Ugrás a tartalomhoz

Faépítés

Andor Krisztián, Bejó László, Hantos Zoltán, Józsa Béla, Karácsonyi Zsolt, Oszvald Ferenc Nándor, Sági Éva, Szabó Péter, Wehofer Valéria

Educatio Társadalmi Szolgáltató Nonprofit Kft.

A fa műszaki tulajdonságai és megvizsgálása

A fa műszaki tulajdonságai és megvizsgálása

Az építőfa különböző fajai különböző technikai tulajdonságokkal bírnak, amelyek természetesen a fa műszaki használhatóságát is befolyásolják.

A fajsúly.

A fa súlya építéstechnikai szempontból csak annyiban bír jelentőséggel, hogy a különböző faszerkezetek (mennyezetek, födélszékek stb.) súlyát más építőanyagokéval összehasonlíthassuk s azoknak saját súlyából eredő megterhelését meghatározhassuk.

A fa általában a könnyű építőanyagok közé tartozik. A száraz fa tudvalevőleg úszik a vízen, dacára annak, hogy a tiszta faanyag súlya körülbelül 1,6-szor akkora, mint a vízé. A tiszta faanyag súlyát csökkenti azonban a sejtjeiben és edényeiben foglalt levegő, növeli ellenben a fa víztartalma. Az a fa ugyanis, amelynek szövetelemei tele vannak vízzel, amely azután a sejtfalakat is átitatja, a vízben alámerül. A súlyát e szerint a tiszta faanyagon kívül annak víz- és levegőtartalma határozza meg. A fajsúly megállapítása körülményes, vannak azonban szabad szemmel fölismerhető jelek, amelyek a fának kisebb vagy nagyobb fajsúlyát mutatják. Ezeket a külső jeleket az évgyűrűk szerkezetében találhatjuk meg.

A tiszta és száraz faanyag súlya függ elsősorban a fa elemi részeinek nagyságától és falvastagságától, valamint (lombos fáknál) a területegységre eső edények számától, szóval az évgyűrűk sűrűségétől, illetőleg a fa tömöttségétől. A tömöttebb fa mindig nehezebb, mint a laza. A fa tömöttségére azonban a talaj, a termőhely és az éghajlat van befolyással. Egyenlő külső mellett általában tömöttebb és nehezebb az a fa, amely nem nedves, posványos vagy televényes, hanem sovány, vizet átbocsátó s televénnyel kevert homokos vagy kavicsos talajon nőtt. Az északon, sőt az ugyanazon hely északi és keleti oldalán nőtt fa is mindig tömöttebb és nehezebb annál, amely délről, illetőleg a hegy déli vagy nyugati oldaláról ered.

A fa súlyát és tömöttségét tetemesen befolyásolja a vágás ideje is. A téli vágású fa a tartalékban levő táplálóanyagok miatt mindig nehezebb és tömöttebb, mint a nyári vágású. A súlykülönbség tűlevelű fáknál körülbelül 5 %, lombos fáknál 8-9 %.

De nem közömbös a fa súlyára nézve a faszövet egyenletessége sem. A szórtlikacsú fák általában tömörebbek és nehezebbek, mint a gyűrűslikacsúak. Az évgyűrűk tavaszi pásztája ugyanis a sejtek és edények nagyobb tágassága, kisebb mennyisége és sejtfalaik csekélyebb vastagsága miatt ritkább és könnyebb, mint az őszi pászta, melyben a vastagabb rostképző sejtek nagyobb mennyiségben találhatók. Ez a különbség legfeltűnőbb a likacsgyűrűzetű fáknál. A keskeny évgyűrűkkel s apró és egyenletesen elosztott szövetelemekkel bíró fák (pl. a magas hegységben nőtt fenyők, valamint a kemény lombos fák) ennélfogva mindig nehezebbek azoknál, amelyek ritka és széles évgyűrűkkel, vagy egyenlőtlen szövettel bírnak.

A tömöttebb és nehezebb fa, egy és ugyanannál a fafajnál is építéstechnikai szempontból előbbre való, mint a laza és könnyű, mert a tömöttséggel kapcsolatban növekszik a fa jósága, szilárdsága és rugalmassága, valamint tartóssága is.

A különböző fafajok fajsúlyát pontosan meghatározni igen nehéz, mert a fában igen sok a hézag, amely vízzel vagy levegővel van tele. Azért a gyakorlatban megkülönböztetjük a frissen vágott vagy zöldfa fajsúlyát, amely körülbelül 45 % vizet tartalmaz, továbbá a levegőn szárított és körülbelül 10-15 % víztartalommal bíró fa fajsúlyát és végre a 100-110 oC mellett mesterségesen szárított (aszalt) fa súlyát. Az építőszerkezetek méretezésénél némi kikerekítéssel a levegőn szárított fa súlyát szokás alapul venni. Ezeket a súlyadatokat a magyar mérnök- és építész-egylet is elfogadta.

Ezek után Karmarsch, Nördlinger, König, Geyer, Monke és Weneck után az alábbi táblázat mutatja a fontosabb építőfák fajsúlyát és használati volumensúlyát.

Az építőfa faj- és volumensúlya:

Igen nehéz fa (0,80-nál nagyobb fajsúllyal) a tölgy; nehéz (fajsúly 0,60-0,79) a kőris, bükk, gyertyán, ákác és pitchpine; közepes súlyú (fajsúly 0,60-0,69) a juhar, nyír, szil és vörösfenyő; könnyű (0,50-0,59 fajsúllyal) az erdeifenyő, nyár, éger, vadgesztenye; igen könnyű (fajsúly 0,40-0,49), a luc- és jegenyefenyő, a hárs és a nyár.

A keménység

Keménységnek nevezzük a fának azt az ellenállását, amelyet az azt megdolgozó szerszámok (fejsze, fűrész, gyalu, fúró, stb.)behatolása ellen kifejt. Ismeretes a fa műszaki használhatósága szempontjából szükséges. A fa keménységére sok tényező gyakorol befolyást. Elsősorban a szerszámok behatolásának iránya a farostok irányához képest határozza meg az ellenállás nagyságát. A rostokkal párhuzamosan ható erő, mely a rostszálakat egymástól eltávolítani vagyis a fát széthasítani akarja, általában kevesebb ellenállásra talál, mint a rostszálak irányára merőlegesen ható erő, mely a rostszálak átmetszésére törekszik. Az ellenállás továbbá annál nagyobb, minél több faanyagot kell a szerszámmal átmetszeni, vagyis minél finomabbak a rostok s minél nagyobb azok falvastagsága, szóval a fa tömöttsége és volumensúlya. De befolyással van keménységére az évgyűrűk kisebb-nagyobb sűrűsége, a fa nedvességi foka és szövetének egyenletessége is. Ebből kifolyólag a gesztfa mindig keményebb, mint a szíjács, a rossz talajon vagy kedvezőtlen éghajlat alatt, lassan nőtt fa keményebb annál, amely kedvező talaj és éghajlati viszonyok között fejlődött és ennélfogva lazább szövetű. Hasonlóképpen nagyobb a keménysége a száraz, mint a nedves vagy nyers fának. A farostok hosszúsága szintén növeli az ellenállást, éppen úgy, mint a hullámos, csomoros vagy fodros rostok és az ággöcsök. Végre a gyantatartalom is hozzájárul a fa anyagtartalmának és szívósságának növeléséhez.

A gyakorlatban rendesen csak lágy- és keményfáról esik szó. A lágyfához tartoznak az összes tűlevelűek és néhány lombos fa (nyár, nyír, éger, hárs, fűz, vadgesztenye), amelynek fája a tűlevelűekénél is lágyabb, a keményfához ellenben az összes többi lombosfa.

Nördlinger az építőfákra nézve nyolc keménységi fokot állapít meg, még pedig: kőkemény az ébenfa, pokkfa, indiai tölgyfa, teakfa; csontkemény a puszpáng, grenadilfa, amarantfa stb.; igen kemény a mahagoni, hikori, délifenyő (pitchpne), szantálfa, som, galagonya stb.; kemény a tölgy, bükk, gyertyán, boróka, juhar, ákác, tiszafa, diófa, törökmeggy, almafa, körtefa, cseresznyefa stb.; meglehetősen kemény a cédrus, ciprus, kőris, platán, berkenye, szilfa, bálványfa, eperfa, törpefenyő, csertölgy stb.; kissé kemény a szelíd gesztenye, mogyorófa, éger, stb.; lágy a luc, jegenye-, erdei-, fekete- és vörösfenyő, vadgesztenye, nyír stb.; igen lágy a simafenyő, nyár, hárs, fűz, stb.

