Использование низкосортной древесины в строительстве

[Александр буровой]

Новое плотницкое соединение.
Постановка (возникновение) задачи.
Более двадцати лет занимаемся бурением скважин на воду на севере Подмосковья. Возникла потребность построить крытый двор (общую крышу, опирающуюся только на стойки) для защиты стоянки буровой техники, открытых рабочих мест для подготовки буровых работ, теплой мастерской как подражание дому для беженцев, но без крыши.
Первоначально предполагалось строительство с использованием асбестоцементных и металлических труб. Но неожиданно стали наблюдать вырубку леса в ближнем Подмосковье и намерения изменились.
Короед (жук типограф) погубил много леса, и за счет казны (смотрите картинку 1) для борьбы с ним началось сплошное пиление ели и сосны американской техникой. Бревна вывозились либо на пилорамы, либо на производство стружки для ориентированно-стружечных плит под Егорьевском. Но часть бревен оставили гнить в лесу как на картинке 2, а также на опушках. Мы год подождали: вывезут или нет, а затем, собирая опята на вырубках, подобрали для крытого двора подгнивший и растрескавшийся подтоварник как на картинке 3 с надеждой сэкономить деньги. Причем лесники по телефону не советовали использовать бревна для строительства: мол, короед все погубит. Посмотрим, что получится.

О технологии
Для своих буровых нужд в свое время придумали, отладили, изготавливаем и используем клиновую пряжку (соединитель, застежку) для быстрого соединения тросов. На картинке 4 (без ретуши) представлена петля стропа из троса диаметром 13 миллиметров. Петля сделана при помощи такой пряжки за одну минуту кувалдочкой. Устройство пряжки соответствует требованиям советского и американского ГОСТов по надежности. Частично такой способ соединения испытали на прочность. В основе устройства закон Природы: если угол стального клина не превышает 12 градусов, то силы трения стали по стали больше упругих сил, выдавливающих клин. В ином месте такой способ использования клина не найдете.
Видоизменили пряжку и на ее основе разработали новый способ сращивания необработанных бревен. В отличие от общепринятых плотницких соединений в таком сопряжении отсутствуют силы смещения (расщепления) волокон бревна. Поэтому соединять можно и подгнившие, и растрескавшиеся в местах сопряжения бревна любого диаметра. Прочность соединения обеспечивается приложением действующих в конструкции сил только к целым волокнам.

Виды пряжек
В поисках правильных решений перепробовали различные способы устройства пряжек, заботясь об удобстве их изготовления и использования при сохранении надежности. На картинке 5 представлены выложенные на пеньке отвергнутые пять видов пряжек. Наилучшими признали два вида:
- одноклиновая с заневоливанием одного конца троса общепринятой алюминиевой втулкой (картинка 6),
- двуклиновая пряжка, которая удерживает оба конца троса хомута клиньями (картинка 7).
Надежность пряжки первого вида обеспечивается правильностью ее сборки и качеством электросварки. То есть качество пряжки можно обеспечить простыми способами, но сборка трудоемкая.
Надежность пряжки второго вида обеспечивается точностью изготовления ее частей. То есть такая пряжка проще, нетрудоемка в сборке, но требует хорошей (точной) оснастки при изготовлении ее частей.
Тросовые хомуты натягиваются винтовым натяжителей, упирающимся в пряжку. Одно из первых приближений (вариантов) натяжителя представлен на картинке 8. Сила натяжения
- не превышает допустимую для троса (для троса диаметром 5 миллиметров – 300 килограмм),
- вдавливает трос в бревно, выдавливая паз поперек волокон, и обеспечивает требуемое сопротивление силам, действующим вдоль бревна.
Тросовые хомуты выдавливают/(вдавливают) гниль, стягивают трещины, и нагрузка на сопряжение распределяется на здоровые волокна бревна.

Три способа сопряжения бревен
На картинке 9 (без ретуши) представлены три способа сопряжения бревен с использованием тросовых хомутов с такими пряжками (диаметр троса 5 миллиметров):
- сопряжение бревен одним хомутом с одноклиновой пряжкой,
- сопряжение бревен двумерным (плоским) шарниром тремя хомутами с двуклиновыми пряжками,
- сопряжение бревен неподвижное четырьмя хомутами с двуклиновыми пряжками.
Подробности.
На картинке 10 показано соединение бревен одним хомутом с одноклиновой пряжкой. Время для натяжения троса хомута и его заневоливание в пряжке молотком около одной минуты. Лучше всего так соединять бревна стоит временно.
На картинке 11 представлены сборки тросовых хомутов с клиновидными ушками двух видов:
- шарнирное ушко с возможностью вращения в бревне вокруг отверстия под трос,
- неподвижное ушко.
Малая клиновидность ушек позволяет легко забивать их в бревно вдоль волокон, а натянутый трос хомута препятствует перемещению ушка поперек бревна. Трос в отверстии ушка защищен от повреждения стальной трубкой.
Для соединения бревен их ушки нанизываются на общую шпильку, стягиваются гайками и образуют двух или трехмерную строительную решетчатую конструкцию. Удобно.

