Tài liệu Nghiên cứu sự biến đổi khối lượng tích và cơ học từ tâm ra vỏ của gỗ sa mộc (cunninghamia lanceolata (lamb.) hook.) trồng ở huyện sa pa, tỉnh lào cai

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM SÙNG A CHƯ NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC TỪ TÂM RA VỎ CỦA GỖ SA MỘC (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) TRỒNG Ở HUYỆN SA PA, TỈNH LÀO CAI KHÓA LUẬNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Nông lâm kết hợp Khoa : Lâm nghiệp Khóa học : 2015 - 2019 Thái Nguyên – 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM SÙNG A CHƯ NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC TỪ TÂM RA VỎ CỦA GỖ SA MỘC (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) TRỒNG Ở HUYỆN SA PA, TỈNH LÀO CAI KHÓA LUẬNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Nông lâm kết hợp Lớp : K47 NLKH Khoa : Lâm nghiệp Khóa học : 2015 - 2019 Giảng viên hướng dẫn : TS. Dương Văn Đoàn Thái Nguyên – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là nội dung nghiên cứu riêng của bản thân tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong khóa luận là trung thực. Kết quả nghiên cứu chưa được sử dụng công bố trên tài liệu nào khác. Nếu có gì sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm./. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 Xác nhận của GVHD Tác giả TS. Dương Văn Đoàn Sùng A Chư XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Xác nhận sinh viên đã sửa theo yêu cầu của Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp! ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp đại học Khoa học Lâm nghiệp, tôi xin trân trọng cảm ơn tới Ban lãnh đạo Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, phòng Quản lý Đào tạo, Ban chủ nhiệm cùng các thầy, cô trong Khoa Lâm nghiệp và các thầy cô các khoa khác của Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình tôi học tập tại trường. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn TS. Dương Văn Đoàn đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn tôi hoàn thành khóa luận này. Cảm ơn Ban quản trị phục vụ Khoa Lâm nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi mượn phòng thí nghiệm và dụng cụ thí nghiệm của khoa để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn ủng hộ và giúp đỡ quý báu của gia đình tôi, đã tận tình giúp đỡ và hỗ trợ trong suốt thời gian tôi nghiên cứu đề tài. Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến Viện nghiên cứu Công nghiệp rừng, Viên Khoa học lâm nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ và hỗ trợ tôi về thiết bị dụng cụ trong quá trình đo tính tính chất cơ học của gỗ liên quan đến đề tài nghiên cứu để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Tuy nhiên vì kiến thức chuyên môn còn hạn chế và bản thân còn thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung của báo cáo không tránh khỏi những thiếu xót, em rất mong nhận sự góp ý, chỉ bảo thêm của quý thầy cô để báo cáo này được hoàn thiện hơn. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 Tác giả Sùng A Chư iii Danh mục các bảng Bảng 3.1. Thông tin cơ bản của các cây mẫu ................................................. 18 Bảng 4.1. Bảng thống kê kết quả khối lượng thể tích cây Sa mộc ................. 25 Bảng 4.2. Bảng thống kê kết quả MOR của cây Sa mộc ................................ 27 Bảng 4.3. Bảng thống kê kết quả MOE của cây Sa mộc ................................ 29 Bảng 4.4. So sánh kết quả nghiên cứu về các tính chất của cây Sa mộc trong nghiên cứu này với các nghiên cứu cây Sa mộc trước đó ở Việt Nam và trên thế giới. ............................................................................................................ 