De ce crapă, se curbează și se răsucește lemnul: defectele de uscare explicate și cum le previne o fabrică

De ce crapă, se curbează și se răsucește lemnul la uscare

Orice defect de uscare începe cu contragerea. Lemnul nu se contractă cât timp pierde apa liberă din golurile celulelor; începe să se contracte când pereții celulari coboară sub punctul de saturație a fibrei, la circa 30% umiditate. De aici se contractă de circa două ori mai mult de-a lungul inelelor anuale (tangențial) decât perpendicular pe ele (radial) și aproape deloc de-a lungul fibrei.⁴ Aceste diferențe, între direcții și între exteriorul și interiorul scândurii, sunt cele care o crapă și o deformează.

Coaja și miezul: inversarea tensiunilor din spatele majorității defectelor

La începutul uscării, stratul exterior al scândurii, coaja, coboară în câteva ore sub punctul de saturație a fibrei și încearcă să se contracte. Miezul umed nu se contractă încă și o reține. Coaja este deci întinsă, iar miezul comprimat. La stejarul de 50 mm uscat după un regim standard, întinderea din coajă atinge maximul după circa cinci zile.²

Dacă coaja este întinsă peste limita ei elastică, se usucă rămânând permanent alungită: așa-numita deformare remanentă la întindere. Dacă tracțiunea depășește rezistența lemnului, acesta se rupe: apare o crăpătură. Mai târziu, când miezul se usucă și vrea să se contracte, coaja prea mare îl împiedică. Tensiunile se inversează: coaja ajunge comprimată, iar miezul întins. Această întindere târzie a miezului poate deschide crăpături interne.^1,2 FPL compară fenomenul cu un elastic ținut prea mult întins, care nu mai revine la dimensiunea inițială.²

Cele patru etape ale uscării și defectele lor

Manualul FPL de uscare a foioaselor împarte uscarea în patru etape, fiecare cu defectele ei tipice. Etapele sunt un instrument didactic, nu limite nete, dar explică momentul în care se produce fiecare problemă și momentul în care doar devine vizibilă.²

Lecția practică: cele mai importante ore ale unei șarje sunt primele. Crăpăturile se formează doar în etapa I; etapele următoare le pot doar agrava. La stejarul roșu, etapa critică ține de la starea verde până la circa 50% umiditate, la stejarul alb până la circa 45%.² Cum tratează regimurile de uscare acest lucru explicăm în articolul despre uscarea naturală și uscarea în uscător.

Crăpături, despicături și crăpături interne

Crăpăturile de uscare sunt fisuri care se deschid în timpul uscării. Locul în care apar spune când s-au format și de ce.

Crăpăturile de suprafață

Crăpăturile de suprafață apar pe fețele scândurilor, aproape întotdeauna pe fețele tangențiale, pentru că legătura dintre razele medulare și fibrele lungi este slabă, iar forțele de contragere tangențiale sunt cele mai mari. Stejarul, cu razele lui mari, este deosebit de sensibil.² Multe crăpături de suprafață se închid din nou mai târziu și sunt invizibile pe cheresteaua uscată nerindeluită; reapar abia după rindeluire. Dacă o crăpătură conține murdărie sau pete, ea a fost deschisă în timpul uscării naturale.²

Cauza este întotdeauna o uscare prea rapidă la început: aer prea uscat, prea rapid, sau amândouă. Câteva ore de condiții prea dure sunt suficiente.² Limitele FPL pentru prima etapă a uscării în uscător sunt prudente:

• Temperatura inițială pe termometrul uscat de cel mult 43 °C, iar pentru speciile sau grosimile critice 38–41 °C.
• Viteza aerului de cel mult 1,9 m/s în primele etape.
• Umiditatea relativă nu sub 87% în etapa I, cu excepția cazului în care viteza aerului este mult sub 1,9 m/s.
• Cel puțin zece probe de control pregătite corect pe șarjă, cu viteza zilnică de uscare comparată cu limita speciei.²

