες οι τιμές είναι σε N/mm 2 ( Trendelenburg 1931,1932) Είδος ξύλου Περιεχόμενη υγρασία, % Αυξητικός δακτύλιος, mm Ειδικό βάρος, G Αντοχή σε αξονική θλίψη, C Μέτρο ελαστικότητας, Μ.Ε. Τάση στο όριο ελαστικότητας, Τ.Ο.Ε C C/G Μ.Ε. Μ.Ε./G Τ.Ο.Ε. Τ.Ο.Ε./G Θλιψιγενές Χλωρή 8,8 0, Κανονικό Χλωρή 4,4 0, Θλιψιγενές Χλωρή 7,9 0, Κανονικό Χλωρή 4,9 0, Θλιψιγενές Χλωρή 7,7 0, Κανονικό Χλωρή 4,9 0, Θλιψιγενές 11,3 4,2 0, Κανονικό 11,1 2,9 0, Θλιψιγενές 8,9 6,1 0, Κανονικό 10,2 2,7 0,

39 Πίνακας 2.8 Αντοχή σε αξονική θλίψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου Pinus ponderosa και Sequoia sempervirens (Markwardt και Wilson 1935). Pinus ponderosa Sequoia sempervirens Μηχανικές ιδιότητες Υγρή κατάσταση Ξηρή κατάσταση Υγρή κατάσταση Ξηρή κατάσταση θλιψιγενές κανονικό θλιψιγενές κανονικό θλιψιγενές κανονικό θλιψιγενές κανονικό Αξονική θλίψη Περιεχόμενη υγρασία % ,07 12, ,0 8,6 Ειδικό βάρος G 0,47 0,35 0,50 0,37 0,51 0,37 0,51 0,38 Μέτρο ελαστικότητας Μ.Ε., N/mm ΜΕ/G Τάση στο όριο ελαστικότητας, Τ.Ο.Ε., N/mm 2 14,41 14,75 31,99 27,23 49,98 49,36 T.O.E./G 30,66 42,15 62,73 73,60 98,01 129,9 Μέτρο θραύσης, Μ.Θ., N/mm 2 27,75 16,13 41,16 35,99 Μ.Θ./G 48,41 46,09 80,71 97,

40 Ο Perem (1960) έκανε μετρήσεις σχετικά με την αντοχή του ξύλου σε αξονική θλίψη σε 7 δένδρα του είδους Pinus resinosa. Ένα δένδρο είχε κανονική δομή ενώ τα υπόλοιπα 6 είχαν διαφορετικά ποσοστά θλιψιγενούς ξύλου. Σύμφωνα με μετρήσεις που έκανε ο ίδιος διαπίστωσε ότι σε δείγματα που ήταν σε υγρή κατάσταση το μέτρο θραύσεως του κανονικού ξύλου είναι ελάχιστα μεγαλύτερο από το μέτρο θραύσεως θλιψιγενούς ξύλου όταν έχουν το ίδιο ειδικό βάρος. Με την ξήρανση των δειγμάτων διαπιστώθηκε αύξηση του μέτρου θραύσεως τόσο στο κανονικό όσο και στο θλιψιγενές ξύλο (Σχήμα 2.14). Σχήμα 2.14 Σχέση μέτρου θραύσης σε αξονική θλίψη με ειδικό βάρος θλιψιγενούς (ΘΞ) και κανονικού (ΚΞ) ξύλου Pinus resinosa, σε ξηρή και υγρή κατάσταση (Perem1960). Σύμφωνα με τους Cockrell και Knudson (1973) η αναλογία ανάμεσα σε αντοχή σε εφελκυσμό και σε αντοχή σε θλίψη για το είδος Sequoia gigantea είναι για χλωρή κατάσταση Θ.Ξ. 2,31:1 και Κ.Ξ. 2,92:1 ενώ για ξηρή κατάσταση Θ.Ξ. 2,45:1 και Κ.Ξ. 1,76:1. Οι Schulz and Bellimann (1982) (από Schulz and Bellimann 1984) παρατήρησαν ότι σε ξηρή κατάσταση η αντοχή σε αξονική θλίψη ανά μονάδα

41 βάρους στην αρχή αυξάνεται με την αύξηση του ποσοστού του θλιψιγενούς ξύλου, μέχρι ποσοστό 27 %, μετά το οποίο μειώνεται σχετικά απότομα. Όταν το ξύλο είναι κορεσμένο με νερό παρατηρείται μικρή αύξηση του πηλίκου αντοχής σε θλίψη με την αύξηση του ποσοστού του θλιψιγενούς ξύλου (Σχήμα 2.15). Αντοχή σε θλίψη ανά μονάδα βάρους, Nm/g Θλιψιγενές ξύλο, % Θλιψιγενές ξύλο, % Σχήμα 2.15 Μεταβλητότητα της αντοχής σε θλίψη ανά μονάδα βάρους με το ποσοστό του θλιψιγενούς ξύλου σε Picea abies 1. σε ξηρή στον αέρα, 2.κορεσμένη κατάσταση (Schulz and Bellimann 1982) (από Schulz and Bellimann 1984) Σύμφωνα με τα δεδομένα του Πίνακα 2.9 παρατηρούμε ότι σε χλωρή κατάσταση το θλιψιγενές ξύλο έχει βρεθεί να έχει μεγαλύτερη αντοχή σε αξονική θλίψη σε σύγκριση με το κανονικό ξύλο. Είναι κατανοητό ότι μικροσκοπικές ραγάδες δημιουργούνται στη μάζα του ξύλου κατά την ξήρανση και οι οποίες πιθανότατα να αναπτύσσονται σε μεγαλύτερο βαθμό στη μάζα του θλιψιγενούς ξύλου λόγω της μεγάλης αξονικής ρίκνωσης και γι αυτό με την ξήρανση έχουμε μικρότερη αύξηση της αντοχής στο θλιψιγενές ξύλο σε σύγκριση με το κανονικό (Perem 1960)

42 Πίνακας 2.9 Αντοχή σε αξονική θλίψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από οχτώ είδη κωνοφόρων σε υγρή και ξηρή κατάσταση (Pillow and Luxford 1937, Perem 1960, Cockrell and Knudson 1973). Είδος Abies concolor Picea glauca Pinus ponderosa Pinus resinosa Pinus taeda Pseudotsuga menziesii Sequoia sempervirens Sequoiadendron giganteum Τύπος ξύλου Περιεχόμενη υγρασία % Θλιψιγενές ,9 Κανονικό 187,1 11,7 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 87,5 12,6 Κανονικό 133,3 12 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 77,2 11,7 Κανονικό 101,9 12,1 Θλιψιγενές 43,3 12,1 Κανονικό 58,3 10,5 Θλιψιγενές ,5 Κανονικό 113,7 9,9 Θλιψιγενές Κανονικό Αντίθετο Ειδικό βάρος Αντοχή σε αξονική θλίψη, C N/mm 2 G C C/G 0,470 24,68 52,52 0,509 40,68 79,92 0,346 19,17 55,40 0,375 35,99 95,98 0,387 16,51 42,67 0,92 36,34 92,70 0,316 13,65 43,20 0,332 34,41 103,6 0,467 22,75 48,72 0,499 41,16 82,49 0,354 16,13 45,58 0,372 35,92 96,57 0,415 16,48 39,71 0,448 38,54 86,03 0,376 14,69 39,06 0,400 37,23 93,08 0,584 30,20 51,51 0,619 49,64 80,20 0,519 25,93 49,95 0,586 58,81 100,3 0,531 28,61 55,78 0,527 49,23 93,42 0,428 22,62 52,84 0,459 49,85 108,6 0,506 31,99 63,23 0,510 49,99 98,02 0,380 27,24 71,67 0,380 49,37 129,9 0,540 36,27 67,16 0,590 48,47 82,16 0,340 25,24 74,22 0,350 37,10 105,9 0,280 19,17 68,46 0,290 33,79 116,5-38 -