32 Bảng 4.5. So sánh kết quả nghiên cứu về các tính chất vật lý cơ học của Sa mộc hiên cứu này với nghiên cứu về loài Sa mộc dầu ở Việt Nam................ 32 iv Danh mục các hình Hình 3.1. Quy trình xẻ mẫu cho thí nghiệm ................................................... 19 Hình 4.1. Biểu đồ thể hiện sự biến đổi khối lượng thể theo hướng từ tâm ra vỏ của gỗ Sa mộc ................................................................................................. 26 Hình 4.2. Biểu đồ thể hiện sự biến đổi MOR theo hướng từ tâm ra vỏ của cây Sa mộc ............................................................................................................. 28 Hình 4.3. Biểu đồ thể hiện sự biến đổi MOE của cây Sa mộc theo hướng từ tâm ra vỏ. ......................................................................................................... 30 Hình 4.4. Biểu đồ tương quan giữa khối lượng thể tích gỗ và MOR ............. 33 Hình 4.5. Biểu đồ tương quan giữa khối lượng thể tích gỗ và MOE.............. 34 v Danh mục các từ viết tắt Từ viết tắt Nghĩa từ MOR Độ bền uốn tĩnh MOE Môđun đàn hồi uốn tĩnh KLTT Khối lượng thể tích Cs Cộng sự D1.3 Đường kính ở 1.3 m Hvn Chiều cao vút ngọn vi Mục lục LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii Danh mục các bảng .......................................................................................... iii Danh mục các hình ........................................................................................... iv Danh mục các từ viết tác ................................................................................... v Mục lục ............................................................................................................. vi PHẦN 1: MỞ ĐẦU.......................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 1 1.3. Ý nghĩa của việc nghiên cứu ...................................................................... 3 1.3.1. Ý nghĩa học tập ....................................................................................... 3 1.3.2. Ý nghĩa khoa học .................................................................................... 3 1.3.3. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................... 3 PHẦN 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 4 2.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu.......................................................... 4 2.1.1. Khối lượng thể tích ................................................................................. 4 2.1.2. Tính chất cơ học của gỗ .......................................................................... 6 2.2.3. Tính chất không đồng nhất của gỗ .......................................................... 9 2.2. Những nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam ..................................... 10 2.2.1. Trên Thế giới ......................................................................................... 10 2.2.2. Ở Việt Nam ........................................................................................... 12 2.3. Đặc điểm cây Sa mộc ............................................................................... 15 2.3.1. Đặc điểm hình thái ................................................................................ 15 2.3.2. Đặc điểm sinh học và sinh thái học....................................................... 16 2.3.3. Giá trị..................................................................................................... 16 vii PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 17 3.1.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 17 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 17 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 17 3.1.3. Địa điểm, thời gian nghiên cứu ............................................................. 