A hasadékonyság

Hasadékonyság a fának az a tulajdonsága, amelynél fogva a törzs hosszanti irányában beléje hatoló szerszámmal (fejsze, vagy ék) párhuzamos részekre osztható. Ez a tulajdonság, mely a fa szövetének és anatómiai szerkezetének következménye, nemcsak azért nagyfontosságú, mert a törzs megfaragását megkönnyíti, hanem különösen azért, mert különféle iparcikkek (hordódonga, zsindely, dránica stb.) gyártásának is az alapja.

A fa rostjai erőszakos elválasztásuk ellen kisebb-nagyobb ellenállást fejtenek ki. Ennek az ellenállás nagysága szerint nevezzük azután a fát könnyen vagy nehezen hasadó fának.

Legkönnyebben hasad a fa a bélsugarak irányában, még pedig annál könnyebben, minél sűrűbbek a bélsugarai. Sokkal kisebb a hasadékonyság a bélsugarakra merőleges húr vagy az évgyűrűk érintője irányában és teljesen megszűnik a törzs tengelyére merőleges síkban.

Nagy befolyással van a hasadékonyságra a fa belső szerkezete. A tömöttebb, nehezebb és keményebb fa rostjainak erősebb összefüggése miatt általában nehezebben hasad, mint a laza szövetű, könnyű és lágy fa. Vannak azonban olyan lágy fafajok is, amelyek nehezen hasadnak. Hasítványáruk készítésére legalkalmasabbak a közepes keménységgel bíró fák. De függ a hasadékonyság a farostok alkotásától, hosszúságától és egyenletes elosztását is. Legkönnyebben és legszebben hasad az egyenes és hosszúrostú, legnehezebben ellenbe,, spt sokszor egyáltalában nem hasítható a csomoros, fodros, hullámos és görberostú, valamint a csavaros növésű fa.

A nedvesség nagyon növeli a hasadékonyságot. Frissen vágott, zöld állapotában a fa, általában könnyebben hasítható, mint megszáradása után. Hasítványáruk gyártására ennél fogva a nyári vágású fa alkalmasabb, mint a téli vágású. A szíjács és a fiatal fa is könnyebben hasad, mint a geszt és az idősebb fa.

Hasadékonyságuk szerint az építőfákat szintén nyolc csoportba szokás osztani. Rendkívül nehezen hasad a tiszafa, som, puszpáng, vadcseresznye, platán, igen nehezen hasad a nyír, gyertyán, ákác, szil és eperfa; nehezen hasad a csertölgy, juhar, kőris; némileg nehezen hasad a fekete és a törpefenyő, bálványfa, szilvafa; meglehetősen könnyen hasad a vörösfenyő, bükk, szelíd gesztenye, diófa; könnyen hasad az erdeifenyő, tölgy, kőris, éger, rezgőnyárfa, vadgesztenye, hárs, fűz és mogyorófa; igen könnyen hasad a luc-, jegenye- és simafenyő; rendkívül könnyen hasad az ezüst és a kanadai nyár.

Aszás és dagadás

A frissen vágott fát nem szabad szerkezetekbe kötni, mert természetes víztartalma és annak változásai miatt (lásd a fa kémiai alkotását) majd térfogatát változtatja, vagyis összeaszik és megdagad, majd pedig kiszáradása közben repedezik és vetemedik.

A fa, ha kiszárad, téremében megfogy, vagyis összeaszik s ha azután ismét nedvességet vesz föl, téremében megnagyobbodik, vagyis megdagad.

A fogyás nagysága változik a fa neme, kora, alkalmazása s geszt- és szíjács fájának mennyisége szerint. Az összeaszás általában annál nagyobb, minél nagyobb volt fa víztartalma. E szerint a szíjács jobban aszik össze, mint a gesztfa, a csúcs- és az ágfa jobban, mint a törzs fája s a fiatal fa jobban, mint a koros. Minél melegebb és szárazabb továbbá a levegő, amelyben a fa el van helyezve, annál nagyobb az összeaszás mértéke. Végre másképpen aszik össze a fa rostok irányában, másképp a bélsugarak és ismét másképp az évgyűrűk (érintő) irányában. A két utóbbinak átlaga mutatja a rostokra keresztben való fogyást. Mint ezekről az alábbi táblázat nyújt fölvilágosítást.

A fogyás mértéke:

A táblázat azt mutatja, hogy fa hosszanti irányában való fogyás oly csekély, hogy alig jöhet számításba, a rostokra keresztben ellenben oly jelentékeny, hogy azzal az építőszerkezeteknél számolnunk kell, ha szilárdságukat a meglazulás által veszélyeztetni nem akarjuk.

Az építőfa dagadása az építőszerkezeteknél szintén jelentékeny szereppel bír. A fa általában annál jobban dagad, minél likacsosabb, s minél nagyobb volt az összeaszás mértéke. Megdagadás által ugyanis a fa azt a térfogatot nyeri vissza, amellyel összeaszása előtt bírt, néha ennél is nagyobbat.

A légen száradt fa vízbe téve, kezdetben erősen dagad s 1-2 hónap alatt visszanyeri eredeti térfogatát. Ennek bekövetkezése után alig dagad többé, habár a víz fölvétele, mint a fa súlynövekedése mutatja, azontúl is folytatódik.

A dagadás mértéke éppen úgy, mint az összeaszásé, legkisebb a rostok, illetőleg a fa tengelye irányában, jóval nagyobb a sugár és legnagyobb a húr, illetőleg az évgyűrűk irányában, mint ezt az alábbi táblázat bizonyítja.

A dagadás mértéke (Laves szerint):

Nördlinger a fák összeaszása tekintetében hat csoportot állapított meg. Igen erősen aszik össze (93-91%) a diófa, som és berkenye; erősen aszik össze (0.4-0,3%) a bükk, gyertyán, szelidgesztenye, zelnice-meggy, cser és kislevelű hárs; meglehetős erősen aszik össze (95-94%) az éger, nyír, galagonya, mogyorófa, almafa, szil, stb.; mérsékelten aszik össze (97-95 %) az erdei-és feketefenyő, tiszafa, juhar, bálványfa, körtefa, vadgesztenye, kőris, nyár, kocsánytalan tölgy, ákác, vörösberkenye, kecskefűz, szilvafa, puszpáng stb.; keveset aszik össze (98-97%) a luc- és vörösfenyő, mocsártölgy, fűz, thuja stb.; igen keveset aszik össze (legföljebb 98%) a simafenyő és a virginiai gyalogfenyő.

Repedés és vetemedés

Az építőfa aszása és dagadása és különösen az egyenetlen aszás és dagadás következménye az, hogy a fa megrepedezik, eltorzul, megvetemedik és kötései meglazulnak.

A megrepedezést az okozza, hogy a fa fölületén gyorsabban és - szíjács s a külső évgyűrűk nagyobb víztartalma miatt – erősebben szárad, mint belsejében, amely sokkal később veszti el vizét. A külső évgyűrűk ennélfogva erősebben asznak össze, mint a belsők s mivel összehúzódásukat a belső, nedvesebb fa akadályozza, oly feszültség keletkezik bennük, mely a fa szilárdságát is meghaladja, s a fa ennek következtében megreped.

A fa általában annál jobban repedezik, minél gyorsabban szárad s minél nagyobb a fogyás mértéke. A nyáron vágott fa erősebben repedezik, mint a télen vágott s a gömbölyű fa erősebben, mint a négyszögletes vagy hasított.

A repedések rendesen a bélsugarak irányában keletkeznek, ahol a fa legkönnyebben hasad s négyszögletes gerendáknál az oldalak közepe táján fordulnak elő, gömbölyű fánál szerteszét a kerületen, hasított fánál ellenben ritkán találhatók, mert ennek évgyűrűi inkább egy irányban húzódnak össze. A négyszögletes gerendák általában kevésbé repedeznek, mint a gömbölyű fa, mert a szijácsfa és a külső, nedvesebb évgyűrűk nagyobb része hiányzik rajtok.

Repedezésnek leginkább van alávetve a bükk és a tölgy, legkevésbé a nyár és a fűz.