43 Τάση στο όριο ελαστικότητας (Τ.Ο.Ε.) Η τάση στο όριο ελαστικότητας για θλιψιγενή ξύλα έχει μετρηθεί μόνο στις περιπτώσεις όπου η θλίψη γίνεται αξονικά και δείχνει την μέγιστη τάση όπου το φορτίο και η παραμόρφωση είναι ακόμα ανάλογα και αυξάνονται με το ειδικό βάρος του ξύλου. Σύμφωνα με τον Trendelenburg (1932) τόσο σε χλωρή όσο και σε ξηρή στον αέρα κατάσταση το θλιψιγενές ξύλο έχει μικρότερη τάση στο όριο ελαστικότητας από το κανονικό ξύλο (Πίνακας 2.7). Με βάση τα στοιχεία των Markwardt και Wilson (1935) προκύπτει ότι το θλιψιγενές, τόσο σε υγρή όσο και σε ξηρή κατάσταση, έχει ίδια ή λίγο μεγαλύτερη τάση στο όριο ελαστικότητας σε σύγκριση με το κανονικό. Όταν όμως λαμβάνεται υπόψη η πυκνότητα, το θλιψιγενές ξύλο δείχνει να έχει μικρότερη τάση στο όριο ελαστικότητας σε σχέση με το κανονικό (Πίνακας 2.8). Μέτρο ελαστικότητας (Μ.Ε.) Το μέτρο ελαστικότητας δείχνει την ικανότητα ενός δείγματος ξύλου, να επανακτήσει το αρχικό του μέγεθος και σχήμα αφού απομακρυνθεί η φόρτιση. Είναι η κλίση της ευθείας που προκύπτει από την σχέση τάσης-παραμόρφωσης. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέτρο ελαστικότητας τόσο πιο δύσκαμπτο είναι το ξύλο. Σύμφωνα με τον Trendelenburg (1931, 1932), κατά τη σύγκριση ξύλου κανονικής δομής με θλιψιγενές ξύλο, διαπιστώθηκε ότι το θλιψιγενές έχει μικρότερο μέτρο ελαστικότητας και αυτό ισχύει και για δείγματα που βρίσκονται σε χλωρή και σε ξηρή κατάσταση στον αέρα (Πίνακας 2.10). Με βάση τις τιμές που αναφέρουν οι Markwardt και Wilson (1935) στον Πίνακα 2.8 σχετικά με το είδος Pinus ponderosa, υποδεικνύουν ότι η διαφορά ανάμεσα σ αυτούς τους 2 τύπους ξύλου είναι μεγαλύτερη στην ξηρή κατάσταση στον αέρα παρά στη χλωρή. Η μεγάλη αντοχή του θλιψιγενούς ξύλου σε θλίψη όταν βρίσκεται σε υγρή κατάσταση προστατεύει τα κεκλιμένα δένδρα που κάμπτονται από τη θραύση, ενώ το μικρό μέτρο ελαστικότητας κάνει δυνατή τη κάμψη του δένδρου και των κλαδιών με μικρότερη δύναμη χωρίς να πραγματοποιείται θραύση (Μπόγρη 2000)

44 Πίνακας 2.10 Μέτρο ελαστικότητας (Μ.Ε.) σε θλίψη (N/mm 2 ), θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από Picea abies και Pseudotsuga menziesii (Timell 1986). Είδος Υγρομετρική Μέτρο ελαστικότητας (N/mm 2 ) Κατάσταση Θλιψιγενές Κανονικό Πηλίκο Βιβλιογραφία Abies sachalinensis Ξηρή στον αέρα ,62 Ueda et al.1972 Picea abies Χλωρή ,52 Harting 1896, 1901 Χλωρή ,42 Rothe 1930 Ξηρή στον αέρα ,86 Janka 1909 Pseudotsuga menziesii Χλωρή ,72 Ξηρή στον αέρα ,46 Trendelenburg 1931,

45 Αντοχή σε εφελκυσμό Η αντοχή του ξύλου σε εφελκυσμό διαφέρει σημαντικά με το αν η φόρτιση είναι αξονική (παράλληλα με τις ίνες) ή εγκάρσια (Τσουμής 2000). Η αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό είναι 2 με 3 φορές μεγαλύτερη στο ξύλο κανονικής δομής σε σύγκριση με το θλιψιγενές ξύλο. Στον παρακάτω Πίνακα 2.11 παρατηρείται ότι σε όλα τα είδη η αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό θλιψιγενούς ξύλου είναι μικρότερη σε σύγκριση με το ξύλο κανονικής δομής. Η αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό 8 ειδών σε υγρή και ξηρή κατάσταση παρουσιάζεται Στον Πίνακα Μόνο στο είδος Sequoia giganteum το θλιψιγενές έχει μεγαλύτερη αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό σε σχέση με το ξύλο κανονικής δομής. Πίνακας 2.11 Αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό (N/mm 2 ) υγρού και ξηρού στον αέρα θλιψιγενούς ξύλου. Είδος Αντοχή σε αξ. εφελκυσμό, N/mm 2 Αντοχή σε αξ.εφελκυσμό /ειδικό βάρος, N/mm 2 Θ.Ξ. Κ.Ξ. Πηλίκο Θ.Ξ. Κ.Ξ. Πηλίκο Βιβλιογραφία Picea abies Sontag 1904 Πρώιμο 64, ,55 Όψιμο ,67 Pinus densiflora 31,1 92,5 0, ,27 Onaka 1949 Pinus Pillow and 68,1 82,8 0,82 145, ,62 ponderosa Luxford 1937 Pseudotsuga 76,5 97,4 0,79 149,1 227,5 0,66» menziesii 90 92,8 0,97 170,8 222,2 0,77» Sequoia 41,5 71,3 0,58 82,1 206,1 0,40» sempervirens 53,2 62,2 0,86 104,2 163,7 0,64» όπου Θ.Ξ.= θλιψιγενές ξύλο και Κ.Ξ.= κανονικό ξύλο Ο Burns (1930)(από Timell 1986) υποστήριξε ότι θλιψιγενές ξύλο Pinus strobus είχε μεγαλύτερη αντοχή σε εφελκυσμό από το κανονικό ξύλο αλλά ο Verral (1928) βρήκε το αντίθετο αποτέλεσμα στα είδη Picea mariana και Thuja plicata

46 Πίνακας 2.12 Αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από οχτώ είδη κωνοφόρων σε υγρή και ξηρή κατάσταση (Pillow and Luxford 1937, Perem 1960, Cockrell and Knudson 1973). Είδος Τύπος ξύλου Περιεχόμενη υγρασία % Abies concolor Picea glauca Pinus ponderosa Pinus resinosa Pinus taeda Pseudotsuga menziesii Sequoia sempervirens Sequoiadendron giganteum Θλιψιγενές ,9 Κανονικό 187,1 11,7 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 87,5 12,6 Κανονικό 133,3 12 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 77,2 11,7 Κανονικό 101,9 12,1 Θλιψιγενές 43,3 12,1 Κανονικό 58,3 10,5 Θλιψιγενές ,5 Κανονικό 113,7 9,9 Θλιψιγενές Κανονικό Αντίθετο Ειδικό βάρος, G 0,470 0,509 0,346 0,375 0,387 0,92 0,316 0,332 0,467 0,499 0,354 0,372 0,415 0,448 0,376 0,400 0,584 0,619 0,519 0,586 0,531 0,527 0,428 0,459 0,506 0,510 0,380 0,380 0,540 0,590 0,340 0,350 0,280 0,290 Αξονικός εφελκυσμός, Τ N/mm 2 T T/G 66,81 143,06 81,22 229,44 75,01 88,25 95,49 91,01 40,74 52,12 69,91 61,02 83,77 118,6 73,56 65,43 66,19 70,88 146,23 167,46 223,12 198,28 80,53 102,20 183,98 160,58 155,13 201,12 216,38 186,95 236,40 244,

47 Οι Furuno et al. (1969) παρουσίασαν λεπτομερείς μετρήσεις σχετικά με την συμπεριφορά θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου στην αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό στο είδος Picea jezoensis. Τα δεδομένα αυτά παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.13 και στο Σχήμα Πίνακας 2.13 Αξονικός εφελκυσμός θλιψιγενούς και κανονικού (όψιμο) ξύλο του είδους Picea jezoensis (Furuno et al. 1969). Τύπος ξύλου Κανονικό Θλιψιγενές Υγρομετρική κατάσταση Τάση στο όριο θραύσης, Τάση στο όριο ελαστικότητας, Μέτρο ελαστικότητας, N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 Υγρή Ξηρή Υγρή Ξηρή Σχήμα 2.16 Διάγραμμα τάσης-παραμόρφωσης σε αξονικό εφελκυσμό σε ξηρή (1) και υγρή (2) κατάσταση σε Picea jezoensis (Furuno et al. 1969). Οι Cockrell και Knudson (1973) μελέτησαν την αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό στο είδος Sequoiadendron giganteum σε κανονικό, αντίθετο και θλιψιγενές ξύλο. Τα αποτελέσματα που βρήκαν ήταν εντελώς διαφορετικά από τους προηγούμενους ερευνητές (Πίνακας 2.12). Συγκεκριμένα αναφέρουν ότι το θλιψιγενές ξύλο έχει πολύ μεγαλύτερη αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό από το κανονικό και το αντίθετο ξύλο, όχι μόνο σε ξηρή, αλλά και σε υγρή κατάσταση. Μάλιστα το θλιψιγενές εμφανίζεται να πλεονεκτεί έναντι του κανονικού, ακόμη και όταν οι τιμές διαιρέθηκαν με την πυκνότητα