17 3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 17 3.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 17 3.3.1. Phương pháp thu thập mẫu và xử lý mẫu ............................................. 17 3.3.2. Phương pháp thí nghiệm ....................................................................... 20 3.3.2.1. Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................ 20 3.3.2.2. Phương pháp đo khối lượng thể tích ................................................. 20 3.3.2.3. Phương pháp đo độ bền uốn tĩnh ....................................................... 21 3.3.2.4. Phương pháp đo mô đun đàn hồi uốn tĩnh ......................................... 22 3.3.2.5. Phương pháp xác định độ ẩm mẫu gỗ ................................................ 23 PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................... 25 4.1. Sự biến đổi về khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ của cây Sa mộc .................................................................................................................. 25 4.2. Sự biến đổi về MOR theo hướng từ tâm ra vỏ của cây Sa mộc............... 27 4.3. Sự biến đổi MOE theo hướng từ tâm ra vỏ của cây Sa mộc.................... 29 4.4. Mối quan hệ giữa khối lượng thể tích gỗ và MOR, MOE ....................... 33 4.4.1. Mối tương quan giữa lượng thể tích gỗ và MOR ................................. 33 4.4.1. Mối tương quan giữa lượng thể tích gỗ và MOE .................................. 33 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 35 5.1. Kết luận .................................................................................................... 35 5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 37 1 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Nghiên cứu, xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là một nhiệm vụ quan trọng trong khoa học gỗ nói riêng và trong nghiên cứu đánh giá giá trị tài nguyên cây gỗ nói chung. Kết quả xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là cơ sở khoa học rất cơ bản và quan trọng để tìm hiểu về bản chất của gỗ, là căn cứ để sử dụng, chế biến, bảo quản gỗ hợp lý và hiệu quả tài nguyên gỗ, là những tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, đánh giá tuyển chọn giống, nghiên cứu những ảnh hưởng của các nhân tố môi trường, biện pháp kinh doanh. Như vậy, nghiên cứu xác định sự biến đổi định tính chất vật lý, cơ học của gỗ và tre ở nước ta có một ý nghĩa to lớn, nhưng kết quả nghiên cứu từ trước cho đến nay còn rất hạn chế cả về số lượng và chất lượng, còn quá ít so với tài nguyên rừng ở nước ta, đã không đáp ứng được những nhu cầu, đòi hỏi của phát triển kinh tế xã hội ở nước ta, đặc biệt trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Tính chất vật lý của gỗ là những tính chất có thể xác định được trong điều kiện thiết lập tương tự điều kiện sử dụng có thể xảy ra trong thực tế. Tính chất vật lý bao gồm các vấn đề: nước trong gỗ, sự co rút, sự giãn nở, khối lượng riêng, độ hút ẩm, độ hút nước. Khi sử dụng gỗ là vật liệu kỹ thuật cần phải xác định khả năng gỗ chống lại tác động ngoại lực, đó chính là tính chất cơ học. Khi gỗ chịu tác động của ngoại lực, những tính chất cơ học của gỗ sẽ xuất hiện: độ bền cơ học khả năng của gỗ chống lại sự phá hủy; biến dạng của gỗ khả năng gỗ chống lại sự biến đổi kích thước và hình dạng; tính chất công nghệ và sử dụng. Hiểu biết tính chất cơ học của gỗ có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc tính toán độ bền kết cấu gỗ từ tâm ra ngoài vỏ. Xác định lựa chọn chế độ gia công, chế biến và 2 sử dụng gỗ hợp lý và là cơ sở cho việc định phẩm chất lượng, giá trị của gỗ. Khi xác định