Trykk vinkelrett på impregnert limtre av furu

i

Trykk vinkelrett på impregnert limtre av furu

Petter Gravdal og Lars Henning Krokengen

Bachelor i konstruksjon

Innlevert: mai 2017

Hovedveileder: Jan Steinar Egenes

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for vareproduksjon og byggteknikk

i Oppgavens tittel:

Trykk vinkelrett på impregnert limtre av furu

Dato: 16.05.17 Antall sider: 72

Masteroppgave: Bacheloroppgave x Navn:

Petter Gravdal, Lars Henning Krokengen Veileder:

Jan Steinar Egenes

Eksterne veileder Statens vegvesen Hauke Burkart

Sammendrag:

Denne bacheloroppgaven er utført med trykk vinkelrett på fiberretningen for ulike typer impregnert- limtre av furu. Oppgaven har sin bakgrunn i en diskusjon mellom fagpersoner i Norge og Sverige.

Under standardiseringsarbeidet for revidert EC5-2 (trebrustandarden)(1) er det blitt avdekket ulik praksis angående hvilken fasthet som kan benyttes for trykk vinkelrett på fiberretningen. Norge benytter i dag en trykkfasthet på 5,5MPa, mens Sverige kun benytter 2,5MPa. Svenske fagpersoner hevder at Norge kan benytte en nesten dobbelt så stor fasthet grunnet kreosot-impregnering av limtre. Dette er noe som ikke praktiseres i Sverige.

Bruddkriteriet er definert til 2mm deformasjon. Dette på grunn av at vil vi se en knekk i

last/deformasjonskurven mellom 2-3mm, det er i dette området det oppstår fiberbrudd. Det er viktig å huske at vårt bruddkriterium er en bruksgrensetilstand og at limtre har større fasthet vinkelrett på fiberretning etter fiberbrudd. Dette er et irreversibelt brudd som først og fremst er et

vedlikeholdsproblem, da vann lettere kan trekke inn i trevirket.

Det er gjennomført fire serier med forsøk. Disse seriene er: Serie A kobbersalt(Cu)-impregnert-, serie B ubehandlet-, serie C kreosot-impregnert- og serie D Kreosot+Cu-impregnert-limtre av furu.

For bjelkene som inneholdt både Cu-impregnering og kreosot-impregnering viste det seg vanskelig å bestemme fuktnivået. Grunnen til dette er at Cu-impregnering gjør elektrisk fuktmåling upålitelig og kreosot-impregnering gjør at tørke/veiemetoden ikke er mulig.

Det er ingen indikasjon på at impregnering øker trykkfastheten til limtre av furu vinkelrett på fiberretning. Resultatene fra laboratorieforsøkene viser at alle testen oppfører seg veldig likt frem til en deformasjon på 2-3mm. Resultatene viser også at limtre kan spennes opp til 5,5MPa uten noen form for permanent deformasjon så lenge endeavstanden er tilstrekkelig.

Stikkord:

Trykk vinkelrett på fiberretning Kreosot-impregnering

Cu-impregnering

Spennlaminerte limtrebruer

_______________________ _______________________

Petter Gravdal Lars Henning Krokengen

ii

Title:

Pressure perpendicular to impregnated glulam of pine

Date: 16.05.17 Number of pages: 72

Master thesis: Bachelor thesis x Names:

Petter Gravdal, Lars Henning Krokengen Supervisor:

Jan Steinar Egenes

External supervisor, Statens vegvesen:

Hauke Burkart

Abstract:

This Bachelor thesis is performed with pressure perpendicular to grain of laminated pinewood with different kinds of impregnations. The thesis is done because of a discussion between professionals in Norway and Sweden. During the standardization work for reviewed EC5-2(1) it has been discovered a somewhat different practice regarding the pressure laminated wood can withstand perpendicular to grain. Norway uses a compressive strength of 5,5MPa, meanwhile Sweden uses 2,5MPa. Professionals in Sweden have stated that Norway can utilize almost twice the compressive strength due to creosote-impregnation. Creosote-impregnation is not used in Sweden.

The failure criteria are decided to be 2mm deformation. This is due to a buckling in the load/deformation curve that happens between 2-3mm. That is when the fibers along the wood surface breaks along the edge of the loaded area. This is mainly a maintenance problem as water will more easily enter the wood.

It is decided to do four series of tests. The series are: Series A Cu-impregnated-, series B untreated-, series C creosote-impregnated- and series D creosote+Cu-impregnated-laminated wood of pine. The beams that contained both creosote- and Cu-impregnation proved difficult to measure moisture levels. This was because Cu-impregnation makes it difficult to achieve reliable readings from the electric moisture meter. Also, the oven drying method does not work for creosote-impregnated wood.

There is no clear indication that any kind of impregnation increases the compressive strength perpendicular to grain of laminated pine. The results from the laboratory test shows that all tests were approximately equal, up to a deformation of 2-3mm. It is also proven safe to pressurize laminated pinewood up to 5,5MPa perpendicular to grain, if there is sufficient edge distance.

Keywords:

Pressure perpendicular to grain Creosot-impregnation

Cu-impregnation

Stress-laminated wood bridges

_______________________ _______________________

Petter Gravdal Lars Henning Krokengen

iii

Forord

Denne bacheloroppgaven er utført ved Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet (NTNU) i Gjøvik ved Institutt for vareproduksjon og byggteknikk. Oppgaven er gjort i samarbeid med Statens vegvesen Region øst og Moelven Limtre AS. Bacheloroppgaven tilsvarer et arbeidsomfang på 20 studiepoeng.

Ønsker og takke alle som har hjulpet oss med utførelsen av oppgaven. Først og fremst rettes en stor takk til veileder Jan Steinar Egenes som har hjulpet oss med ukentlig møter og veiledning innen praktiske og teoretiske utfordringer, samt hjelp ved uforutsette problemer.

Oppdragsgiver, Hauke Burkart, ved Statens vegvesen for veiledning og sponsorpenger. Åge Holmestad og Rune Abrahamsen ved Moelven Limtre for faglig veiledning, materialer og sponsorpenger. Ønsker også å takke Geir Glasø og Kjell Lindrupsen ved Norsk Treteknisk institutt for lån av lab og gjennomføring av forsøkene. Takker også Tor Kristoffer Klethagen, bygglab ansvarlig ved NTNU og Tormod Dyken for ytterlige rådgivning.

Grunnleggende forståelse for det Europeiske standardverket, heltre, limtre og

impregneringsmiddelene Kreosot og Kobbersalt (Cu) er anbefalte forkunnskaper for leserne av denne oppgaven.

iv

Innholdsfortegnelse

Forord ... iii

Innholdsfortegnelse ... iv

Figurliste ... vi

Tabelliste ... viii

Terminologi ... viii

1 Innledning ... 1

1.1 Bakgrunn ... 1

1.2 Problemstilling... 2

1.3 Avgrensninger ... 2

1.4 Ressursbehov ... 2

1.5 Metode ... 3

1.6 Rapportens oppbygning ... 3

2 Teori ... 5

2.1 Trevirkets anatomi ... 6

2.2 Fukt ... 7

2.2.1 Densitet ... 8

2.3 Limtreets oppbygning ... 8

2.4 Fasthetsegenskaper ... 10

2.5 Måling av trykkfasthet ... 12

2.5.1 ASTM-metoden ... 12

2.5.2 CEN-metoden ... 13

2.6 Trykkimpregnering ... 14

2.6.1 Cu-impregnering ... 14

2.6.2 Kreosot-impregnering ... 15

2.6.3 Kapasitetsreduksjon ved trykkimpregnering ... 16

2.7 Brudd- og brukskriterie ... 16

3 Gjennomføring ... 17

3.1 Verktøy ... 17

3.1.1 Beskyttelsesutstyr ... 17

3.1.2 Fuktmålere ... 18

v

3.1.3 Pressen ... 19

3.2 Forberedelser ... 21

3.2.1 Limtrebjelkene ... 21

3.2.2 Oppmerking av pressområder ... 22

3.2.3 Virkesfeil ... 23

3.3 Trevirket ... 24

3.3.1 Fuktmåling ... 24

3.3.2 Densitet ... 25

3.4 Laboratorieforsøk ... 26

3.4.1 Testoppsett ... 26

3.4.2 Randbetingelser ... 28

3.5 Feilkilder ... 29

4 Resultater ... 31

4.1 Densitet og fuktighet i trevirket ... 31

4.1.1 Elektriske fuktmålinger ... 31

4.1.2 Tørke/veiemetoden ... 34

4.1.3 Sammenligning av tørke/veie og elektrisk fuktmåling ... 35

4.2 Testresultat... 37

4.2.1 Serie A Cu-impregnert ... 38

4.2.2 Serie B ubehandlet ... 45

4.2.3 Serie C kreosot-impregnert ... 52

4.2.4 Serie D Cu+kreosot-impregnert ... 58

5 Diskusjon ... 63

5.1 Diskusjon av arbeidet og utfordringer ... 63

5.1.1 Forberedelser ... 63

5.1.2 Laboratorieforsøk ... 63

5.2 Testresultat... 64

5.2.1 Serie A Cu-impregnert ... 64

5.2.2 Serie B ubehandlet ... 64

5.2.3 Serie C kreosot-impregnert ... 65

5.2.4 Serie D kreosot+Cu-impregnert ... 65

5.2.5 Sammenligning av de ulike seriene ... 65

5.3 Hengekøyeffekten ... 67

vi

5.4 Forslag til videre arbeid ... 67

6 Konklusjon ... 69

Litteraturliste ... 71

Vedlegg ... 73

Vedlegg A – Forsøksplan Vedlegg B – Opphavsrettsnotis Standard Online Vedlegg C – Oppsummerte forsøksdata Vedlegg D – Komplett forsøksdata Vedlegg E – Medforfattererklæring