48 Σχετικά με την τάση στο όριο ελαστικότητας σε εφελκυσμό, τα στοιχεία των Cockrell και Knudson (1973), δείχνουν ότι το θλιψιγενές ξύλο μειονεκτεί σε σχέση με το κανονικό και σε υγρή και σε ξηρή κατάσταση. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την μεγάλη αντοχή σε θραύση δείχνουν την μεγάλη πλαστικότητα του θλιψιγενούς ξύλου, που οφείλεται στην μεγάλη γωνία των μικροϊνιδίων και στις σπειροειδείς ραγάδες. Μέτρο Ελαστικότητας (Μ.Ε.) Ο Hartig (1896, 1901)(από Timell 1986) βρήκε ότι το μέτρο ελαστικότητας του θλιψιγενούς είναι λίγο μεγαλύτερο από το μισό του κανονικού ξύλου σε Picea abies. Τα στοιχεία στον Πίνακα 2.13 δείχνουν ότι το μέτρο ελαστικότητας για το θλιψιγενές ξύλο Picea jezoensis, ήταν το μισό ή και λιγότερο από το αντίστοιχο του κανονικού. (Furuno et al. 1969). Οι Mark και Gillis (1973)(από Μπόγρη 2000) ανέλυσαν την σχέση ανάμεσα στο μέτρο ελαστικότητας σε αξονικό εφελκυσμό και την γωνία μικροϊνιδίων στην S2 στρώση, καθώς και με χημικά συστατικά με μικρότερη αντοχή (ημικυτταρίνες, λιγνίνη). Βρέθηκε ότι η οριακή γωνία των μικροϊνιδίων στη στρώση S2 είναι 15 ο. Για γωνίες μεγαλύτερες από 15 ο, που υπάρχουν σε ανώριμο και θλιψιγενές ξύλο, η αξονική ακαμψία των κυττάρων μειώνεται ουσιαστικά. Σε μικρότερες γωνίες, ο συνδυασμός ημικυτταρίνες-λιγνίνη δεν επηρεάζει σχεδόν καθόλου το μέτρο ελαστικότητας. Σε μεγαλύτερες γωνίες όπως 40 ο ο συνδυασμός ημικυτταρίνεςλιγνίνη καθορίζει αποκλειστικά το μέτρο ελαστικότητας σε εφελκυσμό, ανεξάρτητα από τα χαρακτηριστικά των μικροϊνιδίων της κυτταρίνης. Γωνίες 40 ο -50 ο είναι χαρακτηριστικές του θλιψιγενούς ξύλου και το μικρό μέτρο ελαστικότητας αποδίδεται στο συνδυασμό ημικυτταρινών-λιγνίνης, ο οποίος είναι μεγαλύτερος στο θλιψιγενές (70%) από ότι στο κανονικό ξύλο (58%). Επίσης, οι Mark και Gillis κατέληξαν ότι σε μεγάλες γωνίες της S2 στρώσης, η S1 στρώση δεν επηρεάζει το μέτρο ελαστικότητας σε εφελκυσμό στο ξύλο κανονικής δομής. Δεν είναι γνωστό όμως, αν αυτό ισχύει στην περίπτωση του θλιψιγενούς ξύλου, λόγω του μεγάλου πάχους που εμφανίζει η στρώση αυτή

49 Αντοχή σε διάτμηση Ένα σώμα βρίσκεται σε τάση διατμήσεως αν οι δυνάμεις τείνουν να προκαλέσουν ολίσθηση ενός μέρους του φορτιζόμενου σώματος σε παράπλευρο μέρος του ίδιου σώματος. Η διάτμηση μπορεί να διακριθεί σε αξονική, εγκάρσια, λοξή και κυλιόμενη (Τσουμής 2000). Ο Mori (1933)(από Timell 1986) ήταν ο πρώτος που έκανε μετρήσεις σε θλιψιγενές ξύλο για αντοχή σε διάτμηση. Βρήκε ότι ξηρό στον αέρα θλιψιγενές ξύλο του είδους Thujopsis dolobrata είχε αντοχή σε ακτινική διάτμηση 0,85 N/mm 2 και σε εφαπτομενική διάτμηση 1,05 N/mm 2, ενώ βρήκε σε ξύλο κανονικής δομής αντοχή σε διάτμηση 0,82 N/mm 2 και 1,08 N/mm 2 αντίστοιχα. Στον Πίνακα 2.14 δίνεται το μέτρο ελαστικότητας σε διάτμηση (Ueda et.al 1972, Ueda 1973). Από τον πίνακα προκύπτει ότι θλιψιγενές ξύλο του είδους Abies sachalinensis και Ginkgo biloba έχει μεγαλύτερο μέτρο ελαστικότητας σε σχέση με το ξύλο κανονικής δομής. Χαρακτηριστικά, το πηλίκο του μέτρου ελαστικότητας σε κάμψη προς το μέτρο ακαμψίας σε διάτμηση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διαγνωστικός δείκτης για την αναγνώριση του θλιψιγενούς ξύλου επειδή το πηλίκο αυτό είναι μικρότερο για θλιψιγενές ξύλο (4-11) σε σύγκριση με κανονικό ξύλο (9-22). Πίνακας 2.14 Ειδικό βάρος, μέτρο ελαστικότητας σε κάμψη και μέτρο ελαστικότητας σε διάτμηση (μέτρο ακαμψίας) ξηρού στον αέρα κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου (Ueda 1973). Είδος Μέτρο Μέτρο Τύπος Πυκνότητα, ελαστικότητας σε ελαστικότητας σε ξύλου g/m 3 κάμψη, N/mm 2 διάτμηση, N/mm 2 Πηλίκο Abies Θλιψιγενές 0, ,15 sachalinensis Κανονικό 0, ,8 Ginkgo Θλιψιγενές 0, ,92 biloba Κανονικό 0, ,2-45 -

50 Οι Muller et al. (2004) εξέτασαν την αντοχή σε αξονική διάτμηση και το μέτρο ελαστικότητας σε κανονικό και θλιψιγενές ξύλο στο είδος Larix decidua (Πίνακας 2.15). Παρατηρείται ότι η αντοχή σε διάτμηση και το μέτρο ελαστικότητας σε διάτμηση είναι μεγαλύτερα στο θλιψιγενές ξύλο παρά στο ξύλο κανονικής δομής. Πίνακας 2.15 Πυκνότητα (d), αντοχή σε διάτμηση (T) και μέτρο ελαστικότητας (M.E.) στο είδος Larix deciduas σε κανονικό και θλιψιγενές ξύλο (Muller et al. 2004). Μηχανικές ιδιότητες Larix decidua Κανονικό ξύλο Θλιψιγενές ξύλο Πυκνότητα (d), g/cm 3 0,51 (0,08)* 0,72 (0,03)* Αντοχή σε διάτμηση (Τ), MPa 7,5 (1,6)* 11,7 (1,9)* Μέτρο ελαστικότητας (Μ.Ε.), MPa 663 (119)* 1027 (174)* * τυπική απόκλιση σε παρενθέσεις

51 Αντοχή σε κρούση Η αντοχή σε κρούση αναφέρεται σε απότομη (δυναμική) φόρτιση, σε αντίθεση με τις προηγούμενες μηχανικές ιδιότητες, στις οποίες η φόρτιση είναι στατική ή γίνεται βαθμιαία (Τσουμής 2000). Ο Morri (1933)(από Timell 1986) βρήκε ότι θλιψιγενές ξύλο σε ξηρή κατάσταση στον αέρα του είδους Thujopsis dolobrata έχει μικρότερη αντοχή σε κρούση από ξύλο κανονικής δομής. Οι Markwardt και Wilson (1935) (Πίνακας 2.16) βρήκαν μεγαλύτερη αντοχή σε κρούση για υγρή και για ξηρή κατάσταση θλιψιγενούς ξύλου Pinus ponderosa. Στο είδος Sequoia sempervirens, το ξύλο κανονικής δομής ήταν πιο σκληρό από το θλιψιγενές στη χλωρή κατάσταση και σχεδόν το ίδιο σκληρό και σε ξηρή στον αέρα κατάσταση. Πίνακας 2.16 Αντοχή σε κρούση θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου Pinus ponderosa και Sequoia sempervirens (Markwardt και Wilson 1935). Είδος Περιεχόμενη Ειδικό βάρος, Αντοχή σε κρούση υγρασία, % G ανά δείγμα, Nm Pinus ponderosa Υγρή κατάσταση: Θλιψιγενές 85 0,49 19,60 Κανονικό 121 0,37 11,37 Ξηρή κατάσταση: Θλιψιγενές 10,6 0,53 11,34 Κανονικό 10,0 0,38 8,95 Sequoia sempervirens Υγρή κατάσταση: Θλιψιγενές 89 0,52 7,85 Κανονικό 129 0,37 9,37 Ξηρή κατάσταση: Θλιψιγενές 9,7 0,49 7,28 Κανονικό 8,8 0,37 7,29 Σύμφωνα με τον Πίνακα 2.17 η αντοχή σε κρούση, όπως και οι περισσότερες μηχανικές ιδιότητες, μειώνεται με την απώλεια υγρασίας, μετάβαση από χλωρή σε ξηρή κατάσταση. Επίσης, στο είδος Pinus taeda η αντοχή σε κρούση θλιψιγενούς ξύλου είναι μικρότερη σε σύγκριση με ξύλο κανονικής δομής ενώ στο είδος Sequoia sempervirens η αντοχή σε κρούση θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου είναι ίδια