các thông số công nghệ của quá trình gia công cơ học hoặc xử lý thủy nhiệt, tính toán kết cấu gỗ và các trường hợp khác cần thiết phải xác định khả năng chịu lực và biến dạng của gỗ. Mỗi loại gỗ có những đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lý, cơ học khác nhau và luôn có sự biến đổi từ tâm ra ngoài vỏ từ gốc lên ngọn, do đó khi hiểu rõ sự biến đổi các tính chất có thể tùy theo yêu cầu cụ thể mà có những biện pháp xử lý thích hợp giúp cho việc sử dụng gỗ hiệu quả, lâu bền. Chính vì lý do nêu trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sự biến đổi khối lượng tích và một số tính chất cơ học từ tâm ra vỏ của gỗ sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) trồng ở huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai”. Nghiên cứu này nhằm chỉ ra tính chất cơ học vật lý và sự biến đổi của các tính chất đó trong gỗ cây Sa mộc cũng như tương quan giữa các tính chất đó, biết được sự biến đổi cơ học từ tâm ra vỏ sẽ lựa chọn được các thông số gia công phù hợp làm cơ sở cho chế biến, bảo quản và sử dụng. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu + Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu được sự biến đổi các tính chất vật lý và cơ học gỗ bên trong thân cây Sa mộc. + Mục tiêu cụ thể: - Nghiên cứu được sự biến đổi khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ. - Nghiên cứu được sự biến Độ bền uốn tĩnh (MOR), Môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) theo hướng từ tâm ra vỏ. - Xác định được mối tương quan giữa khối lượng thể tích và MOR và MOE của gỗ. 3 1.3. Ý nghĩa của việc nghiên cứu 1.3.1. Ý nghĩa học tập - Áp dụng được lý thuyết đã học vào thực tiễn và học hỏi thêm được những kiến thức bổ ích từ bên ngoài trường . - Củng cố được kiến thức cơ sở cũng như chuyên ngành cho bản thân phục vụ cho công việc sau này. Tích lũy những kinh nghiệm cho công việc khi đi làm. - Rèn luyện về kỹ năng nghiên cứu khoa học: kỹ năng tổng hợp và phân tích số liệu và viết báo cáo khoa học. 1.3.2. Ý nghĩa khoa học - Góp phần hoàn chỉnh dữ liệu khoa học cho nghiên cứu chuyên sâu về loài cây Sa mộc. - Là cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp khai thác, chế biến và bảo quản gỗ Sa mộc phù hợp. 1.3.3. Ý nghĩa thực tiễn - Trên cơ sở nghiên cứu sự biến đổi một số tính chất vật lý và cơ học của gỗ Sa mộc đề xuất một số giải pháp kiến nghị về phương pháp, cách thức chế biến và bảo quản gỗ Sa mộc . - Kết quả xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là căn cứ để sử dụng, chế biến, bảo quản gỗ hợp lý và hiệu quả tài nguyên gỗ, là những tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, đánh giá tuyển chọn giống, nghiên cứu những ảnh hưởng của các nhân tố môi trường, biện pháp kinh doanh. - Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng được vào thực tiễn sản xuất tại các công ty chế biến, bảo quản gỗ 4 PHẦN 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu 2.1.1. Khối lượng thể tích 2.1.1.1. Khái niệm Để đánh giá lượng thực chất gỗ có trong một đơn vị thể tích người ta dùng khái niệm khối lượng thể tích. Khối lượng thể tích của gỗ là tỉ số giữa khối lượng gỗ trên một đơn vị thể tích gỗ (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. 𝑚 𝛾= 𝑣 Trong đó: m là khối lượng tính bằng g hoặc kg; v là thể tích tính bằng cm3 hoặc m3 Căn cứ vào khối lượng thể tích có thể đánh giá được một phần cường độ và giá trị công nghệ của gỗ. Nghiên cứu khối lượng thể tích của gỗ là một vấn đề quan trọng và cần thiết. 2.1.1.2. Phương pháp xác định khối lượng thể tích Có 4 phương pháp đo khối lượng thể tích như: Phương pháp đo, cân; phương pháp nhúng nước; phương pháp dùng thể tích kế thủy ngân; phương pháp thủ công. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chúng chỉ sử dụng phương pháp đo, cân. Phương pháp cân đo: Đây là phương pháp thường dùng và chính xác nhất. Mẫu thí nghiệm được cắt theo một kích thước nhất định. Sau đó dùng thước kẹp hoặc panme đo kích thước ba chiều, chính xác đến 0,01 mm. Cân khối lượng mẫu gỗ chính xác đến 0,01 g (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. 5 2.1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng tới khối lượng thể tích  Loài cây Loài cây khác nhau thì khối lượng thể tích khác nhau. Nói cách khác: Loài gỗ khác nhau nghĩa là cấu tạo khác nhau thì khối lượng thể tích khác nhau. Yếu tố cấu tạo ở đây được biểu thị bằng cấu tạo tế bào trong cây. Đó là tỷ lệ tế bào vách dày và tế bào vách mỏng. Chính nó tạo ra sự chênh lệch về độ rỗng nhiều, ít khác nhau trong cây. Khối lượng thể tích nhỏ tương ứng với độ rỗng lớn và ngược lại (Lê Xuân Tình, 1998) [11].  Tỉ lệ gỗ sớm – gỗ muộn Đối với các loại gỗ có gỗ sớm – gỗ muộn phân biệt thì tỉ lệ gỗ muộn nhiều hay ít có ảnh hưởng lớn đến khối lượng thể tích của gỗ. Thông thường, khối lượng thể tích của gỗ muộn cao gấp 2 – 3 lần khối lượng thể tích của gỗ sớm. Do đó tỉ lệ gỗ muộn càng nhiều thì khối lượng thể tích càng lớn. Ngược lại tỉ lệ gỗ muộn ít thì khối lượng thể tích gỗ nhỏ (Lê Xuân Tình, 1998) [11].  Độ ẩm Lượng nước chứa trong gỗ là nhân tố ảnh hưởng lớn đến khối lượng thể tích của gỗ. Gỗ chứa nhiều nước khối lượng thể tích lớn, chứa ít nước khối lượng thể tích nhỏ.  Vị trí khác nhau trong thân cây Ở các vị trí khác nhau trong cây khối lượng thể tích cũng khác nhau. Nói chung gỗ ở phần gốc có khối lượng thể tích cao nhất, giữa thân là trung bình và gần ngọn là thấp nhất. Chênh lệch khối lượng thể tích trung bình giữa gốc và ngọn từ 10 – 25 % (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Khối lượng thể tích ở gần tủy và vỏ là nhỏ nhất. Khối lượng thể tích ở gỗ lõi lớn hơn ở gỗ giác. 6 Ở tuổi thành thục sinh học, gỗ có khối lượng thể tích cao hơn so với tuổi già và tuổi non. Trong điều kiện đất, độ ẩm, khí hậu thích hợp cho cây sinh trưởng, gỗ có khối lượng thể tích cao. Trái lại rừng quá dày, cây thiếu ánh sáng, lớn chậm, nên khối lượng thể tích gỗ thấp. Sau khi tỉa thưa, cải thiện điều kiện ánh sáng, đất làm cho cây sinh trưởng tốt nên khối lượng thể tích gỗ lại tăng lên (Lê Xuân Tình, 1998) [11].  Vòng tăng trưởng hàng năm Đối với gỗ lá rộng mặt xếp vòng, vòng tăng trưởng hàng năm càng lớn thì tỷ lệ muộn càng nhiều, nên khối lượng thể tích càng cao. Như vậy đối với mạch vòng, vòng năm rộng vừa rút ngắn chu kỳ kinh doanh vừa nâng cao chất lượng (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Đối với gỗ lá rộng mạch phân tán – vòng năm rộng thì tỷ lệ gỗ muộn và gỗ sớm là một hàng số nên chất lượng không thay đổi. Ở loài gỗ này nếu cây sinh trưởng nhanh thì rút ngắn được chu kỳ kinh doanh. Đối với gỗ lá kim: Người ta nhận thấy: Khi độ rộng vòng năm tăng lên thì gỗ sớm sinh ra nhiều hơn thì tỷ lệ gỗ sớm và gỗ muộn giảm xuống do đó làm cho chất lượng gôc giảm xuống, mặt dù chu kỳ kinh doanh có ngắn hơn (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Vì vậy đối với gỗ lá kim ứng với một trị số về tính chất cơ lý người ta phải ghi kèm theo số vòng năm trong 1 cm chiều dài theo hướng tia gỗ trên mặt phẳng cắt ngang. 2.1.2. Tính chất cơ học của gỗ Nghiên cứu cường độ của gỗ dựa vào những nguyên lý tính toán sức bền vật liệu làm cơ sở. Những mặt khác gỗ lại là vật liệu không đồng nhất. cho nên trong các phương pháp tính toán cụ thể lại có những chỗ không hoàn toàn 7 giống nhau. Tính chất cơ học của gỗ phức tạp hơn các vật liệu khác như sắt thép, xi măng,… vì nó biến đổi theo từng loài cây, cũng như theo chiều dọc thớ, xuyên tâm và tiếp tuyến (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. 