A szelvények eltorzulása szintén a keresztben való fogyás következménye és abból áll, hogy a szabályos oldalakkal és éles élekkel bíró szelvények elvesztik szabályos alakjukat, mert a béltől távolabb eső évgyűrűk jobban húzódnak össze, mint a közelebb levők.

A megvetemedés leginkább gerendákon és deszkákon fordul elő és szintén rendesen az egyenetlen aszás következménye. Az ilyen szelvények mindig a béltől távolabb eső oldalukon görbülnek meg, mert az ott levő évgyűrűk erősebben asznak össze, mint azok, amelyek a bél közelében vannak. Ha a törzset éppen a belén keresztül metszették át, a belőle vágott összes deszka a béllel ellenkező oldal felé görbül és vetemedik, s valamennyi a közepén vastagabb, mint a két szélén, ahol a fiatalabb fa van benne. Ha ellenben a törzset úgy metszik föl, hogy a bél a középső deszka közepére esik, akkor ez a deszka az egyenlőtlen összeaszás következtében elvesti ugyan szabályos alakját, mert szélei vékonyabbak, mint a közepe, de meg nem vetemedik.

Megvetemedés azonban akkor is bekövetkezhet, ha a deszka fölülfekvő oldala a levegő és a meleg befolyása alatt összeszárad, alsó oldala ellenben nedvesen fekszik és megdagad. A szárazabb oldal akkor homorúvá, a nedvesebb domborúvá lesz.

Legjobban vetemedik a vörösfenyő, a bükk és a tölgyfa, legkevésbé a simafenyő.

A fakötések meglazulása szintén a fa összeaszása miatt következik be s veszélyezteti a faszerkezetek szilárdságát és biztosságát. Szerkezetekbe ennél fogva csak kellően kiszárított fát szabad kötni.

A repedezés és vetemedés elleni védelem mindenkor szükséges, amikor erre akár az anyag, akár a körülmények okot szolgáltatnak.

Legegyszerűbb védelem a fa egyenletes kiszárítása, akár természetes, akár mesterséges módon, amint arról alább, a fa konzerválásánál lesz szó. Igen jónak bizonyult a fának alább leírandó főzése és gőzölése, kilúgozása vagy telítése, valamint a konyhasóoldattal vagy parafinnal való megitatása. Közönséges ácsszerkezetekre való fánál azonban ez az eljárás a velejáró nagy költség miatt nem használatos.

Megterhelt gerendák bél felőli oldalát mindig a nyomás, illetőleg a teher irányába kell fordítani, ha azt akarjuk, hogy ne vetemedjenek.

Táblaszerű szerkezeteknél a repedezés és vetemedés ellen különféle eljárás van alkalmazásban. Az ilyen szerkezetek, ha 15-20 cm-nél szélesebbek, rendesen megrepedeznek és megvetemednek. Ennek ellensúlyozására legjobb az anyagot keskeny és rövid deszkácskákba vágni s ezeket egy táblává összeilleszteni és, ha szükséges, összeenyvezni. Különösen a parkett padozatoknál szokásos s ilyen módon a bükkfának repedezésre és vetemedésre való nagy hajlandóságát is lehet ellensúlyozni. Még jobban járunk el akkor, ha a keskeny deszkácskákat vagy táblákat úgy helyezzük egymás mellé, hogy rostjaik egymásra merőlegesen álljanak. Nagyobb tábláknál, valamint az egyszerű ajtószárnyaknál az egymás mellé illesztett és esetleg összeragasztott deszkákat fecskefarkkal beeresztett hevederekkel szokták összefoglalni, vagy pedig két réteg deszkát egymásra enyvezni, oly módon, hogy azok egymást derékszög alatt keresztezzék. Ennél szebb szerkezetet kapunk, ha az egy vagy két réteg keskeny deszkából összeillesztett vagy összeenyvezett táblát, mint az a vésett szobaajtóknál, rajz- és parkett-tábláknál szokásos, keretekbe foglaljuk, lehetőleg oly módon, hogy a keretben szabadon tágulhassanak és összehúzódhassanak. Kétszárnyú ajtóknál és ablakoknál, tekintettel a fa esetleges dagadására, a két szárny között terjeszkedő hézagot hagyunk, deszkaborításoknál pedig a hézagokat fedő léceket csak az egyik deszka széléhez szögezzük stb.

Száraz fából készült faszerkezeteket a nedvesség behatása s az ebből eredő dagadás ellen gondos bemázolással lehet megvédeni. Bútoroknál a keretekbe foglalt táblákat borítólemezekkel takarják be, néha két, egymást keresztező rétegben, hogy a borítólemezek repedezését is megakadályozzák.

A rugalmasság.

A fának azt az ellenállását, amelyet alakjának valamely külső erő által való megváltoztatása ellen kifejt, illetőleg azt a képességét, amellyel valamely külső erő behatása folytán keletkezett alakváltozást az erő hatásának megszűnése után ismét helyreállítja, rugalmasságnak nevezzük. Ez a képesség azonban csak bizonyos megterhelésig terjed és ha az alakváltozás egy bizonyos határt, amelyet a rugalmasság határának nevezünk, meghalad, akkor az alakváltozás állandó marad, ha pedig a terhelés még inkább nagyobbodik, a fa eléri a törés határát, vagyis szakad, törik, szétnyomódik, stb. A farugalmasságának mértékét az un. rugalmassági együttható (modulus) által fejezzük ki, amely arra való, hogy a fának valamely ismeretes megterhelés alatt bekövetkezett alakváltozását, vagy az ismeretes alakváltozásból a reá ható erő nagyságát meghatározhassuk.

A fa rugalmassága különböző a fa növéshelye, a talaj minősége, az éghajlat és a fa víztartalma szerint. Ezek a különböző tényezők okozzák, hogy a rugalmasság nemcsak fafajok szerint különböző, hanem egy és ugyanannál a fafajnál, sőt egy és ugyanannak a törzsnek egyes részeinél is. Egészen más rugalmasságot mutat végre a fa, ha a megterhelés a farostokkal párhuzamos irányban hat és ismét mást, ha az erő iránya merőleges a rostok irányára.

A rugalmasság általában növekszik a fa tömöttségével, keménységével és súlyával. A legnehezebb fák, pl. az ébenfa, teakfa, tiszafa, ákác, tölgy, stb. tapasztalat szerint a legrugalmasabbak. A tömöttség azonban a könnyű fafajoknál is a rugalmasság javára esik, mert a sovány talajon vagy a hegyek északi oldalán, lassan nőtt, keskenygyűrűs és simaszövetű fenyőfák szintén eléggé rugalmasak. Némely fa annyira rugalmas, hogy hangszernek, sőt rugónak is használható.

A farostok épsége is növeli a fa rugalmasságát s a fiatal és egészséges fa mindig rugalmasabb a koros és beteges fánál. Gömbölyű fa szintén nagyobb rugalmasságot mutat, mint a fűrészelt vagy faragott gerenda, amelynek rostjai át vannak metszve.

A víztartalom csökkenése növeli a fa rugalmasságát, csökkenti ellenben hajlíthatóságát. A légen száradt fa ennélfogva rugalmasabb, mint a frissen vágott.

A rugalmasság mértékét és határát kilogrammokban fejezzük ki a keresztszelvény 1 cm2-jére mint egységre vonatkoztatva. Közepes értékeit Krüger, Tetmájer és Bauschinger adatai szerint az alábbi táblázat mutatja.

A fa rugalmasságának mértéke és határa (A rostokkal párhuzamosan) :

Nördlinger a légen száradt fákat rugalmasságuk mértéke szerint hat csoportba osztotta. Rendkívül rugalmas az ébenfa, indiai tölgyfa (teakfa); igen rugalmas az ákác, ezüstös nyárfa; rugalmas a nyír, rezgőnyárfa, hárs, szil, diófa; meglehetősen rugalmas a tölgy, bükk, kőris, juhar, lucfenyő; kevésbé rugalmas az éger, gyertyán, jegenye-, sima- és vörösfenyő; igen kevéssé rugalmas az erdeifenyő, nyárfa, hamvas éger.

