Egenskaper hos barrträ

Trä är det mest traditionella byggmaterialet i vårt land. Eftersom trä används till en mängd byggändamål – stomkonstruktioner, ytter- och innerväggsbeklädnader, inredningar, golvbeläggningar, formar och ställningar med mera – är det viktigt att känna till hur trä beter sig under olika betingelser. Genom sina specifika egenskaper har varje träslag sina typiska användningsområden.

Gran är det träslag som i första hand används till konstruktionsvirke. Till snickerier, lister och invändiga paneler används vanligen virke från furu men även gran kan användas. Lövträ, till exempel ek och bok, används i golvbeläggningar och i möbler.

Virkets materialegenskaper varierar mellan olika träslag. Även inom samma träslag är variationerna stora beroende på växtplats, men också mellan olika träd på en och samma växtplats. Ännu större variation finner man dock inom ett och samma träd, till exempel mellan olika höjder i trädet och mellan den märgnära och den barknära veden samt mellan vårved och sommarved i den enskilda årsringen. Dessutom inverkar kvistar och andra fiberstörningar, så kallade särdrag, på virkets tekniska egenskaper.

Normala variationer för egenskaperna densitet, styrka och styvhet inom samma träslag i ostörd fiberstruktur:

Figur 25  Årsringsbreddens och det geografiska lägets inflytande på torr-rådensiteten, ur en teoretisk betraktelse Virke från södra Sverige är generellt tyngre, starkare och har högre hållfasthet än virke från norra Sverige. Detta trots att sydsvenskt virke generellt sett har bredare årsringar än virke från norra Sverige. Anledningen är att sommarvedsbandet, den mörka delen av årsringen, är bredare i södra Sverige. Sommarveden, som väger 900 kg/m³ torr ved, är 3 gånger tyngre än vårveden, den ljusare delen av årsringen, som väger 300 kg/m³ torr ved.

Normala variationer för egenskaperna densitet, styrka (hållfasthet) och styvhet (elasticitetsmodul) inom samma träslag i ostörd fiberstruktur:

• Densitet ±20 procent
• Hållfasthet ±40 procent
• Elasticitetsmodul ±35 procent.

På grund av variationerna i virket är kvoten större mellan exempelvis genomsnittlig materialhållfasthet hos trä och tillåten utnyttjad hållfasthet, i jämförelse med andra konstruktionsmaterial.

Tekniska data för furu och gran är redovisade i tabell 6.

Tabell 6 Fysikaliska data för furu och gran

Värdena för hållfasthet och elasticitetsmodul är genomsnittsvärden och avser små, felfria provkoppar vid en medeltemperatur av 20 ̊ C.
Uppgifter utan parentes anger egenskaper parallellt med fiberriktningen ( II ) och uppgifter inom parentes egenskaper vinkelrätt mot fiberriktningen ( ḻ ).
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 2013:10-EKS 9, användas.

MPa = N/mm²

Trädets uppbyggnad och struktur

Tall och gran är uppbyggda på ett likartat sätt. I centrum av stammens tvärsnitt finns märgen som går genom hela trädet och slutar i toppen med en knopp. Märgen omsluts av veden, som kan delas in i kärna och splint. Cellerna i kärnan är döda och en del har täppts till av hartser, vilket medför att de inte kan leda vatten och alltså har relativt låg fuktkvot, 30 – 50 procent. Även splintvedens celler är döda sånär som på 5 – 10 procent av de näringsledande så kallade parenkymcellerna.

Eftersom splintvedens celler inte täppts till av hartser leder dessa celler vatten, med däri lösta närsalter, från rötternas rothår till trädens barr. Splintvedens fuktkvot varierar mellan 120 och 160 procent. Utanför veden ligger kambiet som är stammens tillväxtlager. Kambiet producerar vedceller inåt och barkceller (korkceller) utåt. Kambiet omsluts av bastbarken (floemet), vilket ofta brukar kallas innerbarken. I detta skikt transporteras näringen (kolhydrater) ned genom stammen och fördelas till de levande cellerna i trädets grenar, stam och rot. Bastbarken står i förbindelse med märgen genom märgstrålar, som är levande i splintveden men döda i kärnveden. Ytterbarken omsluter hela stammen och utgör ett skydd mot uttorkning och olika parasiter. 

