Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:
Hout.
Voor de volgende onderwerpen ga naar:
algemeen;
de groeiwijze en de houtelementen;
groeiringen, stralen, stippels, vaten, etc.;
de structuur van hout;
mechanische eigenschappen;
"betreffend onderwerp" behorende bij het onderdeel "Skelet - houtafmetingen constructief".
natuurkundige eigenschappen;
bron leidraad tekst: "Bouwstoffen HTO" (Ploos van Amstel 1973)
algemeen:
De houtstructuur:
De eigenschappen van, het niet op een of andere manier veredelde hout worden bepaald door de eisen, die de boom aan het hout stelt.Wij kunnen niets anders doen dan deze eigenschappen zo goed mogelijk benutten.
Een boomstam is een op druk en buiging (wind) belaste kolom, vandaar dat dit de spanningen zijn waaraan het hout de meeste weerstand kan bieden.
Wringing en vooral trek in de richting loodrecht op de as van de stam treden in het levende hout weinig tot niet op.
In onze houten constructies dienen we het optreden van deze spanningen dan ook te voorkomen.
Het hout is opgebouwd uit spoelvormige cellen met een stevige wand, waaraan het hout zijn sterkte en hardheid ontleent. Deze cellen liggen met hun lengterichting min of meer evenwijdig aan de as van de stam. In verband met deze gerichte structuur onderscheiden we in het hout de volgende richtingen en vlakken:
- langs-of axiale richting in de richting van de houtdraad;
- kopshout, het vlak loodrecht op de richting van de houtdraad;
- een radiaal vlak, dat loopt in de langsrichting en door de as van de stam.
De radiale richting ligt in het kopse vlak en is gericht op het hart van de stam; - een tangentiaal vlak ligt ook in de langsrichting, maar het loopt evenwijdig aan de as.
0p radiale vlakken zien we soms prachtige tekeningen, de z.g.spiegels, veroorzaakt door de stralen.
De groeiringen vertonen zich op deze vlakken als evenwijdige lijnen.
Figuur b:
Tangentiale vlakken snijden de houtstralen door. De groeiringen in deze vlakken doorsnede-vlakken vormen een soort kege1s
,die men "vlammen" noemt
De duurzaamheid:
In de natuur worden dode organismen door daartoe 'aangestelde' schimmels, insekten e.d. opgeruimd. Wij werken met hout, dat niet meer in het groeiproces is betrokken, zodat we dus met de activiteiten van deze opruimers rekening zullen moeten houden.Schimmels kunnen alleen in vochtig hout leven, terwijl vele insekten of hun larven droog hout aantasten. Ten slotte zijn er nog de paalworm en andere, die hout in zout water als schuilplaats gebruiken.
het onderdeel "Verwering, aantasting en verduurzamen van hout" behorende bij dit onderwerp.
De duurzaamheidsklasse, welke is vastgelegd in de Europese Norm 350-2, wordt gebruikt als aanduiding voor de resistentie van het kernhout tegen de hierboven genoemde ongunstige omstandigheden.
De duurzaamheidsklasse wordt gemeten door onbehandeld hout van verschillende houtsoorten onder vastgelegde testomstandigheden in contact te brengen met de grond en dan te registreren hoe lang het duurt voor het hout aangetast wordt.
Er bestaan vijf klassen, zie tabel:
Let op:
Het spinthout valt vrijwel altijd in duurzaamheidsklasse V en is dus niet duurzaam.
De werkelijke duurzaamheid is mede afhankelijk van de mate waarin het kernhout daadwerkelijk wordt blootgesteld aan
de invloeden die de duurzaamheid bepalen.
De toepassingen van hout:
Zoals bekend is, zijn er een zeer groot aantal houtsoorten, waarvan de eigenschappen vrij aanzienlijk uiteen kunnen lopen, maar in het algemeen kunnen we toch wel stellen, dat hout in verhouding tot zijn gewicht vrij sterk is, vaak een grote taaiheid bezit en zonodig met eenvoudig gereedschap kan worden bewerkt.Als een houten constructie moet worden veranderd of gesloopt, dan behoeft het afkomende materiaal geenszins waardeloos te zijn. Anders gezegd: de restwaarde van een houten gebouw of constructie is vaak hoger dan die van bouwsels uit andere materialen.
