Odolnost a trvanlivost dřevěných konstrukcí
Dřevo je organický materiál a je často považováno za materiál s nízkou životností. V minulosti se však příliš nerozlišovalo mezi trvanlivostí dřeva a zdiva, dokladem toho jsou konstrukce, které oba materiály kombinují. Ve skutečnosti má dřevo vysokou životnost, pokud při návrhu dřevěné konstrukce dodržíme určitá pravidla.
1. Obecné příčiny poškození dřeva
Dřevo je organický přírodní materiál, který podléhá četným degradačním vlivům. Ty mohou časem vést až k jeho úplnému zničení. K poškození dřeva dochází především díky degradačnímu působení fyzikálních, biologických a atmosférických faktorů.
1.1 Fyzikální vlivy
Důsledkem působení fyzikálních degradačních faktorů na dřevo je především změna vlhkosti dřeva, ke které dochází v důsledku změn relativní vlhkosti okolního prostředí. Tím dochází ke změnám rozměrů dřeva, v materiálu vzniká vnitřní napětí a může dojít k borcení dřeva. Důležitá je rychlost změny. Je-li průběh změn pozvolný, je i difúze vlhkosti do dřeva pomalá, tlak expandujících buněk není velký a poškození může být menší. Při rychlých změnách je i bobtnání či smršťování vnější vrstvy dřeva daleko rychlejší, mezi vnitřními a povrchovými vrstvami objektu vzniká silné vnitřní pnutí a poškození bývá rozsáhlejší. Toto se týká i případů, kdy je dřevo kombinováno s jiným typem materiálu s odlišnou tepelnou roztažností a s odlišnou citlivostí na změny vlhkosti (např. kovy, případně i různé druhy dřeva).
1.2 Biologické vlivy
Další častou příčinou poškození dřeva je biologické (též biotické) napadení. Jedná se o napadení bakteriemi, houbami a dřevokazným hmyzem.
Houby podle typu buď vytvářejí na dřevu plísňové porosty (plísně), nebo mění zbarvení dřeva (dřevozbarvující houby), nebo způsobují jeho rozklad (hniloba – tzv. dřevokazné houby). Plísně a dřevozbarvující houby nezpůsobují přímo rozklad dřeva, ale vytvářejí optimální podmínky pro napadení dřeva dřevokazným hmyzem a dřevokaznými houbami, které již způsobují destrukci dřeva.
Rizikové hodnoty pro biologické napadení:
Dřevokazné houby – vlhkost dřeva 18–20 % nebo vyšší (cca 85–90 % relativní vlhkosti) a teplota v rozmezí od 2 do 40 °C. V interiéru je těchto hodnot dosaženo např. při zatékání dešťové vody, při haváriích vodovodního nebo kanalizačního potrubí, nebo v prostředí s relativní vlhkostí vzduchu > 85 %; v exteriéru jsou tyto hodnoty v našich klimatických podmínkách dosaženy vždy.
Dřevokazný hmyz – vlhkost dřeva 12 % nebo vyšší (cca 60 % relativní vlhkosti) a teplota nad 10 °C (v interiéru i v exteriéru jsou tyto hodnoty v našich klimatických podmínkách splněny téměř vždy).
Dřevo s vlhkostí pod 12 % (pod cca 60 % relativní vlhkosti) je přirozeně odolné proti všem biotickým škůdcům.
Obrázek 1.: V exteriéru déšť ze dřeva extrahuje a vymývá hnědé produkty štěpení ligninu a dřevo šedne.
1.3 Atmosférické vlivy
Pod tímto pojmem lze shrnout působení některých fyzikálních a chemických faktorů na dřevo, umístěné v exteriéru. Jednotlivé faktory mohou na dřevo působit i společně, to znamená, že ke změnám materiálu dochází daleko rychleji a ve větší míře, než kdyby jednotlivé faktory působily na materiál postupně. Nejdůležitější atmosférické vlivy vyvolávající degradaci dřeva jsou UV záření, vzdušný kyslík, déšť, teplota a znečištěné ovzduší.
