Laboratorní cvičení #5

nebo jiným sníma-
čem deformací s přesností alespoň
0,01 mm.
Ve zkoušce pokračujeme až do viditel-
ného překročení konvenční meze pev-
nosti.
Deformaci dřeva způsobenou tlakem na
část plochy zkušebního tělesa znázor-
níme v diagramu „zatížení-deformace“.
Na křivce vyhledáme dotykový bod P
tečny t tak, aby tangens úhlu γ, který
svírá tečna s osou zatížení, byl 1,5×
větší než tangens úhlu β, který svírá s
osou zatížení přímková část křivky
(obrázek 4.5). Postup je následující:
a) lineární částí diagramu proložíme
přímku p, která protne libovolně
zvolenou svislici pod úhlem β
v bodě A;
b) graficky sestrojíme podmínku
tg γ = 1,5× tg β tak, že z libovolného bodu B na zvolené svislé ose vztyčíme
kolmici, která protne p v bodě C. Polovinu vzdálenosti ⎟BC⎟ přeneseme do
bodu D. Spojnice AD ≅ ť svírá hledaný úhel γ .

Rovnoběžně s ť vedeme tečnu k pracovnímu diagramu t, jejíž průsečík P
s přímkou p má svislou souřadnici rovnu hledanému zatížení F v N.
4.8.3 Měřené veličiny a výpočet
a je šířka zkušebního tělesa v mm;
18 je hodnota účinné šířky ocelového hranolu v mm;
F je zatížení odpovídající dohodnuté mezi pevnosti ve směru tangenciál-
ním (t)
nebo ve směru radiálním (r), v N;
W je vlhkost zkušebního tělesa;
α je opravný vlhkostní koeficient stejný pro všechny dřeviny, α = 0,035.
Konvenční mez pevnosti v tlaku napříč vláken σ
kW
v MPa ve směru tangenci-
álním nebo radiálním vypočteme podle
σ
tr
kW
F
a
()
=
⋅18
(4.7)
Zjištěná konvenční mez pevnosti σ
kW
se přepočítává pro vlhkost 12% na σ
k12

v MPa podle vzorce
[
]σσ α
kkW
(W
12
1=+⋅−)12 (4.8)
- 25 (44) -
=NRXãHQtG
HYD

4.8.4 Vyhodnocení
Vypočtenou hodnota zaokrouhlete na 0,1 MPa.
4.9 Rázová houževnatost v ohybu
Houževnatost dřeva je schopnost odolávat dynamickému (rázovému) namáhání
ohybem.
4.9.1 Podstata zkoušky
Podstatou metody je zjištění energie potřebné k porušení tělesa při působení
dynamického zatížení v ohybu. Rázovou houževnatost vypočítáme z poměru
energie a příčných rozměrů zkušebního tělesa.
4.9.2 Zkušební zařízení a pomůcky
− posuvné měřítko;
− rázové kyvadlové kladivo CHARPY.
4.9.3 Zkušební postup
Zkušební tělesa mají tvar pravo-
úhlého hranolu se základnou 20×20
(mm), délka podél vláken je
300 mm. Jedna boční hrana zku-
šebního tělesa musí být v radiální,
druhá v tangenciální rovině.
Ve středu délky zkušebního tělesa
změříme šířku v radiálním a výšku
v tangenciálním směru s přesností
0,1 mm. Vlastní zkoušku provede-
me kyvadlovým kladivem Charpy,
které pracuje na principu změny
polohové potenciální energie
v kinetickou (obrázek 4.6). Vzorek
umístíme do přístroje umístí tak,
aby byl porušen jediným úderem
kladiva na radiální povrch (při tangenciálním ohybu). Nastavíme počáteční
polohovou energii zafixováním kladiva pod úhlem počátečního vychýlení.
Kladivo po uvolnění jediným úderem poruší zkoušený vzorek. Na úchylkomě-
ru přístroje pomocí vlečného ukazatele odečteme velikost úhlu překyvu po pře-
ražení vzorku.