De mogelijkheid om hout zo te lijmen dat de lijmvoeg niet zwakker is dan het hout,
heeft tot belangrijke constructies geleid. Grote (gelamineerde) balken en spanten van zoveel op elkaar
gelijmde delen, dat de constructie sterk genoeg is, zijn hiervan sprekende voorbeelden.
Een nadeel van hout, dat het maar in beperkte lengten te krijgen is, wordt door de bovenomschreven werkwijze teniet gedaan.
"Gelamineerd hout" e.v. behorende bij het onderdeel "Skelet - bouwsystemen - houtbouw".
Een steeds belangrijkere plaats - ook in constructieve zin - wordt ingenomen door de veredelde houtprodukten,
waarbij hout zodanig is bewerkt dat de eigenschappen belangrijke wijzigingen hebben ondergaan, zoals
de plaatmaterialen triplex, multiplex, meubelplaat e.d., alsmede spaanplaten en vezelplaten en de z.g. boards.
het onderdeel "Houtproducten" behorende bij dit onderwerp.
De houthandel:
"Houtwinning"en "Hout in de handel" bij het onderdeel "Houtafmetingen" behorende bij dit onderwerp.
de groeiwijze en de houtelementen:
-
afbeelding: Schema koolzuur-assimilatie
- De boom neemt met zijn wortels bodemwater op met de daarin voedingszouten. Door het spinthout wordt dit water omhoog gevoerd tot in de bladeren, resp. naalden van de kroon.
- Een groot deel van het water verdampt hier, doch de rest dient om het benodigde voedsel voor de groei van de boom te bereiden.
Met de energie van het zonlicht en met behulp van het bladgroen wordt uit het water uit de grond en het koolzuur van de omringende lucht dit voedsel (koolhydraten) gevormd. Bij dit proces komt zuurstof vrij dat weer aan de omringende lucht wordt afgegeven. - Het gevormde voedsel wordt nu in opgeloste toestand door de bast naar beneden gevoerd en naar de groeilaag (cambium) getransporteerd. Wat niet direct nodig is wordt in het hout, speciaal in de houtstralen, opgeslagen.
- Er is dus een opstijgende sapstroom door het hout en een weer neerdalende door de bast.
Uit het aangevoerde voedsel bouwt de boom zijn weefsels op. - Uit dit proces van de voeding blijkt wel dat de verschillende delen, waaruit de boom bestaat, hierbij elk hun rol spelen. Wanneer dan ook een van deze delen zwaar beschadigd wordt, zal de boom meestal sterven.
Voor het gebruik van hout is het van belang te weten, dat dit verkernde hout niet alleen sterker is, maar ook een betere weerstand heeft tegen aantasting door schimmels en insekten, omdat juist de celinhoud een goede voedingsbodem is voor vele van deze houtaantasters.
(Zie hiervoor de eerder genoemde verwijzing bij Algemeen (duurzaamheid).)
De houtcel(len):
Alle levende wezens, zo ook het plantaardige organisme "hout" zijn opgebouwd uit cellen.Een plantecel die microscopisch klein is, bestaat uit een celwand en een celinhoud.
Indien de cel nog leeft, vindt men daarin een eiwitachtige stof, het protoplasma, waaraan zoals men dat noemt, het leven gebonden is. Ergens in het midden van de cel bevindt zích een celkern die de levensfunctie van de cel regelt en die ook de erfelijke eigenschappen in zich draagt.
De celwand die uit de levende inhoud van de cel, het protoplasma, wordt gevormd, bestaat ín hoofdzaak uít cellulose en lignine.
Het soortelijk gewicht van de celwand is bij alle houtsoorten praktisch gelijk.
Of een houtsoort licht of zwaar is, is alleen afhankelijk van het gehalte aan celwand.
Hout opgebouwd uit kleine cellen of uit cellen met een dikke wand is dus zwaar en, omdat de celwand ook de hardheid aan het hout
geeft, harder dan hout met een geringer gehalte aan celwand.
Uit het bovenstaande volgt ook, dat schimmels, die juist de celwand aantasten, voor de sterkte van het hout het gevaarlijkst zijn.
Verschillende weefsels te zamen vormen organen, waarvan we er in een boom of plant drie als hoofdorganen onderscheiden, nl:
- de wortel;
- de stam (bij de boom) of de stengel (bij de plant);
- en het blad.