- Kombinovaným působením UV záření a kyslíku na nechráněné dřevo dochází k chemickým změnám v povrchové vrstvě, dřevo žloutne a hnědne.
- V exteriéru déšť ze dřeva extrahuje a vymývá hnědé produkty štěpení ligninu a dřevo šedne. Bylo zjištěno, že již po 4 týdnech vystavení dřeva povětrnostním vlivům se mění jeho povrch tak, že klesá adheze nátěru.
- Dřevo vystavené intenzivnímu slunečnímu záření a vysokým teplotám vysychá, vznikají trhliny, narušuje se jeho struktura, snižuje se pevnost, dřevo křehne.
- Působením větru nebo proudící vody a písku dochází k abrazi dřeva, obrušuje se jeho povrch, ze dřeva vystupují tvrdší části.
2. Přirozená odolnost a trvanlivost dřeva
Dnes je dřevo pokládáno za materiál s nízkou životností, v minulosti se však příliš nerozlišovalo mezi trvanlivostí dřeva a zdiva, dokladem toho jsou konstrukce, které oba materiály kombinují, například hrázděné zdivo. Ve skutečnosti má dřevo vysokou životnost, srovnatelnou s jinými materiály, pokud ovšem je v příznivých podmínkách. Hlavním činitelem, který způsobí úplný zánik dřeva, je kromě požáru, napadení houbami. Z toho plyne potřeba trvale se starat, aby nevznikly podmínky příznivé pro napadení dřeva.
Faktory, ovlivňující trvanlivost dřeva a jeho odolnost vůči napadení:
- prostředí, zejména vlhkost, přítomnost vzduchu a teplota;
- druh dřeva;
- kvalita dřeva;
- ochranné látky.
2.1 Vliv prostředí
Vliv prostředí je klasifikován pomocí tříd použití dle možnosti ohrožení dřeva biotickými škůdci.
| Třída použ. | Všeobecné podmínky používání (expozice dřeva) | Popis vystavení účinku vlhkosti v provozních podmínkách | Výskyt biotických činitelů |
|---|---|---|---|
| 1 | interiér, zakryté | sucho max. 20 % | dřevokazný hmyz |
| 2 | interiér nebo zakryté | příležitostně > 20 % | dřevokazný hmyz, dřevozbarvující houby, dřevokazné houby |
| 3 | 3.1 exteriér, bez styku se zemí, chráněné | příležitostně > 20 % | dřevokazný hmyz, dřevozbarvující houby, dřevokazné houby |
| 3.2 exteriér, bez styku se zemí, nechráněné | často > 20 % | ||
| 4 | 4.1 exteriér, v kontaktu se zemí a/nebo sladkou vodou | převážně nebo trvale > 20 % | dřevokazný hmyz, dřevozbarvující houby, dřevokazné houby, houby způsobující měkkou hnilobu |
| 4.2 exteriér, v kontaktu se zemí (zcela) a/nebo sladkou vodou | trvale > 20 % | ||
| 5 | v mořské vodě | trvale > 20 % | dřevokazný hmyz v částech nad vodou, dřevozbarvující houby, dřevokazné houby, houby způsobující měkkou hnilobu, mořští škůdci dřeva |
2.2 Trvanlivost různých druhů dřeva
ČSN EN 1995-1-1 požaduje, aby dřevo v konstrukci mělo přiměřenou vlastní trvanlivost podle ČSN EN 350-2 pro odpovídající třídu použití (definovanou v ČSN EN 335-1,2) nebo musí být chráněno úpravami podle ČSN EN 351-1 a ČSN EN 460.
Konstrukční zásady ochrany dřevěných konstrukcí uvádí ČSN 73 1701:
- dřevo je třeba chránit proti vlhkosti, hnilobě, hmyzu, požáru a dalším vlivům (například chemická koroze);
- dřevěné konstrukce mají být pokud možno přístupné pro kontrolu jejich stavu;
- zvláštní pozornost je třeba věnovat částem, které budou vystavené kolísání vlhkosti, případně, které nebudou přístupné pro kontrolu jejich stavu.