2.1.2.1. Một số khái niệm về tính chất cơ học gỗ  Ứng lực Khi lực bên ngoài tác động, các phần tử bên trong gỗ sản sinh nội lực chống lại, đó là ứng lực, kí hiệu là P đơn vị là Newton (N). Khi chịu lực tác động, hình dạng và kích thước của vật cũng bị biến đổi (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Ứng lực có tác dụng chống lại lực tác động từ bên ngoài, đồng thời có tác dụng khôi phục hình dạng và kích thước cũ của vật thể. Ứng lực bằng ngoại lực về trị số nhưng ngược chiều.  Biến hình Sau khi bị ngoại lực tác dụng, gỗ ít nhiều đều thay đổi về hình dạng và kích thước. Hiện tượng đó gọi là sự biến dạng (hay biến hình) (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Biến dạng thường biểu thị bằng độ tăng giảm dài tuyệt đối – gọi là biến dạng tuyệt đối ∆l. Hoặc độ tăng giảm dài tương đối – gọi là biến dạng tương đối (ε). 𝜀= ∆l 𝑙 Trong đó: ∆l là biến dạng tuyệt đối (cm); l chiều dài vật thể (cm) 2.1.2.2. Các tính chất cơ học của gỗ Tùy theo phương thức tác dụng của ngoại lực, chiều thớ của gỗ và nội lực sản sinh trong gỗ, người ta chia các ứng lực thành 3 nhóm chính: Các ứng lực đơn giảm, các ứng lực phức tạp, các ứng lực có tính chất công nghệ. Tuy 8 nhiên trong nghiên cứu này chỉ nghiên cứu ở các ứng lực phức tạp cụ thể là sức chịu uốn tĩnh * Sức chịu uốn tĩnh - Dầm (xà) trong các kết cấu gỗ thường do lực uốn làm biến dạng. Có thể nói sức chịu uốn tĩnh là chỉ tiêu quan trọng thứ 2 sau lực ép dọc thớ. - Để đánh giá cường độ gỗ thường lấy tổng số hai ứng suất: ép dọc thớ và uốn tĩnh làm tiêu chuẩn. * Thí nghiệm xác định lực uốn tĩnh và môđun đàn hồi a, Xác định lực uốn tĩnh - Mẫu thử nghiệm có kích thước 20×20×320 mm, kích thước lớn nhất theo chiều dọc thớ. - Mẫu gỗ đặt trên 2 gối tựa tròn cố định, bán kính cong của gối là 15 mm. Cự ly 2 gối là 240 mm. Khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực P/2 là 80 mm, hoặc tại điểm giữa của dầm (P). Tốc độ tăng lực là 7000 ± 1500N/ph (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. - Các loại gỗ lá rộng quy định hướng tác động của lực theo chiều tiếp tuyến. Các loại gỗ lá kim thí nghiệm cả 2 hướng. Ứng suất uốn tĩnh tính theo công thức: + Nếu 2 điểm đặc lực: 𝜎𝑢𝑡 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑙 + Nếu 1 điểm đặt lực: 𝜎𝑢𝑡 = 3𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑙 𝑏ℎ2 (N/m2) 2𝑏ℎ2 (N/m2) Trong đó: Pmax là lực phá hoại (N); l cự ly hai gối (m) b và h là bề rộng và chiều cao của mẫu (m). 9 b, Xác định môđun đàn hồi uốn tĩnh Thí nghiệm xác định Môđun đàn hồi uốn tĩnh dùng mẫu có hình dạng và kích thước, bố trí như lực uốn tính. Mỗi mẫu thử, cho lực lặp lại 6 lần. Mỗi lần tác động từ 200 ÷ 600N. Tốc độ tăng lực là 5000 ± 1000 N/ph. Đọc số trên đồng hồ đo biến hình ngay sau mỗi lần tăng lực. Lấy trị số bình quân biến dạng của 3 lần tăng lực cuối cùng (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Tính Môđun đàn hồi theo công thức sau, chính xác đến 108N/m2: 𝐸= 23𝑃′ l3 (N/m2) cho 2 điểm đặt lực 108𝑏ℎ3 𝑓 𝐸= 1𝑃′ .l3 4𝑏ℎ3 𝑓 (N/m2) cho 1 điểm đặt lực Trong đó: l cự ly hai gối (m); b và h là bề rộng và chiều cao của mẫu (m); f là độ võng; P’ = 600 – 200N = 400N hoặc P’ = 400 – 200N = 200N. 2.2.3. Tính chất không đồng nhất của gỗ Tính chất cơ học của gỗ biến động rất nhiều. Tùy theo khối lượng thể tích khác nhau mà cường độ khác nhau. Gỗ nặng có khả năng chịu lực lớn hơn gỗ nhẹ. Khối lượng thể tích chênh nhau 3 lần thì cường độ chênh lệch nhau gần 5 lần (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Cũng cùng một loài, tùy điều kiện sinh trưởng khác nhau mà cường độ gỗ cũng khác nhau. Ngay cả khi trong cùng một cây ở các vị trí khác nhau cũng làm cho cường độ chênh lệch. Trong thân cây: Đại bộ phận tế bào xếp dọc theo thân cây. Trong mỗi tế bào đại bộ phận mixen xếp song song