A hajlékonyság és szívósság

A fát akkor nevezzük hajlékonynak, ha a külső erőnek engedve, alakját elég könnyen megváltoztatja, anélkül, hogy eltörnék vagy megrepedne. Ha e mellett a fa előbbi alakját az erő hatásának megszűnése után azonnal visszanyeri, akkor azt rugalmasnak, ha pedig az alakváltozáshoz nagyobb erő szükséges, eredeti alakját azonban a fa nem állítja vissza, akkor szívósnak mondjuk. Szívósnak nevezzük azt a fát is, amelyet többször lehet ide-oda hajlítani, anélkül, hogy eltörnék. E három tulajdonsággal szemben van a merevség, amelynél a fa kisebb hajlító erő alkalmazását sem bírja el törés nélkül.

A hajlékonyság, rugalmasság és szívósság e szerint szoros kapcsolatban van egymással s a legtöbb fafajnál egymással karöltve halad. Minél rugalmasabb a fa, annál nagyobb a hajlékonysága és szívóssága.

A hajlékonyság és szívósság mértéke függ az alakváltozás létrehozásához szükséges külső erő nagyságától. Minél kisebb ez az erő, annál nagyobb a hajlékonyság, minél nagyobb ellenben, annál nagyobb a szívósság.

A hajlékonyság és szívóság határozza meg valamely fafaj alkalmazhatóságát. Ezen a tulajdonságon alapszik a hajlított szerkezeti fák (íves gerendák, szaruk, keréktalpak stb.) előállítása, a hajlított bútorok gyártása, a káva- és abroncs-készítés, a kötőgúzsok és kötővesszők alkalmazása és a különféle fonómunka (fonott sövények, cserények, kosarak stb.).

A hajlékonyság és szívósság növekszik a fa víztartalmával s ha a fát úgy akarjuk meghajlítani, hogy hajlított alakját megtartsa, nedvesnek kell lennie. Ebből kifolyólag a fiatal, vagy a frissen vágott fa hajlékonyabb, mint a koros vagy száraz. A kiszáradás növeli a fa merevségét, törékenységét. Egyes kísérletektől eltekintve, a szijácsfa hajlékonyabb és szívósabb, mint a színfa. Egyes fák (lágy lombos fák, nyír, mogyoró, kocsánytalan tölgy, stb.) szijácsa oly szívós, hogy vékony hasitványait abroncsokra és fonásra lehet fölhasználni. A legszívósabb fát a sárga és vörös kötőfűz, nyír- és nyár, tölgy és szil, kőris és gyertyán fiatal sarjai adják, de igen szívós a lucfenyő ágfája s a luc- és erdeifenyő fiatal gyökere is.

A fa hajlékonyságát és szívósságát mesterségesen gőzöléssel és pirítással, vagyis nagyobb hőmérsékletű nedvességgel lehet növelni s a fát bizonyos mértékig képlékennyé tenni. A gőzölés a fát meglágyítja s víztartalmának növelésével hajlíthatóvá teszik. Ezen alapszik a bükkfának hajlított bútorok és hordódongák gyártására való alkalmazása. A gúzskötéshez használt vesszőket ellenben pirítással teszik szívósabbá, úgy, hogy a fát élénk tűz lángja fölött mindaddig forgatják, amíg megizzadnak. Az eljárás nem egyéb, mint a saját víztartalommal való gőzölés.

A hajlékonyságot és szívósságot arányszámokkal fejezik ki. Ezek az arányszámok azt a terhet képviselik, amely a fa alakváltozását létrehozza. Egyenlő hosszúság és vastagság mellett ezek az arányszámok a következők:

Lucfenyő 100

Jegenyefenyő 90

tölgyfa 62-68

bükkfa 67

E sorozat szerint a tölgy és bükk fája hajlékonyabb, mint a fenyőé.

Pfeil szerint a szívósságot a következő arányszámok fejezik ki:

szilfa 100 erdeifenyő 75

gyertyánfa 80 lucfenyő 75

vörösfenyő 80 fűzfatörzs 75

tölgyfa 71

A szilárdság

Szilárdságnak nevezzük a fának azt az ellenállását, amelyet az részeinek valamely külső erő által való szétválasztása ellen kifejt. A fának ez a tulajdonsága minden műfánál, de különösen az építőszerkezeteknél nagy jelentőségű, mert csak annak ismerete alapján vagyunk képesek az egyes esetekben az alkalmas fafajt megválasztani és a faszerkezetek méreteit a szükséges biztonsággal meghatározni.

A fa szilárdságának meghatározására a szakemberek számtalan kísérletet végeztek, a nyert adatok azonban nagyon eltérők egymástól, mert a szilárdságra nemcsak az erő hatásának módja és iránya és a fafajok különböző magatartása van befolyással, hanem egy és ugyannál a fafajnál is változik az a fa kora, termőhelye, víztartalma és szövetének esetlegessége szerint. De sőt föltűnő különbségek találhatók a szilárdság tekintetében az egy és ugyanabból a törzsből való fánál is, aszerint, hogy a próbadarab a fa melyik részéből származik. Ezek az eltérések a szövet egyenletességéből, a változó víztartalomból és egyéb, kisebb fontosságú körülményekből erednek.

Különösen a szövet egyenlőtlensége és a víztartalom az, mely a fa szilárdságát befolyásolja. A gesztfa általában szilárdabb, mint a szijács, az érett fából való faanyag szilárdabb annál, amely fiatal fából származik s ebből kifolyólag az érett fatörzs alsó részéből való faanyag is nagyobb szilárdsággal bír, mint amelyet a törzs felső részéből veszük. Hasonlóképpen a szárazfának is mindig nagyobb a szilárdsága, mint a frissen vágott és nedves fának. Legkisebb a szilárdsága a túlérett színfának. Legnagyobb ellenben az érett fának.

A fa természeti viszonyai s ezzel kapcsolatban a fa súlya és tömöttsége is befolyással van a szilárdságra. A nehéz és tömött fa szilárdsága mindig nagyobb, mint a könnyű és laza szövetű fáé, mert annál több rostszál jut a keresztszelvény területegységére s annál nagyobb a fa anyagtartalma. A faanyag tömörségét, anyagtartalmát és szilárdságát növelik a sejtek falaiban levő gumi és gyantafélék is.

Az évgyűrűk szélessége, illetőleg a kevésbé fásodott sejtfalakkal bíró tavaszi pásztának a nagyobb szilárdságú őszi pásztához való viszonya szintén a fa tömöttsége szempontjából esik latba a fa szilárdságának megítélésénél. Ugyanilyen irányban gyakorolnak továbbá befolyást a szilárdságra a fa tenyészeti viszonyai is, amennyiben a kedvezőtlen talaj- és éghajlati viszonyok között, lassan nőtt fa tömöttebb, keményebb s nagyobb anyagtartalma miatt nagyobb szilárdsággal is bír, mint az a fa, amely kedvező tenyészeti viszonyok között, gyorsan nőtt.

(Gaul Károly kísérletei szerint hazai fanemeinknél azok a farészek a legszilárdabbak, amelyek a törzs délkeleti irányában, a természet legkedvezőbb viszonyai között feküsznek, a leggyengébbek pedig az észak-, észak-nyugati irányban fekvő faanyagrészek. Hasonlóképpen a nyomás és húzás elleni szilárdság a lombos fáknál az évgyűrűk szélességével arányosan növekedik, tűlevelű fáknál ellenben csökken.)

A különböző szilárdságok közül faszerkezeteknél különösen a húzó-, nyomó- és hajlítószilárdságnak van jelentősége; a nyírószilárdság csak másodsorban érvényesül (faszegeknél, ágyazásoknál stb.), a csavarószilárdság pedig alig fordul elő. Természetes hogy a fát, mint változó szövetű testet, szilárdságára nézve nemcsak a rostszálakkal párhuzamosan, hanem azokra merőlegesen is kell megvizsgálni, habár a húzó-, és nyomószilárdság, kevés kivétellel, rendesen a rostszálak irányához párhuzamosan, a hajlítószilárdság pedig csak a rostszálakra merőlegesen jön tekintetbe.

Ezek után az alábbi táblázatban közöljük Karmarsch, Nördlinger, Mikolaschek, Morin, Gerstner, Rondelet, Jenny, Kaessner, Bauschinger, Tetmájer és mások nyomán az építéstechnikai szempontból fontosabb fanemek szilárdságának közepes értékeit, megjegyezvén, hogy egyes esetekben a szilárdság nagyon eltérhet a közölt adatoktól s igen tömött, finomrostú fánál 50 %-kal is lehet nagyobb, durvarostú és hibás vagy göcsös fánál ugyanannyival kisebb is lehet.