52 Πίνακας 2.17 Αντοχή σε κρούση θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από οχτώ είδη κωνοφόρων σε υγρή και ξηρή κατάσταση (Pillow and Luxford 1937, Perem 1960, Cockrell and Knudson 1973). Είδος Τύπος ξύλου Περιεχόμενη υγρασία % Ειδικό βάρος G Κρούση, Nm Abies concolor Picea glauca Pinus ponderosa Pinus resinosa Pinus taeda Pseudotsuga menziesii Sequoia sempervirens Sequoiadendron giganteum Θλιψιγενές ,9 Κανονικό 187,1 11,7 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 87,5 12,6 Κανονικό 133,3 12 Θλιψιγενές Υγρή 10 Κανονικό Υγρή 10 Θλιψιγενές 77,2 11,7 Κανονικό 101,9 12,1 Θλιψιγενές 43,3 12,1 Κανονικό 58,3 10,5 Θλιψιγενές ,5 Κανονικό 113,7 9,9 Θλιψιγενές Κανονικό Αντίθετο ,470 0,509 0,346 0,375 0,387 0,92 0,316 0,332 0,467 0,499 0,354 0,372 0,415 0,448 0,376 0,400 0,584 0,619 0,519 0,586 0,531 0,527 0,428 0,459 0,506 0,510 0,380 0,380 0,540 0,590 0,340 0,350 0,280 0,290 15,93 12,88 14,69 13,11 30,62 13,67 23,50 21,02 19,55 11,30 11,41 8,93 43,51 18,19 39,66 21,02 22,15 12,32 28,36 19,55 20,57 10,06 20,91 23,05 9,38 7,23 9,38 7,35 28,25 31,64 20,34 13,56 16,95 21,

53 Σύμφωνα με έρευνα του Perem (1958, 1960) σε ξηρή κατάσταση θλιψιγενές ξύλο του είδους Picea glauca έχει μικρότερη αντοχή σε κρούση. Αντίθετα, οι Cockrell και Knudson (1973) βρήκαν (Πίνακας 2.17) ότι θλιψιγενές ξύλο του είδους Sequoiadendron giganteum υπερέχει τόσο σε υγρή όσο και σε ξηρή κατάσταση από το κανονικό ξύλο και επίσης αυξάνεται η αντοχή σε κρούση κατά την μετάβαση από την υγρή σε ξηρή κατάσταση. Όπως φαίνεται και στο παρακάτω Σχήμα 2.17 η αύξηση της αντοχής σε κρούση είναι μικρότερη με την αύξηση του ειδικού βάρους για το θλιψιγενές ξύλο παρά για το κανονικό και αυτό ισχύει και για τις δύο υγρομετρικές καταστάσεις. Κρούση, Nm Σχήμα 2.17 Επίδραση της πυκνότητας στην αντοχή σε κρούση σε κανονικό και θλιψιγενές ξύλο από Pinus ponderosa (Perem 1960). Ειδικό βάρος

54 Σκληρότητα Η σκληρότητα είναι μέτρο της αντιστάσεως του ξύλου στην είσοδο ξένων σωμάτων στην μάζα του. Σχετίζεται με το βάρος (βαρύτερα ξύλα είναι σκληρότερα) και η επίδραση της υγρασίας είναι αντίστροφη: όταν αυξάνεται η υγρασία του ξύλου μειώνεται η σκληρότητα του. Επίσης σχετίζεται με την αντοχή του ξύλου σε αποτριβή και χάραξη με διάφορα αντικείμενα, όπως και η ευκολία ή δυσκολία κατεργασίας του με εργαλεία και μηχανές (Τσουμής 2000). Όσον αναφορά το θλιψιγενές ξύλο είναι γνωστό από παλιά ότι είναι πιο σκληρό από το ξύλο κανονικής δομής και πολλές φορές στις έρευνες αναφέρεται ως glassy wood, hard steak, nagelhart και eichiges holz (Timell 1986). Σύμφωνα με τον Verral (1928) κατά μέσο όρο το θλιψιγενές ξύλο είναι 3,2 φορές πιο σκληρό από το ξύλο κανονικής δομής. Σύμφωνα με τον Mori (1933) (από Timell 1986) σε μετρήσεις που έκανε στο είδος Thujopsis dolobrata (Πίνακας 2.18) βρήκε ότι το θλιψιγενές έχει διπλάσια σκληρότητα από το κανονικό ξύλο. Ακόμα και στην περίπτωση που λαμβάνεται υπόψη η πυκνότητα, πάλι το θλιψιγενές είναι σκληρότερο. Παρόμοια αποτελέσματα αναφέρθηκαν από τον Sawada (1951) και Banks (1957) σε μετρήσεις Abies magriana και σε Pinus montezumae αντίστοιχα (Timell 1986). Πίνακας 2.18 Σκληρότητα ξηρού στον αέρα θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου Thujopsis dolobrata (Mori 1933)(από Timell1986). Διεύθυνση Σκληρότητα, N/mm 2 Σκληρότητα/ειδικό βάρος Θλιψιγενές Κανονικό Πηλίκο Θλιψιγενές Κανονικό Πηλίκο Εγκάρσια 34,48 20,04 1,72 69,5 52,9 1,31 Ακτινική 25,14 10,7 2,35 50,7 28,8 1,76 Εφαπτομενική 24,22 12,48 1,94 48,8 33,5 1,

55 Θραύση θλιψιγενούς ξύλου Όταν θλιψιγενές ξύλο υποχωρεί σε θλίψη, εφελκυσμό ή κάμψη, σχεδόν πάντα η θραύση είναι τραχεία. Θα πρέπει να τονίσουμε ότι η τραχύτητα δεν πρέπει να συγχέεται με την ευθραυστότητα. Η ευθραυστότητα είναι ιδιότητα για υλικά όπως χυτοσίδηρος, κεραμικά ή γυαλί, ενώ η τραχύτητα είναι ιδιότητα του ξύλου. Η τραχύτητα του ξύλου μπορεί να οφείλεται σε διάφορους παράγοντες όπως η χαμηλή πυκνότητα, η μεγάλη γωνία μικροϊνιδίων και η ύπαρξη θλιψιγενούς ξύλου (Dinwoodie 1976). Σύμφωνα με μετρήσεις που έκανε ο Verral (1928) στο είδος Thuja plicata σε αντοχή σε εφελκυσμό, διαπίστωσε ότι το ξύλο κανονικής δομής υποχώρησε με ινώδη μορφή ενώ στο θλιψιγενές ξύλο η θραύση έγινε κάθετα στα δείγματα (Εικόνα 2.11). Οι Furuno et al. (1969) αναφέρουν ότι υποχώρηση σε εφελκυσμό του θλιψιγενούς ξύλου σε υγρή κατάσταση πραγματοποιείται λόγω θραύσης των μεσοκυττάριων στρώσεων ενώ σε ξηρή κατάσταση λόγω θραύσης των κυτταρικών τοιχωμάτων. Εικόνα 2.11 Υποχώρηση θλιψιγενούς ξύλου σε εφελκυσμό : 1, 2 θλιψιγενές ξύλο και 3, 4 ξύλο κανονικής δομής και σε θλίψη : 5 θλιψιγενές και 6, 7 ξύλο κανονικής δομής (Verral 1928)

56 Ο Wardrop (1951) βρήκε ότι όταν θλιψιγενές ξύλο του είδους Pinus radiata υπόκειται σε αντοχή σε εφελκυσμό, το σημείο της θραύσης έχει την ίδια κατεύθυνση με τον έλικα που έχουν τα μικροϊνίδια στην S 2 στρώση. Όταν ένας δοκός θλιψιγενούς ξύλου υποχωρεί σε κάμψη, σχεδόν πάντοτε η θραύση είναι τραχεία, παρόλο που κάθετη θραύση εγκάρσια στις ίνες γίνεται σπάνια. Μερικές φορές η μορφή της θραύσης έχει οδοντωτή τροχιά αλλά ακόμα πιο συχνά η θραύση εμφανίζεται ως ένα μεγάλο Y (Εικόνα 2.12) (Timell 1986). Εικόνα 2.12 Υποχώρηση σε κρούση σε χλωρή κατάσταση Picea glauca (1-4) και Pinus resinosa (5-8). Τα δείγματα 1 και 5 έχουν ξύλο κανονικής δομής ενώ τα υπόλοιπα θλιψιγενές ξύλο (Perem 1960). Στις Εικόνες 2.13 και 2.14 παρατηρείται ξυλεία του είδους Tsuga sp.και Sequoia gigantean αντίστοιχα, σε αντοχή σε κάμψη και διαπιστώνεται ότι και στις δύο περιπτώσεις το ξύλο κανονικής δομής υποχωρεί με ινώδη τρόπο ενώ το θλιψιγενές ξύλο υποχωρεί απότομα. Η αντοχή του θλιψιγενούς σε κρούση ήταν μόνο 77 % σε σχέση με την αντοχή του ξύλου κανονικής δομής (Dinwoodie 1971)