Figurliste

Figur 2: Formendringer i forskjellige deler av tverrsnittet når trevirket tørker(11) ... 7

Figur 3: Kombinert limtre(13) ... 8

Figur 4: Hengekøyeeffekten etter testing ... 10

Figur 5: Svilletykk(15) ... 11

Figur 6: CEN Last/deformasjons diagram(4) ... 13

Figur 7: Yteved og kjerneved(12) ... 14

Figur 8: Bethell- eller fullcelleprossesen(12) ... 15

Figur 9: Rüpingprosessen(12) ... 15

Figur 10: FME Moisture Meter ... 18

Figur 11: Tørkeskap ... 18

Figur 12: MTS 661 kraftgiver ... 19

Figur 13: Testrigg ... 20

Figur 14: Stålplate ... 20

Figur 15: Oppmerking av pressområder ... 22

Figur 16: Kvist i pressområdet ... 23

Figur 17: Merking av fingerskjøt ... 23

Figur 18: Densitets formler(12) ... 25

Figur 19: Oppsett ... 26

Figur 20: Lastfordeling over flere lameller ... 27

Figur 21: last-platen plassert i pressområdet ... 27

Figur 22: Avstander testoppsett ... 28

Figur 23: Fullstendig understøttet bjelke... 28

Figur 24: Variasjon av fuktprosent mellom lameller ... 29

Figur 25: Sammenligning av fukt ... 35

vii

Figur 26: Oversikt over fukt ... 36

Figur 27: Justering av test 01B1-3 ... 37

Figur 28: Oppsett serie A ... 38

Figur 29: Test 01A1-1 ... 39

Figur 30: Last/deformasjonsskurve test 01A1-1 ... 39

Figur 31: Test 01A1-4 ... 40

Figur 32: Last/deformasjonskurve test 01A1-4 ... 40

Figur 33: Test 01A1-5 ... 41

Figur 34: Last/deformasjonskurve test 01A1-5 ... 41

Figur 35: Test 01A2-5 ... 42

Figur 36: Test 01A2-6 ... 42

Figur 37: Last/deformasjonskurver serie A ... 43

Figur 38: Normalfordeling serie A ... 44

Figur 39: Oppsett serie B ... 45

Figur 40: Test 01B1-5 og test 01B1-6 ... 46

Figur 41: Last/deformasjonskurve test 01B1-5 ... 47

Figur 42: Last/deformasjonskurve test 01B1-6 ... 47

Figur 43: Test 01B1-7 ... 48

Figur 44: Last/deformasjonskurve test 01B1-7 ... 48

Figur 45: Test 02B2-2 ... 49

Figur 46: Last/deformasjonskurve test 02B2-2 ... 49

Figur 47: Last/deformasjonskurver serie B ... 50

Figur 48: Normalfordeling serie B ... 51

Figur 49: Oppsett serie C... 52

Figur 50: Test 01C2-7 ... 53

Figur 51: Last/deformasjonskurve test 01C2-7 ... 53

Figur 52: Test 01C2-1 ... 54

Figur 53: Test 01C2-4 ... 54

Figur 54: Last/deformasjonskurve test 01C2-1 ... 55

Figur 55: Last/deformasjonskurve test 01C2-4 ... 55

Figur 56: Last/deformasjonskurver serie C ... 56

Figur 57: Normalfordeling serie C ... 57

Figur 58: Oppsett serie D ... 58

Figur 59: Test 02D1-6 ... 59

Figur 60: Last/deformasjonskurve test 02D1-6 ... 59

Figur 61: Last/deformasjonskurver serie D ... 60

Figur 62: Normalfordeling serie D ... 61

Figur 63: Sammenligning av normalfordelinger ... 66

viii

Tabelliste

Tabell 1: Referanser - Standarder ... viii

Tabell 2: Ord og Uttrykk ... ix

Tabell 3: Symboler, enheter, størelser og indekser ... ix

Tabell 4: Standard dimensjoner av limtre i gran og trykkimpregnert furu(14) ... 9

Tabell 5: Fukt Cu-impregnet ... 32

Tabell 6: Fukt ubehandlet ... 32

Tabell 7: Fukt kreosot-impregnert ... 33

Tabell 8: Fukt kreosot+Cu-impregnert ... 33

Tabell 9: Resultater tørke/veiemetoden ... 34

Tabell 10: Resultater tørke/veiemetoden og elektrisk fuktmåling ... 35

Tabell 11: Sammenligning av normalfordelinger ... 67

Terminologi

Tabell 1:

Referanser – Standarder

EC5(2) Tre-standarden

EC5-2(1) Trebrustandarden

NS-EN 338(3) Konstruksjonstrevirke – Fasthetsklasser

ASTM D143-14(4) Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber

NS-EN 408(5) Trekonstruksjoner - Konstruksjonstre og limtre -

Bestemmelse av noen fysiske og mekaniske egenskaper NS-EN 14080(6) Trekonstruksjoner – limtre og limt laminert heltre - krav N400(7) Håndbok N400 – Bruprosjektering – Statens vegvesen

ix

Tabell 2:

Ord og Uttrykk

Eurocode Felles Europeiske prosjekteringsregler.

Nasjonal Tillegg (NA) Tillegg i Eurocode for nasjonale regler.

Fungicid Soppgift.

Ortotrope egenskaper Ulike egenskaper i forskjellige retninger

Testworks 4 Nøyaktig test program for mekanisk testing

av materialer, komponenter og ferdige produkter.

Treteknisk Norsk Treteknisk Institutt

NTF Norske Takstolprodusenters forening

SVV Statens vegvesen

Moelven Moelven Limtre AS

Tabell 3:

Symboler, enheter, størrelser og indekser

A Areal

b Bredde

h Høyde

ht, h0, he Høyde, opprinnelig høyde og effektiv høyde

t Tykkelse

L Lengde

Cu Kobbersalt

m Meter

Ω Trefuktigheten

m0 Tørrmasse

mω, mf Rå masse

FC,90 Trykkfasthet på tvers av fibrene

MPa Mega Pascal

1

1 Innledning

I dette kapitelet vil bakgrunnen for oppgaven bli forklart, samt hvorfor oppdragsgiver har interesse av oppgaven. Kapittelet omhandler også problemstillingen og avgrensningene til prosjektet. I tillegg vil rapportens oppbygning bli presentert.

1.1 Bakgrunn

I forbindelse med standardiseringsarbeidet for revidert EC5-2(trebrustandarden)(1) har det blitt avdekket ulik praksis angående hvilken fasthet som kan benyttes for trykk vinkelrett på fiberretningen for impregnert limtre. Problemstillingen er aktuell i forbindelse med

spennlaminerte limtrebruer, hvor det benyttes ankerplater og spennstag for å binde sammen dekket. Dette introduserer spenninger vinkelrett på trefibrene under ankerplatene. I Sverige benyttes tilsvarende løsninger, men med en betydelig lavere fasthet. I Norge spennes det opp til et trykk mot treet på rundt 5,5MPa med bakgrunn i N400(7), mens i Sverige spennes det opp til rundt 2,5MPa. Statens vegvesen har godkjent bruk av 5,5MPa trykk vinkelrett på fiberretning og har god erfaring med det. Svenske fagpersoner mener dette kan ha

sammenheng med at det brukes kreosot-impregnert limtre. Norsk fagmiljø stiller seg tvilende til dette, men har ikke tester eller dokumentasjon som kan verifisere det.

2

1.2 Problemstilling

Hvordan påvirker ulike impregnerings metoder og midler trykkfastheten vinkelrett på fiberretningen for limtre av furu. Spesielt med tanke på spennlaminerte brudekker, hvor trykket fordeles over flere lameller.