De gemeenschappelijke taak van een groep cellen, van een weefsel dus, is één van de volgende:
- het verlenen van steun;
- het transporteren van water of voedingsstoffen;
- en de opslag van reservevoedsel.
De groei:
In het leven van de houtcel onderscheidt men drie perioden. Elke periode is nodig om de cel te brengen tot het punt, waarop hij zíjn plaats en functie in het hout kan innemen. Deze perioden zijn achtereenvolgens de celdeling; de celstrekking en de celwandverdikking.Zodra die celkern zich in tweeën heeft gesplitst, begint de splitsing van de cel zelf. Op deze wijze ontstaan de nieuwe cellen.
Bepaalde cellen hebben de eigenschap en het vermogen om zich tijdens hun groei te strekken, dus langer te worden. Dit is mogelijk omdat zij water opnemen. De cellen vergroten zich in de lengterichting dus meer dan in de dikterichting. De sabelvormige punten schuiven langs elkaar, waardoor - mede door de hechtlaag - een sterk onderling verband wordt verkregen.
De celwandverdikking gaat ten koste van de celinhoud.
Tegen de oorspronkelijke, dus eerst aanwezige celwand trekt het protoplasma zich terug, waardoor een dikkere celwand ontstaat
die in de loop van de tijd gaat bestaan uit een hechte samenstelling van cellulose en lignine.
Het proces van de celwandverdikking noemt men ook wel het „verhouten“
- voor de lengtegroei aan de top van elke tak, de z.g. groeitop of vegetatiekegel;
- voor de diktegroei rondom het gevormde hout onder de bast, het z.g. "cambium".
De andere cellen missen dit vermogen. Dit weer in tegenstelling tot mens en dier, waar dit vermogen vrijwel algemeen is, zodat bij ons een wond kan genezen (door celdeling),maar bij een boom niet.
Heeft zich op boven omschreven wijze een éénjarig takje ontwikkeld, dan komt de diktegroei.
Tussen hout en bast heeft zich de één cel dikke cambiumlaag gevormd.
Deze cellen kunnen zich delen en wel:
- in een nieuwe cambiumcel en een houtcel naar binnen;
- in een nieuwe cambiumcel en een bastcel naar buiten;
- in twee nieuwe cambiumcellen, omdat de cambiumlaag met het dikker worden van
de boom in de breedterichting mee moet groeien.
De bastcellen worden door de later gevormde cellen steeds verder naar buiten gedrukt, sterven af en vormen zo de buitenste laag, bekend als schors of korst.
Bij de berk en de plataan zien we duidelijk hoe deze laag op den duur los komt van de bast en dan in grote stukken afvalt. Bij andere boomsoorten is deze buitenlaag gescheurd, omdat ze de diktegroei van de boom niet kan volgen (eik, grove den).
Groeiringen, stralen, stippels, vaten, etc.:
Groei(jaar)ringen:
De vorming van houtcellen gaat in een gematigd klimaat als het onze niet met een constante snelheid, maar in perioden met de jaargetijden. In tropische streken kan deze groeisnelheid b.v. door de regenval worden beďnvloed.In de zomer en het najaar zijn de dan gevormde cellen kleiner en is het hout dus vaster, harder en donkerder.
Zo vormen zich dus concentrische ringen, bekend als groei- en/of jaarringen.
Op het kopse hout kunnen we, vooral bij de naaldhoutsoorten, de groeiringen goed onderscheiden.
Ook op het langshout wisselt het lichte vroeghout het donkere laathout af.
Op het tangentiale vlak zien we vlammen en op het radiale vlak evenwijdige banden.
Doordat oudere bomen smallere groeiringen gaan vormen, zien wij dat het spintgedeelte daar smaller is dan bij jonge exemplaren.
Een volwassen boom zal daarom ook relatief meer goed bruikbaar kernhout opleveren.
Stralen:
Voedselopslagweefsels (parenchymweefsel) dienen ter bewaring van het reservevoedsel. Men onderscheidt ze in straal -en langsparenchym.Langsparenchym vindt men in de lengterichting van het hout, dus in de vezelrichting.
Straalparenchym vindt men loodrecht op de richting van de houtdraad. Deze vezelbundels worden (hout)stralen genoemd.