Barrträdens ved består till 40 – 45 procent av cellulosa, cirka 20 – 22 procent av hemicellulosa och knappt 30 procent av lignin (lim).

Dessutom finns det 2 – 6 procent extraktivämnen i veden. Till övervägande del utgörs dessa av hartssyror, fettsyror, kolhydrater och mineralämnen (aska).

Till övervägande del, 90 – 95 procent, består veden av långsträckta och ihåliga celler, som inom skogsindustrin kallas fibrer. Dessa fibrer är tunna som hårstrån och varierar i längd mellan 0,5 till 6 mm. Övriga celler är kortare och tunnväggigare.

Under växtsäsongen bildas nya celler i kambiet. De celler som bildas under vår och försommar är korta och relativt sett breda och har tunna väggar. Det medför att torr-rådensiteten är låg, cirka 300 kilo per kubikmeter. Sommarvedscellerna, som bildas under sommaren, är 20 – 25 procent längre och har avsevärt tjockare cellväggar än vårveden. Den tjockare cellväggen innebär att sommarvedscellerna är cirka tre gånger tyngre än vårvedscellerna och att de har en torr-rådensitet som är cirka 900 kg/m³. På grund av skillnader i densitet syns vår­veden som en ljusare ring än den mörka sommarveden.

Densiteten hos virke, en viktig faktor för många virkestekniska egenskaper, bestäms till stor del av sommarvedens andel av årsringens bredd. Att bedöma densiteten utifrån enbart årsringens bredd är därför missvisande.

Hur årsringarna utvecklas bestäms bland annat av klimatet under växtsäsongen. Årsringarna är därför normalt smalare och har tunnare sommarvedsband i kallare klimat än i varmare. Man kan till exempel se spår av goda och dåliga tillväxtår samt hur förutsättningarna för tillväxt påverkas av olika skogsvårdande åtgärder. Efter en gallring ökar tillväxten på grund av bättre tillgång på ljus och näring, och motsatsen, tillväxten kan minska om ett träd vuxit för nära andra större grannträd.

Årsringens bredd och andel sommarved varierar inom stammen.
I den inre delen av stammen, i den märgnära ungdomsveden (juvenil­veden), är årsringarna ofta breda med tunna sommarvedsband. I veden nära märgen är densiteten därför låg jämfört med den mogna veden längre ut i stamtvärsnittet. Detta gäller i hela trädets längd.

I de yttre delarna av stammen, speciellt i de nedre stockarna, är års­­ringarna smalare och har bredare sommarvedsband. Andelen sommar­ved blir härigenom högre, vilket medför att densiteten och även hållfastheten är högre i den mogna veden. De yttre nedre delarna av stammen behöver ha hög hållfasthet för att stå emot belastning från vind och snö. Densiteten är därför högre i en rotstock än i en mellanstock eller toppstock.

Figur 30  Växtprocessen

Styrka

Trä är ett anisotropt material, vilket innebär att dess egenskaper är olika i olika riktningar. I fiberriktningen, det vill säga längs med fibrerna i stammens längdriktning, är trä till exempel avsevärt starkare än vinkelrätt, tvärs, fibrerna. Detta gäller oavsett om påförd last orsakar tryck-, drag- eller böjkrafter i virket.

Styrkan beror bland annat på virkets densitet och på hur väl fiberriktningen stämmer överens med riktningen på de krafter som uppstår när virket belastas.

Fiberriktningen avviker från krafternas riktning vid kvistar och då fibrerna inte är parallella med virkets kant.

Styrkan påverkas även av virkets fuktighet, temperatur och tiden det belastas. Ett torrare virkesstycke är starkare än ett fuktigare och ett kallare är starkare än ett varmare. Ju längre tid ett virkesstycke belastas, desto mer minskar styrkan.