Légen száradt fa szilárdsága a törés határán:

(A II jel azt jelenti, hogy a megterhelés a rostszálak irányára párhuzamosan, a ⊥ jel pedig, hogy arra merőlegesen hat.)

Ezeknek a törésbeli határértékeknek 5 1/5- 1/10-ed része adja az illető fanemek legnagyobb megengedhető megterhelését, kg/cm2-ben kifejezve. A gyakorlatban ugyanis nyugvó építőszerkezeteknél (pl. födél és mennyezetgerendáknál) 5-6-szoros, rázkódásoknak alávetett szerkezeteknél (közúti hidak stb.) 6-7-szeres, és nagy rázkódásoknak kitett faszerkezeteknél (pl. vasúti hidak) 7-8-, sőt 10-szeres biztonsággal is dolgozunk. E szerint tehát:

A faszerkezetek megengedhető terhelése :

Végre az alábbi táblázat mutatja a középítő-szerkezetek statikai számításánál szokásos megengedhető terhelések nagyságát a magyar mérnök- és építész- egylet megállapítása szerint.

A faanyagok megengedhető igénybevétele:

A tartósság

Az építőfa tartóssága az az időtartam, amely alatt a fa, valamely műszaki célra alkalmazva, ép és egészséges állapotban megmarad.

A fa, mint szerves anyag, alkalmazása szerint hosszabb-rövidebb idő alatt romlásnak indul s elveszti szilárdságát. Romlásának okai: a víz, a levegő oxigénje, a légköri behatások, a tűz, valamint a gombák és rovarok által okozott betegségek.

A fa tartósságára annak korán, termőhelyén, vágatása idején és a vágás után való kezelésen kívül legnagyobb befolyással van a fa fölhasználásának módja. A tapasztalat ugyanis azt mutatja, hogy az építőfa sokkal rövidebb ideig tart, ha váltakozva, majd szárazon, majd nedvesen fekszik, vagy a földbe van beásva, mint akkor, ha folytonosan szárazon, vagy folytonosan vízben van.

A folytonosan vízben fekvő fa mondhatni határtalan ideig tart, mert levegő nem férhet hozzá, e nélkül pedig a fa romlása csak igen lassan következik be. Vízben való építésre tartósságánál fogva legalkalmasabb a tölgyfa s a gyantában gazdag erdei-, vörös és feketefenyő, az éger és a szil s frissen vágott állapotában beépítve, a bükkfa. (A tölgy, szil, éger és bükk átlag 700-800, az erdei-, vörös- és feketefenyő 500-600 évig eltart, habár vannak esetek, hogy a tölgy és vörösfenyő 1500-2000 évig is tartott. (pl. a Trajánhidnak 1858-ban Vaskapunál talált hídlábai)

A nedvességtől elzárt, szellős helyen beépített fagerendák szintén évszázadokon át maradnak jó karban, mert nedvesség hiányában a gomba nem fejlődhetik rajtok. Ezt igen sok példa igazolja. A lakásokban használt bútorok rendkívül nagy tartóssága ismeretes. A födélszékek és mennyezetek gerendázata, ha a födélhéj állandóan jó karban van és víz nem juthat a padlástérbe, tudvalevőleg évszázadokon át marad romlatlan állapotban.

(Mothes szerint a mindig szárazon fekvő tölgyfa és vörösfenyő tartóssága 1800, a szilváé 1500, a gyertyáné, a juharé és erdeifenyőé 1000, a luc- és jegenyefenyőé 900, a bükkfáé 600, a kőrisé s a nyár- és nyírfáé 500 s az égerfáé 400 esztendő.

A régi késmárki fatemplom mennyezete és vörösfenyő-oszlopai 200 évesek s ma is jó karban vannak. Körmöcbányán Zsigmond király feleségének, Máriának házában a most gyógyszertárul használt szoba fából készült s remek faragású mennyezete, mely a XIV. század második felében épült, ma is eredeti épségében és szépségében megvan. A londoni Westminster Hall erdeifenyőből készült mennyezete 450, a római Szent Pál-bazilika gerendázata pedig 1000 esztendőnél is idősebb és jó karban van.)

Egészen mások a tapasztalatok azokra a faszerkezetekre vonatkozólag, amelyek a szabad levegőn, de védett helyen, vagy a levegőtől elzárt, de száraz helyen vannak beépítve. Ezeknek tartóssága már aránylag csekély.

(A szabad levegőn, de födél alatt elhelyezett tölgyfa Nördlinger, Pfeil és mások szerint mintegy 100, a szilfa 80-100, az erdei- és vörösfenyő 90-95, a luc- és jegenyefenyő 50-57, a kőrisfa 30-95, a bükkfa 15-95, a fűzfa 35-40, az égerfa 25-38, a nyírfa 20-38 s a nyárfa 25-35 esztendeig eltart.)

Még kisebb a tartóssága azoknak a faszerkezeteknek, amelyek a szabadban vannak elhelyezve s a légköri behatásoknak alávetve.

(Ilyen esetben a tölgyfa tartóssága Nördlinger szerint legföljebb 100, a szilfáé 60-90, az erdei és vörösfenyőé 40-85, a luc- és jegenyefenyőé 40-65, a fűzfáé 25-30, az éger- és nyárfáé 20-40, a kőris- és nyírfáé 15-40 s a bükkfáé 10-35 esztendő.)

Sokkal kisebb a fa tartóssága, ha váltakozva, majd szárazon, majd nedvesen fekszik. (Ekkor a tölgyfa csak 30-40, az erdei és vörösfenyő 10-15, a luc- és jegenyefenyő 7-10, s a bükkfa 3-5 esztendeig tart.)

Legkisebb végre a tartóssága a levegőtől elzárt és nedves helyen fekvő, valamint a földbe beásott fának.

(Az e tekintetben végzett kísérletek szerint a vörösfenyő képes a korhadásnak a leghosszabb ideig, 10 esztendeig ellenállani, míg a tölgy és az erdeifenyő 8, a kőris és szil 7, a bükk és juhar 5, a fűz és vadgesztenye 4, s a nyár és nyírfa 3 év alatt megy tönkre.)

A földben levő fa tartósságát nagy mértékben befolyásolja a talaj alkotása is, mert az tömör, kötött, agyagos talajban nagyobb, mint televényföldben vagy homokban, ahol a felszíni víz és a levegő is hozzáférhet.

Bányafának alkalmazva, s a bányalevegő bomlasztó hatásának alávetve, helyes kezelés (lehántás és szárítás) mellett legtartósabbnak bizonyult az ákác, s azután a tölgyfa. A fiatal erdei- és vörösfenyő, ha a gesztképződés már eléggé előrehaladott benne, megelőzi a többi lombos fát és különösen a szíjácsos fákat.

Vasúti talpfának használt fanemek között a tölgyfa tartóssága telítés nélkül 12-15, a vörösfenyőé 5-10, az erdeifenyőé 6-8, a luc- és jegenyefenyőé 4-5 és a bükkfáé 3 esztendő.

A fölhasználás módján kívül befolyással van a fa tartósságára a nagyobb hőmérséklet, illetőleg a meleg, nedves levegő, továbbá az oltott mész s legnagyobb mértékben a fa nedvtartalma, mely a fa különböző betegségeit okozza.

A fa mint tüzelőanyag

A fát, ahol az elegendő mennyiségben és olcsón kapható, nemcsak házi, hanem ipari tüzelésnél is tüzelőanyag gyanánt használják. Lángja hosszú, tiszta, füsttől és portól mentes, hamuja kevés és káros ásványi alkotórészei nincsenek.

A frissen vágott fa víztartalma a fönnebbiek szerint 40-50-5, a légen száradt fáé 25-20%, és a 110-130 oC-nál mesterségesen kiszárított fáé 15-10 %. Ennek felel meg a tűzifa melegfejlesztő-képessége is, mely a légen száradt fánál 2600-3700, a mesterségesen kiszárított fánál pedig 3500-4400 kalória.

Legnagyobb melegfejlesztő-képességgel bír a bükk, gyertyán, nyír, cser, ákác, a sok gyantát tartalmazó erdei- és feketefenyő, ez után következik a juhar, szil, kőris, tölgy és vörösfenyő; még kisebb hőhatást fejt ki a luc- -s a jegenyefenyő s legkisebbet a hárs, éger, nyár és fűz.