Contează și curtea, și pânza. Soarele direct și vântul puternic, pe vreme caldă sau uscată, pot crăpa duramenul de stejar și fag de 25 mm, așa că cheresteaua sensibilă trebuie ținută sub acoperiș dacă stă expusă o oră sau mai mult.² O pânză tocită rupe suprafața și favorizează crăpăturile: într-un experiment FPL, stejarul roșu rindeluit înainte de uscare a avut de 18 ori mai puține crăpături decât scândurile nerindeluite.²

Crăpăturile și despicăturile de la capete și de ce merită protejate capetele

Umiditatea circulă de-a lungul fibrei de 10–15 ori mai repede decât transversal, așa că la scânduri și bușteni capetele se usucă primele și crapă primele.¹ Crăpăturile severe de la capete devin despicături, iar crăpăturile interne pe care le provoacă pot pătrunde până la 0,6 m în scândură.² Cea mai eficientă apărare este un strat de protecție rezistent la apă, aplicat pe capetele proaspăt tăiate ale buștenilor sau ale scândurilor.^1,2

Datele FPL arată atât cât de bine funcționează protecția, cât și cât de repede se pierde efectul ei. Într-o vară în Wisconsin, lungimea despicăturilor de la capetele neprotejate ale buștenilor de stejar roșu a crescut de la circa 11 mm după două săptămâni la circa 156 mm după douăsprezece, în timp ce capetele protejate au rămas practic fără despicături.² La stejarul roșu de 25–32 mm uscat natural, protecția aplicată pe capete proaspăt tăiate a lăsat 62% dintre capete cu crăpături de cel mult 25 mm; o așteptare de trei zile a redus ponderea la 22%, iar una de zece zile la 16%.²

Ajută și alte măsuri: capetele stivei aliniate, un rând de șipci la sau lângă capetele scândurilor și, în uscător, stivele așezate cap la cap, ca aerul să nu treacă pe lângă capete.²

Crăpăturile interne („în fagure”), descoperite la tăiere

Crăpătura internă este o fisură în interiorul scândurii, transversală pe inelele anuale. Se formează târziu în uscare, când miezul este întins, de regulă dacă miezul este încă destul de umed în timp ce temperaturile sunt ridicate prea mult și prea mult timp.¹ Crăpăturile interne spontane sunt rare: cele mai multe sunt crăpături de suprafață sau de capăt care s-au adâncit.² Rareori se văd la suprafață. De obicei sunt descoperite abia la retezare, spintecare, rindeluire puternică sau frezare, ceea ce le face unul dintre cele mai scumpe defecte pentru un producător de componente.^1,2

Regulile FPL împotriva lor: preveniți de la început crăpăturile de suprafață și de capăt, uscați blând, la umiditate mare și temperatură moderată, lemnul deja crăpat și fiți prudenți la ridicarea temperaturii pentru cheresteaua groasă cât timp miezul are peste circa 28% umiditate.²

Colapsul, inimile stelate și desprinderile între inele

Colapsul este turtirea celulelor lemnului. Colapsul sever se vede ca ondulații, o suprafață „ca o tablă de spălat”; cel ușor arată doar ca o contragere excesivă pe grosime. Apare când lemn foarte umed este uscat repede, iar temperaturile mari îl favorizează.^1,2 Este rar la majoritatea foioaselor, dar lemnul infectat bacterian, numit lemn umed bacterian („wetwood”), este predispus: pentru mai mulți stejari americani FPL indică colapsul, desprinderea între inele și crăpăturile interne ca defecte tipice ale acestui lemn.²

Desprinderea între inele (inimă inelară) este o separare de-a lungul inelelor anuale. Este aproape întotdeauna legată de slăbirea bacteriană a lemnului în arborele pe picior sau uneori de vânturi puternice, iar tensiunile de uscare sunt rareori destul de mari ca s-o producă. În uscător se poate face puțin, în afară de sortarea buștenilor afectați.²