1.3 Avgrensninger

Det er valgt å gjennomføre fire serier med forsøk. Disse seriene er: Serie A kobbersalt(Cu)- impregnert-, serie B ubehandlet-, serie C kreosot-impregnert- og serie D Kreosot+Cu- impregnert limtre av furu. Seriene blir gjennomført med 8 tester per bjelke, totalt 128 tester med 32stk per serie.

Antall prøvestykker er valgt for å kunne tilfredsstille kravene til NS-EN 408(5) som krever minst 30 prøvestykker for forsøk på limtre.

1.4 Ressursbehov

• Egnet presse

• Kamera

• Beskyttelses overall

• Plastfolie

• Gråpapir

• Last-plate

• Tørkeskap

• Elektrisk fuktmåler

• 16 limtrebjelker av furu på 1,2-1,25m med tverrsnitt 400x90mm, av disse skal det være:

o 4 ubehandlede o 4 Cu-impregnerte o 4 kreosot-impregnerte o 4 Kreosot+Cu-impregnerte

3

1.5 Metode

Oppgavens løsningsmetode er i all hovedsak laboratorieforsøk, se kapittel 3 for utfyllende informasjon.

Arbeidet med prosjektet har foregått i tre faser.

• Forberedelser til laboratorieforsøk.

• Gjennomføring av laboratorieforsøk

• Etterarbeid og analyse av data.

Grunnet prosjektdelenes natur har hver fase vært nødt til å fullføres før neste kan påbegynnes.

Gruppen har for det meste jobbet med de samme oppgavene, da noen inndeling ikke har vært naturlig. Det har jevnlig blitt holdt statusmøter i lag med vår veileder for å holde prosjektet på rett kurs.

1.6 Rapportens oppbygning

Rapporten består av fem hovedkapitler; teori, gjennomføring, resultat, diskusjon og konklusjon.

• Teorikapittelet tar for seg relevant teori angående emner i prosjektet, deriblant trevirkets ortotrope egenskaper, test-modeller og trykkimpregnering

• Gjennomføringskapittelet går inn på forberedelser og utførelse av laboratorieforsøkene, samt begrunnelser for ulike valg som er tatt.

• Resultatkapittelet oppsummerer resultatene fra laboratorieforsøkene og presenterer disse grafisk.

• I diskusjonskapittelet vil resultatene og arbeidsprosessen bli drøftet. Det vil også bli foreslått anbefalinger til videre arbeid.

• Konklusjonskapittelet vil kort oppsummere diskusjonskapittelet.

4

5

2 Teori

Dette kapittelet tar for seg relevant teori angående emner i prosjektet. Kapittelet er delt opp i seks delkapitler:

• Trevirkets anatomi

• Fukt

• Limtreets oppbygning

• Måling av trykkfasthet

• Trykkimpregnering

• Brudd- og brukskriterie

Flere av referansene som er benyttet i denne oppgaven er mottatt av veileder og oppdragsgiver ved SVV, Hauke Burkart. Dette er blant annet:

• MacLean JD. effect of pressure treatment with coal-tar creosote on the strength of Douglas-fir structural timbers 1951(8).

• Parker R. strength and stiffness of preservative-treated marine piles. Oregon state university; 1981(9).

• Hardeng A. Bæreevne for punktlast av bjelker og svill under trykk tvers på fiber:

universitetet for miljø- og biovitenskap (Norges miljø- og biovitenskapelige universitet); 2011(10).

• Hagle D. Kapasiteten til trevirke ved trykk tvers på fiber: universitetet for miljø- og biovitenskap (Norges miljø- og biovitenskapelige universitet); 2012(11).

Det er utført litteratursøk i databasene: Science Direct, SprignerLink, Google Scholar og Oria.

Søkeordene som er brukt er: Kreosot/creosote, trykkvinkelrett på fiberretning/pressure perpendicular to grain, kobbersalt(Cu), Cu-impregnering, hengekøyeeffekten/rope effect. Det er derimot ikke funnet vitenskapelig artikler utover det som er mottatt av Hauke Burkart. Men det er imidlertid funnet relevante fagbøker og infoblader, se litteraturliste.

6

2.1 Trevirkets anatomi

Trevirke er et organisk materiale som er bygd opp av celluloseforbindelser, hemicellulose, lignin og ekstraktivstoffer. Trecellene har ulik form, størrelse og orientering som gjør at trevirket har ulike egenskaper i de forskjellige akseretningene (radiell-, tangentiell- og lengde- retning). Dette fører til variasjoner i de fysiske egenskapene til trevirket slik at det ikke har samme styrke i fiberretning som vinkelrett på.

Figur 1: Tverrsnitt, tangentialsnitt og radialsnitt i en trestamme(12)

I vinterhalvåret stopper veksten nesten helt opp og det fører til at det dannes årringer, rask vekst fører til brede årringer med tynnveggede celler med store hulrom. Trevirke med brede årringer har derfor lavere klassifisering enn trevirke med smalere årringer. Tettere årringene gir høyere densitet og bedre fasthetsegenskaper for treet.

I forhold til et aksesystem ser man som oftest x-retning i trevirkets lengderetning, y-retning i trevirkets tangentielle retning og z-retning i trevirkets radielle retning ut fra tverrsnittets senter.

De eldste delene i treverket sitter innerst i treet og vil etter hvert miste sin opprinnelige funksjon etter hvert som treet vokser. Denne delen av treet kalles for kjerneved, før fraktet denne delen av treet vann, men har nå byttet ut vannet med et tomrom som er blitt fylt med luft. Her utvikles det også kjernestoffer som bidrar til å øke holdbarheten som igjen gjør at kjerneveden er naturlig motstandsdyktig mot fukt og råte. Den ytre delen av stammen kalles for yteved og transporterer vann. Dette gjør at yteveden er fuktigere og tyngre enn

kjerneveden. Ettersom yteveden ikke inneholder samme konserveringsstoffer som kjerneveden, er ikke den naturlig motstandsdyktig og må eventuelt impregneres.

7

2.2 Fukt

Fuktinnholdet i trevirke har mye å si for trykkfastheten til treet. Fukt er den faktoren som spiller mest inn på de mekaniske egenskapene. En nedtørking fra rått trevirke til 10%

fuktighet gir en tilnærmet fordobling i strekkfastheten og bøyefastheten, mens det tredobler trykkfastheten og skjærfastheten

Trevirke er et hygroskopisk materiale som kontinuerlig endrer fuktighet i forhold til klimaet det befinner seg i, dette gjør at trevirke kan krympe og svelle (kryp/svell). Når fuktinnholdet øker og avtar vil trevirket forandre form, generelt ligger metningspunktet på 25-30% fukt.

Trevirke krymper/sveller mer i tangentialretning enn i radialretning, dette gjør at trevirke kan endre form ved å bøye eller vri seg avhengig av hvor på treet det kommer fra, se figur 2.

Figur 2: Formendringer i forskjellige deler av tverrsnittet når trevirket tørker(12)

På grunn av trevirkets ortotrope egenskaper (ulike egenskaper i forskjellige retninger) regner man med at treet sveller eller krymper 8% i radiell retning, 4% i tangentiell retning, mens det sveller eller krymper kun 0,3% i lengderetningen(13). Spenninger som oppstår under tørking kan føre til sprekker, risikoen øker når tversnitter blir større og tørkeprosessen går fortere.

Trevirkets fuktighetsinnhold er definert som massen av vann (mw) i forhold til massen av helt tørt trevirket (m0). For limtre krever NS-EN 14080(6) at det blir utført tre fuktmålinger før fuktinnholdet i trevirket kan bestemmes.

8

2.2.1 Densitet

Tetthet eller densitet i trevirke er masse per volum, med andre ord hvor mye trevirke veier i forhold til hvor mye plass det tar. Densiteten til trevirke har mye å si for fasthetsegenskapene, økende densitet gir økende fasthet. Fukt har også mye å si, for at begrepet skal gi mening klassifiseres densitet som tørrdensitet, basisdensitet, rådensitet eller densitet ved den

gjeldende fuktigheten. Ved 12% fukt vil limtre av klassen GL30C ha en densitet på 470kg/m³ mens konstruksjonsvirke har en densitet på 460kg/m³ for gran og 530kg/m³ for furu.

2.3 Limtreets oppbygning

Limtre som produseres i Norge lages av 45mm tykke lameller av gran eller 33,3mm tykke lameller av furu som blir høvlet og påført lim før de presses sammen. Når herde prosessen er ferdig, høvles bjelken igjen til et ferdig produkt. Gran blir brukt for ubehandlet virke og furu blir brukt for impregnert virke, det er også mulig å bruke andre typer treslag som bjørk og lerk hvis estetiske hensyn tilsier det.

Kombinert limtre lages ved å plassere de sterkere lamellene i topp og bunn mens homogent limtre har samme kvalitet på alle lamellene. Figur 3 viser hvordan lamellene av forskjellig kvalitet er fordelt.