57 Εικόνα 2.13 Υποχώρηση σε κάμψη θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου από Tsuga sp. (Dinwoodie 1971). Εικόνα 2.14 Υποχώρηση σε κάμψη κανονικού (4Β S-7, 4B S-6) και θλιψιγενούς ξύλου (4B N-6, 4A N-6) από Sequoia gigantean (Cockrell and Knudson 1974)

58 Από την προηγούμενη ανάλυση προκύπτουν συμπερασματικά τα ακόλουθα: Στην αντοχή σε στατική κάμψη σε υγρή κατάσταση το μέτρο θραύσεως και η τάση στο όριο ελαστικότητας θλιψιγενούς ξύλου έχουν μεγαλύτερη τιμή από το ξύλο κανονικής δομής, ενώ σε ξηρή κατάσταση οι δυο αυτές ιδιότητες έχουν μικρότερη τιμή για το θλιψιγενές ξύλο. Το μέτρο ελαστικότητας σε στατική κάμψη θλιψιγενούς ξύλου είναι αρκετά μικρότερο σε σύγκριση με ξύλο κανονικής δομής. Η αντοχή σε αξονική θλίψη θλιψιγενούς ξύλου είναι μεγαλύτερη από την αντοχή ξύλου κανονικής δομής σε υγρή κατάσταση και ορισμένες φορές και σε ξηρή κατάσταση όπως φαίνεται και από τους Πίνακες 2.8 και 2.9. Η τάση στο όριο ελαστικότητας και το μέτρο ελαστικότητας σε αντοχή σε θλίψη θλιψιγενούς ξύλου έχουν μικρότερες τιμές σε σχέση με το κανονικό ξύλο τόσο σε υγρή όσο και σε ξηρή κατάσταση. Η αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό είναι μικρότερη για το θλιψιγενές ξύλο σε σχέση με το ξύλο κανονικής δομής εκτός από την έρευνα τον Cockrell και Knudson (1973) (Πίνακας 2.12) που έδειξε πως το θλιψιγενές ξύλο έχει μεγαλύτερη αντοχή από το κανονικό ξύλο. Το μέτρο ελαστικότητας σε αξονικό εφελκυσμό είναι μικρότερο για το θλιψιγενές ξύλο. Η αντοχή σε διάτμηση θλιψιγενούς ξύλου είναι μεγαλύτερη από την αντοχή κανονικού ξύλου. Η αντοχή σε κρούση είναι μεγαλύτερη στο θλιψιγενές ξύλο σε υγρή κατάσταση και μικρότερη σε ξηρή κατάσταση σε σχέση με το κανονικό ξύλο. Το θλιψιγενές ξύλο είναι σκληρότερο σε σύγκριση με το ξύλο κανονικής δομής. Γενικά, η αύξηση της αντοχής που επέρχεται με την ξήρανση είναι μικρότερη στο θλιψιγενές ξύλο σε σχέση με το κανονικό

59 Παράγοντες που καθορίζουν τις μηχανικές ιδιότητες θλιψιγενούς ξύλου Η μηχανική αντοχή του θλιψιγενούς ξύλου σε διάφορες μηχανικές ιδιότητες καθορίζεται από πολλούς παράγοντες σε μοριακό και δομικό επίπεδο. Η παρουσία θλιψιγενούς ξύλου επηρεάζει τη μηχανική αντοχή άλλοτε θετικά και άλλοτε αρνητικά και αυτό εξαρτάται από τον τρόπο φορτίσεως και την έκταση που έχει το θλιψιγενές στο δείγμα στο οποίο γίνονται οι μετρήσεις (Τσουμής 2000). Η μεγάλη αντοχή θλιψιγενούς ξύλου σε θλίψη έχει αποδοθεί από τον Sontag (1904) ότι οφείλεται στο μεγάλο πάχος των τοιχωμάτων των τραχεϊδών. Αναμφισβήτητα αυτό είναι σωστό όμως υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που παίζουν εξίσου σημαντικό ρόλο. Σύμφωνα με τον Trendelenburg (1932) σημαντικό ρόλο παίζει ο μικρός αριθμός βοθρίων όμως ο Koehler (1933) διαφώνησε και υποστήριξε πως ο αριθμός των βοθρίων έχει μικρή έως ελάχιστη επίδραση στην αντοχή. Η υψηλή συγκέντρωση λιγνίνης και η μεγάλη γωνία των μικροϊνιδίων είναι παράγοντες που συμβάλλουν στην αντοχή του θλιψιγενούς ξύλου σε θλίψη (Barnett and Jeronimidis 2006). Ο Schniewind (1962c) παρατήρησε ότι υπάρχει θετική συσχέτιση ανάμεσα στην περιεκτικότητα σε λιγνίνη και στην αντοχή σε αξονική θλίψη. Σύμφωνα με τον Gindl (2002) η αντοχή σε θλίψη θλιψιγενούς ξύλου αυξάνεται με την αύξηση της γωνίας των μικροϊνιδίων ενώ αντιθέτως η αντοχή σε εφελκυσμό μειώνεται αισθητά με την αύξηση της γωνίας των μικροϊνιδίων. Η μικρή αντοχή σε εφελκυσμό θλιψιγενούς ξύλου πιθανόν να είναι συνέπεια διαφόρων παραγόντων, όπως η μεγάλη γωνία των μικροϊνιδίων στην S2 στρώση, η παρουσία σπειροειδών ραγάδων, η μικρή περιεκτικότητα σε κυτταρίνη και η υψηλή περιεκτικότητα σε λιγνίνη. Οι πολυάριθμοι μεσοκυττάριοι χώροι πιθανόν να δημιουργούν αδύναμη συνάφεια ανάμεσα στις τραχεΐδες (Timell 1986). Ο Munch (1938) έκανε μια εκτενή μελέτη σχετικά με το πόσο επηρεάζει ο ελικοειδής προσανατολισμός των μικροϊνιδίων την αντοχή του ξύλου σε θλίψη και εφελκυσμό. Ένα από τα αποτελέσματα στα οποία κατέληξε ήταν ότι η αντοχή σε εφελκυσμό μειώνεται με την αύξηση της γωνίας των μικροϊνιδίων στην S2 στρώση

60 Σύμφωνα με έρευνες που έκαναν οι Mark και Gillis (1973) βρήκαν ότι μόνο σε κύτταρα όπου η γωνία των μικροϊνιδίων ήταν μικρότερη από 10 ο η δυσκαμψία των κυττάρων εξαρτάται από τις ιδιότητες της κυτταρίνης. Οι τραχεΐδες θλιψιγενούς ξύλου που έχουν μεγάλες γωνίες μικροϊνιδίων (π.χ. 40 ο που είναι συχνό φαινόμενο), τα χαρακτηριστικά της ημικυτταρίνης και της λιγνίνης επηρεάζουν πολύ την δυσκαμψία των κυττάρων. Η αντοχή του θλιψιγενούς ξύλου σε στατική κάμψη είναι αποτέλεσμα της αντοχής του σε εφελκυσμό και σε θλίψη. Το μέτρο θραύσεως θλιψιγενούς ξύλου είναι σχετικά μικρό και αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο γεγονός ότι η αντοχή του ιστού αυτού σε εφελκυσμό είναι εξίσου μικρή. Στο Σχήμα 2.18 φαίνεται ότι το μέτρο θραύσεως μειώνεται απότομα με την αύξηση της γωνίας των μικροϊνιδίων στην S2 στρώση αλλά μόνο στις γωνίες οι οποίες είναι μεγαλύτερες από 25 ο -30 ο. Επίσης το μέτρο ελαστικότητας σε κάμψη μειώνεται με την αύξηση της γωνίας των μικροϊνιδίων (Timell 1986). Η υποχώρηση του θλιψιγενούς ξύλου, το οποίο ως πρώτη ματιά φαίνεται απίθανο σε ξύλα που έχουν παχιά κυτταρικά τοιχώματα, οφείλεται στο συνδυασμό διαφόρων παραγόντων. Ένας από τους παράγοντες είναι η μεγάλη περιεκτικότητα των ξύλων σε λιγνίνη. Άλλοι παράγοντες είναι η δομή των τραχεϊδών, το μεγάλο πάχος της S1 στρώσης, ο προσανατολισμός των μικροϊνιδίων που είναι σχεδόν εγκάρσιος και το κυτταρικό τοίχωμα. Η μεγάλη γωνία των μικροϊνιδίων στην S2 στρώση αυξάνει την τάση για θραύση ανάμεσα στα κύτταρα (Timell 1986). Οι Pillow και Luxford (1937) παρατήρησαν ότι η γωνία των μικροϊνιδίων στην S2 στρώση των τραχεϊδών ίσως επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες του ξύλου, σημειώνοντας ότι η γωνία αυξάνεται από το κανονικό ξύλο στο μέτριο θλιψιγενές και στο έντονης μορφής θλιψιγενές ξύλο. Οι σχέσεις ανάμεσα στο μέτρο θραύσεως, στο μέτρο ελαστικότητας, στη μέγιστη αξονική θλίψη και στο ημίτονο της γωνίας των μικροϊνιδίων της S2 στρώσης παρουσιάζονται στο Σχήμα