Obrázek 4.6 Schéma Charpyho kyvadla

Stavební látky - laboratorní cvičení 2
4.9.4 Měřené veličiny a výpočet
b, h jsou rozměry zkušebního tělesa v radiálním a tangenciálním směru
v cm;
m je hmotnost kyvadla v kg (v našem případě m = 19,38 kg);
a je rameno kyvadla v m (v našem případě a = 0,80 m);
g je tíhové zrychlení (g = 9,80665 m/s
2
);
ϕ
1
je velikost úhlu vychýlení kyvadla pro počáteční polohu ve stupních;
ϕ
2
je velikost úhlu překyvu ve stupních;
W je vlhkost zkušebního tělesa;
α je opravný vlhkostní koeficient stejný pro všechny dřeviny, α = 0,02.
Práci Q v J potřebnou pro přeražení zkušebního vzorku určíme ze vztahu
Qqma( )=⋅⋅⋅ −cos cosϕ ϕ
21
(4.9)
Rázovou houževnatost A v J/cm při vlhkosti materiálu W v okamžiku
zkoušky vypočteme ze vztahu
W
2
A
Q
bh
W
=
⋅
(4.10)
Zjištěná rázová houževnatost A
W
se přepočítává pro vlhkost 12% na A
12
v J/cm
2

dle vztahu
[ ]AA (W
W12
11=+⋅−α )2 (4.11)
4.9.5 Vyhodnocení
Vypočtenou hodnotu rázové houževnatosti zaokrouhlete na 0,1 J/cm
2
.
Kontrolní otázky
1. Jaké znáte hlavní řezy dřevem?
2. Jaké jsou rozměry zkušebního tělesa u zkoušky pevnosti v tlaku ve smě-
ru vláken?
3. Jak se určuje konvenční mez pevnosti v tlaku napříč vláken?
4. Co je to rázová houževnatost v ohybu?

Korespondenční úkol
D/1 Kolik m
3
dřeva při vlhkosti W = 28% můžeme naložit na automobilový
přívěs nosnosti 8 tun, když objemová hmotnost suchého dřeva ρ
W=0
=
500 kg/m
3
.
( klíč: 640 kg/m
3
, 12,5 m
3
)
D/2 Určete objemovou hmotnost vzorku dřeva rozměrů 20 × 20 × 30 mm
v suchém stavu ρ
W=0
, je-li při vlhkosti W = 10% jeho hmotnost m
W=10%
= 8,184 g.
(klíč: 7,44g, 620 kg m
-3
)
- 27 (44) -
=NRXãHQtG
HYD

D/3 Lineární bobtnání dřeva je ve směru vláken a
a

max
= 0,1%,
v tangenciálním směru a
t

max
= 12%. Z vysušeného dřeva byla vysklá-
dána plocha A = 3 x 3 m. Vypočtěte o kolik m2 se plocha A zvětší na-
sycením dřeva vodou. (klíč: 3,003 m, 3,360 m, 1,09 m
2
).
D/4 Na desky ze smrkového dřeva o rozměrech 3000 × 150 × 25 mm při
vlhkosti W = 15% napršelo. Po dešti byla zjištěna vlhkost materiálu W
= 25%. Jak se změnily rozměry desek, jestliže součinitelé bobtnání na
1% stupeň vlhkosti v rozsahu (15 - 30)% pro měkké dřevo jsou a
a
=
0,02% ve směru vláken, a
t
= 0,24% v tangenciálním a a
r
= 0,12%
v radiálním směru. (klíč: 3006 mm, 153,6 mm, 25,3 mm)


5 Zkoušení polymerů
5.1 Cíle
Cílem kapitoly je provést některé zkoušky mechanických vlastností a základní
identifikační zkoušky vybraných druhů polymerů.
5.2 Doba potřebná ke studiu
Časová náročnost této kapitoly je 100 min.
5.3 Stanovení tahových vlastností folií z plastů a trubek
z termoplastů
Jedná se o dvě různé zkoušky s mnoha společnými znaky. Při zkouškách zjiš-
ťujeme chování folií a vzorků vyrobených z trubek při namáhaných jednoosým
tahem. Obvykle jakost folií i materiálu trubek posuzujeme podle meze pevnosti
v tahu (nebo meze kluzu) a podle tažnosti.
5.3.1 Princip zkoušky
Princip zkoušky spočívá v namáhání zkušebního tělesa tahem při stanovené
rychlosti deformace až do jeho přetržení za účelem určení mechanických vlast-
ností.
5.3.2 Zkušební zařízení a pomůcky
− posuvné měřítko;
− číselníkový úchylkoměr;
− ocelové milimetrové měřítko;
− podložka a nůž na dělení vzorků;

