Beständighet för utomhusträ ovan mark Guide för utformning och materialval

Transkript

1 Rapport TVBK-3066 Beständighet för utomhusträ ovan mark Guide för utformning och materialval Tord Isaksson, Sven Thelandersson, Jöran Jermer, Christian Brischke

2

3 Ansvarsfriskrivning Denna Guide kan inte användas som grund för skadeståndsanspråk mot författarna på grund av materiella eller immateriella skador som uppkommer från tillämpning av Guiden. Omslagsfoto: Seglarens hus. Foto Åke E:son Lindman Report TVBK 3066 ISSN ISBN Lund University Div. of Structural Engineering Box 118 SE Lund, Sweden i

4 ii

5 Förord Föreliggande Guide är framtagen inom forskningsprojektet WoodBuild, initierat inom ramen för Branschforskningsprogrammet för skogs- och träindustrin. Livslängds- och beständighetsfrågorna har på senare år fått ökad aktualitet. En viktig orsak till detta är att det i EUs byggproduktförordning (CPR) utpekas sju väsentliga krav, som byggprodukter skall uppfylla under en ekonomiskt rimlig livslängd. Detta innebär i sin tur krav på deklaration av bland annat beständighet och livslängd. I Boverkets byggregler (BBR) har kraven på fuktsäkerhetsprojektering skärpts. WoodBuild har utgått ifrån såväl CPR som BBR och tagit ett helhetsgrepp om beständighetsproblematiken för trä i klimatskärmen och utomhus ovan mark. Den övergripande målsättningen har varit att öka kunskaperna samt sprida kunnande och kompetens om fuktsäkert och, från beständighetssynpunkt, hållbart träbyggande till byggindustrin och därmed stärka träets konkurrenskraft som byggnadsmaterial. Detta har skett genom framtagande av ny kunskap som ökat förståelsen för sambandet mellan klimatexponering och trämaterialets resistens mot biologiska angrepp. Guiden avser konstruktioner ovan mark i första hand med inriktning på trädäck och fasadbeklädnader, två vanliga användningsområden för utomhusträ. Trä skall vara, och uppfattas vara, ett säkert och ingenjörsmässigt självklart val! Guiden utgör en del av resultaten från WoodBuild. Den är tänkt att användas som hjälpmedel och stöd vid utformning av träkonstruktioner utomhus med avseende på beständighet och livslängd. Man ska kunna dimensionera m h t beständighet på motsvarande sätt som man dimensionerar bärande konstruktioner m h t hållfasthet. Genom tillämpning av Guiden skall man kunna få ett rimligt säkert mått på förväntad livslängd hos den aktuella konstruktionen. En första version av guiden utvecklades inom projektet WoodExter [1]. Guiden ska ses som ett levande dokument och är utformad så att den kontinuerligt kan förbättras genom erfarenhetsåterföring från praktisk tillämpning och genom ytterligare forskning inom området Service Life Prediction, (SLP). Detta område har sedan början av 2000-talet vuxit sig allt starkare för trä och träbaserade material och konstruktioner inte bara i Sverige utan även internationellt. Guiden utgör ännu ett steg framåt i den process som ska leda till funktionsbaserad utformning av träkonstruktioner m h t beständighet. WoodBuild har haft en stark internationell dimension. Nära kopplingar fanns till det ovan nämnda projektet WoodExter, ett europeiskt projekt inom WoodWisdom-Net, som också arbetade med frågor rörande träkonstruktioners livslängd. Projektet hade även kopplingar till en arbetsgrupp (WG 28) inom CEN/TC 38, som bl a behandlar frågor om hur biologiska provningsmetoder kan användas i system för livslängdsbedömning och för tillämpning av funktionsbaserade krav på beständighet. Erfarenheter och resultat från WoodBuild förmedlades också i EU-projektet PerformWood under Syftet med PerformWood var att driva på utvecklingen på standardiseringsområdet när det gäller inkorporering av livslängdsaspekter för trä och träbaserade konstruktionsmaterial. Ett stort tack riktas till de forskare som medverkat i projektet och som gjort det möjligt att ta fram denna Guide. Lund, Malmö, Stockholm och Hannover i oktober 2014 Författarna iii

6 WoodBuild organisation och finansiering WoodBuild har finansierats gemensamt av staten genom VINNOVA, näringslivet och andra intressenter inom, eller med anknytning till, den svenska skogs- och träindustrin. Följande forskningspartner har deltagit i WoodBuild: Lunds Tekniska Högskola, avd för byggnadsmaterial, byggnadsfysik samt konstruktionsteknik SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, enheterna SP Trä och SP Energiteknik Leibniz Universität Hannover, Institut für Berufswissenschaften im Bauwesen Fakultät für Architektur und Landschaft Näringslivet har representerats av följande partner: Bjerkings AB Moelven Töreboda AB NCC Construction AB Skanska AB (fr o m 2010) Tyréns AB Stellac Oy, Finland (t o m 2008) Viance LLC, USA (fr o m 2011) Centrum för Byggande och Boende i Trä (CBBT) samt enskilda företag knutna till CBBT Svenska Träskyddsföreningen Svenskt Trä/Sågverkens Forskningsstiftelse TräCentrum Norr (TCN) samt enskilda företag knutna till TCN Trafikverket Malmö stad (under 2013) WoodBuild omsatte under ,26 MSEK, varav staten genom VINNOVA bidrog till projektet med 20 MSEK. Författare Följande personer har bidragit till utarbetandet av denna Guide: Tord Isaksson, LTH Sven Thelandersson, LTH Jöran Jermer, SP Christian Brischke, LUH, Hannover iv