A fa pirometrikus hőhatása aránylag csekély, mert csak körülbelül 1100 oC hőmérsékletet lehet vele létrehozni, gyúlékonysága ellenben nagy, mert körülbelül 300 oC-nál tüzet fog.

Fűtőerő és a meleg intenzivitása tekintetében a lágyfa fölülmúlja a keményét, a fűtőhatás tartama tekintetében ellenben a kemény fával szemben hátrább szorul. A tiszta farost úgyis 43 % oxigén és legföljebb 1 % hamun kívül kereken 50 % kárbont és 6 % hidrogént tartalmaz. S mivel a hidrogén és oxigén egymáshoz való aránya a vízben olyan, mint 1:8, nyilvánvaló, hogy a 43 % oxigénnek vízzé való átalakulásához csak 5,5 % hidrogén szükséges, 0,5 % pedig mint fölösleg szabad rendelkezésre áll. Ez a hidrogénfölösleg égés közben szénhidrogén-gázzá alakul át, amely könnyen gyullad, hosszú lánggal ég és intenzív meleget fejleszt. Lágy fáknál, különösen ha sok gyantát tartalmaznak, nagyobb a hidrogén-fölösleg, mint a keményeknél s ez az oka, hogy könnyebben gyulladnak, hosszabb és intenzívebb lánggal égnek, hőkifejtésük azonban rövidebb ideig tart, mint a kemény fáknál, mert parázs nem marad utánuk. A kemény fák ellenben, amelyek csak felületükön s ott is kevésbé intenzív lánggal égnek, a még sokáig izzó parázs miatt hosszabb tartamú hőkifejtésre képesek, mint a lágyak.

A fa műszaki vizsgálata

A fának, mint építő- és szerkezeti anyagnak, oly sokoldalú az alkalmazása s oly különfélék a fajai és ennek következtében fizikai és műszaki tulajdonságai, hogy azoknak egységes megállapítása és összehasonlító számokban való kifejezése nemcsak műszaki szempontból, vagyis a fogyasztó érdekében, hanem gazdasági szempontból, azaz a termelőre is nagy jelentőségű.

(A faanyag eme nagy fontosságának kell tulajdonítani, hogy míg a fémanyagok vizsgálatát csak a XIX. Század 60-as éveiben kezdte meg az angol Kirkaldy, folytatta a német Wőhler, tudományos irányba azonban csak a 80-as években terelte Bauschinger, addig a faanyagot Nördlinger már 1847-ben vette beható vizsgálat alá, s kísérletei alapvetők voltak a fa vizsgálati módjainak későbbi kialakulására nézve is. Egységes alapra azonban a fa vizsgálatát az Anyagvizsgálók Nemzetközi Egyesületének munkássága helyezte, midőn az 1906-ban Brüsszelben tartott nemzetközi kongresszuson elfogadta azokat az alapelveket, amelyeket Rudeloff dolgozott ki s egy külön e célra kiküldött szakbizottságot ajánlott.)

A faanyag vizsgálata kétféle irányban mozog. Az egyik az építés-technikai vizsgálat, mely a fa tulajdonságainak általános vizsgálatát tartja szem előtt és a fa műszaki fölhasználásához szükséges szilárdsági adatok kipuhatolására törekszik. A másik az erdészet-technikai vizsgálat, amely azt az összefüggést igyekszik kikutatni, mely a fa műszaki tulajdonságai és növekedési viszonyai között kétségtelenül fönnáll. Az utóbbi ennélfogva az erdőállomány megtekintése után az erdő keletkezési idejére, korára, geológiai, éghajlati és fejlődésbeli viszonyaira és egyéb körülményeire nézve is keres tájékozást.

Építéstechnikai szempontból a fa vizsgálata kiterjed: a fa termőhelyére és származására, külső állapotára, volumensúlyára, nedvességtartalmára, fogyására és dagadására, húzó-, nyomó-, hajlító- és nyírószilárdságára, hasadékonyságára, keménységére és tartósságára.

Ami a fa próbavételét illeti, az anyagvizsgálók egyesülete által elfogadott és ajánlott alapelvek szerint mindenekelőtt a próbaanyag származását kell megállapítani, mégpedig termőhely, növekedés, kor, vágatás ideje, a raktározás módja és a próbadarabnak a fatörzsben való fekvése szerint.

A próbadarabot úgy kell a megvizsgálandó fatörzsből kimetszeni, hogy az a fatörzs átlagos minőségét mutassa. Ennek megfelelően a hajlítószilárdság vizsgálására a próbadarabot a fatörzsnek alulról számított 7-10 m közti magasságában kell venni, más kísérletek céljaira pedig közvetlenül ez alatt vagy e fölött.

Azután következik a próbadarabnak a látható külső jelek szerint való megvizsgálása. Ennél a vizsgálatnál leírjuk mind a hasadási lapnak, mind a keresztszelvénynek a képét, nevezetesen a farostok egyenes vagy görbe növését és kisebb-nagyobb párhuzamosságát, azoknak ággöcsök által való megszakítását, az évgyűrűk átlagos szélességét, középpontos vagy excentrikus elhelyezkedését,1 cm2-re jutó hosszúságát, 30-30 évgyűrűnek együttes szélességét, vagyis a fa egyenletes, gyors vagy lassú növekedését, tűlevelű fáknál a tavaszi és őszi pászta egymáshoz való arányát, a fa színét, szagát és gyantatartalmát stb.

A fának megvizsgálandó tulajdonságai között különösen a szilárdság az, mely a fa megítélését a használhatóság szempontjából lehetségessé teszi. E célra legalkalmasabb a nyomó- és a hajlítószilárdság, a fa teljes megítélésére azonban a nyíró- és húzószilárdság ismerete is szükséges.

A szilárdsági kísérleteket kisméretű, a fatörzsből az előírt szabály szerint kivágott s lehetőleg göcsöktől és hibáktól mentes próbadarabokon kell végezni; az így kapott szilárdsági számok azonban nem felelnek meg a rendes építőfának s a szerkesztőnek nem adnak biztos fölvilágosítást, mert gerendákat, támasztókat stb. rendesen szabálytalan növésű és göcsös fából is kell alkalmazni. A kapott szilárdsági számokat ennélfogva 5-10 %-kal le kell szállítani.

(Arra nézve, hogy a favizsgálatokat ne csak kisméretű, kiválogatott fadarabokon, hanem olyan nagyobb próbadarabokon is megejtsék, amelyeken hibák és rendellenességek is vannak, Rudeloff W. tanár tett vizsgálatokat, a nagyméretű próbadarabokkal való kísérletezést azonban igen költségesnek s csak kivételes esetekben használhatónak találta.

A próbatestek alakjára nézve megkülönböztetik az építőfát és a bányafát. Bányafának kis átmérőjű teljes tönköt használnak, amelyet vagy kis átmérőjű fiatal törzsből vágnak, vagy vastagabb törzsek felső vékonyabb végéből vesznek. Építőfa megvizsgálására is a gyakorlatban szokásos alakok használandók, nevezetesen a teljes törzsből kifaragott négyszögletes keresztmetszetű gerendák és a felfűrészelésnél kapott negyed gerendák.

Ami pedig az igénybevétel módját illeti, a kísérleteket csak hajlításra és visszaható szilárdságra (kihajlásra) kellene szorítani, mert a gyakorlatban a fát főképpen gerendáknak és támasztó dúcoknak használják.)

A kísérleteknél ki kell puhatolni a próbadarabok nedvességtartalmát is, s ha e között és a légen száradt fa normális víztartalma (15 %) között különbség mutatkozzék, a szilárdsági számokat az utóbbira kell vonatkoztatni. Végre a kísérletek sebességét is úgy kell szabályozni, hogy a próbadaraboknak elég ideje legyen a tehernek megfelelő alakváltozáshoz. E tekintetben szabály az, hogy a megterhelt keresztszelvény feszültség-növekedése percenkint és cm2-enkint 20 kg-ot meg ne haladjon.

