Svenskt Trä Logo

2.1.3 Virkets styrka och svagheter

Publicerad 2021-11-02

Trä är ett anisotropt material, vilket innebär att dess egenskaper är olika i olika riktningar. I fiberriktningen, längs med fibrerna i virkets längdriktning, är trä avsevärt starkare än vinkelrätt fibrerna. Trämaterialets struktur, de rörformiga cellerna i en matris av lignin, leder till dessa olika egenskaper i olika riktningar och det är viktigt att hålla reda på riktningen med hänsyn till egenskaperna.

Träets egenskaper påverkas av virkets fuktkvot och yttre lastens varaktighet. Vid dimensionering används faktorer för att ta hänsyn till fukt och lastvaraktighet. Ett torrt virkesstycke är vanligtvis styvare än ett fuktigt och ju kortare tid ett virkesstycke belastas kan desto större bärförmåga tillgodoräknas vid dimensionering. Brott i trä kan vara sega eller spröda. Med sprött brott avses ett hastigt brott som inträffar utan förvarning. Ett segt brott föregås av någon form av varning, till exempel stora formförändringar eller som när det knakar i trä. Ur ett säkerhetsperspektiv är sega brott att föredra.

De mekaniska egenskaperna har också en koppling till belastningstiden. En belastad träbjälke böjer ner mer och mer med tiden trots att lasten förblir konstant. Detta kallas krypning och förekommer hos de flesta material. När det gäller trä spelar fuktförhållandena en stor roll och krypningen ökar med ökande fuktinnehåll. Varierande fuktförhållanden ökar krypningen ännu mer. Om lastnivån är tillräckligt hög kommer krypningen till slut att leda till brott.

För att få en fullständig bild av trämaterialets egenskaper är det nödvändigt att definiera hela spänningsbilden för ett stycke trä, se figur 2.4. Ofta görs det ingen skillnad mellan radiell, R-, och och tangentiell, T-, riktning och riktningarna benämns σ0 eller σ//  respektive

σ90 eller σ för riktningarna parallellt med fiberriktningen respektive vinkelrätt mot fiberriktningen. För att beskriva trämaterialets bete- ende inom elasticitetsgränsen är 12 materialegenskaper nödvändiga, till exempel elasticitetsmodulerna EL, ER, ET, skjuvmodulerna GLR, GLT, GRT och Poissons tal νLR, νRL, νLT, νTL, νRT, och νTR. Vanligtvis antas Poissons tal vara parvis lika, vilket gör det möjligt att utelämna tre. Genom att bortse från skillnaderna i tangentiell och radiell riktning kan antalet variabler reduceras till sex, ofta betecknade E//, E, G//, G, ν//  och ν, där // betecknar riktningen parallellt med och ⊥ betecknar riktningen vinkelrätt mot fibrerna.

Böj-, tryck-, drag- och skjuvhållfasthet

Felfritt virke har höga hållfasthetsvärden i jämförelse med de karakteristiska värden som används vid dimensionering av konstruktioner. Kvistar, snedfibrighet, tjurved och andra defekter minskar betydligt träets hållfasthet och styvhet.

För felfritt trä är tryckhållfastheten i fiberriktningen bara hälften av draghållfastheten och draghållfastheten tvärs fibrerna är mycket låg i förhållande till värdet i fiberriktningen.

Figur 2.4  Definition av normal- (σ) och skjuv- (τ) spänningar i olika riktningar i trämaterialet.Figur 2.4  Definition av normal- (σ) och skjuv- (τ) spänningar i olika riktningar i trämaterialet.

Figur 2.5 Böjhållfasthet.
Figur 2.5 Böjhållfasthet.

Hållfastheten hos sågat virke är normalt mycket lägre än hos fel- fria träprover. Skillnaden i hållfasthet mellan olika virkesstycken kan också vara mycket stor. Vid böj- och dragbelastning till brott beter sig trä närmast som ett sprött material. Brottet kommer ofta utan förvarning. Vid tryckbelastning föregås brottet av omfattande stukningar, och vid belastning tvärs fibrerna sker en komprimering och något egentligt brott uppstår inte.

Elasticitets- och skjuvmodul

Elasticitets- och skjuvmodul är de materialberoende parametrar inom hållfasthetsläran som beskriver förhållandet mellan mekanisk spänning och deformation. Elasticitetsmodulen är ofta den parameter som blir avgörande då deformationskrav vanligen är dimensionerande för olika typer av träkonstruktioner. Elasticitetsmodulen förhåller sig till skjuvmodulen enligt en formel som inkluderar Poissons tal. Det linjära förhållandet mellan skjuvspänning och skjuvtöjning beskrivs av skjuvmodulen som har dimensionen kraft per area och mäts i pascal. Båda dessa parametrar är avgörande att ta hänsyn till vid dimensionering av träkonstruktioner.

