Erinevate hammastüüblitega ühendatud puit-puiduga liidete uurimine

Puitmaterjalide ja sellest erinevate ehituskonstruktsioonide tootmine on seotud energiakuluga, kuid siiski on see tunduvalt väiksem võrreldes teiste ehitusmaterjalide tootmise ja kasutamisega seotud kuludega. Arvestades puude omadust ümbritsevast keskkonnast kasvamisprotsessis süsihappegaasi omastada ja samal ajal fotosünteesis hapnikku toota, on puidu kasutamine ehituskonstruktsioonide rajamisel väga keskkonnasäästlik ja jätab loodusele väiksema jalajälje võrreldes teiste ehitusmaterjalide kasutamisega.

Uurimused palkehitise liidetest

Kandvate ja tugikonstruktsioonide ehitamiseks on puitu kasutatud erineval moel juba väga ammu. Kvaliteetse puidu laialdase leviku tõttu Eesti aladel on sellest tänapäeval saanud üks põhilistest Eestis toodetavatest ehitusmaterjalidest. Eesti on Euroopa mõistes juhtival kohal erinevate puitkonstruktsioonide ehitamisel ja eksportimisel. Ehitustehnoloogia ja seadmete arenedes on tekkinud laialdasemad puidu kasutamisvõimalused ehituskonstruktsioonide rajamisel. Üks selliseid valdkondi on ka palkehitised, kus väljakutseks muuhulgas on ka palkidest peakandjate ja pärlinite kavandamine ning konstrueerimine.

Praktilisest vajadusest lähtuv uuring

Villu Melk’i dipolmitöö puit-puiduga liidete uurimisest oli Eesti puitmajaliidu (sh klastri) korraldatavale iga-aastasele teadustöö konkursile sobiv kandidaat, sest käsitles puitmajade tootmise ja arendamisega seotud temaatikat ning annab sektori töötajatele lisateadmisi hammastüüblite kasutamise osas. Magistritöö autor on jälginud erinevatel aegadel rajatud hooneid ja nende kandekonstruktsioonide käitumist ekspluatatsiooni käigus ning jõutud järeldusele, et on tekkinud vajadus suurendada seinaprofiili kujuga plankliimpuidust ehitatud peakandjate ja pärlinite kandevõimet ning vähendada nende läbinõtkumist. Sellest johtuvalt sai autori magistritöö eesmärgiks katseliselt uurida erinevate hammastüüblitega ühendatud puit-puiduga liidete maksimaalseid koormusi ning võrrelda saadud tulemusi arvutusvalemitega leitud väärtustega.

Hammastüüblite kohta vähe informatsiooni

Puit-puiduga liidete puhul kasutatavad hammastüüblid kuuluvad oma töötamise iseloomu tõttu järeleandvate liidete sekka. Järeleandvatele liidetele on iseloomulikud puidu muljumisest tulenevad suhteliselt suured deformatsioonid. Naagelliidete uurimise kohta on leida palju materjali, sealhulgas nn Bulldogi tüüpi hammastüübelühendusi ja nende käitumist erinevat liiki koormuse mõjul. Samas ei ole autorile (V.Muhel) teadaolevalt varem uuritud hammastüüblite mõju palkmaja peakandjate ja pärlinite kandevõimele. Erilist huvi pakkus siinjuures C10 tüüpi hammastüüblite kasutamine sellistes konstruktsioonides. Hammastüübleid peaks olema suhteliselt lihtne ehitusplatsil paigaldada ja tänu oma suuremale süvistussügavusele peaks just C10 tüüpi hammastüübel paremini kandma üle erinevate palgiridade vahelist nihkejõudu. Hammastüübelühenduste kasutamist puitliidetes käsitleb Eurokoodeks 5 alalõigus 8 „Liited metallkinnituselementidega”.

Hammastüüblid ja nende kasutus

Hammastüübleid on olemas ümara, neljakandilise ja mitmenurkse kujuga erinevates suurustes 38…165 mm. Sõltuvalt tüübist on hammastüüblid valmistatud kas külmvaltsitud väikese süsinikusisaldusega terasest või valatud tempermalmist. Terasest hammastüüblite ääred on kolmnurgakujuliselt valtsitud risti hammastüübli plaadiga, tempermalmist valatud hammastüüblitel on sõltuvalt tüübist ühel või mõlemal vaheplaadi küljel koonilised ogad (Joonis 1).

Joonis 1. Ümara kujuga terasplekist valtsitud hammastüüblid.