  1. A nyomószilárdság meghatározására a fatörzsből kockákat metszenek ki, úgy, hogy azok nyomófelületének egyik átlója a fatörzs bütüjének sugarát alkossa s hogy azok nemcsak a színfát foglalják magukba, hanem a szijácsfát is .Lehet azonban a színfa és a szijácsfa szilárdságát külön is megvizsgálni. A kockákban a rostok iránya lehetőleg párhuzamos legyen a kocka oldalaival. A kockák nyomófelületét gondosan tisztára gyalulva, azokat úgy helyezik el a hidraulikus sajtóban, hogy a nyomás iránya párhuzamos legyen a rostok irányával. A terhelést azután lassan és fokozatosan addig növelik, míg a kocka törése bármilye alakban bekövetkezik. Az ehhez szükséges megterhelés osztva a nyomófelülettel, adja az illető fa nyomószilárdságát kg-ban cm2-enkint. Ha pl. a nyomófelület 16.04 cm2 és a megterhelés a törés határán 7834 kg, akkor a fa nyomószilárdsága a törés határán:

    A nyomószilárdsággal együtt szokás a fa nyomórugalmasságát is meghatározni. Erre a célra rendesen 50 cm magas, négyzetes keresztszelvényű fahasábokat szoktak használni s azoknak alakváltozását a megterhelés hatása alatt (összenyomódás, rövidülés) igen finom mérőműszerekkel megmérni. Ezek a mérések azt mutatják, hogy a rugalmasság határán belül az alakváltozás arányos a terhelés növekedésével, ezen a határon túl ellenben a rövidülés nagyobb mértékű, mint a terhelés.

    A nyomószilárdság egészen eltérő számokat ad abban az esetben, midőn a nyomás merőleges a rostszálak irányára. Ilyen megterhelés fordul elő a vasúti talpfáknál, ászokfáknál, sárgerendáknál stb. Ebben az esetben a fa a terhelés határa alatt erősen összenyomódik, anélkül azonban, hogy a törés határát meg lehetne állapítani. Ezt a kísérletet egy függőlegesen ható, négyzetes keresztszelvényű bélyegzővel hajtják végre, amelynek vízszintes lapja sokkal kisebb, mint a próbadarab szélessége. A fa nyomószilárdságát a bélyegző által létrehozott összenyomódás mértéke mutatja.

    Újabban nyugvó teher helyett ütőpróbákat is szoktak végezni, melyeknél a fa nagyobb rugalmas deformációt képes kitartani, mint a nyugvó tehernél.

  2. A hajlítószilárdság a fának legfontosabb szilárdsági tulajdonsága, mert a fát legnagyobbrészt vízszintes fekvő és hajlításnak alávetett gerendák alakjában szoktuk használni.

    A hajlítópróbákat négyzetes vagy derékszögű négyszögkereszt-szelvénnyel bíró prizmatikus rudakkal szokták végrehajtani, amelyeknek két vége szabadon fölfekszik, szabadon lebegő részét ellenben a középen megterhelik. A rudak szabadon lebegő hosszúsága legalább nyolcszorosa legyen a rúd szelvénymagasságának. Normális keresztszelvénynek a 10x10 cm keresztszelvényű rúd tekinthető; nagyobb szelvényű rudaknál tehát a kísérlet eredményét a normális szelvényre kell vonatkoztatni.

    Egész fatörzsek vizsgálatánál 1.7 m hosszú, négyzetes próbarudakat szoktak alkalmazni s azokat úgy fölfektetni, hogy 1.5 m hosszúságban lebegjenek szabadon; fölfekvésük hosszúsága egyenlő a négyzetes szelvény magasságával. A rudakat úgy metszik ki és a próbánál úgy helyezik el, hogy a törzsben sugarasan fekvő oldalak egyike legyen mint húzott oldal alul. Ha ellenben a hajlítópróbákat csak egyes darabokkal végzik, akkor a próbarudakat úgy metszik ki, hogy az évgyűrűk érintője merőlegesen álljon a szelvény egyik oldalára s azokat úgy helyezik el, hogy az érintőt alkotó oldal legyen a húzott oldal.

    Az ily módon elhelyezett próbarudakat azután a középen megterhelik s a terhelést lassan és mindaddig növelik, míg a gerenda eléri teherbírásának határát s erős recsegés közben, s hirtelen és egyenesen, vagy pedig csöndben, lassan és szilánkokra hasadozva eltörik. A törés általában úgy következik be, hogy először a nyomott oldalon levő rostszálak roncsolódnak össze a torlódás következtében; később következik be az alul levő edény-nyalábok szakadása és ezzel a fa teherbírásának megszűnése.

    A megterhelés növekedésével kapcsolatban megfigyelik és megmérik a próbarúd áthajlását is, hogy ennek alapján meg lehessen határozni a rugalmasság határát és együtthatóját. A tapasztalatok azt bizonyítják, hogy az áthajlás a rugalmasság határán belül arányos a megterheléssel. A gerenda még ezen a határon túl is sok terhet bír el s tovább is áthajlik, az áthajlás azonban már gyorsabb és nagyobb, mint a teher növekedése. Azt a fát azután, mely a rugalmasság határán túl is erős áthajlást mutat, szívósnak és rugalmasan hajlékonynak, ha ellenben csakhamar eltörik, ridegnek mondjuk.

    (Újabb időben nyugvó terhelés helyett ütve hajlítópróbát is alkalmaznak a hajlítószilárdság kipuhatolására, úgy, hogy a próbarúd közepére mindinkább nagyobbodó magasságból a rúd kereszt-szelvényéhez szabott súlyt ejtenek le többször egymás után és mindaddig, míg a törés bekövetkezik. Ezek a próbák tapasztalat szerint sokkal nagyobb rugalmas (nem maradandó) alakváltozást hoznak létre, mint a nyugvó teher.

    Ha a próbarúd szelvényszélességét s-sel, szelvénymagasságát m-mel, szabadon lebegő hosszúságát h-val, a megterhelést a törés határán P-vel jelöljük, akkor a négyszögletes szelvény ellenálló nyomatéka:

    S mivel a két végén alátámasztott és közepén megterhelt gerenda hajlítónyomatéka

    ebből Ph = 2/3 sm2σ, s a faanyagban föllépő feszültség a törés határán kg/cm2-ekben

    Ennek a képletnek a használatánál fölteszik, hogy a feszültség (δ) a törésig állandó. Fuji Tanaka, tokiói tanár szerint azonban a σ nem állandó, hanem a próbadarab magasságának (m) függvénye. Szerinte :

    Amiből következik, hogy σ annál nagyobb, minél kisebb az m.

    A rugalmas áthajlást végre a következő képletből számítják:

    S ebből a rugalmasság modulusza

    A megterhelés gyorssága végre

  3. A nyírófeszültséget két irányban szokták meghatározni: egyszer az évgyűrűk sugara, máskor az évgyűrűk érintője irányában. A két feszültség ugyanis sohasem egyenlő egymással, hanem néha az egyik, máskor a másik mutat nagyobb értéket. A rostszálakra merőleges irányban nem szoktak nyírópróbákat végezni, mert azok az anyag csekély nyomószilárdsága miatt hiábavalók volnának.

    A nyírópróbákhoz prizmatikus próbadarabokat használnak, amelyeknek szélessége, ha sugár irányában hat rájuk az erő, legföljebb 5, érintőleges fekvésnél legföljebb 3 cm s vastagsága 2-2,5, legföljebb 4 cm. Ezeket a próbadarabokat két vaslap közé fogják s a vaslapok közül kiálló részüket 1 cm vastag, függőlegesen mozgó acéllappal, közvetlenül a befogás mellett elnyírják. Ha P az elnyíráshoz szükséges teher, s a falemez szélessége és m a magassága, akkor a nyírószilárdság :

  4. A húzószilárdságot mindig a rostszálak irányában szokták meghatározni. E célra legföljebb 1x2 cm keresztszelvényű rudakat használnak, melyeknek kísérleti hosszúsága 10-22 cm. A rudakat, tekintettel a rájuk ható nyíróerőkre, vastagabb fejekkel látják el, melyeknek segítségével a rudak a szakítógépbe befoghatók. A rudak kimetszésénél arra kell ügyelni, hogy rostszálaik párhuzamosak legyenek a rúd hosszanti tengelyével s hogy szélesebb lapjuk a fatörzsben vagy merőleges legyen az évgyűrűkre, vagy azoknak érintője. A rudakat befogva, a rájuk ható terhelést mindaddig növelik, amíg a rúd elszakad. Ha P erő idézte elő a szakadást, s a rúd szélessége s, vastagsága v, akkor a húzószilárdság

    A kopásnak való ellenállást újabban szintén szokták meghatározni. A kopás próbáját egyszerűen úgy hajtják végre, hogy a fát a Dorrey-féle gépen homokpapírral súrolják.