Tabell 2.4 Fysikaliska data för furu och gran.

Värdena för hållfasthet och elasticitetsmodul är genomsnittsvärden och avser små, felfria provkroppar vid en medeltemperatur av 20 °C.
Uppgifter utan parentes anger egenskaper parallellt med fiberriktningen (II) och uppgifter inom parentes egenskaper vinkelrätt mot fiberriktningen (⊥).
Samtliga värden är angivna för virke med 12 % fuktkvot.
Trots vissa skillnader mellan furu och gran ska de betraktas som byggstatiskt lika.

Observera
För beräkning av bärförmåga och styvhet ska de karakteristiska värden som anges i Eurokod 5, med tillhörande nationell bilaga Boverkets författningssamling, BFS 2019:1, EKS 11, användas.

Egenskap Furu Gran
Fuktkvot (%) II 12 12
Torr-rådensitet (kg/m3) II 420 380
Densitet (kg/m3) II 470 440
Draghållfasthet (MPa) II
104
(3)
90
(2,5)
Böjhållfasthet (MPa) II 87 75
Tryckhållfasthet (MPa) II
46
(7,5)
40
(6)
Skjuvhållfasthet (MPa) II 10 9
Slaghållfasthet (kJ/m2) II 70 50
Hårdhet (Brinell) II
4
(1,9)
3,2
(1,2)
Elasticitetsmodul (MPa) II
12 000
(460)
11 000
(550)
Värmeledningsförmåga (W/m · °C) II
0,26
(0,12)
0,24
(0,11)
Värmekapacitet (J/kg °C) II 1 650 1 650
Värmevärde (MJ/kg) II 16,9 16,9

MPa = N/mm2

Tabell 2.5 Karakteristiska hållfasthets- och styvhetsegenskaper uttryckta i MPa och densitet kg/m3 för konstruktionsvirke i hållfasthetsklass C14, C18, C24 och C30 1).

Egenskaper C14 C18 C24 C30
Hållfasthetsvärden
Böjning parallellt med fibrerna fm,k 14 18 24 30
Dragning parallellt med fibrerna ft,0,k 7,2 10 14,5 19
Dragning vinkelrätt mot fibrerna ft,90,k 0,4 0,4 0,4 0,4
Tryck parallellt med fibrerna fc,0,k 16 18 21 24
Tryck vinkelrätt mot fibrerna fc,90,k 2,0 2,2 2,5 2,7
Längsskjuvning fv,k 3,0 3,4 4,0 4,0
Styvhetsvärden för analys av bärförmåga
Elasticitetsmodul E0,05 4 700 6 000 7 400 8 000
Styvhetsvärden för deformationsberäkningar, medelvärden
Elasticitetsmodul parallellt med fibrerna E0,mean 7 000 9 000 11 000 12 000
Elasticitetsmodul vinkelrätt mot fibrerna E90,mean 230 300 370 400
Skjuvmodul Gmean 440 560 690 750
Densitet
Densitet ρk 2) 290 320 350 380
Densitet ρmean 3) 350 380 420 460

1) För tillämpningar i Sverige är de dominerande hållfasthetsklasserna för konstruktionsvirke C14 och C24. Även hållfasthetsklass C18 och C30 förekommer vid produktion av takstolar i Sverige.
2) ρk motsvarar 0,05-percentilen.
3) ρmean motsvarar 0,50-percentilen.
Källa: Tabell enligt SS-EN 338:2016.

TräGuiden är den digitala handboken för trä och träbyggande och innehåller information om materialet trä samt instruktioner för byggande med trä.

På din mobil fungerar TräGuiden bäst i stående läge.Ok

Hantera dina pins

Hantera pins fungerar bäst om du inte är i privat/inkognitoläge. OBS! Dina pins sparas i datorns lokala minne.
Åtgärder som innebär raderande av kakor på datorn kan ofta även medföra att det lokala minnet rensas med följden att dina sparade pins försvinner.

Du har inga sparade pins

Hantera pins fungerar bäst om du inte är i privat/inkognitoläge. OBS! Dina pins sparas i datorns lokala minne.
Åtgärder som innebär raderande av kakor på datorn kan ofta även medföra att det lokala minnet rensas med följden att dina sparade pins försvinner.

pin

Du vet väl att du kan spara sidor till senare. Samla här pins för de sidor du besöker ofta och enkelt vill kunna återkomma till.

  • Lägg till
  • Du har redan lagt till den här sidan.

Skicka pins

Ett enkelt sätt att spara dina pins är att maila dem

Du har nu skickat dina pins!

Något gick fel. Kontrollera e-postadressen och prova igen.

Dela sidan