Cementarea lemnului și proba furcii

Cementarea este deformarea remanentă descrisă mai sus, rămasă blocată în lemn la sfârșitul uscării. Scândura arată perfect, dar coaja și miezul se luptă între ele. De îndată ce echilibrul este stricat prin respintecare sau spintecare, piesele se curbează sau tăietura se strânge și prinde pânza. FPL leagă tensiunile reziduale și de despicăturile la rindeluire și de încleierile slabe.²

Tensiunile se elimină prin condiționare la finalul uscării: umiditatea de echilibru a aerului din uscător se ridică pentru scurt timp la circa umiditatea țintă plus 4 puncte, la aproximativ 82 °C, astfel încât coaja să preia înapoi umiditate și să se relaxeze.² Articolul despre uscare descrie egalizarea și condiționarea pas cu pas.

Verificarea se face cu proba furcii. Dintr-o scândură se taie o secțiune transversală subțire, care se despică în „dinți”: trei dinți, cu cel din mijloc scos, pentru scândurile mai subțiri de circa 4 cm; șase dinți, cu al doilea și al cincilea scoși, pentru cele mai groase. Dacă dinții exteriori se strâng spre interior, tensiunile sunt încă prezente; la tensiuni moderate sau severe, dinții se ating.² Momentul contează. Un gradient de umiditate în dinți poate imita sau ascunde tensiunile, de aceea FPL recomandă ca lemnul să se răcească o zi sau două înainte de probă sau ca dinții tăiați să fie încălziți 15 secunde în cuptorul cu microunde, ca umiditatea lor să se egalizeze.²

Deformările: arcuire, curbură pe cant, răsucire și albiere

Deformarea este orice abatere a unei fețe sau a unui cant de la planeitate sau de la unghiul drept. Wood Handbook enumeră șase tipuri: arcuirea, curbura pe cant, răsucirea, albierea și deformările secțiunilor pătrate în oval sau în romb.¹ Deformările au două surse, diferențele dintre contragerea radială, tangențială și longitudinală și tensiunile de creștere din arbore, și sunt agravate de fibra neregulată, de lemnul juvenil și de lemnul de reacție.¹

Ce cauzează fiecare tip de deformare

• Arcuirea, o curbură pe lungime ca a unui schi, vine adesea dintr-o debitare care nu este paralelă cu coaja și dintr-o stivuire proastă: șipci nealiniate sau prea rare, șipci de grosimi diferite ori fundații denivelate.²
• Curbura pe cant (în formă de sabie) urmează inelelor anuale descentrate sau buștenilor curbi: un cant se contractă pe lungime mai mult decât celălalt.²
• Răsucirea, când colțurile unei fețe nu mai sunt în același plan, apare la lemnul cu fibră răsucită, ondulată, înclinată sau încrucișată.²
• Albierea, o curbură pe lățime, este tendința firească a scândurilor tangențiale. Partea dinspre coajă se contractă întotdeauna mai mult decât partea dinspre inimă, iar efectul crește cu cât scândura este tăiată mai aproape de măduvă.²

FPL observă că majoritatea deformărilor vin din caracteristicile lemnului, nu din greșeli de uscare. Tot ce reumezește suprafața în timpul uscării le agravează: aburul pulverizat pe lemnul rece la pornire, ciclurile de inversare a ventilatoarelor mai lungi de două ore sau regimurile prea umede pentru lemnul parțial uscat.²

De ce se albiesc stejarul și fagul tangențial: raportul tangențial/radial

Raportul dintre mișcarea tangențială și cea radială este un bun indicator al tendinței unei specii de a se albi. Pentru speciile europene, Institutul Bavarez de Silvicultură indică circa 2,2 la stejar și 2,1 la fag, față de 1,8 la frasin și circa 1,6 la tei.^3,5

De aceea scândurile debitate radial, cu fețele late perpendiculare pe inele, se albiesc, crapă la suprafață și se despică mai puțin la uscare și în exploatare.² Alegerea se face la gater, cu un cost în randament, cum explicăm în articolul despre debitarea tangențială, radială și semiradială.