Stavební látky - laboratorní cvičení 2
=NRXãHQtSRO\PHU
$
− zkušební stroj o rozsahu do 1000 N s přípravkem na upnutí zkušebních
vzorků.
5.3.3 Postup při zkoušce fólií (ČSN EN ISO 527-3)
Zjistíme počáteční šířku vzorku b posuvným měřítkem s přesností 0,1 mm a
počáteční tloušťku d číselníkovým úchylkoměrem s přesností 0,01 mm. Zku-
šební těleso upneme do čelistí zkušebního stroje a na délkové stupnici stroje
odečteme hodnotu počáteční měřené délky L
o
. Upevnění tělesa do zkušebního
přípravku musí v co největší míře omezit možnost proklouznutí v čelistech.
Zkušební těleso zatěžujeme plynule bez rázů rovnoměrně narůstající tahovou
silou až do přetržení.
Na délkové stupnici stroje odečteme hodnotu konečné měřené délky L
u
. a na
siloměrné stupnici stroje zjistíme hodnotu největší dosažené síly při zkoušce F;
v případě použití mechanické trhačky se závažím odečteme hodnotu největší
dosažené hmotnosti závaží m.
5.3.4 Postup při zkoušce trubek t termoplastů
Zkušební těleso má tvar „osmičky“ (obrázek 5.1), jeho rozměry se řídí předmě-
tovou normou. Z dodané trubky vyřízneme podélné pásky, jejichž počet závisí
na rozměru trubky. Z nich připravíme zkušební tělesa buď vysekávacím nožem
nebo strojním obráběním. V obrobené části těles se vyznačí dvě kontrolní
rysky jako počáteční měřená délka L
o
. Pro zkoušky polymerů je velmi důležitá
teplota, takže tělesa se kondicionují při (23±2) °C.
Změříme nejmenší šířku b a tloušťku d tělesa mezi kontrolními ryskami
s přesností 0,01 mm a vypočteme počáteční průřez A. Zkušební těleso upneme
do čelistí stroje ve směru tahové síly a nastavíme předepsanou rychlost zkou-
šení. V našem případě hodnoty síly na mezi kluzu a měřené délky v okamžiku
přetržení zaznamenáme přímo. Při přetržení mimo kontrolní rysky těleso vyřa-
díme.
5.3.5 Měřené veličiny
b, d jsou šířka a tloušťka
zkušebního tělesa v mm;
A = b×d je počáteční
plocha průřezu v mm
2
;
L
o
je počáteční měřená
délka odečtená na
stupnici stroje nebo
mezi ryskami v mm;
6
115
33
15
L
o

Obrázek 5.1 Zkušební těleso z termoplastové
trubky
L
u
je konečná měřená
délka odečtená po přetržení
v mm;
m je největší hmotnost závaží v kg;
- 29 (44) -

F je síla na mezi kluzu nebo největší síla při zkoušce tahem v N;
F

= g×m = 9,81×m

5.3.6 Výpočet
Mez kluzu σ
y
v MPa nebo mez pevnosti v tahu σ
max
v MPa vypočítáme ze
vzorce
σ =
F
A
(5.1)
Tažnost ε v % vypočítáme ze vzorce
ε =
−
⋅
LL
L
uo
o
100 (5.2)
5.3.7 Zpracování výsledků zkoušky
Uveďte, zda jste počítali napětí na mezi kluzu nebo mez pevnosti v tahu.
V obou případech výsledky zaokrouhlete na tři platné číslice. Hodnotu tažnosti
zaokrouhlete na dvě platné číslice.
5.4 Identifikační zkoušky
5.4.1 Stanovení vnějších vlastností
Druh polymeru můžeme často snadno určit podle vnějších vlastností výrobku.
Posuzujeme:
• tvar (výlisek, fólie, vlákno, lehčená hmota);
• povrch (lesklý, matný, drsný, lepivý, voskový);
• zbarvení (barevný odstín, průhlednost);
• tvrdost (podle vrypu kovovým hrotem);
• soudržnost (houževnatost, křehkost, rozpad působením tlaku, vlhkosti).
5.4.2 Stanovení chování v plameni
Upřesnění poznatků o podstatě hmoty umožňuje její chování v teple, případně
při tepelném rozkladu ve zkumavce nebo při chemickém rozkladu v rozpouště-
dle. Velmi rychlá a průkazná je zkouška v nesvítivém plameni plynového ho-
řáku, do něhož se vloží odřezek hmoty v kleštích. Chování hmoty sledujeme
z hlediska:
• hořlavosti;
• barvy a charakteru plamene;
• barvy a zápachu dýmu;
• průvodních jevů.

