Радиоэкология в строительстве
Одно из основных механических свойств древесины – прочность, способность сопротивляться разрушению под действием нагрузок. Показателем этого свойства является предел прочности - максимальная величина напряжений, которые выдерживает древесины без разрушения. В различных конструкциях и изделиях древесины чаще всего работает на сжатие, изгиб и складывание.
При складывании вдоль волокон в радиальном направлении в поздней части годичного слоя древесины направление складывания определяют сердцевинные лучи. Разрушение отмечается или непосредственно по сердцевинному лучу, или параллельно ему по стенкам трахеид.
При статическом изгибе все зависит от расположения сердцевинных лучей со смоляными ходами. Около них изгиб волокон больше,и они легче сминаются и деформируются.
Показатели физико-математических свойств древесины поздней зоны годичных слоев у хвойных пород приблизительно в 3 раза выше, чем древесины ранней зоны годичных слоев. По высоте ствола более высокие показатели физико-механических свойств древесины наблюдаются в комлевой части ствола, по мере поднятия по стволу (до начала живой кроны) они снижаются, а в области живой кроны иногда немного повышаются. Эту закономерность можно считать общей для всех древесных пород.
В подавляющем большинстве случаев применения древесины различие ее свойств по высоте и радиусу ствола в расчет не принимаются, а в пиломатериалах, заготовках и изделиях вообще не возможно определить, из какой части ствола по высоте и радиусу они выпилены.
Прочность древесины при сжатии вдоль волокон – наиболее характерное из механических свойств древесины и весьма важное в практическом отношении. Благодаря простоте приложения силы и сравнительно высокой прочности древесины этот вид действия сил получил широкое применение (стойки, стропильные фермы и т.п.). Примером работы древесины на сжатие поперек волокон служат железнодорожные шпалы в местах под рельсами. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в несколько раз (от 3 до 10) меньше, чем при сжатии вдоль волокон.
Так как при изгибе в верхней части образца происходит сжатие вдоль волокон, а в нижней части образца происходит сжатие вдоль волокон, а в нижней – растяжение вдоль волокон, то предел прочности при изгибе древесины по величине занимает промежуточное положение между пределом прочности при сжатии и растяжении вдоль волокон. В среднем предел прочности при изгибе приблизительно в 2 раза больше, чем при сжатии вдоль волокон, и в 1,5 раза меньше, чем при растяжении вдоль волокон.
Высока прочность древесины при изгибе и легкость приложения усилий обусловили применение этого вида действия сил при работе деревянных деталей – всевозможных балок в фермах, мостах, подмостках и др.
Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Чем больше величина работы, потребляемой для излома образца древесины, тем выше его вязкость. Чем меньше количество работы, требуемое для разрушения образца, тем больше его хрупкость (свойство, обратное вязкости). Древесина мягких лиственных пород в среднем в 1,5 раза и твердых лиственных пород в 2 раза имеет большую вязкость, чем древесных хвойных пород. Многие элементы конструкций и изделий из древесины в условиях эксплуатации подвергаются действию динамических нагрузок. Данные об ударной вязкости древесины служат сравнительной характеристикой оценки качества древесины.
Вследствие анизотропности древесины при действии сил сдвига может быть шесть случаев приложения сил. В среднем предел прочности при скалывании вдоль волокон приблизительно в 2 раза больше предела прочности при скалывании поперек волокон и приблизительно в 4 раза меньше предела прочности при перерезании поперек волокон. Древесина на скалывание вдоль волокон довольно часто работает во врубках стропильных ферм. Скалывание поперек волокон характерно для поперечных шпонок в составных балках, а работа на срез – для наглей. Прочность древесины при скалывании вдоль волокон, и составляет в среднем около 1/5 (для хвойных пород 1/5 и для лиственных пород 1/4 - 1/5).
Исследования проводились на территории четырех лесхозов Брянской области. Пробные площади были заложены на участках с разными уровнями загрязнения. Данные о физико-механических свойствах древесины в дооварийный период на пробных площадях отсутствуют, поэтому в качестве контроля показателей были взяты соответствующии показатели из «Справочника по древесине» А.М. Боровикова и Б.Н. Уголева (1989). Для определения возможных минимальных и максимальных значений использовались коэффициенты вариации соответствующих показателей и средние квадратические отклонения.
Полученные результаты показали, что при изучении плотности древесины максимальные значения ее у всех рассматриваемых пород отмечены в лесах, отнесенных к I зоне загрязнения (до 5 Ки/км2). Минимальная плотность древесины березы, ели, осины, отмечена (также как и максимальная) в I зоне загрязнения, а у сосны – в IV зоне (свыше 40 Ки/км2). По полученным данным плотность древесины рассматриваемых пород не зависит от плотности загрязнения почвы.
Далее, зависемость между пределом прочности при статистическом изгибе древесины рассматриваемых пород и плотностью загрязнения почвы, на которой они произрастают, выявить не удалось, также как и для предела прочности при сжатии вдоль волокон.
При сопоставлении полученных результатов по пределу прочности при растяжении вдоль волокон максимальные его значения рассмотренные породы (за исключением сосны) имеют в I зоне загрязнения. Минимальные значения этого признака характерны для деревьев, произрастающих во II-IV зонах загрязнения.
Максимальное значение предела прочности при скалывании вдоль волокон по радиальной плоскости всех рассмотренных пород выявлено у деревьев, произрастающих в I зоне загрязнения. Минимальное значение предела прочности при скалывании вдоль волокон по тангенцальной плоскости характерны для II-IV зон загрязнения.
Что касается ударной вязкости древесины, то за исключением осины, все рассмотренные породы с максимальной ударной вязкостью произрастают в I зоне загрязнения; а для модуля упругости при изгибе максимальные значения этого показателя получены и в I, и в IV зонах загрязнения.
По полученным результатам нельзя сделать вывод о связи физико-механических свойств древесины с плотностью загрязнения почвы, на которой произрастают деревья сосны, ели, березы, осины. Все изученные показатели физико-механических свойств не отличаются от справочных, то есть попадают в интервалы варьирования показателей древесины деревьев, не подвергшихся воздействию радиации.