Stivuirea care ține scândurile drepte

Șipcile și traversele lucrează împreună ca să țină cheresteaua dreaptă cât se usucă.² Recomandările FPL:

• Grosimea șipcilor. De obicei 19 mm și, mai ales, uniformă: șipcile inegale produc deformări. Fiecare 3 mm în plus la grosimea șipcilor reduc capacitatea uscătorului cu circa 7%.
• Distanța dintre șipci. La 30–46 cm pentru calitățile superioare de foioase de 25–38 mm, circa 30 cm pentru calitățile inferioare și speciile predispuse la deformare, iar 60 cm este de regulă acceptabil pentru cheresteaua mai groasă de 38 mm. Adăugați șipci la cel mult 30 cm de capetele stivei când lungimile sunt inegale.
• Alinierea. Șipcile pe aceeași verticală, cu o traversă sub fiecare coloană de șipci și fundații la nivel.
• Greutatea. Circa 7 kPa pe partea de sus a șarjei, echivalentul a vreo 25 cm de beton, țin sub control o parte din deformări, deși la foioase greutățile se folosesc rar.²

Colorațiile: pete care apar după rindeluire

Defectele de culoare contează mai ales la lemnul deschis la culoare și la stejarul finisat transparent. Unele sunt chimice, altele produse de ciuperci, iar mai multe rămân ascunse până la rindeluirea suprafeței.^1,2

Petele de tanat de fier din stejar

Stejarul este bogat în taninuri. Taninul, apa și fierul reacționează și formează tanat de fier, de culoare albastru-negru. Cea mai rea sursă este condensul care picură de pe piese ruginite din uscător sau de pe conducte de abur care nu se scurg; cu o sursă constantă de fier și apă, pata poate pătrunde peste 13 mm în lemn. Furcile stivuitoarelor, rolele metalice, banda de oțel și pilitura de la pânze pătează și ele, dar rareori mai adânc de 0,4 mm.² Prevenirea înseamnă eliminarea fierului și înclinarea conductelor de abur astfel încât apa să se scurgă. Acidul oxalic îndepărtează pata atât de pe lemnul verde, cât și de pe cel uscat.²

„Umbra” șipcilor și colorația chimică cenușie

Pata de la șipci, numită și „umbra” șipcilor, este o bandă de lemn mai închis sau mai deschis la culoare, de-a curmezișul scândurii, acolo unde a stat o șipcă. De obicei se vede abia după rindeluire.² În ciuda numelui, ciupercile sunt rareori implicate, iar șipcile nu o provoacă: FPL o atribuie oxidării unor substanțe naturale din lemn, declanșată de o uscare lentă, probabil sub 5 puncte de umiditate pe zi, la 10–54 °C, cât timp lemnul are peste 40% umiditate.² Înrudite sunt cenușirea interioară, observată mai ales la paltin, sâmbovină, stejarii din sudul SUA și frasin, și pata maro „de cafea”, mai ales la stejarul alb.² O colorație cenușiu-maronie profundă poate apărea la multe foioase dacă uscarea inițială este prea lentă sau prima temperatură din uscător prea mare.¹

Remediul este viteza la început. Lista FPL include: bușteni depozitați mai puțin de două săptămâni pe vreme caldă, cheresteaua stivuită în cel mult 12 ore de la debitare, șipci uscate, la 8–10% umiditate, șipci canelate, stive ferite de ploaie, viteză mare a aerului pentru lemnul deschis la culoare și temperaturi în uscător de cel mult 71 °C, cu excepția egalizării și condiționării.²

Albăstreala și mucegaiul

Albăstreala este o ciupercă ce crește în alburnul umed când uscarea este prea lentă, mai ales vara; culoarea ei este chiar culoarea ciupercii. Nu slăbește lemnul, dar strică suprafețele finisate transparent. Mucegaiurile trăiesc pe murdărie și praf, nu pe lemn. Amândouă se țin sub control printr-o uscare suficient de rapidă. Temperaturile peste 54 °C opresc și ele ciupercile, dar o asemenea căldură este prea severă pentru multe specii cât timp sunt încă umede.^1,2

Cât costă defectele de uscare

FPL numește defectele de uscare adesea cel mai costisitor element al uscării cherestelei de foioase.² Cifrele citate cel mai des sunt vechi, dar grăitoare: într-un studiu din Pennsylvania pe cherestea de 25–32 mm de calitatea No. 1 Common uscată natural în curți deschise obișnuite, pierderile de valoare au fost de 6% la mesteacănul galben, 8% la teiul american, 13% la stejarul roșu, 14% la paltinul de zahăr și 15% la stejarul alb, fără a socoti contragerea.² Nu am găsit o cifră modernă comparabilă pentru speciile europene.