61 Μέτρο θραύσεως x 10-3 Μέτρο ελαστικότητας x 10-3 Μέγιστη αξονική θλίψη x 10-3 Σχήμα 2.18 Σχέσεις ανάμεσα στο ημίτονο του μέσου όρου της γωνίας των μικροϊνιδίων και των 3 δυναμικών παραμέτρων ανά ομάδα πυκνότητας σε κανονικό (NW) και θλιψιγενές ξύλο (CW) του είδους Pinus taeda. (Pillow and Luxford 1937) Ημίτονο της γωνίας μικροϊνιδίων Με εξαίρεση την αντοχή σε στατική κάμψη, οι περισσότερες μηχανικές ιδιότητες του ξύλου αυξάνονται με την απώλεια της υγρασίας του, δηλαδή τα ξύλα που βρίσκονται σε χλωρή κατάσταση έχουν μικρότερη αντοχή σε σύγκριση με αυτά που βρίσκονται σε ξηρή κατάσταση. Το θλιψιγενές ξύλο σε σχέση με το ξύλο κανονικής δομής, βελτιώνει σχετικά λίγο την αντοχή του όταν βρίσκεται σε ξηρή κατάσταση. Εξαίρεση αποτελεί το μέτρο ελαστικότητας σε κάμψη το οποίο μεταβάλλεται εξίσου στο θλιψιγενές και στο ξύλο κανονικής δομής (Timell 1986). Οι σχέσεις των μηχανικών ιδιοτήτων με την πυκνότητα και την υγρασία που ισχύουν για ξύλο με κανονική δομή δεν ισχύουν για θλιψιγενές ξύλο του ίδιου είδους. Γενικά, οι ακανονιστίες (θλιψιγενές, εφελκυσμογενές ξύλο) που υπάρχουν σε έντονο βαθμό σε ξύλα, επηρεάζουν αρνητικά την μηχανική τους αντοχή, γιατί μπορεί να προκαλέσουν ραγάδες ή και στρέβλωση όταν μεταβάλλεται η υγρασία τους (Τσουμής 2000)

62 3. ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η ελάτη αποτελεί ένα από τα κύρια κωνοφόρα είδη της χώρας μας και ετησίως τα ελατοδάση παράγουν κ.μ. βιομηχανικής ξυλείας. Οι κύριες χρήσεις αυτού του δασοπονικού είδους είναι: οικοδομικές κατασκευές, πατώματα, κιβώτια, στύλοι, έπιπλα, ιστοί, στρωτήρες, τορνευτά, χαρτοπολτός, μοριόπλακες και ινόπλακες. Το θλιψιγενές ξύλο διαφοροποιείται από άποψη δομής και χημικής σύστασης, επομένως και ιδιοτήτων από το ξύλο κανονικής δομής. Είναι λογικό λοιπόν, ότι κατά την αξιοποίηση του για τη παραγωγή διαφόρων προϊόντων ξύλου καθώς και τη χρησιμοποίηση του σε διάφορες τεχνικές κατασκευές, να δημιουργούνται προβλήματα. Τα προβλήματα αυτά οφείλονται στην συνύπαρξη του θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου μέσα σε ένα κορμό. Το κυριότερο χαρακτηριστικό του θλιψιγενούς ξύλου που επηρεάζει την αξιοποίηση του για την παραγωγή πριστής ξυλείας είναι η μεγάλη ρίκνωση σε αξονική διεύθυνση. Η αξονική ρίκνωση προκαλεί παραμορφώσεις και σχίσιμο των πριστών που περιέχουν ταυτόχρονα θλιψιγενές και κανονικό ξύλο. Κορμοί που περιέχουν θλιψιγενές ξύλο θεωρούνται ακατάλληλοι για την παραγωγή ξυλόφυλλων και αντικολλητών, εξαιτίας της έκκεντρης αύξησης και ελλειψοειδής διατομής που έχουν οι κορμοί με αποτέλεσμα να είναι δύσκολη η εκτύλιξη τους. Αρνητική επίδραση ασκεί επίσης η παρουσία θλιψιγενούς ξύλου και στη βιομηχανία παραγωγής πολτού (κυρίως στη μηχανική πολτοποίηση) λόγω της μεγάλης περιεκτικότητας του σε λιγνίνη και λόγω του μεγάλου ποσοστού σπασμένων ινών που έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία πολτού με μικρή μηχανική αντοχή. Άλλα χαρακτηριστικά του θλιψιγενούς τα οποία επηρεάζουν κυρίως την αξιοποίηση του σε διάφορες τεχνικές κατασκευές είναι η αυξημένη σκληρότητα καθώς και η ιδιότητα να θραύεται απότομα, χωρίς προειδοποίηση. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η συγκριτική μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων θλιψιγενούς και κανονικού ξύλου υβριδογενούς ελάτης (Abies cephalonica x A. Alba, populus hybridogenus) του πανεπιστημιακού δάσους Περτουλίου. Οι μηχανικές ιδιότητες στις οποίες υποβλήθηκαν τα δείγματα ήταν αντοχή σε στατική κάμψη, αντοχή σε αξονική θλίψη και αντοχή σε κρούση

63 4. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 4.1 Υλικό και μέθοδος Οι μηχανικές ιδιότητες προσδιορίστηκαν σε δείγματα ξύλου που προήλθαν από δέντρα υβριδογενούς ελάτης (Abies borrissi-regis) του πανεπιστημιακού δάσους Περτουλίου, στο τμήμα 630 του δασικού συμπλέγματος Κόζιακα (Σχήμα 4.1). Σχήμα 4.1 Περιοχή έρευνας (τμήμα 630) στο πανεπιστημιακό δάσος Περτουλίου (ΤΔΔΠΔ 1998). Τα δείγματα ξύλου που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων προήλθαν από πειραματικά κορμοτεμάχια ελάτης που περιλάμβαναν θλιψιγενές ξύλο σε διάφορα ποσοστά

64 Τα κορμοτεμάχια με θλιψιγενές ξύλο καθώς και κορμοτεμάχια με κανονικής δομής ξύλο οδηγήθηκαν σε πριστήριο, όπου έγινε πρίση και φυσική ξήρανση τους. Για τη διαμόρφωση δειγμάτων μηχανικών ιδιοτήτων επελέγησαν από κάθε κορμοτεμάχιο κεντρικά πριστά, τα οποία παρουσίαζαν ακριβείς εφαπτομενικές και ακτινικές επιφάνειες. Τα πριστά αυτά, πάχος περί τα 2,5-2,6 εκ., επαναπρίσθηκαν κατά μήκος για την παραγωγή μικρών δοκών εγκάρσιας διατομής περίπου 2,5 x 2,5 εκ., τα οποία πλανίσθηκαν για τελικές εγκάρσιες διατομές 2 x 2 εκ., διαμορφώθηκαν σε διαστάσεις μήκους ανάλογων των συγκεκριμένων δοκιμών, κλιματιστήκαν σε συνθήκες εργαστηρίου (ισοδύναμη υγρασία κατά μ.ο. 11,5 %) και έγιναν οι δοκιμές σε ηλεκτρονική μηχανή αντοχής (τύπου SHIMADZU) (Εικόνα 4.1) για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων. Για τη δοκιμή σε κρούση χρησιμοποιήθηκε μηχανή αντοχής AMSLER. Στον πίνακα 4.1 παρουσιάζονται οι μηχανικές ιδιότητες που προσδιορίστηκαν, ο αριθμός των δειγμάτων, οι διαστάσεις τους και οι αντίστοιχες προδιαγραφές. Εικόνα 4.1 Μηχανή αντοχής SHIMADZU για τον προσδιορισμό της αντοχής σε στατική κάμψη και αξονική θλίψη ξύλου ελάτης

65 Πίνακας 4.1 Αριθμός και διαστάσεις δοκιμίων προσδιορισμού μηχανικών ιδιοτήτων. Είδος δοκιμής Στατική κάμψη -Οριακή τάση ινών -Μέτρο θραύσεως -Μέτρο ελαστικότητας Θλίψη, αξονική -Μέτρο θραύσεως Κρούση Αριθμός δοκιμίων Διαστάσεις, cm Κανονικό Θλιψιγενές (ακτ.x εφ.x αξον.) ξύλο ξύλο x 2 x x 2 x x 2 x 28 Προδιαγραφές DIN 52186: 1978 DIN 52185: 1976 DIN 52189: 1981 Για κάθε δοκιμή, τα δείγματα με θλιψιγενές ξύλο διακρίθηκαν σε 4 κατηγορίες ανάλογα με την ένταση του θλιψιγενούς ξύλου : 1. Δείγματα με ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου στην εγκάρσια επιφάνεια μεταξύ 0-25 %. 2. Δείγματα με ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου στην εγκάρσια επιφάνεια μεταξύ %. 3. Δείγματα με ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου στην εγκάρσια επιφάνεια μεταξύ %. 4. Δείγματα με ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου στην εγκάρσια επιφάνεια μεταξύ %. Επίσης υπήρχε και ομάδα δειγμάτων με ξύλο κανονικής δομής και με απουσία θλιψιγενούς ξύλου. Η διάκριση των δειγμάτων με θλιψιγενές ξύλο σε 4 κατηγορίες έγινε με βάση την ένταση του θλιψιγενούς ξύλου (ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου σε εγκάρσιες επιφάνειες). Το ποσοστό αυτό εκτιμήθηκε οπτικά και στις δυο εγκάρσιες επιφάνειες και ελήφθη ο μέσος όρος. Η εκτίμηση στηρίχθηκε στη μακροσκοπική εμφάνιση του

