Samband mellan styvhet och ändring av fukthalt i KL-trä vid låg mekanisk belastning – förstudie
Projektet syftar till att säkerställa användning av träbyggnader i KL-trä över lång tid. Trähus och stora byggnader i KL-trä är relativt nya och det finns stort behov att säkerställa god prestanda framöver. I grunden handlar projektet om att ge tillförlitlga svar på ekonomiska och miljömässiga frågeställningar om moderna trämaterials beteende– och som kan ytterligare ge stöd för trygg och klimatpositiv användning av träbyggnadstekniken. Till gagn för ett hållbart samhällsbyggande i övergången till en cirkulär ekonomi.
Under hösten 2021 gjordes en undersökning av omgivningens effekter på de dynamiska egenskaperna för Hus Charlie i Videum Science Park i Växjö, som stod färdigt 2018. Resultaten visade ett tydligt samband mellan fuktkvoten och husets egenfrekvenser: egenfrekvensen blir högre när fukthalten ökar. Detta går emellertid emot antaganden om att en högre fukthalt minskar materialets styvhet så att även egenfrekvensen minskar som följd.
Allmänt kan konstateras att trämaterialens egenskaper förändras när omgivningen ändras. Fukthalten i trä har stor betydelse för exempelvis densitet, styvhet och hållfasthet. Dessutom uppstår volymförändringar på grund av svällning och krympning. I praktiken används klimatklasser enligt Eurokod 5, som tillämpas vid bestämning av materialets hållfasthet och styvhet. Högre fukthalt innebär sämre mekaniska egenskaper generellt sett.
Flera möjliga hypoteser har kommit fram som möjliga förklaringar av fenomenet:
- Mikrosprickor stängs när fibrerna sväljer och den interna friktionen höjs.
- Tvångsspänningar uppstår när areor med olika egenskaper sväljer olika mycket så att en viss intern förspänning uppstår (olika areor kan exempelvis vara vår- och sommarved som har olika egenskaper). 3. Tvång uppstår när balkarnas eller KL-skivornas utvidgning förhindras av systemet, t.ex. vid upplagspunkter eller vid kontakt med andra element (som i sig också utvidgas).
- Tvång uppstår inom ett element i KL-trä när enstaka lameller utvidgas vilket dock förhindras genom de korslimmade intilliggande lamellerna.
- Förbanden bli styvare genom att träet sväller vilket leder till ökad friktion (”tajtare” grepp) mellan trä och skruv eller andra förbindare.
Alla dessa förklaringar leder eventuellt till högre styvhet i olika element eller konstruktionsdetaljer, vilket återspeglas i hela byggnadens styvhet vid mätning av den dynamiska responsen.
Till gagn för drift och underhåll av moderna träbyggnader
Den beskrivna ökade styvheten blir dock endast avgörande vid små rörelser som exempelvis uppstår vid svängningar på grund av externa vindlaster. Skulle större laster verka på ett byggelement förväntas fortfarande att styvhet och hållfasthet blir mindre med högre fukthalt.
Förstudiens mål är att bekräfta (delar av) de angivna hypoteserna genom experimentella försök i klimatkammaren där de faktorer som påverkar styvheten kan skiljas tydligare än i en hel byggnad. Klimatet varieras långsamt (och cykliskt) samtidigt som fuktkvot och egenfrekvenser mäts med hjälp av en enkel shaker och accelerometrar.
Tänkta material är balkar i KL-trä och lösvirke samt en balk med ett skruvförband i mitten. Inte alla hypoteser ovan kan bestämmas och skiljas åt inom ramen för denna förstudie. Syftet med studien är dock att ändå kunna ge ett tydligt svar på om effekten förekommer.
Det (egentligen oförväntade) sambandet mellan fukthalt och styvhet ska bekräftas och en kommande större ansökan ska kunna underbyggas med fakta. I ett större sammanhang kommer sambandet mellan fukthalt och styvhet i träet att kunna förbättra studier inom tillståndsövervakning. Inom tillståndsövervakning är det av oerhörd vikt att kunna förutse beteendet så att avvikelser tydligt kan identifieras.
Tillståndsövervakning har som mål att underlätta drift, minska underhållsarbeten samt att säkerställa säker användning av byggnaden över lång tid.
Projektdeltagare: Carmen Amaddeo, LNU, lektor: utvärdering dynamiska mätningar, rapport, ansökan, Anders Alrutz, LNU, forskningsingenjör: planering och genomförandet experiment, Kristoffer Segerholm, Södra, Senior Specialist Wood Technology: hjälp med generell planering, leverans CLT, Per Finander , SAAB/Combitech: hjälp med planering av mätstyrning och datainhämtning
Finansiärer: Formas, KK-stiftelsen
Projektledare: Michael Dorn, Linnéuniversitetet, institutionen för byggfysik, michael.dorn@lnu.se