Figur 3: Kombinert limtre(14)

9 En limtrebjelke av furu med kvalitet GL30C og høyde 400mm inneholder 12 lameller. Den vil ha to lameller på hver ytterkant med kvalitet T22 (C35) resten av de 8 lamellene vil ha en kvalitet på T15 (C24). Lamellkvaliteten kan ofte bli redusert grunnet mye kvist som gir lavere bøyestivhet men også høyere trykkfasthet. Dette gjør at de sterkeste lamellene på siden ikke nødvendigvis tåler mer trykk enn de lamellene med lavere kvalitet i midten.

Limtre har en rekke positive egenskaper, som god brannmotstand, svært miljøvennlig,

naturlig lydisolerende og gode varmeisolerendegenskaper uten betydelige kuldebruer. I tillegg har det høy styrke i forhold til egenvekt noe som gjør det mulig med store spennvidder. Alt dette til en lavere pris enn andre byggematerialer.(14)

Tabell 4 viser standard størrelser på limtre av gran og furu, her ser du forskjell på dimensjonene som skyldes lamelltykkelsene.

Tabell 4:

Standard dimensjoner av limtre i gran og trykkimpregnert furu(15)

10

2.4 Fasthetsegenskaper

Trevirkets fasthetegenskaper er avhengig av trevirkets oppbygging og struktur. Densitet og virkesfeil vil ha stor innvirkning på fasthetsegenskapene, se kapittel 2.2.1 for densitet. Mye kvist i trevirket vil bidra til en reduksjon i bøyefastheten og strekkfastheten, mens det vil øke trykkfastheten. Dette medfører at det har vært viktig å dokumentere virkesfeil i prøvene våre.

Ved trykk vinkelrett på fiberretningen, så vil «hengekøyeeffekten» bidra til økt kapasitet ved hjelp av skråstilte fibre rundt et belastet område. Disse fibrene holder igjen ved at

«fibertrådene» strekkes ved overgangen mellom belastet og ubelastet virke.

Morten Moseng og David Hagle omtaler effekten av en last-plate med avrundet kant i sin master oppgave(11). De fant ut at ved å benytte en last-plate med avrundet kant, så vil man kunne få 4-8% høyere trykkfasthet enn hvis man bruker en last-plate med skarp kant. De konkluderer allikevel med at denne variasjonen er liten. Ifølge Alvdis Hardeng sin master oppgave(10) fra 2011 er denne effekten neglisjerbar.

Figur 4: Hengekøyeeffekten etter testing

11 I følge rapport 86(16) kan limtre tåle opptil 5,5 MPa vinkelrett på fiberretningen, mens ifølge NS-EN 14080:2013(6) kan det kun tåle opptil 2,5MPa.

Rapport 86(16) gjelder i all hovedsak for en svill og stender problematikk, det kan tenkes at dette kan overføres til andre konstruksjoner som tar i bruk hengekøyeeffekten og har liten tykkelse i forhold til bredde. I vårt tilfelle så vil det være ankerplater mot spennlaminerte limtrebruer.

Figur 5: Svilletykk(16)

Hengekøyeeffekten gjelder kun i de tilfellene hvor lasten er plassert med en endeavstand på mer en 30mm(2). Ved en pålastning som ikke har noen avstand fra enden i fiberretning oppnås et tilfelle som kan sammenlignes med CEN metoden med en trykkfasthet på tvers av fiberretning på 2,5MPa.

12

2.5 Måling av trykkfasthet

Trykkfastheten til et materiale vil si evnen til å motstå trykkbelastninger. Betegnelsen brukes for både betong, trevirke og stein.

De vanligste metodene for å finne trykkfastheten til tre er CEN-Metoden og ASTM-Metoden, det er i all hovedsak ASTM-Metoden(4) med tverrsnittstørrelsene til NS-EN 408(5) som er lagt til grunn i våre forsøk.

2.5.1 ASTM-metoden

Ifølge ASTM D143-14 skal alle testene for trykk vinkelrett på fiberretning bli gjort i heltre, dette er ikke aktuelt for denne oppgaven ettersom limtre er ønsket å bruke. I denne oppgaven er det benyttet samme fremgangsmåte og oppsett for testing.

Størrelse på prøvestykkene skal være 50x50x150mm. Lasten skal bli påført ved at en plate med bredde og lengde på 50mm plasseres midt på prøvestykke, dette gir en endeavstand på 50mm. Pålastningshastigheten skal være 0,305mm i minuttet.

Ifølge ASTM-metoden skal prøvestykkenes fuktighet testes med tørke/veiemetoden.

13

2.5.2 CEN-metoden

Tverrsnittstørrelsene som benyttes i CEN-Metoden er 45x70x90mm for heltre og minimum 100x200mm for limtre. CEN-Metoden baseres på en block-test hvor prøvestykkene blir påført last over hele overflaten. Dette medfører at man mister bidraget fra hengekøyeeffekten noe som gir en redusert kapasitet når det kommer til trykk vinkelrett på fiberretning.

Ifølge NS-EN 408(5), bestemmes Fc,90 ved å bruke resultatene fra

last/deformasjonsdiagrammet. Dette gjør man ved å finne 0,1Fc,90,ma og 0,4Fc,90,ma, så finne ut hvor disse verdiene skjærer hverandre. En rett linje trekkes så mellom disse punktene, før man trekker en ny linje parallelt med første linje langs deformasjonsaksen til verdien tilsvarer 0,01ht. Der den andre linjen skjærer last/deformasjonskurven ligger Fc,90,ma, vist i figur 6.

Hvis verdien Fc,90,ma er innenfor toleransegrensen 5% av Fc,90,ma,est kan verdien benyttes, hvis ikke må prosedyren repeteres slik at verdien er innenfor toleransekravene.

Figur 6: CEN Last/deformasjons diagram(5)

14

2.6 Trykkimpregnering

Trykkimpregnering av trevirke foregår ved at man plasserer trevirket i en trykksylinder og impregneringsmidlene presses inn med et trykk mellom 1,0-1,2MPa. Ved impregnering av furu, så presses impregneringsmiddel inn slik at hele yteveden impregneres. Kjerneveden lar seg ikke impregnere, men den er naturlig motstandsdyktig.

Figur 7: Yteved og kjerneved(13)

Bruksområdet til trevirket styrer hvilket impregneringsmiddel som brukes, dette styrer så hvilken prosess som brukes for å sikre riktig inntrengning og opptak av

impregneringsmiddelet.

2.6.1 Cu-impregnering

Impregneringsmidler med kobber som primærfungicid (fungicid=soppgift) er de mest brukte vannløselige impregneringsmiddelene. Trevirke som er impregnert med kobber vil ha en grønnaktig farge i tørr tilstand. For vannløste midler benyttes en metode som heter Bethell- eller fullcelleprossesen. Ved denne prosessen utsettes trevirket for et vakuum før

impregneringsmidlene presses inn i treet med et trykk på 1,0-1,2MPa. Tilslutt vil trevirket bli utsatt for et ettervakum for å tørke treoverflaten. En fullcelleprosess vil føre til at

cellehulrommene i yteveden blir fylt med impregneringsløsningen. De vannløste midlene består av ca. 96% vann og mye av dette vannet må tørkes ut før produktet kan brukes.

Impregneringsmidlene er oppbygd slik at det bindes kjemisk til cellulosemolekylene i trevirket, dette vil gjøre at det ikke vaskes ut ved oppfukting under bruk. Figur 8 viser fullcelleprossesen.

15

Figur 8: Bethell- eller fullcelleprossesen(13)

2.6.2 Kreosot-impregnering

Kreosot er et destillasjonsprodukt av steinkulltjære, stoffet er i dag forbudt til privat bruk og brukes i all hovedsak til trebruer, ledningsstolper og bryggepæler. Impregneringsprosessen kalles Rüpingprosessen. Denne prosessen gir et mindre opptak av impregneringsmidlene i forhold til fullcelleprossesen brukt til Cu-impregnering. Ideelt sett så ønsker man at

celleveggene i yteveden skal dekkes med kreosot, men at cellehulrommene skal forbli tomme.

Figur 9: Rüpingprosessen(13)

16

2.6.3 Kapasitetsreduksjon ved trykkimpregnering

Det ble utført en studie av H. Resch og R. Parker i 1981 angående impregnerte bryggepæler.

Under dette studiet kom det frem at trevirket som er impregnert med Cu-impregnering, eller kreosot-impregnering ikke fikk en betydelig reduksjon i fastheten. Trevirke som inneholdt kreosot+Cu-impregnering fikk derimot en stor reduksjon.(9)

I 1951 ble det utført et forsøk på effekten av trykkimpregnering med kreosot. Dette forsøket ble utført av R.F. Luxford og J.D. MacLean ved U.S Department of argiculture forest service.