66 θλιψιγενούς ξύλου (σκοτεινότερο χρώμα, αυξητικοί δακτύλιοι με μεγάλο ποσοστό όψιμου ξύλου) και στις εγκάρσιες αλλά και σε αξονικές (ακτινικές, εφαπτομενικές) τομές του κάθε δείγματος. Αντοχή σε στατική κάμψη Για τον προσδιορισμό της αντοχής σε στατική κάμψη (οριακή τάση ινών, μέτρο θραύσεως, μέτρο ελαστικότητας) τα δοκίμια με διαστάσεις 2 x 2 x 34 εκ. (πλάτος x ύψος x μήκος) τοποθετήθηκαν οριζόντια με απόσταση υποστηριγμάτων 30 εκ. και το φορτίο ασκήθηκε κατά την εφαπτομενική κατεύθυνση στο μέσο του δοκιμίου μέχρι το σημείο θραύσεως (Σχήμα 4.2 και Εικόνα 4.2). Η ταχύτητα κίνησης της κεφαλής ήταν 6 mm/min. Για τη μέτρηση αυτή χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονική μηχανή αντοχής SHIMADZU και αυτόματος καταγραφέας όπου κατέγραψε το διάγραμμα τάσεως-παραμορφώσεως (Εικόνα 4.3). Σχήμα 4.2 Κατεύθυνση εφαρμογής του φορτίου σε σχέση με τους αυξητικούς δακτύλιους Α. εφαπτομενικά (επίπεδο διάτμησης ακτινικό) και Β. Ακτινικά (επίπεδο διάτμησης εφαπτομενικό). Εικόνα 4.2 Αντοχή σε στατική κάμψη

67 Εικόνα 4.3 Αυτόματος καταγραφέας για την καταγραφή του διαγράμματος τάσεωςπαραμορφώσεως για στατική κάμψη. Από το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης που πάρθηκε για κάθε δοκίμιο, προσδιορίστηκε το φορτίο στο όριο ελαστικότητας (P), η παραμόρφωση (D) και το μέγιστο φορτίο θραύσεως (P ). Στην συνέχεια με τους παρακάτω τύπους προσδιορίστηκαν: η οριακή τάση ινών (Ο.Τ.Ι.), το μέτρο θραύσεως (Μ.Θ.) και το μέτρο ελαστικότητας (Μ.Ε.). Οριακή τάση ινών Ο.Τ.Ι.=1,5PL/bd 2 όπου: Ο.Τ.Ι.= οριακή τάση των ινών (N/mm 2 ) P= φορτίο στο όριο ελαστικότητας (Ν) L= μήκος δοκού μεταξύ σημείων υποστηρίξεως (mm) b= πλάτος δοκιμίου. ακτινική διάσταση δοκιμίου (mm) d= πάχος δοκιμίου. εφαπτομενική διάσταση δοκιμίου (mm) Μέτρο θραύσεως Μ.Θ.=1,5P L/bd 2 όπου: Μ.Θ.= μέτρο θραύσεως (N/mm 2 ) P = μέγιστο φορτίο θραύσεως (Ν) L= μήκος δοκού μεταξύ σημείων υποστηρίξεως (mm) b= πλάτος δοκιμίου. ακτινική διάσταση δοκιμίου (mm) d= πάχος δοκιμίου. εφαπτομενική διάσταση δοκιμίου (mm)

68 Μέτρο ελαστικότητας Μ.Ε.=PL 3 /4Dbd 3 όπου: Μ.Ε.= μέτρο ελαστικότητας (N/mm 2 ) P= φορτίο στο όριο ελαστικότητας (Ν) L= μήκος δοκού μεταξύ σημείων υποστηρίξεως (mm) D=απόκλιση από το ουδέτερο επίπεδο στο όριο ελαστικότητας (παραμόρφωση) (cm) b= πλάτος δοκιμίου. ακτινική διάσταση δοκιμίου (mm) d= πάχος δοκιμίου. εφαπτομενική διάσταση δοκιμίου (mm) Αξονική θλίψη (μέγιστη αντοχή) Για τον προσδιορισμό της αξονικής θλίψης τα δοκίμια με διαστάσεις 2 x 2 x 6 εκ. (πλάτος x ύψος x μήκος) τοποθετήθηκαν στη μηχανή αντοχής SHIMADZU κατά την αξονική τους κατεύθυνση κατακόρυφα και το φορτίο εφαρμόστηκε αξονικά μέχρι το σημείο θραύσεως με ταχύτητα 0,6 mm/min. Η αντοχή σε αξονική θλίψη προσδιορίστηκε από τον τύπο: C = P / a. b όπου: C = μέγιστη αντοχή σε θλίψη (KN/mm 2 ) P = μέγιστο φορτίο (KΝ) a, b = εγκάρσιες διαστάσεις δοκιμίου (ακτινική, εφαπτομενική) (mm) Κρούση Τα δοκίμια υποστηρίχθηκαν σε απόσταση 24 cm σε μηχανή αντοχής AMSLER και το φορτίο εφαρμόστηκε με εφαπτομενική κατεύθυνση (σε ακτινική επιφάνεια). Η αντοχή σε κρούση προσδιορίστηκε από τον τύπο: W=w/bh όπου: W=αντοχή σε κρούση (Joule/cm 2 ) w=έργο θραύσεως (Joule) b,h=εγκάρσιες διαστάσεις (cm) 1kpm=9,8 Joules

69 5. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ 5.1 Αντοχή σε στατική κάμψη Οι μηχανικές ιδιότητες σε στατική κάμψη (οριακή τάση ινών, μέτρο θραύσεως και μέτρο ελαστικότητας) κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου ελάτης παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.1. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 5.1, οι διαφορές στις μηχανικές ιδιότητες σε στατική κάμψη που μελετήθηκαν μεταξύ κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου είναι μικρές (κατά μέσο όρο οι τιμές είναι λίγο μικρότερες στο θλιψιγενές ξύλο). Η μεγαλύτερη διαφορά παρατηρήθηκε στο μέτρο θραύσεως όπου μειώθηκε κατά 7 N/mm 2 με την παρουσία θλιψιγενούς ξύλου. Σύμφωνα με στατιστική επεξεργασία που έγινε (t-test) και στις τρεις μηχανικές ιδιότητες (Ο.Τ.Ι., Μ.Θ., Μ.Ε.) δεν παρουσιάσθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές ανάμεσα στο κανονικό και στο θλιψιγενές ξύλο. Πίνακας 5.1 Μηχανική αντοχή σε στατική κάμψη κανονικής δομής και θλιψιγενούς ξύλου ελάτης. Κατηγορία ξύλου Θλιψιγενές ξύλο 0-25% 26-50% 51-75% % Συνολικά Κανονικής δομής ξύλο Πυκνότητα, Μηχανική αντοχή σε στατική κάμψη, g/cm 3 N/mm 2 Ο.Τ.Ι. Μ.Θ. Μ.Ε. x 0,492 35,10 65, s± 0,006 5,06 4, n x 0,491 36,31 77, s± 0,024 1,24 7, n x 0,504 35,77 76, s± 0,024 9,97 15, n x 0,558 36,78 76, s± 0,015 4,61 8, n x 0,511 35,99 74, s± 0,033 6,11 11, n x 0,474 36,62 81, s± 0,001 12,04 7, n