Ochrana se zajišťuje:
- vhodným konstrukčním řešením, které zamezuje navlhání dřeva, zejména ve styku se zdivem nebo základy, a zabezpečuje trvalé provětrávání konstrukce;
- vlastní ochranou dřeva povrchovou úpravou nebo impregnací chemickými ochrannými prostředky.
| Třída trvanlivosti | Popis |
|---|---|
| 1 | velmi trvanlivé |
| 2 | trvanlivé |
| 3 | středě trvanlivé |
| 4 | slabě trvanlivé |
| 5 | netrvanlivé |
| Třída trvanlivosti | Popis |
|---|---|
| D | trvanlivé |
| S | náchylné |
| Třída impregnovatelnosti | Popis | Vysvětlivky |
|---|---|---|
| 1 | impregnuje se lehce | řezivo lze úplně proimpregnovat tlakovou impregnací |
| 2 | impregnuje se středně lehce | úplný průnik obvykle není možný, ale po 2 až 3 hodinách tlakové impregnace lze dosáhnout více než 6 mm bočního průniku u jehličnatých dřevin a u listnatých pronikne velkou částí cév |
| 3 | impregnuje se obtížně | po 3 až 4 hodinách tlakové impregnace nelze dosáhnout více než 3-6 mm bočního průniku |
| 4 | impregnuje se extrémně obtížně | značně nepropustné pro impregnaci, průnik ochranného prostředku i po 3 až 4 hodinách tlakové impregnace, jak boční, tak čelní je minimální |
| Pozn.: Termíny a definice dle ČSN EN 350-1,2: Bělové dřevo – vnější část dřeva, která v rostoucím stromě obsahuje živé buňky a vede mízu (obvykle má světlejší barvu než jádrové dřevo). Jádrové dřevo – vnitřní část dřeva, která v rostoucím stromě již neobsahuje živé buňky nebo nevede mízu. | ||
2.3 Kvalita dřeva a jeho trvanlivost
Škůdci dřeva, zejména hmyz, dávají v téže konstrukci přednost dřevu horší kvality a často dřevu již napadenému.
2.4 Chemické látky, které zvyšují životnost dřeva
Chemické prostředky se užívají pro preventivní ochranu i sanaci dřeva napadeného. Návrh ochrany dřeva chemickými prostředky musí být kvalifikovaný.
Podle účinnosti je možné rozdělit chemické ochranné prostředky na:
- látky proti biologickému napadení (houbám, hmyzu);
- proti vlhkosti a atmosférickým vlivům;
- proti ohni.
3. Metody preventivní ochrany dřeva
Metody preventivní ochrany dřeva stavebních konstrukcí můžeme rozdělit do tří skupin na tzv. suchou, konstrukční a chemickou ochranu.
- Nejlepší ochranou dřeva je zabezpečení vhodných podmínek jeho uložení – tzv. suchá ochrana. Ta spočívá v udržování hladiny vlhkosti okolního prostředí pod kritickými hodnotami napadení biotickými škůdci. Dřevo udržované pod hranicí jeho vlhkosti 12 % je přirozeně odolné proti všem biotickým škůdcům.
-
Základní a nejdůležitější metoda je tzv. konstrukční ochrana dřeva. Ta spočívá v zabezpečení vhodných podmínek pro dřevěné prvky a části staveb. Zdroje vlhkosti u dřevěných konstrukcí mohou být např. hygroskopicita použitých materiálů, prostup vodní páry a její kondenzace uvnitř konstrukcí, zatékání srážkové vody, vzlínání zemní vlhkosti, různé havárie atd. Dřevěné konstrukce a prvky musí být uloženy způsobem, který zajišťuje volné proudění a výměnu vzduchu. Dřevěné konstrukce a prvky, které jsou vystavené vnějším vlivům, musí mít detaily vyřešené tak, aby voda mohla z povrchu dřeva co nejrychleji odtékat, a aby mohly dobře vysychat.
Obrázek 2.: Chybně vyřešený detail – ostění zarovnané s obkladem umožňuje zatékání dešťové vody a důsledkem toho dřevo šedne. - Dalším způsobem preventivní ochrany dřeva je tzv. chemická ochrana, která by měla pouze doplňovat výše uvedené zásady a sloužit k prodloužení zachování funkčních a estetických vlastností dřeva.