Pierderile nu se opresc la uscător. FPL estimează că probabil 90% din defectele de prelucrare și încleiere, de la fibra scămoșată la rosturile deschise, pot fi eliminate printr-o uscare corectă și fixează ținta pentru umiditatea finală la umiditatea de echilibru a locului de folosire, plus-minus 2 puncte.² Articolul despre umiditatea lemnului și umiditatea de echilibru explică cum se stabilește această țintă.

Defectele de uscare pe scurt: cauze și prevenire

Cum prevenim defectele de uscare la SARAL

Cum verificați un lot de cherestea uscată în uscător

1. Uitați-vă la capete. Crăpăturile și despicăturile de la capete se văd imediat. Despicăturile lungi pornite de la capete ascund adesea crăpături interne mai în adânc.
2. Rindeluiți câteva scânduri. Crăpăturile de suprafață, „umbra” șipcilor și colorația chimică cenușie se văd adesea abia după rindeluire. O probă luată din mijlocul pachetelor se rindeluiește în câteva minute.
3. Retezați o scândură de probă. O tăietură departe de capăt arată eventualele crăpături interne și vă dă secțiunea pentru proba furcii.
4. Faceți proba furcii dacă veți respinteca sau spinteca lemnul. Lăsați secțiunea să se stabilizeze înainte de a citi rezultatul.
5. Măsurați umiditatea la cel puțin 10% din piese și comparați-o cu ținta și toleranța convenite.
6. Verificați planeitatea câtorva scânduri (arcuire, curbură pe cant, răsucire, albiere) și căutați urme închise la culoare acolo unde banda de oțel sau furcile au atins stejarul.
7. Cereți fișa uscării: regimul, umiditatea finală a probelor de control și confirmarea că șarja a fost egalizată și condiționată.

Întrebări frecvente

De ce crapă lemnul când se usucă?

Pentru că suprafața se usucă și se contractă înaintea interiorului. Miezul umed reține suprafața care se contractă, iar aceasta ajunge întinsă; dacă întinderea depășește rezistența lemnului perpendicular pe fibră, lemnul crapă. Capetele crapă primele, pentru că umiditatea iese de-a lungul fibrei de 10–15 ori mai repede decât transversal.¹

Care este diferența dintre crăpătură și despicătură?

Crăpătura de uscare este o separare de-a lungul fibrei care se formează la uscare, la suprafață, la capăt sau în interiorul scândurii. Despicătura trece prin piesă de pe o față pe cealaltă, de obicei pornind de la un capăt. Crăpăturile severe de la capete devin despicături; crăpăturile de suprafață adânci pot deveni crăpături interne.²

Cum se usucă stejarul fără crăpături?

Feriți-l de soare și vânt din momentul debitării, protejați capetele imediat, stivuiți-l pe șipci uniforme și uscați-l încet la început: după recomandările FPL, o pornire în uscător la cel mult 43 °C și cel puțin 87% umiditate relativă, cu viteză moderată a aerului, până când lemnul pierde o treime din apă.² Stejarul debitat radial crapă mai puțin decât cel tangențial.

Ce lemn crapă cel mai puțin la uscare?

Cele mai iertătoare sunt speciile cu contragere moderată, cu un raport mic între contragerea tangențială și cea radială și fără raze medulare mari. Dintre foioasele europene, teiul (circa 1,6) și frasinul (1,8) sunt mai blânde decât stejarul (2,2) și fagul (2,1).^3,5 În cadrul oricărei specii, scândurile radiale crapă și se albiesc mai puțin decât cele tangențiale.²