70 Ο.Τ.Ι.: Οριακή τάση ινών Μ.Θ.: Μέτρο θραύσεως Μ.Ε.: Μέτρο ελαστικότητας Μετά από τον έλεγχο t δύο δειγμάτων (t-test) που έγινε και στις τρεις μηχανικές ιδιότητες (Ο.Τ.Ι., Μ.Θ., Μ.Ε.) μεταξύ διαφόρων ποσοστών θλιψιγενούς ξύλου (0-25 % με %, % και %, % με % και % και % με %) δεν παρουσιάσθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφόρων ποσοστών θλιψιγενούς ξύλου. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα της παρούσης εργασίας με αυτά τις βιβλιογραφικής ανασκόπησης (Κεφ. 2.2) διαπιστώνουμε ότι και στις τρεις μηχανικές ιδιότητες (Ο.Τ.Ι., Μ.Θ., Μ.Ε.) υπάρχει ταύτιση αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα, οι Markwart και Wilson (1935) καθώς και οι Cockrell και Knudson (1973) (Πίνακας 2.6) βρήκαν ότι σε ξηρή κατάσταση με την παρουσία θλιψιγενούς ξύλου μειώνεται η οριακή τάση ινών. Επίσης, ο Perem (1960) και ο Janka (1909) υποστήριξαν ότι το θλιψιγενές ξύλο σε ξηρή κατάσταση έχει μικρότερο μέτρο θραύσεως από το ξύλο κανονικής δομής, γεγονός που συμπίπτει με τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας. Ακόμα, ο Hartig (1896, 1901) βρήκε ότι το θλιψιγενές ξύλο έχει πολύ μικρότερο μέτρο ελαστικότητας από το ξύλο κανονικής δομής ενώ οι Cockrell και Knudson (1973) βρήκαν μικρή διαφορά στο μέτρο ελαστικότητας ανάμεσα στο κανονικό και θλιψιγενές ξύλο και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι δυο αυτοί τύποι ξύλου έχουν την ίδια συμπεριφορά όσον αφορά το μέτρο ελαστικότητας. Οι σχέσεις προσδιορισμού της μεταβλητότητας της οριακής τάσης ινών, του μέτρου θραύσεως και του μέτρου ελαστικότητας με το ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου δείχνονται στο Σχήμα 5.1. Η οριακή τάση ινών έχει μια σχεδόν σταθερή τιμή και δεν επηρεάζεται με την αύξηση του ποσοστού θλιψιγενούς ξύλου. Στις άλλες 2 περιπτώσεις (μέτρο θραύσεως και μέτρο ελαστικότητας) παρατηρείται μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων με την αύξηση του ποσοστού θλιψιγενούς. Στην κατηγορία με ποσοστό 12,5 % θλιψιγενές ξύλο κατά μέσο όρο παρατηρείται η μεγαλύτερη μείωση του μέτρου θραύσεως και του μέτρου ελαστικότητας

71 90 ΣΤΑΤΙΚΗ ΚΑΜΨΗ Οριακή τάση ινών (Ο.Τ.Ι.),Μετρο θραύσεως (Μ.Θ.), N/mm Μέτρο ελαστικότητας (Μ.Ε),N/m m ,0% 12,5% 37,5% 62,5% 87,5% Θλιψιγενές ξύλο % Ο.Τ.Ι. Μ.Θ Μ.Ε. Σχήμα 5.1 Μηχανική αντοχή σε στατική κάμψη ξύλου ελάτης σε σχέση με το ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου

72 Στον Πίνακα 5.2 παρουσιάζονται οι τύποι θραύσεως των δοκιμίων κατά την υποχώρηση σε στατική κάμψη. Παρατηρείται ότι και στις 2 περιπτώσεις (κανονικό και θλιψιγενές ξύλο) επικρατούν 2 τύποι θραύσεως, ο αξονικός εφελκυσμός και ο εγκάρσιος εφελκυσμός. Στην κατηγορία με κανονικό ξύλο παρατηρείται ότι πάνω από τα μισά δείγματα (62 %) υποχώρησαν σε αξονικό εφελκυσμό ενώ μόνο το 38 % των δειγμάτων υποχώρησε σε εγκάρσιο εφελκυσμό. Αντίθετα στην κατηγορία των δειγμάτων που περιείχε θλιψιγενές ξύλο το 76,2 % υποχώρησε σε εγκάρσιο εφελκυσμό και μόλις το 23,8 % σε αξονικό εφελκυσμό και σ αυτό συνεισφέρει η μεγαλύτερη απόκλιση των μικροϊνιδίων της S2 στρώσης από την παραλληλότητα με τον άξονα του κυττάρου. Πίνακας 5.2 Τύποι θραύσεως των δοκιμίων κατά την υποχώρηση σε στατική κάμψη. Τύποι θραύσεως Κανονικό ξύλο Θλιψιγενές ξύλο A Πλευρική όψη 31 (62 %) 10 (23,8 %) Εφελκυσμός (αξονικός) B Πλευρική όψη 19 (38 %) 32 (76,2 %) Εφελκυσμός (εγκάρσιος*) C Εφελκυόμενη επιφάνεια Εφελκυσμός (αξονικός) D Εφελκυόμενη επιφάνεια Εφελκυσμός (αξονικός **) Ε Πλευρική επιφάνεια Θλίψη (αξονική) F Πλευρική επιφάνεια Διάτμηση (οριζόντια) Σύνολο *Συνδέεται με λοξοΐνια και στρεψοΐνια **Συνδέεται με ψαθυρότητα λόγω πιθανώς αρχικών σταδίων σήψεως Στις παρενθέσεις παρουσιάζεται το ποσοστό επί της εκατό (%) για κάθε τύπο θραύσεως

73 5.2 Αντοχή σε αξονική θλίψη Οι τιμές αντοχής σε αξονική θλίψη μεταξύ κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου ελάτης παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.3. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 5.3 η διαφορά της αντοχής σε αξονική θλίψη μεταξύ κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου ελάτης είναι κατά 3 N/mm 2. Η αύξηση της αντοχής με την παρουσία θλιψιγενούς ξύλου ύστερα από t-test που έγινε έδειξε ότι δεν παρουσιάσθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των 2 τύπων ξύλου. Επίσης, με το t-test δεν παρουσιάσθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφόρων ποσοστών θλιψιγενούς ξύλου(0-25 % με %, % και %, % με % και % και % με %). Πίνακας 5.3 Μηχανική αντοχή σε αξονική θλίψη κανονικής δομής και θλιψιγενούς ξύλου ελάτης. Κατηγορία ξύλου Θλιψιγενές ξύλο 0-25% 26-50% 51-75% % Συνολικά Κανονικής δομής ξύλο Πυκνότητα, g/cm 3 Αξονική θλίψη, N/mm 2 x - - s± - - n 2 2 x 0, s± 0,017 4 n 5 5 x 0, s± 0,017 1 n x 0, s± 0,036 2 n x 0, s± 0,034 4 n x 0, s± 0,005 2 n Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα της παρούσης εργασίας με αυτά της βιβλιογραφίας διαπιστώνουμε ταύτιση αποτελεσμάτων με τους Verral (1928) και

74 Markwart και Wilson (1935) που υποστήριξαν ότι σε ξηρή κατάσταση το θλιψιγενές ξύλο έχει μεγαλύτερη αντοχή σε αξονική θλίψη από το κανονικό ξύλο. Αντίθετα, ο Trendelenburg (1931, 1932) βρήκε μείωση της αντοχής σε αξονική θλίψη με την παρουσία ξύλου ακανόνιστης δομής σε ξηρή κατάσταση (Πίνακας 2.7). Η επίδραση του ποσοστού θλιψιγενούς ξύλου στην αντοχή σε αξονική θλίψη κανονικού και θλιψιγενούς ξύλου ελάτης δείχνεται στο Σχήμα 5.2. Παρατηρείται μια σταδιακή αύξηση της αντοχής σε θλίψη με την αύξηση του ποσοστού θλιψιγενούς. Στον Πίνακα 5.4 παρουσιάζονται οι τύποι θραύσεως των δοκιμίων κατά την υποχώρηση σε αξονική θλίψη. Παρατηρείται ότι στο ξύλο κανονικής δομής τα μισά δείγματα υποχώρησαν κατά την οριζόντια διάτμηση ενώ τα υπόλοιπα υποχώρησαν σε λυγισμό και σε σφηνοειδή και συνδυασμένη (πλάγια και αξονική) διάτμηση. Αντίθετα στα δείγματα που περιείχαν θλιψιγενές ξύλο, το 80 % των δειγμάτων υποχώρησε σε οριζόντια διάτμηση ενώ το υπόλοιπο 20 % υποχώρησε σε σφηνοειδή διάτμηση και λυγισμό

75 Αξονική θλίψη, Ν/mm ,0% 12,5% 37,5% 62,5% 87,5% Θλιψιγενές ξύλο % Σχήμα 5.2 Μηχανική αντοχή σε αξονική θλίψη ξύλου ελάτης σε σχέση με το ποσοστό θλιψιγενούς ξύλου

76 Πίνακας 5.4 Τύποι θραύσεως των δοκιμίων κατά την υποχώρηση σε αξονική θλίψη. Τύποι θραύσεως Κανονικό ξύλο Θλιψιγενές ξύλο Αίτιο θραύσεως A Οριζόντια διάτμηση Οριζόντια B 4 6 Οριζόντια διάτμηση Σφηνοειδής C Οριζόντια διάτμηση Πλάγια (γωνία > 45 0 ) D Αξονική διάτμηση Αξονική E 2 Οριζόντια διάτμηση Συνδυασμένη (πλάγια και αξονική) F 19 5 Λυγισμός Θραύση άκρου Σύνολο