4. Závěr
Pro posouzení a stanovení rizika napadení konkrétní dřevěné konstrukce zabudované v určitém prostředí dřevokaznými houbami a pro kvalifikovaný odhad její životnosti jsou rozhodující tyto dva faktory, které je nutno znát:
- parametry prostředí, v němž je dřevo zabudováno, tj. obecně řečeno stanovit třídu jeho použití;
- přirozenou odolnost dřeva, které je použito na konstrukci, proti dřevokazným houbám.
Znalost a vyhodnocení těchto základních faktorů pro konkrétní podmínky pak mj. umožňuje kvalifikovaně posoudit nutnost případné další ochrany konkrétní dřevěné konstrukce.
| Název dřeviny | Klasifikace přirozené trvanlivosti dle ČSN EN 350-1,2 | Odhad trvanlivosti v třídě použití 4 [rok] |
|---|---|---|
| Borovice lesní | 3–4 x) | 6–15 x) |
| Borovice vejmutovka | 4 x) | 6–10 x) |
| Douglaska | 3 | 10–15 |
| Jedle | 4 | 6–10 |
| Modřín | 3 x) | 10–15 x) |
| Smrk ztepilý | 4 | 6–10 |
| Buk lesní | 5 | 2–6 |
| Dub | 2 x) | 15–25 x) |
| Teak | 1–3 | více než 10 |
| Pozn.: x) Údaje platí pro jádrové dřevo, bělové dřevo je klasifikováno třídou odolnosti 5 (trvanlivost menší než 6 let). | ||
Je potřeba upozornit, že výše uvedené údaje o předpokládané trvanlivosti dřeva nevyjadřují automaticky skutečnou životnost (dobu služby) dřevěných prvků, protože pokles pevnostních parametrů dřeva je rychlejší než viditelný stupeň jeho poškození a navíc je dřevo obvykle vždy napadáno a destruováno celým komplexem škůdců i abiotických činitelů společně a ne každým druhem izolovaně. Životnost dřevěných prvků a konstrukcí může být pak významně zkrácena, a proto především v náročných expozicích (2. až 4. třídy ohrožení) má nezastupitelnou úlohu účinná a komplexní ochrana dřeva.
Poděkování
Příspěvek byl vytvořen s podporou výzkumného záměru MSM 0021630519.
Literatura
- [1] ČSN EN 1995-1-1 Navrhování dřevěných konstrukcí, část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby (odpovídá ČSN 73 1701 Navrhovanie drevených stavebných konštrukcií).
- [2] ČSN EN 335-1,2 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva. Definice tříd použití.
- [3] ČSN EN 350-1,2 Trvanlivost dřeva a materiálů na jeho bázi. Přirozená trvanlivost rostlého dřeva.
- [4] ČSN EN 351-1 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva. Rostlé dřevo ošetřené ochrannými prostředky. Část 1: Klasifikace průniku a příjmu ochranného prostředku.
- [5] ČSN EN 460 Trvanlivost dřeva a materiálů na jeho bázi. Přirozená trvanlivost rostlého dřeva. Požadavky na trvanlivost dřeva pro jeho použití v třídách ohrožení.
- [6] ŠEFCŮ, O., VINAŘ, J., PACÁKOVÁ, M.: Metodika ochrany dřeva, Nakladatelství Jalna, Praha 2000, Vyd. jako příloha časopisu Zprávy památkové péče, roč. 60. – Vydavatel: Státní ústav památkové péče v Praze ISBN 80–86234–14–2.
- [7] VÝZKUMNÝ A VÝVOJOVÝ ÚSTAV DŘEVAŘSKÝ PRAHA, Ochrana dřeva 2005, Sborník přednášek, Březnice 2005.
Wood is an organic material and therefore often considered to have a short lifetime. However, in the past, people did not distinguish between durability of wood and durability of masonry, proof of which is the existence of constructions that combine the use of both. In fact, the lifetime of wood can be high if specific rules are followed when designing the construction.