Stavební látky - laboratorní cvičení 2
Chování některých polymerů může být výrazně ovlivněno obsahem plniv,
změkčovadel a jiných látek v základní hmotě. Některé monomery obsažené ve
splodinách hoření jsou zdraví škodlivé, a proto je třeba při zkoušce postupovat
opatrně a nadměrně nevdechovat vzniklý dým. Látky, jejichž splodiny jsou
jedovaté, nebudou ve cvičení zkoušeny. V tabulce 10.1 jsou uvedeny typické
znaky vybraných polymerů.
5.4.3 Provedení zkoušky
Uchopte do kleští neznámý vzorek polymeru a vložte ho do plamene až začne
hořet. Poté vzorek oddalte od plamene. Zapište si údaje o hoření polymeru a
podle tabulky 5.1 proveďte jeho identifikaci.
Zkrat
-ka
Název poly-
meru
Hořlavost
Barva a
charakter
plamene
Barva, zá-
pach a škod-
livost dýmu
Průvodní jevy
PVC
Polyvinyl-
chlorid ne-
měkčený
po oddálení
plamene
uhasíná
žlutý, zeleně
zbarvená
základna
hnědý, ostrý
po chloru,
kyselý, jedo-
vatý
zduřelý černý
příškvar, okolí
zhnědlé
PVC
Polyvinyl-
chlorid měk-
čený
po oddálení
plamene
uhasíná
žlutý, zeleně
zbarvená
základna
hnědý, zápach
ovlivněn
změkčovadly
zduřelý černý
příškvar, okolí
zhnědlé
PE polyetylén hoří dobře
svítivý,
modrý střed
světle šedý,
po tmavém
parafínu
tavenina odka-
pává, lze vy-
táhnout vlákno
PP polypropylén hoří dobře
svítivý,
modrý střed,
čadí
světle šedý,
po spáleném
kaučuku
tavenina odka-
pává, lze vy-
táhnout vlákno
PA polyamid hoří váhavě
modrý se
žlutou
čepičkou
světle šedý,
po spálené
rohovině
tavenina pění,
odkapává, lze
vytáhnout
vlákno
PM-
MA
Polymetyl-
metakrylát
hoří dobře
modrý
s bílou
čepičkou,
praská
světle šedý,
nasládlý, po
ovoci a květi-
nách
zhnědlý
příškvar pro-
stoupený bub-
linkami
PS polystyrén hoří rychle
oranžový,
svítivý, ča-
divý
hustý, černý,
po pelargoni-
ích, jedovatý
lehký černý
popel, saze ve
vzduchu
CA
acetát
celulózy
hoří dobře
žlutozelený,
jiskřící
tmavě šedý,
octový, po
spáleném
papíru
při hoření pění,
tvoří příškvarky
BK
butadienový
kaučuk
lehce
tmavožlutý,
dýmavý
hustý, černý
tvořící saze,
kaučukový
zápach
měkne, nafuku-
je se
Tabulka 5.1 Chování některých polymerů v plameni

- 31 (44) -
=NRXãHQtSRO\PHU
$

5.4.4 Zkušební zařízení a pomůcky
− posuvné měřítko;
− zkušební lis;
− zatěžovací přípravek.
5.4.5 Postup zkoušky
Rozměry zkušebního
vzorku změříme
s přesností: šířku b do
0,1 mm, tloušťku h
do 0,02 mm.