I forsøket kom det frem at impregneringsmiddelet kreosot ikke svekket kapasiteten til

trevirket. Det var heller varmebehandling og trykkprosessene som ble brukt på den tiden som reduserte fastheten. Tester utført på Douglas-FIR utsatt for de samme prosessene som ble brukt under impregnering, men uten å presse inn kreosot, fikk en kapasitetsreduksjon på 15- 25% vinkelrett på fiberretningen.(8)

Ved dagens impregneringsprosess skal det imidlertid ikke være benyttet høy nok varme til at trevirket skal forandre sine mekaniske egenskaper på noen betydelig måte.

2.7 Brudd- og brukskriterie

Det er viktig å skille mellom brudd- og brukskriterie. Brukskriterie angir en grense for hvor stor deformasjon det tillates, kravet kan variere og er ofte definert av byggherren.

Bruksgrensetilstanden er gjerne satt til å være halvparten av bruddgrensetilstanden eller mindre om det er krav til deformasjon eller nedbøyning.

Bruddkriteriet er vanskelig å definere ettersom trevirke kan tåle mer trykk vinkelrett på fiberretning etter at de første fibrene er kuttet. I denne oppgaven defineres bruddkriteriet for trykk vinkelrett på fiberretningen som kutting av fibrene ved overgangen mellom ankerplaten og ubelastet virke. Fiberbrudd er en irreversibel handling som først og fremst er et

vedlikeholdsproblem ettersom fukt vil trenge dypere inn i treet, trevirke vil heller ikke trekke seg tilbake til sin opprinnelige posisjon. Fiberbrudd i øverste lag er heller ikke kritisk for treets bæreevne.

17

3 Gjennomføring

Dette kapittelet vil ta for seg verktøyene som er brukt og hvilke valg og forberedelser som er gjort. Gjennomføringen av laboratorieforsøkene vil også bli beskrevet. Kapittelet er delt inn i fem delkapitler:

• Verktøy

• Forberedelser

• Trevirket

• Laboratorieforsøk

• Feilkilder

3.1 Verktøy

Gruppen har brukt laboratoriet til Norsk Treteknisk Institutt ved trykktesting av alle prøvetrykkene, samt tørking i tørkeovn.

Bygglabben til NTNU i Gjøvik ved Mustad næringspark ble brukt til lagring av materialene.

Der har de stått utendørs, kun skjermet for regn.

3.1.1 Beskyttelsesutstyr

Beskyttelsesoverall og hansker er brukt ved håndtering av bjelkene som inneholdt kreosot.

Dette for å unngå direkte kontakt med kreosoten, tjærestoffene i kreosot er både kreftfremkallende og virker irriterende på huden.

18

3.1.2 Fuktmålere

Den elektriske fuktmåleren som er brukt i denne oppgaven var av typen Protimeter FME Moisture Meter og ble lånt av Treteknisk. Fuktmåleren fungerer på alle elektrisk ledende materialer, dette gjør at en viss skjønn må brukes under måling. Fuktmåleren kan måle helt ned til 5% fuktinnhold med et avvik på 0,3%.

Figur 10: FME Moisture Meter

Tørkeskapet til Treteknisk ble brukt til testing av tørke/veiemetoden.

Figur 11: Tørkeskap

19

3.1.3 Pressen

Pressen som er brukt var av typen MTS 661 serien med modell: 661.23F-01 serie nr.

0415370. Sist kalibrert 04.11.2016. Pressen har en maks kraft på 500 KN.

MTS 661 serien er alle høykapasitets kraftgivere og er utviklet for å påføre trykk eller strekk med et sylindrisk stempel, giveren måler også deformasjon. Selve pressen har heller ikke noen sveiser eller mekaniske ledd som kan gi slitasje eller svakheter.

Figur 12: MTS 661 kraftgiver

Kraftgiveren sitter fastholdt i bunnen og trykker selve testbjelkene opp i en fastholdt stålplate over prøvestykkene. Denne kunne kjøres opp eller ned avhengig av høyden på objektene som skulle testes, vist i figur 13.

Forsøkene ble utført ved hjelp av programvaren Station Manager og testprogrammet TestWorks 4.

20

Figur 13: Testrigg

Last-platen som er brukt for å oppnå riktig lastareal har et tverrsnitt på 300x50x20mm. Platen har en avrundet kant, se figur 14.

Figur 14: Last-plate

21

3.2 Forberedelser

Før testing kunne begynne var det en del forberedelser som måtte utføres. Blant annet var noen av bjelkene nødt til å bli delt opp og pakket inn i plast. Alle bjelkene ble også nummerert og merket med pressområder.

3.2.1 Limtrebjelkene

Limtrebjelkene til forsøkene ble levert av Moelven Limtre og lagret utenfor bygglabben til NTNU ved Mustad Næringspark, der var de skjermet for regn frem til forsøkene startet.

Det ble laget to ubehandlede limtre bjelker på 5m opplimt av hvite furulameller og to bjelker på 5m opplimt av Cu-impregnerte furulameller i klasse A. Disse bjelkene ble delt i to før halvparten av hver bjelke ble impregnert med kreosot. Resultatet ble da 8 bjelker på 2,5m.

De ubehandlede og kobbersalt-impregnerte bjelkene kom ferdig delt opp med en lengde på 1,2m og hadde ikke et behov for å bli pakket inn på noen spesiell måte.

Alt som var impregnert med kreosot og kreosot+Cu ble levert i dobbel lengede (2,5m), disse ble delt opp på bygglabben til NTNU ved Mustad Næringspark. Disse bjelkene har også blitt pakket inn i plastfolie slik at vi unngikk kreosot søl og reduserte faren for hudkontakt.

Da sto vi igjen med fire bjelker på ca. 1,2-1,25 meter av alle de forskjellige impregneringsmiddelene.

Bjelkene ble fraktet til Norsk Treteknisk Institutt i Oslo for å utføre laboratorieforsøkene der.

Det ble lånt en henger fra bygglabben til NTNU for å frakte bjelkene og annet utstyr.

De kreosot-impregnerte og kreosot+Cu-impregnerte bjelke ble fraktet til Moelven Limtre og levert som spesialavfall etter at forsøkene var utført. Det ubehandlede og Cu-impregnerte virket ble levert til gjenvinning.

22

3.2.2 Oppmerking av pressområder

Størrelsen på pressområdet og avstand mellom testene ble merketopp med tusj og målebånd.

Avstandene mellom pressområdene ble valgt for å tilfredsstille EC-5(2), se kapittel 3.4 for detaljer testoppsett.

Figur 15: Oppmerking av pressområder

23

3.2.3 Virkesfeil

Fingerskjøter har blitt markert med rød tusj og avbildet der de antas som relevante for fastheten. Kvister som befinner seg innenfor pressområdene har også blitt avbildet.

Et eksempel på virkesfeil i form av en kvist vises i figur 16. Figur 17 viser hvordan fingerskjøter er markert med rød tusj.

Figur 16: Kvist i pressområdet

Figur 17: Merking av fingerskjøt

24

3.3 Trevirket

Trevirke som er benyttet i testen er limtre av furu med kvalitet GL30C, de karakteristiske fasthetsverdiene for styrkeklasse GL30C er i henhold til NS-EN 14080:2013 tabell 4(6).

Limtrebjelkene var alle i dimensjonen 90x400mm og er bygget opp av tolv lameller.

3.3.1 Fuktmåling

Som nevnt i kapittel 2.2 er trevirke et hygroskopisk materiale som kontinuerlig endrer fuktighet i forhold til klimaet det befinner seg i. Trevirkets fuktinnhold er definert som massen av vann (mW) i forhold til massen av helt tørt trevirket (m0).

Fuktmåling av kreosot+Cu-impregnert trevirke var vanskelig. Det er ikke mulig å undersøke fuktinnhold ved hjelp av tørke/veiemetoden og elektrisk fuktmåler viser høyere fuktinnhold grunnet salter som gir bedre elektrisk ledningsevne.

Trefuktigheten (ω), eller vanninnholdet, angis i prosent av treets tørre masse (m0). Det er to måter å bestemme den på:

Elektrisk fuktmåling

Dette ble gjort ved at to elektroder ble presset inn i trevirket langs fibrene for å måle treets evne til å lede elektrisitet mellom de to elektrodene. Treets evne til å lede elektrisitet øker når trevirket blir fuktigere.

Elektrisk fuktmåling fungerer best når trevirket har fuktighetsnivå mellom 6 og 28 prosent.

Fuktmåleren som er benytte hos Treteknisk har ifølge brukermanualen evnen til å måle nøyaktig mellom 5 og 99 prosent fuktighet i trevirke. Elektrisk fuktmåling fungerer på all slags type trevirke men gir ikke like nøyaktige målinger som tørke/veiemetoden.