  5. A hasadékonyság meghatározására a Nördlinger-féle módszer szerint kapocsalakú próbatesteket használnak, az ábrába beírt mértékben, melyeket a próbánál pontosan kell betartani. A próbadarabot igen gondosan kell kidolgozni és arra ügyelni, hogy rostjai párhuzamosak legyenek a próbadarab egyik lapjával. A hasadékonyságot két irányban szokták meghatározni, nevezetesen a sugár és az évgyűrűk érintője irányában.

    A szakítópróbát úgy hajtják végre, hogy a bevágás két hornyába acéldrótot akasztanak be és a kapocs két szárát a szakítógépen ellenkező irányban húzva, a próbadarabot széthasítják. Az ehhez szükséges teher adja a fa hasítószilárdságát. A faanyagban föllépő feszültséget nem szokták meghatározni.

  6. A nedvességtartalom meghatározása igen fontos föladata az anyagvizsgálatnak, mert az a fa összes tulajdonságaira van befolyással. Meghatározására ugyanaz a próbadarab használható, mely a szilárdság meghatározására szolgált, ha azonban annak kiszárítása méretei miatt nehézségekbe ütköznék, belőle azonnal a szilárdsági vizsgálat megejtése után több helyről 20-50 mm rosthosszúságú darabokat kell kézi fűrészeléssel kimetszeni s azok nedvességtartalmát venni az egész próbadarab nedvessége gyanánt. Ezeket a darabokat egy jól szellőzött szárítószekrénybe téve, 95-98 oC hőmérsékletnél mindaddig szárítják, míg súlyuk nem csökken többé, azután pedig egy exszikátorban, kénsav vagy klórmész fölött a szoba hőmérsékletére lehűtik.

    A nedvességtartalmat az abszolút száraz súly százalékában szokták kifejezni. Ha pl. a próbatest súlya a szárítás előtt 35.432, szárítás után 30.762 g, akkor nedvességtartalma:

    Ha ilyen módon az összes kimetszett próbatest nedvességtartalma ismeretes, azoknak átlaga adja az egész próbatest nedvességtartalmát.

    A nedvességtartalom normális értéke 15 %-ban van megállapítva s erre kell vonatkoztatni mindazokat a tulajdonságokat, amelyeket ettől eltérő nedvességtartalom mellett határoztunk meg.

  7. A volumensúly ismerete igen fontos a fa szilárdsága szempontjából. (Volumensúly nem egyéb, mint a térfogategység súlya, a benne lévő üregekkel, sejtekkel és edényekkel együtt. Ez tehát mindig kisebb, mint a fajsúly, a különbség azonban annál kisebb, minél tömöttebb a fa. A fajsúly osztva a volumensúllyal, adja a fa tömöttségi fokát. A volumensúly tehát a fa tömöttségétől függ, de befolyással van rá a fa nedvességtartalma is.)

    A volumensúlyt legjobb lenne abszolút száraz fadarabokon megállapítani, mert akkor az eredményt a víztartalom nem befolyásolná, a gyakorlatban azonban a nedvességtartalom megjelölése mellett rendesen légenszáradt fát szoktak használni 15 % nedvességtartalomra vonatkoztatva és csak a fa tömöttségi fokának meghatározásánál veszik a száraz súlyt alapul. A legegyszerűbb eljárás azután az, hogy meghatározzuk a repedéstől mentes, tisztára gyalult fahasáb pontos súlyát és méreteit s az utóbbit osztva a térfogattal, kapjuk a volumensúlyt. E helyett lehet az ismeretes súlyú próbadarabot víz alá meríteni; ekkor a kiszorított víz pontos mennyisége egy kalibrált csövön leolvasva, adja a próbadarab térfogatát. Hogy azonban a fa vizet ne szívjon magába, a próbát gyorsan kell végrehajtani, vagy a fát lenolajjal bemázolni.

  8. Az összeaszás és dagadás szintén a fa víztartalmának a következménye. S mivel a hosszanti irányban való fogyás és dagadás a fönnebbi táblázatok szerint elenyészőleg csekély, a rostszálakra keresztben ellenben jelentékeny, a fogyás és dagadás vizsgálatánál a próbadarab méretváltozását – a súly egyidejű megállapítása mellett nem csak a próbadarab hosszában, hanem a sugár és az érintő irányában is kell meghatározni.

    Próbatestekül bármily alakú fadarabok használhatók, a térfogat könnyebb kiszámítása érdekében azonban legjobbak a 10 cm-es hosszúsággal bíró kockák, amelyeket úgy kell kimetszeni, hogy egyik élük az évgyűrűk húrja legyen.

    A fogyás megvizsgálása végett a próbadarabokat előbb a levegőn később egy szárítószekrényben lassan kiszárítják, a dagadás vizsgálatánál ellenben vízbe teszik, még pedig előbb úgy, hogy egyik bütüjük néhány mm-rel kiálljon belőle. Később, a midőn az a bütü is már nedvesnek látszik, a víz színét addig emelik, míg a próbadarab egészen alámerül. A fogyás és dagadás nagyságát azután vagy az abszolút száraz próbatest hosszúságának százalékában fejezik ki, vagy pedig, mint a máriabrunni kísérleti intézetnél szokásos, a területfogyás százalékában, szintén abszolút száraz állapotra vonatkoztatva.

    Tapasztalat szerint a fa térfogata legnagyobb változást akkor mutat, a midőn víztartalma 0 és 20-30 % között van.

  9. A keménység meghatározására eddig még nem sikerült általánosan elfogadható módszert találni, és oly keménységi fokozatot megállapítani, amely minden körülmények között beválnék. A keménység egy és ugyanannál a fánál is változik, aszerint, hogy mily eszközzel, milyen módon és irányban s a fa minő állapotában vizsgáljuk. Egészen más keménységet mutat a fa a keresztmetszeten, mint sugaras vagy tangentiális hosszanti metszetén. Növekszik továbbá a keménység a fa száraz fajsúlyával is, csökken ellenben a nedvesség emelkedésével. A gyakorlatban ennél fogva a keménység meghatározására különböző eljárás található. Az egyik abból áll, hogy 1 cm2 nyomófelülettel bíró bélyegzőt préselnek be a próbadarab bütüjébe. Egy másik eljárásnál e helyett egy sík felülettel bíró vasdarabot nyomnak egy fahasáb oldalába, amelynek méretei meg vannak határozva s a mely a hasáb élein túl ér. Ehhez hasonló Janka amaz eljárása, hogy vaséket (fejszealakú próbaeszköz) sajtol be 2 cm mélységig a fába, még pedig a rostokkal párhuzamos és a rostokra merőleges irányban. Mindhárom esetben meghatározzák a nyomóerő nagyságát és a behatolás mélységét. Mások (G.Janka, Wawrziniok stb.) az un. Brinell-féle golyópróbát alkalmazzák és 10 mm-es acélgolyót sajtolnak be a szilárdsági próbához használt géppel a fába. Az ehhez szükséges nyomóerő osztva a képződött mélyedés felületével, adja a keménységi számot. Minél nagyobb ez a szám, annál nagyobb a fa keménysége.

    M Büsgen müncheni erdészeti akadémiai tanár acélgolyó helyett acéltűt sajtol be hasonló módon a fába és a keménységet mutató ellenállást a besajtoláshoz szükséges és a gépen pontosan leolvasható nyomással fejezi ki. Alkalmas végre a keménység megállapítására az az ellenállás is, amelyet fa a fűrészekkel szemben kifejt, amikor derékszögben áll a fűrészlaphoz. Ha a bükkfa ebbeli ellenállását 1-nek vesszük, akkor a gyertyán-, hárs-, fűz-, és rezgőnyárfa keménységi foka 1.87, a juharfáé 1.35, a tölgyé 1.03, az égerfáé 0.91, a jegenyéé 0.56, a fenyőfáé 0.58-ra tehető.

  10. A tartósság megvizsgálásra nincsenek általánosan elfogadott szabályok. E tekintetben Hartig végezte az első kísérleteket, eljárást azonban nem alkalmazzák. Nördlinger lyukakat fúrt egy tölgyfakád falába s azokat különböző fából metszett, újnyi hosszúságú csapokkal dugaszolta be. A kádat azután kissé megnedvesített, laza és korhadó anyaggal (pl.trágyával) töltötte meg s a csapok benyúló végeinek romlását időnkint megfigyelte.