Стенд и его работа

 

[Александр буровой]

На картинке 12 (без ретуши) представлен стенд для изучения влияния влажности бревна на силу натяжения тросового хомута.
1 – натяжитель троса хомута,
2 – регулируемый болтом рычаг (гаечный ключ) предварительного положения троса, удобного для измерения крутящего момента,
3 – динамометрический ключ.
Особенности работы стенда.
Натягиваемый трос проходит через отверстие вала, перпердикулярного бревну, и закручивается рычагом (1) так, чтобы трос был касателен поверхности вала. Затем тросовый хомут затягивается натяжителем, и сила натяжения троса измеряется динамометрическим ключом. Стенд с бревном погружается в воду на сутки, затем сутки сохнет при температуре около 40 градусов, и динамометрическим ключом измеряется сила натяжения троса. Показано, что всегда можно затянуть тросовый хомут так, чтобы при любой погоде сила натяжения была не ниже требуемой для надежного соединения бревен.

Области применения
Строительство каркасов (двух и трехмерных решетчатых конструкций) из бросового или дешевого сырья.
На картинках 13 и 14 показано начало строительства крытого двора. Временное крепление стоек.
Выбор бревен по прочности. Концы бревен устанавливаем на опоры, в центр бревна прикладываем нагрузку, которую бревно должно выдержать. Измерением остаточной деформации определяется упругость бревна
Фундамент крытого двора сделан из стокилограммового бордютного камня (анкеры), уложенного на песчаную подушку почти небрежно. Использовали то, что дорожники бросили в городских кустах, в частности, еще в советские времена. Бревенчатая стойка жестко крепится к камню гнутой арматурой и тросовыми хомутами как на картинке 15. На качество крытого двора не влияет подвижность пучинистых грунтов. При необходимости вес анкерных камней легко увеличить новыми камнями.
Ближайший похожий случай: сопряжение проволокой пасынка со стойкой при строительстве низковольтных линий электропередач в старину.
Другое применение: устройство каркасов для маскировочной сетки из подгнивших бревен полуразвалившихся домов заброшенных деревень колхозов и совхозов в обеспечение боевых действий какого-нибудь из двадцати главнокомандующих на территории СССР (с учетом Абхазии, Приднестровья, …).
Иное применение:
- Быстрое сельское строительство решетчатых конструкций (леса, опоры, мосты, крытый двор, навес для сена, гумно, ток, ладонь, овин, клуни, рига) разной требуемой прочности из низкосортных необработанных бревен малым числом рабочих рук, в том числе, вдвоем или в одиночку.
- Задачи развития заброшенных и неосвоенных мест СССР вместе с передвижной мастерской для починки грузовых, тракторных и танковых двигателей в полевых условиях.
- Быстрое развертывание производственных мощностей под временными ограждениями и навесами как во время Великой Отечественной войны Советского народа с фашистскими захватчиками. Затем без спешки их можно накрыть капитальными строениями и лишнее удалить бензопилой, крепеж использовать для дальнейшего.

Достоинства
1. Материал для строительства либо бросовый, либо имеет наинизшую для дерева цену.
2. Бревна соединяются быстро без общепринятой обработки. Видимо, это единственное плотницкое соединение, в котором отсутствуют силы смещения (расщепления) волокон дерева. В области сопряжения при затягивании хомута дерево становится прочнее.
3. Изготовление крепежа, кроме пряжек, простое. Крепеж используется многократно.
4. Ремонтопригодность решетчатой строительной конструкции. Ошибки проектирования и строительства, уменьшающие запас прочности сооружения, устраняются дополнительными укосинами сначала временным креплением (картинка 10), затем постоянным (картинка 11). При этом просто поменять несущие нагрузку детали.
5. Для строительства временных решетчатых конструкций в необжитых лесных местах или при чрезвычайных (военных) обстоятельствах достаточно в снаряжение добавить пряжки и тонкий трос.

Недостатки
1. Плохо изучена надежность крепежа. В частности, отсутствует опыт длительного использования.
2. Применение такого строительного материала и такой способ строительства противоречит действующим отечественным ГОСТам и СниПам.
3. При проектировании решается обратная строительная задача: имея строительные материалы с большим разбросом свойств надо разработать для них решетчатую конструкцию. Это задача для строителя со SCADом в смартфоне..
4. «Плата» за бросовый материал: испытание всего строительного материала на строительной площадке.

Итого
Описанное техническое решение порождено, прежде всего, большим количеством леса, скормленного короеду в Подмосковье и большим количеством леса, спиленного при борьбе с короедом, но оставленном гнить в лесу. В странах с развитыми производственными отношениями такие события не происходят, поэтому описанная выдумка – существенно отечественное обретение.
Для обеспечения качества описанного способа строительства нужно проведение испытаний
- в дорогих сертифицированных НИИ и лабораториях,
- множеством носителей строительного опыта.
Возможно, Blockchain (существенно устойчивая распределенная совокупность записей) поможет накопить достоверные результаты множества испытаний, ускорить и удешевить накопление опыта. Поэтому своим опытом поделимся.