Brott kan vara sega eller spröda. Ett sprött brott är plötsligt och inträffar utan förvarning. Ett segt brott föregås av någon form av varning, till exempel stora formförändringar eller som när det knakar i trä. Generellt sett är sega brott att föredra, vilket de flesta brott i trä är.

Virkets styrka beror på hur belastningen sker, sålunda finns följande samband:

Tabell 7 Belastning - Styrka

Figur 37-38 Tryckhållfasthet, Draghållfasthet

Virkets hållfasthet upp mot brottgränsen kan inte utnyttjas fullt ut utan man väljer lägre belastningsnivåer. Detta beror på virkesegenskapernas stora spridning, som innebär att man måste ha säkerhetsmarginaler. Sådana bedömningar ligger bakom de siffervärden på hållfasthet som återfinns i byggnormerna, Boverkets författnings­samling, BFS, 2015:6-EKS 10.

Från hållfasthetssynpunkt behandlas furu och gran lika, de bestäms normalt till samma hållfasthetsvärden:

• Tryckhållfastheten är hög i fiberriktningen men betydligt lägre, cirka 1/6-del, tvärs fibrerna
• Draghållfastheten är hög i fiberriktningen men betydligt lägre, cirka 1/30-del, tvärs fibrerna
• Böjhållfastheten tas helst i anspråk längs fiberriktningen
• Skjuvhållfastheten är högre tvärs fibrerna än längs med och därför blir i de flesta fall skjuvhållfastheten längs fibrerna avgörande, till exempel vid upplagsänden på en balk.

Till styrkeegenskaperna kan man även räkna styvhet och hårdhet. Med styvhet menas motsatsen till böjlighet eller eftergivlighet. När ett virkesstycke med stor styvhet böjs ger det inte efter så mycket utan förblir tämligen rakt. Hur stor utböjningen blir beror på virkesstyckets tvärsnitt och på dess elasticitetsmodul. Stor elasticitetsmodul betyder stor styvhet.

Med hårdhet menas hur lätt en yta skadas av yttre tryck, till exempel klackar på ett golv eller märken av slag på en bordsyta. Hårdheten hos trä är större i fiberriktningen än tvärs fibrerna.

Hårdheten hos trä beror förutom av fiberriktningen främst på densiteten. I ett trägolv slits därför vårveden snabbare än sommarveden. I golv bör därför trä med hög densitet väljas.

Termiska egenskaper

Trä har goda termiska egenskaper, förr i tiden användes massivt trä som värmeisolerande material. Värmeledningsförmågan är störst i fiberriktningen och den ökar med fuktkvoten och densiteten.

Värmekapaciteten hos trä är relativt hög: cirka 1 300 J per kg °C för absolut torrt trä.

Det effektiva värmevärdet hos furu och gran som bränsle är 19,3 MJ per kg i absolut torrt tillstånd. Jämför tabell 11, Egenskaper hos barrträ.

Brandegenskaper

Träs brandegenskaper påverkas av många faktorer, främst fuktkvot, dimensioner, densitet och fiberriktning. Tiden till antändning kan variera stort och beror på värmestrålning, ventilation och närvaro av öppen låga. Lägsta värmestrålning för antändning av trä med öppen låga är cirka 12 kW/m². För antändning utan öppen låga krävs högre värmestrålning. Träpaneler med tjocklek ≥ 18 mm (≥ 12 mm utan luftspalt bakom träpanelen) uppfyller brandklass D enligt europeiska ytskiktsklasser i standarden SS-EN 13501-1. Rökutvecklingen från trä vid brand är måttlig.

Träkonstruktioner har bra brandtekniska egenskaper. Trä förkolas långsamt och under den förkolade ytan finns normalt trä, som bibehåller sina ursprungliga egenskaper. Förkolningshastigheten är cirka 0,5 – 1 mm per minut. Större dimen­sioner och skydd av träytan innebär att träkonstruktionens brandmotstånd kan bli högre.

Bärförmågan hos träkonstruktioner vid brand kan bestämmas genom beräkning.

Tabell 8 Europeiska ytskiktsklasser enligt SS-EN 13501-1

1) Uppfyller inte klass E och får inte användas i byggnader enligt Boverkets Byggregler, BBR.