Obrázek 5.2 Uspořádání ohybové zkoušky tuhého poly-
meru
Vzdálenost opěrných
hran L
V
v mm je sta-
novena jako násobek
tloušťky: L
V
= 16×h.
Hodnotu předepsané-
ho průhybu f určují
jakostní normy, zpra-
vidla f =1,5×h.
Zkušební těleso umístíme do lisu na podpory nastavené podle předchozích vý-
počtů (obrázek 5.2). Plynule bez rázů zatěžujeme do zlomení zkušebního těle-
sa, maximálně však do dosažení předepsaného průhybu f, přičemž velikost
průhybu průběžně sledujeme na délkové stupnici lisu.
Při zlomení zkušebního tělesa přečteme na délkové stupnici lisu hodnotu dosa-
ženého průhybu f ´ a na siloměrné stupnici tomu odpovídající hodnotu zatížení
F
max
. Pokud nedojde k porušení tělesa, odečteme při dosažení předepsaného
průhybu f na siloměrné stupnici lisu hodnotu zatížení F
f
.
5.4.6 Měřené veličiny
b, h jsou šířka a tloušťka zkušebního tělesa v mm;
L
V
je vzdálenost opěrných hran v mm;
f ´ je dosažený průhyb při porušení tělesa v mm;
f je předepsaný průhyb vypočtený z tloušťky tělesa v mm;
F je buď F
max
- největší zatížení při porušení tělesa před dosažením pře-
depsaného průhybu v N,
nebo F
f
- zatížení odečtené při dosažení předepsaného průhybu f v N.
Ohybové napětí obecně určíme jako poměr ohybového momentu M a průřezo-
vého modulu W.
Smluvní napětí v ohybu při předepsané hodnotě průhybu σ
f
v MPa nebo mez
pevnosti v ohybu R
tf
v MPa vypočítáme podle vzorce

Stavební látky - laboratorní cvičení 2
()
σ
ff
V
R
M
W
FL
bh
==
⋅⋅
⋅⋅
3
2
2
(5.3)
5.4.7 Zpracování výsledků zkoušky
Uveďte, zda při zkoušce došlo k porušení zkušebního tělesa či nikoliv. Hodno-
tu smluvního napětí v ohybu nebo meze pevnosti v ohybu zaokrouhlete na tři
platné číslice.
Kontrolní otázky
1. Jakým způsobem stanovíme při tahové zkoušce fólie tažnost?
2. Jaké vlastnosti posuzujeme při identifikaci polymerů?
3. Jaká je vzdálenost opěr při ohybové zkoušce?
Korespondenční úkol
P/1 K přetržení kruhového vlákna z polyamidu o pevnosti 400 MPa bylo
zapotřebí síly 314,16 N. Jak široká by měla být fólie z polyetylénu, aby
snesla stejné zatížení? Fólie obdélníkového průřezu má stejnou tloušťku
jako je průměr vlákna, ale má 20 × menší tahovou pevnost. (klíč: d =
1,0 mm; b = 15,71 mm)
P/2 Vypočtěte tažnost zkušebního vzorku, jestliže konečná měřená délka L
u

je 3,5 × větší než počáteční měřená délka L
o
. (klíč: 250 %)
P/3 Vypočítejte příčné rozměry zkušebního vzorku polyamidu, znáte-li:
smluvní napětí v ohybu při předepsaném průhybu je 40,0 MPa; síla při
dosažení předepsaného průhybu byla 605 N; víte, že šířka je trojnásob-
kem tloušťky vzorku (b = 3 × h); rozpětí vzorku je L = 16 × h; průřezo-
vý modul w = (b × h
2
) / 6, ohybový moment M = (F × L) / 4. (klíč: 11 a
33 mm)


6 Zkoušení stavební oceli
6.1 Cíle
V této kapitole se seznámíte se způsobem značení stavebních ocelí, identifikací
betonářské výztuže podle tvaru žebírek,způsoby určování rozměrů zkušebních
vzorků. Hlavní zkouškou je tahová zkouška oceli s výraznou mezí kluzu.
6.2 Doba potřebná ke studiu
Časová náročnost této kapitoly je 150 min.
- 33 (44) -
=NRXãHQtVWDYHEQtRFHOL