Omdat zij de samenhang van het hout bevorderen, hebben zij een gunstige invloed op de sterkte van het hout.
Deze stralen hebben mede tot gevolg dat het hout in radiale richting veel makkelijker splijtbaar is dan in tangentiale richting. In het laatste geval moeten de stralen namelijk worden doorgesneden.
Bij de loofhoutsoorten eiken en beuken zijn zij zeer goed waar te nemen. Op het kopse hout als radiaal verlopende strepen en op het langshout in het tangentiale vlak als verticale donkere streepjes. Op het radiale vlak ook wel spiegels genoemd.
Stippels:
Verder zien we het verschijnsel dat het protoplasma, in de groeifase tijdens de celwandverdikking, zich niet overal tegen de oorspronkelijke celwand terugtrekt,waardoor open gedeelten blijven bestaan,Dit zijn de z.g. stippels.
Zij scheppen de mogelijkheid om celvocht van de ene naar de andere cel te transporteren.
Deze stippels zijn met het blote oog niet te zien.
De stippels kan men onderverdelen in gewone stippels en hofstippels.
Een hofstippel bevat een plaatselijke verwijding, de hof, dit in tegenstelling tot de, gewone stippel. De hofstippels werken als een soort ventiel; Als de stippel niet gesloten is, kan stofwisseling plaatsvinden door een van fijne spleetjes voorziene ring om de z.g. torus.
Vaten:
Het verschil tussen loofhout en naaldhout is vooral gelegen in een verschil in functieverdeling van de weefsels.Loofhout heeft namelijk een streng doorgevoerde functieverdeling, d.w.z.
- steun wordt geleverd door de libríformweefsels;
- watertransport geschiedt door de vaten of tracheeën;
Bij naaldhout is dat anders.
- hierin worden steun en transport namelijk gezamenlijk verzorgd door één en hetzelfde weefsel, de vezeltracheďden;
Voor de houtherkenning is dit een mooi middel om naaldhout van loofhout te onderscheiden, nl.:
- naaldhout: geen vaten en dunne houtstralen;
- loofhout: wel vaten en dikke duidelijke stralen.
De vatwijdte (het aantal_vaten per cm2 kopshout) en de vatgroepering (de wijze waarop de vaten in het hout verdeeld zijn) zijn kenmerken om een bepaalde loofhoutsoort te herkennen.
We onderscheiden verspreidporig hout, waarbij de vaten gelijk over het hout verdeeld zijn , en (k)ringporig hout, waarbij de vaten zich in hoofdzaak in het vroeghout bevinden.
Harsgangen:
Bij het naaldhout vinden we geen vaten, maar harsgangen, axiaal en radiaal lopende kanalen tussen de cellen uitgespaard, gevuld met hars.Deze hars zit min of meer onder spanning in het hout, zodat dit bij een eventuele beschadiging van het hout naar buiten treedt en de wond zo beschermt.
Onder een harszak verstaan wij een met hars gevulde holte in het hout.
Een harsgang is een normaal houtdeel; een harszak is een afwijking, meestal ontstaan door een beschadiging
van het nog levende hout.
De structuur van hout:
Onder de structuur verstaan we de onderlinge groepering, het verloop en de grootte van de weefsels, waaruit het hout is opgebouwd. Tijdens de bewerking ervaren wij de structuur van het hout, waardoor dit lastig of gemakkelijk bewerkbaar is, terwijl ook de tekening van het geschaafde hout en de sterkte door deze structuur worden beďnvloed.Natuurkundige eigenschappen:
Het vochtopnemend vermogen:
Het in het hout aanwezige water is in twee delen te splitsen, te weten:- vocht, dat in de celwand is geabsorbeerd (het z.g. imbibitiewater), en
- vocht, dat als vrij water in de holten van het hout geborgen is.
Als de lucht geheel met water verzadigd is, dan zal bij het instellen van dit evenwicht de celwand ook verzadigd zijn, zonder dat zich echter vrij water in het hout kan afzetten.
Het houtvochtgehalte, waarbij dit evenwicht is bereikt, wordt het vezelverzadigingspunt of imbibitiemaximum genoemd.