với trục dọc tế bào. Do đó trong thân cây hầu hết các mixen xenlulô xếp song song với trục dọc thân cây. Vì vậy 10 cường độ theo chiều dọc thớ lớn hơn rất nhiều so với chiều ngang thớ (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Loại gỗ có thớ càng thẳng thì chênh lệch giữa hai chiều càng rõ. Theo chiều ngang thớ do sự tồn tại của tia gỗ, gỗ sớm và gỗ muộn làm cho cường độ chiều xuyên tâm và tiếp tuyến chênh lệch nhau. Đối với gỗ lá kim và gỗ lá rộng mạch vòng do gỗ sớm và gỗ muộn phân biệt, tia gỗ nhỏ và ít nên cường độ chiều tiếp tuyến lớn hơn cường độ chiều xuyên tâm. Ngược lại gỗ lá rộng mạch phân tán gỗ sớm – gỗ muộn không phân biệt, tia gỗ nhiều và lớn nên cường độ chiều xuyên tâm lớn hơn cường độ chiều tiếp tuyến. Bình thường sự chênh lệch này là khoảng 50% (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Đối với các loại gỗ giẻ, có tia gỗ tụ hợp rất lớn thì hiện tượng chênh lệch này càng rõ rệt. 2.2. Những nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam 2.2.1. Trên Thế giới Nghiên cứu tính chất vật lý cơ học của gỗ và sự biến đổi các tính chất của gỗ là cơ sở quan trọng nhằm lựa chọn giống cây trồng trong sản xuất làm sao cho nâng cao năng suất và tính bền vững của sản xuất nông lâm nghiệp, góp phần đảm bảo an ninh lương thực, và xóa đói giảm nghèo. Vì vậy trên thế giới các tính chất vật lý cơ học của các loài cây gỗ đã được các nhà khoa học nghiên cứu và tuyên bố. Đối với loài cây Sa mộc trên thế giới, tính chất vật lý cơ học của cây Sa mộc đã được các nhà khoa học nghiên cứu và có nhiều công trình báo cáo. Cụ thể một nghiên cứu ở Trung Quốc về tính chất cơ học của cây Sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) 36 tuổi được trồng ở tỉnh Giang Tây bằng phương pháp không phá hủy dựa trên âm thanh ở độ ẩm 12% cho MOR là 70.9 MPa, MOE là 10,5 GPa, khối lượng thể tích (KLTT) là 782 kg/m3 và có MOE giảm dần theo chiều cao thân cây (Yin và 11 cs, 2009) [19]; còn cây trồng 58 tuổi ở New Zealand thì người ta thấy rằng MOR ở độ ẩm 12% là 51 MPa, MOE là 7,4 GPa, KLTT là 385 kg/m3, kết quả nghiên cứu cho thấy rõ ràng các tính chất vật lý cơ học của loài Sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) được trồng ở New Zealand so với ở Trung Quốc là thấp hơn, nguyên nhân là do KLTT thấp (Fung, 1994) [15]. Một nghiên cứu khác về loài Sa mộc tại tỉnh Giang Tây cho thấy MOR của loài này dao động từ 28,14 – 65,86 MPa, MOR trung bình là 42,92 MPa (Yin và cs, 2004) [18]. Vào năm 1982 ở Đài Loan tính chất vật lý cơ học của loài Sa mộc ở tuổi 36 cũng được nghiên cứu. Kết quả cho thấy KLTT biến động từ 0,31 -0,4 g/cm3, MOR biến động từ 28,1-55,4 MPa và MOE biến động từ 7,5-10,3 GPa (Liu và cs, 1982) [17]. Ở tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc cũng có nghiên cứu về tính chất vật lý, cơ học của loài cây Sa mộc hay còn gọi là cây Linh Sam, kết quả cho thấy ở độ ẩm 12% KLTT từ 0,31 – 0,46 g/cm3, MOR từ 35,3 – 43,3 MPa, MOE từ 6,6-10,6 GPa (Lin và cs, 1984) [16]. Như vậy có thể thấy qua các nghiên cứu ở các nơi khác nhau trên thế giới thì KLTT của cây Sa mộc biến động trong khoảng 0,3 – 0,78 g/cm3, MOR biến động trong khoảng 28.1 – 70.9 MPa và MOE biến động trong khoảng 6,6 – 10,5 GPa. Theo tài liệu nghiên cứu về loài cây Xoan ta ở miền Bắc Việt Nam thì các giá trị trung bình trong toàn bộ cây KLTT, MOR, MOE ở độ ẩm 12% tương ứng là 0,51 g /cm3; 78,58 MPa; 9,26 GPa. Trong thân cây, vị trí xuyên tâm là một nguồn biến đổi có ý nghĩa cao (p <0,001) trong các tính chất cơ học. MOR, MOE tăng từ tâm ra vỏ cây. KLTT có mối quan hệ tuyến tính tích cực mạnh với cả MOR (r = 0,85; p <0,001) và MOE (r = 0,73; p <0,001). Điều này cho thấy có khả năng cải thiện các tính chất cơ học thông qua kiểm soát KLTT (Duong và cs, 2018) [14].