Lim og salter i limtreet gir større avvik i målingene av fukt. Fuktmåling av impregnert virke krever derfor flere målinger enn ubehandlet virke, måling i limfugene må også unngås.

25 Tørke/Veiemetoden

Tørke/veiemetoden er mer tidkrevende enn elektrisk fuktmåling, men gir et mer nøyaktig resultat. Dessverre fungerer ikke denne metoden på alle typer impregnert trevirke som for eksempel kreosot.

Denne metoden ble utført ved at det ble skjært ut en 10-20 mm tykk skive av hele tverrsnittet.

Denne skiven ble så veid på en vekt og rå massen (mω) ble notert. Skiven ble så lagt i et tørkeskap med temperatur 103±2°C til vekten var konstant, omtrent ett døgn. Da var tørrmassen bestemt (m0) og det var mulig og finn ut fuktprosent med formel (3.1).

(3.1)(12)

3.3.2 Densitet

For å finne densiteten (ρ) til trevirke ble forholdet mellom massen og volumet brukt, denne kan finnes ved å benytte formelen for basisdensitet vist i figur 18.

Figur 18: Densitets formler(13)

26

3.4 Laboratorieforsøk

Laboratorieforsøkene ble gjennomført ved Norsk Treteknisk Institutt sine lokaler i Oslo.

3.4.1 Testoppsett

Det ble benyttet en 0,5m lange bjelke til underlag ved testing, dette for å fjerne usikkerheter knyttet til lastspredning ned i det harde stålet. Underlagsbjelken hadde samme tverrsnitt som teststykkene og simulerte en «lamell» i limtredekket. Prøvestykkene ble så lagt ned på siden over underlagsbjelken.

Figur 19: Oppsett

27 En rektangulær last-plate ble så plassert i de markerte pressområdene. Denne hadde et

tverrsnitt på 300x50x20mm, presset ble da fordelt over flere lameller som vist i figur 20 og 21.

Figur 20: Lastfordeling over flere lameller

Figur 21: last-platen plassert i pressområdet

28

De ubehandlede og Cu-impregnerte bjelkene hadde en endeavstand på 50mm. For de kreosot og kreosot+Cu-impregnerte bjelkene ble det brukt en endeavstand på 75mm. Avstanden mellom hver test var like for alle fire seriene og var på 100mm. Trykkområdene er representert med de grå firkantene i figur 22.

Figur 22: Avstander testoppsett

Alle testene ble kjørt med en pålastningshastighet på 60kN/min, med unntak av test 01A1-1 som ble kjørt med en pålastningshastighet på 30kN/min. Testene ble kjørt til 200kN dettte ble gjort for å senere ha muligheten til å gå inn i last/deformasjonskurven for å bestemme brudd.

Noen av testene ble kjørt til 300kN for å undersøke videre last/deformasjonskurveforløp.

Fuktigheten ble målt med en elektrisk fuktmåler på alle prøvestykkene før testen.

Tørke/veiemetoden ble brukt på ubehandlet og Cu-impregnert virke etter testen.

3.4.2 Randbetingelser

Alle testene var fullt understøttet med stål og en limtrebjelke av furu som mellomlegg. Lasten ble påført med en punktlast over et område på 300x50mm som vist i figur 23.

Figur 23: Fullstendig understøttet bjelke

29

3.5 Feilkilder

Bruken av maskinprodusert limtre og ikke feilfrie prøver gir store forskjeller mellom prøvestykkene. Det vil si at om det forekommer kvist i en eller flere av lamellene så kan trykkfastheten økes. Andre faktorer som kan føre til avvik som ikke nødvendigvis er feilkilder er fingerskjøter som ligger ved overgangen mellom belastet og ubelastet virke. Uansett hva resultatet ble, så tok vi bilde av prøvene og resultatene ble notert. Elektrisk fuktmåling leser kun av fuktigheten akkurat der den settes ned, som vist i figur 24, varierte fuktigheten mellom lamellene og dybden som elektrodene ble banket inn med. En elektrisk fuktmåler viste også høyere fuktinnhold ved måling av Cu-impregnert virke, dette på grunn av salter som gir bedre elektrisk ledningsevne.

Figur 24: Variasjon av fuktprosent mellom lameller

30

31

4 Resultater

I kapittel 4 så vil de samlede resultatene og noen utdrag fra dataene bli presentert. For fullstendig data, se vedlegg D. Kapittelet er delt inn i to delkapitler:

• Densitet og fuktighet i trevirket

• Testresultat

4.1 Densitet og fuktighet i trevirket

De ubehandlede og kobbersalt-impregnerte bjelkene har alle stått ute skjermet for regn siden 24.02.2017. Bjelkene impregnert med kreosot og kreosot+kobbersalt har stått ute siden 29.03.2017. Bjelkene ble satt på en henger den 18.04.2017 og fraktet inn til Treteknisk institutt i Oslo for testing den 20-21.04.2017.

4.1.1 Elektriske fuktmålinger

Ettersom det ikke er mulig å få noe nøyaktig resultat ved å utføre tørke/veiemetoden på kreosot-impregnert virke er det bruket en elektrisk fuktmåler på alle bjelkene. Det er ingen restriksjoner på bruk av en elektrisk fuktmåler på impregnert virke, men den gir avvik grunnet lim og salter, samt ulikt fuktinnhold på de forskjellige lamellene. Det er derfor knyttet noe usikkerhet til elektrisk fuktmåling. Gjennomsnitts resultat fra de kobbersalt-impregnerte bjelkene og de ubehandlede bjelkene er sammenlignet med tørke/veiemetoden i kapittel 4.1.3.

32

Tabell 5:

Fukt Cu-impregnert

Cu-impregnert

01 A 1-1 15 % 01 A 2-1 14,3 % 02 A 1-1 18,8 % 02 A 2-1 19,4 % 01 A 1-2 16,1 % 01 A 2-2 14,4 % 02 A 1-2 18,8 % 02 A 2-2 19,5 % 01 A 1-3 15,8 % 01 A 2-3 15,6 % 02 A 1-3 15 % 02 A 2-3 16 % 01 A 1-4 15,4 % 01 A 2-4 15,5 % 02 A 1-4 17,8 % 02 A 2-4 18,6 % 01 A 1-5 15,4 % 01 A 2-5 19,5 % 02 A 1-5 16 % 02 A 2-5 19,2 % 01 A 1-6 12,3 % 01 A 2-6 16,4 % 02 A 1-6 14,6 % 02 A 2-6 19,1 % 01 A 1-7 12,3 % 0.1 A 2-7 19,5 % 02 A 1-7 17,6 % 02 A 2-7 17,8 % 01 A 1-8 14,6 % 01 A 2-8 14,4 % 02 A 1-8 17,5 % 02 A 2-8 19,5 % Gjennomsnittlig

fukt 14,6 %

16,2 % 17 % 18,6 %

Tabell 6:

Fukt ubehandlet

Ubehandlet

01 B 1-1 12 % 01 B 2-1 9,6 % 02 B 1-1 10,3 % 02 B 2-1 10,5 % 01 B 1-2 11,3 % 01 B 2-2 10,2 % 02 B 1-2 10,5 % 02 B 2-2 7,5 % 01 B 1-3 11,3 % 01 B 2-3 10,7 % 02 B 1-3 11,1 % 02 B 2-3 9,3 % 01 B 1-4 10,3 % 01 B 2-4 10,2 % 02 B 1-4 11,7 % 02 B 2-4 7,6 % 01 B 1-5 11,1 % 01 B 2-5 9 % 02 B 1-5 10,4 % 02 B 2-5 8,8 % 01 B 1-6 10,9 % 01 B 2-6 9,9 % 02 B 1-6 10,7 % 02 B 2-6 7,4 % 01 B 1-7 11,1 % 01 B 2-7 9,4 % 02 B 1-7 10,7 % 02 B 2-7 10,1 % 01 B 1-8 11 % 01 B 2-8 10,8 % 02 B 1-8 11,5 % 02 B 2-8 8 % Gjennomsnittlig

fukt 11,1 % 10 % 10,9 % 8,7 %

33

Tabell 7:

Fukt kreosot-impregnert

Kreosot-impregnert

01 C 1-1 7,8 % 01 C 2-1 10 % 02 C 1-1 10,9 % 02 C 2-1 10,7 % 01 C 1-2 8,2 % 01 C 2-2 10,5 % 02 C 1-2 10,8 % 02 C 2-2 9,6 % 01 C 1-3 8,2 % 01 C 2-3 11 % 02 C 1-3 11,1 % 02 C 2-3 10,4 % 01 C 1-4 10,4 % 01 C 2-4 10,8 % 02 C 1-4 12,4 % 02 C 2-4 10,4 % 01 C 1-5 10,5 % 01 C 2-5 10,8 % 02 C 1-5 11,2 % 02 C 2-5 10,6 % 01 C 1-6 11,6 % 01 C 2-6 9,6 % 02 C 1-6 12,4 % 02 C 2-6 10,2 % 01 C 1-7 12,4 % 01 C 2-7 9,9 % 02 C 1-7 10,8 % 02 C 2-7 11,8 % 01 C 1-8 12 % 01 C 2-8 11,4 % 02 C 1-8 9,8 % 02 C 2-8 11,8 % Gjennomsnittlig

fukt 10,1 % 10,5 % 11,2 % 10,7 %

Tabell 8:

Fukt kreosot+Cu-impregnert

Kreosot+Cu-impregnert

01 D 1-1 19 % 01 D 2-1 15 % 02 D 1-1 16,2 % 02 D 2-1 16,7 % 01 D 1-2 17,3 % 01 D 2-2 16,8 % 02 D 1-2 17,2 % 02 D 2-2 16,4 % 01 D 1-3 19,5 % 01 D 2-3 18,5 % 02 D 1-3 15,8 % 02 D 2-3 15,3 % 01 D 1-4 14,7 % 01 D 2-4 18,2 % 02 D 1-4 17,4 % 02 D 2-4 18,8 % 01 D 1-5 13,3 % 01 D 2-5 17,2 % 02 D 1-5 15,1 % 02 D 2-5 18,9 % 01 D 1-6 17 % 01 D 2-6 16,1 % 02 D 1-6 14,5 % 02 D 2-6 18,5 % 01 D 1-7 15,2 % 01 D 2-7 18,2 % 02 D 1-7 13,9 % 02 D 2-7 18,2 % 01 D 1-8 11,1 % 01 D 2-8 16,6 % 02 D 1-8 12,3 % 02 D 2-8 18,7 % Gjennomsnittlig

fukt 15,9 % 17,1 % 15,3 % 17,7 %

34

4.1.2 Tørke/veiemetoden

Tørke/veiemetoden ble kun utført på ubehandlet og Cu-impregnert virke. Det er ikke mulig å utføre denne testen for kreosot-impregnert virke.

Tørke/veiemetoden er den mest nøyaktige formen for å måle fuktinnhold og densitet i trevirke, det er derfor utført tørke/veiemetoden på alle bjelkene hvor det lot seg gjøre.

Tabell 9:

Resultater tørke/veiemetoden

35

4.1.3 Sammenligning av tørke/veie og elektrisk fuktmåling

I tabell 10 er det valgt å ta gjennomsnitt fra alle tørke/veie testene for hver bjelke forså å sammenligne med de elektriske fuktmålingene, slik kan man tydelige se forskjeller. Her kan det leses av at elektrisk fuktmåling av Cu-impregnert virke gir høyere fuktprosent enn det som faktisk stemmer med den svært nøyaktige tørke/veiemetoden.

Tabell 10:

Resultater tørke/veiemetodene og elektrisk fuktmåling

Tørke/veiemetoden Elektrisk Fuktmåling

01A1 12,9 % 14,6 %

02A2 12,5 % 18,6 %

02A1 12,9 % 17,0 %

02B2 10,0 % 8,7 %

02B1 9,8 % 10,9 %

01B2 9,6 % 10,0 %

Figur 25: Sammenligning av fukt

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0

FUKT %

SAMMENLIGNI NGS DI AGRAM FUKT

Tørke/veiemetoden Cu-impregnert Elektrisk fuktmåling Cu-impregnert Tørke/veiemetoden ubehandlet Elektrisk fuktmåling ubehandlet

01X1 01X2 02X1 02X2

36

Resultatene fra tørke/veiemetoden er styrende i figur 26. Når det ikke er data for tørke/veiemetoden er gjennomsnitt fra de elektriske fuktmålingene brukt.

01A2 er ikke testet i ovn, dette gir stor upålitelighet grunnet Cu-impregneringen som også er synlig på den høye fuktprosenten til bjelke 01A2 og hele serie D. 01B1 er heller ikke tørket i ovn men gir et mindre avvik fordi den ikke inneholder kobbersalt.

Figur 26: Oversikt over fukt

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0

FUKT%

Cu-impregnert ubehandlet kreosot-impregnert kreosot+Cu-impregnert

01X1 01X2 02X1 02X2

37

4.2 Testresultat

Alle bjelkene har limtrekvalitet GL30C i furu og er testet med en pålastningshastighet

60kN/min med unntak av test 01A1-1 som ble testet med 30kN/min. Testene som er tatt med i normalfordelingsanalysen for hver serie er kjørt helt frem til 200kN. For alle forsøksdataene er det laget en last/deformasjonskurve. Last/deformasjonskurvene har blitt justert til å ha 0mm deformasjon ved en last på 10kN som vist i figur 27. Kurvene ble justert for å fjerne

usikkerheter og «rusk» ved starten av testen. Bjelkene vil bruke litt tid på å orientere seg riktig på pressen og det er antatt at deformasjonen ved en last på 10kN er neglisjerbar. Ved en deformasjon på 2-3mm får last/deformasjonskurvene en liten knekk. Det er i dette området at det oppstår fiberbrudd. Siden det er vanskelig å bestemme nøyaktig når det oppstår

fiberbrudd, settes bruddkriteriet til 2mm deformasjon.

Figur 27: Justering av test 01B1-3

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

kN

mm

01B1-3

01B1-3

01B1-3 ujustert

38

4.2.1 Serie A Cu-impregnert

Serie A består av 32 prøver fordelt på 4 Cu-impregnerte bjelker med 8 prøver på hver bjelke.

Figur 28: Oppsett serie A

39 Test 01A1-1 er kjørt med en hastighet på 30kN/min, den er derfor ikke tatt med i

normalfordelingsanalysen.

Figur 29: Test 01A1-1

Figur 30: Last/deformasjonsskurve test 01A1-1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8

kN

mm

01A1-1

40

Test 01A1-4 ble stoppet ved nødstopp på 157kN og en deformasjon på 3,575mm. Testen er tatt ut av normalfordelingsanalysen.

Figur 31: Test 01A1-4

Figur 32: Last/deformasjonskurve test 01A1-4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

kN

mm

01A1-4

41 Test 01A1-5 ble kjørt til en høyere last på 338kN for å kunne se det videre

last/deformasjonskurveforløpet etter 200kN. Testen gikk til en deformasjon på 16,4mm og er ikke tatt med i normalfordelingsanalysen.

Figur 33: Test 01A1-5

Figur 34: Last/deformasjonskurve test 01A1-5

250 5075 100125 150175 200225 250275 300325 350

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

kN

mm

01A1-5

42

I test 01A2-5 og 01A2-6 kuttes fibrene i de fingerskjøtene som er nærme belastet virke.

Figur 35: Test 01A2-5

Figur 36: Test 01A2-6

43 Alle testene fra serie A som går til 200kN er samlet i figur 37. Her er det mulig å se hvor det oppstår fiberbrudd. Ut fra grafen i figur 37 kan det se ut som det oppstår fiberbrudd mellom 2 og 3mm deformasjon.

Figur 37: Last/deformasjonskurver serie A

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5

kN

mm

Serie A

44

Bruddlasten fra alle prøvene i normalfordelingsanalysen ble samlet utfra en deformasjon på 2mm. Dataene ble så fordelt med en normalfordeling, ut i fra 5% fraktilen kan trykkfastheten for serie A settes til 5,7MPa.

Figur 38: Normalfordeling serie A

3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5

MPa

Normalfordeling serie A

Trend

Normalfordeling 5% fraktil

Median: 6,5MPa

Standardavik: 0,468MPa 5% fraktil: 5,7MPa

45

4.2.2 Serie B ubehandlet

Serie B består av 32 prøver fordelt på 4 ubehandlede bjelker med 8 prøver på hver bjelke.

Figur 39: Oppsett serie B

46

Test 01B1-5 ble kjørt frem til 2,5MPa, dette ble gjort for å undersøke om det var noen tydelig deformasjon ved kravene satt i Eurocode(6). Som vist i figur 40 er det vanskelig å se noen form for skade.

Test 01B1-6 ble kjørt frem til 5,5MPa, dette ble gjort for å undersøke om det var en tydelig deformasjon ved anbefalingene til Treteknisk rapport 86(16). Som vist i figur 40 er det heller ikke i dette tilfellet noen tydelig form for skade.

Figur 40: Test 01B1-5 og test 01B1-6

47

Figur 41: Last/deformasjonskurve test 01B1-5

Figur 42: Last/deformasjonskurve test 01B1-6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

kN

mm

01B1-5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

kN

mm

01B1-6

48

Test 01B1-7 ble kjørt til en høyere last på 300kN for å kunne se det videre

last/deformasjonskurveforløpet etter 200kN. Testen gikk til en deformasjon på 15,2mm og er ikke tatt med i normalfordelingsanalysen.