Wordt nu dit hout in het water gelegd of met water overgoten dan zal zich pas vrij water in het hout gaan afzetten.
zie verband tussen RV en evenwichtsvochtgehalte (cursus binnenhuismaterialen (LOI 1977))
Hout dat bij droging beneden het vezelverzadigingspunt komt gaat krimpen.
- De celwand is in hoofdzaak opgebouwd uit langgerekte cellulose moleculen en lignine.
- Het in de celwand aanwezige vocht zit tussen deze lange moleculen in en bij verdamping zullen deze moleculen naar elkaar toekomen.
Hout krimpt, en zwelt daarom hoofdzakelijk in richtingen loodrecht op de 'draad'.
De lengte-krimp (zwelling) is meestal zeer gering, en wordt in de praktijk afhankelijk van de houtsoort meestal verwaarloosd.
Nu zal het hout steeds een zekere traagheid bezitten, d.w.z. het zal enige tijd duren voordat het hout zich volkomen aan het veranderde luchtvochtgehalte heeft aangepast. In het algemeen zal bij dichte houtsoorten deze wijziging langzamer verlopen. Dit en de vertragende werking van de verf-of vernislaag zullen de gevolgen van het wisselend luchtvocht gehalte aanzienlijk verzachten.
In het handelsverkeer zal men in de regel uitgaan van een houtvochtgehalte van gemiddeld 20%.
Dit betekent dat men bij toepassing in bijvoorbeeld een droog binnenklimaat rekening moet houden met enige krimp.
Indien een ander houtvochtgehalte wordt gewenst, dient men dit vooraf af te spreken.
Om een vochtgehalte van 16% of lager te bereiken, moet het hout kunstmatig worden gedroogd.
Dit brengt uiteraard kosten met zich mee, zodat het vaak voordeliger is bij het ontwerp met genoemde krimp rekening te houden.
Structuurafwijkingen, als warrige plekken, sterk draadverloop, groeistoringen etc., kunnen een verstoring van de normale krimp, zwelling en werking veroorzaken. Het gevolg hiervan kan zijn een neiging tot krom-of scheluwtrekken van het hout.
De brandbaarheid:
De brandbaarheid van hout verschilt per houtsoort. Zwaardere houtsoorten zijn in dit opzicht gunstiger dan de lichtere.Onvolkomenheden:
Onvolkomenheden zijn gebreken die onder meer ontstaan door plaatselijke vergroeiingen, verwondingen en zelfs door normale groei,waardoor soms de waarde van het hout kan verminderen.
Soms zijn de onvolkomenheden een nadeel, zodat voor constructiehout keuring altijd noodzakelijk is.
Anderzijds kunnen ze voor bepaalde doeleinden, b.v. verlevendiging van het uiterlijk, ook een voordeel zijn.
De meest voorkomende onvolkomenheden zijn:
Scheuren:
Scheuren ontstaan door de aanwezigheid van spanningen in het vers gevelde rondhout en de krimp tijdens het drogen daarna. Zij benadelen de sterkte en het uiterlijk en vormen invalspoorten voor aantastingen door insekten en schimmels.Te onderscheiden zijn:
Scheuren die reeds aanwezig zijn of ontstaan in het rondhout en scheuren die (na het verzagen van rondhout) in het gezaagde hout ontstaan.
- droogscheuren, naar het hart gericht en naar het hart toe nauwer wordend.
Zij ontstaan ten gevolge van een sterke krimp van het buitenste hout. In hout met besloten hart zijn ze niet te vermijden; - windscheuren, als droogscheuren, maar minder diep;
- hartscheuren, yan het hart uit nauwer wordend, t.g.v. sterke krimp van het hout om het hart,
t.g.v. spanningen, die reeds in de nog levende boom aanwezig waren; - kring-of ringscheuren, volgens een jaarring verlopend.
Deze ontstaan b.v. bij een excentrische bladkroon, die bij wind gaat draaien en dan wringing in de stam veroorzaakt. - loshartigheid; kringscheuren in de nabijheid van het hart. Dit ontstaat meestal door te snel drogen.
- kopscheuren, aan het uiteinde van het hout, t.g.v. een sterke krimp daar ter plaatse door te snelle droging;
- vorstscheur. Een scheur díe in de levende boom is ontstaan door spanningen in de buitenste houtlagen ten gevolge van vorst.