Hammastüüblite tööpõhimõte: kannavad nihkejõu otseselt ühelt puitelemendi pinnalt teise elemendi pinnale. Reeglina toimub hammastüüblitega liite valmistamine ehitusplatsil, sest ei vaja eelnevat ettevalmistust tehases.  Kuna hammastüüblid pressitakse hammastega puidu sisse, ei saa paigaldusviisist tulenevalt kasutada liite moodustamisel suurema normtihedusega puitu kui 500 kg/m³.

Katse metoodika

Katse tegemiseks kasutati kolmeosalisest plankliimpuidust nelikantpalkidest valmistatud katsekehi ja kolme erinevat hammastüüblit, nendest üks oli dc = 75 mm läbimõõduga C1 tüüpi ja kaks olid dc = 50 mm ning dc = 80 mm C10 tüüpi. Katsed teostati Maaülikooli puidulaboris katseseadeldisel INSTRON 3369.  Kuna uuriti ainult hammastüüblite vastuvõetavat maksimaalset kandevõimet, siis liites poldi puudumisel toimus ekstsentrilise koormuse tõttu katsekeha elementide lahknemine ja hammastüüblite tugev deformatsioon.

Uuringu tulemused

Autori teostatud purunemispiltide katsetel salvestatud kandevõime väärtuste analüüsi põhjal sai järeldada et isegi deformeerunud olekus olid C10 tüüpi hammastüüblid võimelisel koormust vastu võtma. Samatüübiliste, kuid erineva suurusega hammastüüblite purunemispildid katseseeriate lõpuks olid erinevad. Selgelt oli mõistetav, et suurem tüübel suutis samadel tingimustel paremini oma kuju säilitada ja hoida sellega ka tervet liidet stabiilsemalt koos. Katsete tulemusena selgus et C10 tüüpi hammastüüblite kõik kidad töötavad seinapalkidest valmistatud puit-puiduga liidetes nihkejõudude vastvõtjana enamvähem ühtlaselt, samas kui C1 tüüpi hammastüüblite puhul lõikuvad puidukiududega

paralleelsed kidad puidukiudude vahele ja nihkuvad puidus puitu lõhestades nihkejõule väiksemat vastupanu osutades. C1 tüüpi hammastüüblite katselisel teel leitud kandeväärtus oli väiksem, kuid C10 tüüpi hammastüüblite kandevõime oli suurem kui arvutuslikul teel leitud normatiivne kandevõime. Magistritöö raames tehtud uuringu põhjal on võimalik soovitada C10 tüüpi hammastüüblite kasutamist puit-puiduga liidete moodustamiseks ehituskonstruktsioonides.

Puidu kasutamise eelised ehitusmaterjalina:

• puit on taastuv ehitusmaterjal;
• suurem osa puittoodete valmistamiseks kuluvast energiast saadakse puidujääkidest;
• liimpuittala valmistamiseks kulub mitu korda vähem energiat kui sama tugeva terasest või raudbetoonist tala puhul;
• ehitusmaterjalide asendamisel puiduga jääb 5 tm kasutatud puidu kohta põletamata ligikaudu 1 tonn kütteõli;
• puidul on omadus toimida siseruumis niiskuse reguleerijana – öeldakse ju, et puit „hingab”. See väljendub puidu omadusel imada endasse ruumist liigset niiskust ja vabastada seda õhu kiirel kuivamisel;
• puitmaja on kivimajast mitu korda kergem;
• ehitusest üle jäävat puitu või hoone amortiseerumisel saab lammutamisel saadud puitu kasutada kütteks.

Tervikfail koos autori arutluskäigu ja arvutustega on kättesaadavad Eesti Puitmajaliidu kodulehel.

Diplomitöö autor: Villu Melk (Eesti Maaülikool)

OÜ Holzland juhina on töö autor saanud laiapõhjalised teadmised ja töökogemused palkmajade ehitamisel. Esimesed kogemused selles valdkonnas omandas autor palkmaju projekteerivas, tootvas ja ehitavas ettevõttes AS RPM, olles otseselt seotud erineva keerukusega palkkonstruktsioonide planeerimise, konstrueerimise ja püstitamisega erinevates riikides.

Kokkuvõtte on koostanud Villu Melk diplomitöö „Erinevate hammastüüblitega ühendatud puit-puiduga liidete uurimine“ põhjal Eesti Puitmajaklastri kommunikatsioonispetsialist Eeva Vahtramäe.

        www.estonia.ee