Figur 43: Test 01B1-7

Figur 44: Last/deformasjonskurve test 01B1-7

250 5075 100125 150175 200 225250 275300 325350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

kN

mm

01B1-7

49 Test 02B2-2 har en høyere trykkfasthet en de andre testene i serie B. Grunnen til dette er antakelig kvisten som er vist i figur 45.

Figur 45: Test 02B2-2

Figur 46: Last/deformasjonskurve test 02B2-2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

kN

mm

02B2-2

50

Alle testene fra serie B som går til 200kN er samlet i figur 47. Her er det mulig å se hvor det oppstår fiberbrudd. Ut fra grafen i figur 47 kan det se ut som det oppstår fiberbrudd mellom 2 og 3mm deformasjon.

Figur 47: Last/deformasjonskurver serie B

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5

kN

mm

Serie B

51 Bruddlasten fra alle prøvene i normalfordeling analysen ble samlet utfra en deformasjon på 2mm. Dataene ble så fordelt med en normalfordeling, ut i fra 5% fraktilen kan trykkfastheten for serie B settes til 6,27MPa.

Figur 48: Normalfordeling serie B

3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5

MPa

Normalfordeling serie B

Trend

Normalfordeling 5% fraktil

Median: 6,9MPa

Standardavik: 0,389MPa 5% fraktil: 6,27MPa

52

4.2.3 Serie C kreosot-impregnert

Serie C består av 32 prøver fordelt på 4 kreosot-impregnerte bjelker med 8 prøver på hver bjelke.

Figur 49: Oppsett serie C

53 Test 01C2-7 ble kjørt til en høyere last på 290kN for å kunne se det videre kurveforløpet etter 200kN. Testen gikk til en deformasjon på 18,2mm og er ikke tatt med i

normalfordelingsanalysen.

Figur 50: Test 01C2-7

Figur 51: Last/deformasjonskurve test 01C2-7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

kN

mm

01C2-7

54

Bjelke 01C2 ser ut til å ha en defekt limfuge gjennom det meste av bjelken, se figur 52 og 53.

Test 01C2-1 og test 01C2-4 har svakere trykkfasthet enn resten av serie C, se figur 54 og 55.

Figur 52: Test 01C2-1

Figur 53: Test 01C2-4

55

Figur 54: Last/deformasjonskurve test 01C2-1

Figur 55: Last/deformasjonskurve test 01C2-4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

kN

mm

01C2-1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

kN

mm

01C2-4

56

Alle testene fra serie C som går til 200kN er samlet i figur 56. Her er det mulig å se hvor det oppstår fiberbrudd. Ut fra grafen i figur 56 kan det se ut som det oppstår fiberbrudd mellom 2 og 3mm deformasjon.

Figur 56: Last/deformasjonskurver serie C

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5

kN

mm

Serie C

57 Bruddlasten fra alle prøvene i normalfordelingsanalysen ble samlet utfra en deformasjon på 2mm. Dataene ble så fordelt med en normalfordeling, ut i fra 5% fraktilen kan trykkfastheten for serie C settes til 5,6MPa.

Figur 57: Normalfordeling serie C

3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5

MPa

Normalfordeling serie C

Trend

Normalfordeling 5% fraktil Median: 6,7MPa

Standardavik: 0,689MPa 5% fraktil: 5,6MPa

58

4.2.4 Serie D Cu+kreosot-impregnert

Serie D består av 32 prøver fordelt på 4 Cu+Kreosot-impregnerte bjelker med 8 prøver på hver bjelke.

Figur 58: Oppsett serie D

59 Test 02D1-6 ble kjørt til en høyere last på 300kN for å kunne se det videre kurveforløpet etter 200kN. Testen gikk til en deformasjon på 13mm og er ikke tatt med i

normalfordelingsanalysen.

Figur 59: Test 02D1-6

Figur 60: Last/deformasjonskurve test 02D1-6

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

kN

mm

02D1-6

60

Alle testene fra serie D som går til 200kN er samlet i figur 61. Her er det mulig å se hvor det oppstår fiberbrudd. Ut fra grafen i figur 61 kan det se ut som det oppstår fiberbrudd mellom 2 og 3mm deformasjon.

Figur 61: Last/deformasjonskurver serie D

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5

kN

mm

Serie D

61 Bruddlasten fra alle prøvene i normalfordelingsanalysen ble samlet utfra en deformasjon på 2mm. Dataene ble så fordelt med en normalfordeling, ut i fra 5% fraktilen kan trykkfastheten for serie D settes til 5,4MPa.

Figur 62: Normalfordeling serie D

3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5

MPa

Normalfordeling serie D

Trend

Normalfordeling 5% fraktil Median: 6,2MPa

Standardavik: 0,462MPa 5% fraktil: 5,4MPa

62

63

5 Diskusjon

I dette kapittelet diskuteres arbeidsprosessen til gruppen og resultatene fra

laboratorieforsøkene. Det vil også bli foreslått anbefalinger for videre arbeid med problemet.

Kapittelet er delt inn i fire delkapitler:

• Diskusjon av arbeidet og utfordringer

• Testresultat

• Hengekøyeeffekten

• Forslag til videre arbeid

5.1 Diskusjon av arbeidet og utfordringer

Arbeidet med prosjektet har vært svært lærerikt og gruppen har samarbeidet godt. Arbeidet har for det meste forgått i felleskap på skolen. Jevnlige statusmøter med veileder og

oppdragsgiver har sørget for god fremdrift i prosjektet.

5.1.1 Forberedelser

I forberedelsesfasen har arbeidet med innhenting og behandling av fagstoff fungert bra, gruppen lå lenge foran tidsskjemaet. Ved forberedelsene av materialene ble det imidlertid noen problemer, da leveransen av de kreosot-impregnerte limtrebjelkene av furu ble utsatt på grunn av brann i kreosot-impregneringsfabrikken. Dette har medført at tidsplanen har blitt noe forskjøvet.

5.1.2 Laboratorieforsøk

Ingen av medlemmene i gruppen har tidligere erfaring med laboratorieforsøk av dette omfanget før, men etter god veiledning fra ansatte hos Treteknisk gikk testingen uten problemer. Det har vært en del utfordringer knyttet til å finne et laboratorium hvor vi kunne gjennomføre våre forsøk. Dette på grunn av at leveringen av pressen til skolen ble utsatt. Men takket være Treteknisk, som har vært svært behjelpelige og stilt opp på kort varsel, ble

forsøkene gjennomført på en god måte.

64

5.2 Testresultat

Frem til 2-3mm deformasjon er det en jevn stigning i last/deformasjonskurvene, ved 2-3mm deformasjon får last/deformasjonskurvene en liten knekk før de går relativt rett igjen. Det er i dette området, 2-3mm deformasjon, det ser ut til at fibrene kuttes. Da det er vanskelig å se akkurat når fibrene kuttes, velges det å benytte et deformasjonskrav på 2mm til

bruddkriterium. En limtrebjelke av furu tåler mer trykk vinkelrett på fiberretning etter en deformasjon på 2mm, men i våres tilfelle vil kutting av fibrene være en bruksgrensetilstand og en irreversibel handling. Dette er først og fremst et vedlikeholdsproblem, da vann vil lettere trenge inn i fibrene noe som vil redusere levetiden.

ASTM-metoden(4) benytter en pålastningshastighet på 0,305mm/min, i denne oppgaven er det valgt en pålastningshastighet på 60kN/min. Dette er nærmere det som gjøres i praksis, i tillegg så var tidsbegrensningen ved testing en styrende faktor. Det kan tenkes at den raske pålastningshastigheten reduserer hengekøyeeffekten, men dette mener vi er neglisjerbart.

Ifølge ASTM-metoden(4) skal prøvestykkenes fuktighet kun testes med tørke/veiemetoden.

Men vi har testet alle prøvestykke med elektrisk fuktmåler før testen og de som ikke inneholdt kreosot med tørke/veie metoden etter testen.

5.2.1 Serie A Cu-impregnert

Serie A har ingen tester som utpeker seg som betydelig sterkere eller svakere. I test 01A2-5 og 01A2-6 oppsto det et lite brudd i fingerskjøtene nær test-området, se figur 35 og 36, men last/deformasjonskurvene for disse testene viser ingen lavere trykkfasthet enn resten av serie A. Trykkfastheten for serie A ender opp på 5,7MPa

5.2.2 Serie B ubehandlet

Ut i fra resultatene kan det se ut til at serie B tåler mer enn de andre seriene. Dette kan komme av at serie B ikke er impregnert og er dermed ikke påvirket av trykk- eller varmebehandling, men effekten av dette skal være neglisjerbar. Det er mer sannsynlig at den høye

trykkfastheten skyldes mye kvist i pressområdet for test 02B2-2, vist i figur 45. Denne prøven kan dra opp trykkfastheten for serie B slik at den ender på 6,27MPa.