Kwasten:
Een kwast of noest is het gedeelte van een tak dat met de stam is vergroeid, dan wel dat door de stam is overgroeid.Indien kwasten gezond zíjn, is er sprake van een onvolkomenheid, maar geenszins van een gebrek, omdat ze dan vast in het hout zitten.
Rondom de kwasten is het hout, vaak warrig, waardoor een gladde afwerking wordt bemoeilijkt.
Veel en grote kwasten verminderen de sterkte van het hout, en zijn in constructiehout niet gewenst.
We onderscheiden:
- vaste kwasten van levende takken, welke geheel met het hout van de stam is vergroeid;
- losse kwasten van tijdens de groei van de boom gestorven takken, waarbij de groeiringen van de stam niet in de tak doorgaan;
- schietkwasten;
Dit zijn in hun lengterichting doorgezaagde niet doorgaande kwasten,die we in kwartier gezaagd hout kunnen aantreffen.
Ze liggen soms los en zijn slechts gedeeltelijk zichtbaar. - pijpkwasten;
Dit zijn doorgaande schietkwasten over de volle breedte van het hout. Ook deze kunnen losliggen. - kruiskwasten;
Deze ontstaan bij naaldhout ter plaatse van een takkrans. - pitten.
Dit zijn kwastjes, kleiner dan 5 mm. - paardepoot;
Dit is een overblijfsel van grote kwasten, waarover soms weer hout en schors gegroeid zijn en komt vooral voor bij eiken.
Runwas:
Door plaatselijke verwondingen en scheuren kan de schors naar binnen groeien en in de stam achter blijven.Dubbelhart:
Het komt voor, dat zich in een stam twee harten bevinden. Dit ontstaat ter plaatse van de inplant van een zware tak aan een stam en ook wel als twee bomen zo dicht op elkaar groeien, dat ze in de loop der tijd één stam hebben gevormd.Warrigheid:
Het hout is warrig als plaatselijk de vezels verschillende richtingen hebben. Rondom kwasten komt dit veel voor.Draaigroei:
Draaigroei is een storing, ontstaan tijdens de groei, doordat de vezels als een spiraal om het hart groeien.Hierdoor ontstaan ondermeer scheluw trekkende delen en planken.
Overgroeid spint:
Indien plaatselijk spint in het kernhout groeit zonder dat het in kernhout overgaat, spreekt men van overgroeid spintKalknesten en kalkgangen:
Een veel bij teak voorkomend verschijnsel zijn de z.g. kalknesten en kalkgangen.Deze verminderen de samenhang van het hout.
Harsgangen:
Harsgangen komen veel-voor bij vurehout. Door uitlopen of uitzweten kunnen ze moeilijkheden geven bij verfwerk.Groeistoring:
Groeistoring doet zich voor als een groeitop beschadigd wordt en een andere top, vlak naast de bestaande, de verdere groei overneemt. Ter plaatse van de beschadiging ontstaat dan warrigheid.Kruisdradigheid:
Kruisdradigheid is een onvolkomenheid die veel bij tropische houtsoorten voorkomt. De vezelbundels zijn afwissellend in de ene groeiperiode linksom en in de andere groeiperiode rechtsom spiraalvormig om het hart gegroeid.Druk-en trekhout:
Door eenzijdige belasting van een boom tijdens zijn groei, b.v. als deze op. een helling groeit of als hij veel is blootgesteld aan een steeds uit dezelfde richting waaiende wind, ontstaat het z.g. reactiehout.Bij naaldhout noemt men dit "drukhout" en bij loofhout "trekhout".
Drukhout vormt zich aan de van de wind afgekeerde zijde en vertoont aan die zijde zeer brede groeiringen, met een overvloed van zomerhout.
Trekhout bevindt zich daarentegen aan de windzijde van onder belasting staande bomen.
Ook hier vindt men aan die zijde hout dat brede groeiringen vertoont, bestaande uit hard najaarshout.
Zowel het druk- als het trekhout dient om de boom tegen overhellen te behoeden.
Het gezaagde hout vertoont hierdoor vaak een onregelmatige lengtekrimp, scheluwtrekking, scheuren en doorgaans een excentrisch gelegen hart.
Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:
dd: 16-02-2015
extra informatie behorende bij: | Natuurkundige eigenschappen (Het vochtopnemend vermogen): |