6.3 Stavební ocel
6.3.1 Základní vlastnosti oceli
Ocel je ve stavebnictví používána velmi často a většinou tvoří součást nosných
konstrukcí. Proto je k ověření mechanických, technologických a fyzikálních
vlastností oceli předepsána celá řada zkoušek. Podrobný přehled vlastností je
uveden v [1], zde uvádíme pouze základní normové hodnoty vlastností staveb-
ních ocelí související s náplní cvičení:
• hustota a objemová hmotnost 7850 kg/m
3
;
• modul pružnosti 210 000 MPa;
• pevnost v tahu (podle obsahu uhlíku) 250 až 2 000 MPa;
• tažnost - houževnaté oceli přes 20 %;
- křehké oceli méně než 10 %.
6.3.2 Značení ocelí
Stavební ocel se označuje nejčastěji pětimístným číslem, případně se přidá dal-
ší doplňková číslice za tečkou. Co jednotlivé číslice znamenají ukazuje příklad
značení pro oceli 10505 a 11373 v tabulce 6.1.

Ocel
Označení 10505 11373
První dvojčíslí
označuje
10 - stavební ocel 11 - strojní ocel
Druhé dvojčíslí
značí
u tyčí pro výztuž do betonu:
50 - přibližně 1/10 nejnižší
meze kluzu v MPa
u konstrukčních ocelí:
37 - 1/10 pevnosti
v tahu v MPa
Pátá číslice zna-
mená
význačná vlastnost betonářské
oceli
5 - zaručená svařitelnost
u konstrukčních ocelí
3 - význam pouze pořa-
dový
Poznámka: doplňková číslice za tečkou u stavebních ocelí buď žádná není,
anebo např. .1 - normalizačně žíhaná ocel, .9 - termicky zušlechtěná
Tabulka 6.1 Význam číselného označení na příkladu ocelí 10505 a 11373

Stavební látky - laboratorní cvičení 2
=NRXãHQtVWDYHEQtRFHOL
6.4 Identifikace betonářských ocelí
Vlastnosti betonářských ocelí jsou uvedeny v normách. Ocel má svoji materiá-
lovou normu, jejíž číslo souvisí s označením oceli (např. ocel 10505 - norma

Obrázek 6.1 Tvar žebírek u vybraných druhů betonářské výztuže

ČSN 41 0505). V materiálové normě je mimo jiné uvedeno chemické složení,
pevnost v tahu, nejnižší mez kluzu, nejnižší tažnost apod. Dále je zde citována
rozměrová norma oceli, v níž jsou důležité údaje o vyráběných profilech,
tolerancích rozměrů, tvaru žebírek apod.
- 35 (44) -

Betonářská výztuž může mít povrch buď hladký, anebo častěji upravený vyvál-
cováním různých žebírek a výstupků. Tato úprava povrchu má dvě stejně důle-
žité funkce, a to zlepšit soudržnost mezi ocelí a betonem a zároveň odlišit od
sebe jednotlivé druhy oceli. Povrchová úprava vybraných druhů betonářské
oceli je uvedena na obrázku 6.1, písmena v závorkách jsou značky ocelí použí-
vané ve výkresech.
6.5 Měření rozměrů
Zkušební tyče mohou být hladké (kruhový průřez) nebo žebírkové (periodický
průřez).
6.5.1 Značení ocelí
Průměr kruhové hladké tyče d určíme jako aritmetický průměr celkem 6 hod-
not z přímého kontaktního měření vzorku (měří se posuvným měřítkem na 3
místech ve 2 navzájem kolmých směrech s přesností ± 0,05 mm).
Plochu příčného průřezu S
o
v mm
2
pak vypočteme ze vztahu
S
d
o
=
⋅π
2
4
(5.1)
6.5.2 Postup pro zjištění rozměrů tyčí s periodickým průřezem
Skutečnou plochu průřezu S
o
v m
2
stanovíme výpočtem z hmotnosti a délky
vzorku při dosazení objemové hmotnosti oceli.
m je hmotnost vzorku v kg s přesností na 1 g;
L
t
je celková délka vzorku v m s přesností 0,5 mm;
ρ
v
je objemová hmotnost oceli v kg/m
3
.
S
m
L
o
vt
=
⋅ρ
(5.2)
Na základě skutečných rozměrů je možné určit rozměry jmenovité (tab. 6.2).
Jmenovitý průměr
d
nom
[mm]
5,5 6 7 8 10 12 14 16 18 20
Jmenovitá plocha
průřezu S
nom

[mm
2
]
23,8 28,3 38,5 50,3 78,5 113