7 Innehåll 1 Inledning Föreskrifter och krav på beständighet Beständighet för bärverk Beständighet grundat på estetiska och ekonomiska krav Exponering D Ek Allmänt Årsdos D E Lokala exponeringsförhållanden Slagregn Skydd av terrängtopografi och bebyggelse Regnskydd och avstånd från mark Allmänt Klassificering av detaljutformning för trädäck Klassificering av detaljutformning för fasader Resistens D Rk för trämaterial Kalibreringsfaktor c a Sammanfattning och slutsatser Referenser Bilaga Tillämpningsexempel Exempel 1: Utformning av trädäck Exempel 2: Utformning av fasad v

8 vi

9 1 Inledning Denna Guide har som syfte att ge praktiskt stöd för utformning av träkonstruktioner i tillämpningar utomhus ovan mark, dvs. huvudsakligen användningsklass 3 enligt EN 335 [2]. Utformningen har fokus på begränsning av risk för angrepp av röta. Risk för angrepp av missfärgande organismer behandlas inte. Guiden är särskilt inriktad på fasader och trädäck, se Figur 1 och Figur 2, men kan även användas för andra konstruktioner och detaljer. Två konkreta tillämpningsexempel på trädäck och fasader presenteras i bilaga. I en separat publikation [3] presenteras bakgrundsdokumentation till innehållet i Guiden. Figur 1. Flervåningshus med träfasad (Foto: SP/Anna Pousette). Figur 2. Trädäck längs vattendrag (Foto: Svenska Träskyddsföreningen/Maria Fäldt). Dimensionering med hänsyn till livslängd baseras på ett klart definierat gränstillstånd, som i detta fall motsvaras av begynnande rötangrepp. Begynnande röta definieras som bedömningsnivå 1 enligt EN 252 [4]. Andra typer av gränstillstånd kan komma ifråga, t ex en viss omfattning av röta. Konsekvensen av att överskrida gränstillståndet bör nyanseras utifrån typ av konstruktion. För en bärande konstruktion som dimensioneras enligt Eurokod och Boverkets EKS [5] är konsekvensen högre än för exempelvis en fasadpanel. I det senare fallet kan det accepteras en större sannolikhet för att överskrida gränstillståndet. Livslängden hos en träkonstruktion förutsätts vara beroende av: a) Exponeringen, dvs. geografiskt läge, lokalt klimat, graden av skydd mot regn, avstånd från marken, detaljutformning m h t fuktfällor och användning. b) Resistensen mot röta; olika material har olika resistens mot röta, t ex gran, impregnerad furusplintved, kärnved av lärk. Exponeringen påverkas i första hand av den som projekterar konstruktionen och är oberoende av vilket material som används. Resistensen mot röta påverkas i första hand av den som ansvarar för materialvalet. 1

10 Dimensioneringen innebär att man bedömer klimatexponeringen och jämför denna med resistensen hos det valda materialet. En vald lösning avseende konstruktionsutformning och materialval accepteras om Exponeringen Resistensen vilket kan uttryckas på följande sätt: D D D Ed Ek d Rd (1) där D Ek är ett karakteristiskt värde på exponeringen, D Rd är materialets dimensionerande resistens och d beror på konsekvensklass. Konsekvensklassen beaktar estetiska, ekonomiska och/eller säkerhetsmässiga konsekvenser om gränstillståndet uppnås inom förväntad livslängd. Om villkoret i ekv. (1) uppfylls, anses konstruktionen vara korrekt utformad. Är villkoret inte uppfyllt anses den inte vara korrekt utformad m h t rötskydd och förväntad livslängd. Definitionerna av D Ek and D Rd baseras på ett referenstillstånd som innerbär fri exponering utomhus för nederbörd, fukt och temperatur för ett horisontellt träelement utan fuktfällor, se Figur 3. Detta fall används för att definiera en årsdos D E0 som beror av geografiskt läge. Detta värde justeras med faktorer som exempelvis beaktar detaljutformning, varvid D Ek erhålls. Figur 3. Referenstillstånd träelement horisontellt exponerat utan fuktfällor (Foto: LTH/Tord Isaksson). Materialets resistens definieras med en kritisk dos D crit, som justeras för att beakta olika materials egenskaper vad gäller effektivitet avseende skydd mot röta och fuktupptagning, se vidare avsnitt 4. Eftersom exponeringen i referensfallet (utan fuktfällor) är gynnsam vad gäller att undvika angrepp av röta, innebär andra exponeringar, där man har att räkna med andra detaljlösningar som ger upphov till fuktfällor, normalt ogynnsammare förhållanden. Detta beaktas genom olika exponeringsfaktorer som beskrivs i avsnitt 3. Utvärdering av en särskild komponent eller detalj görs i följande steg: 1. Bestäm vilken förväntad livslängd som gäller. 2. Bestäm konsekvensklass och motsvarande värde på d. 3. Bestäm årsdosen D E0 för exponeringen beroende på aktuellt geografiskt läge. 2

11 4. Bestäm en exponeringsfaktor för att beakta lokala klimatförhållanden (meso-/ mikroklimat). Faktorer av betydelse är konstruktionens exponering för slagregn, läge i förhållande till dominerande vindriktning, terrängtopografi och grad av skydd från omgivande bebyggelse och vegetation. 5. Bestäm exponeringsfaktorer för a) regnskydd b) avstånd från mark c) detaljutformning av den aktuella komponenten 6. Steg 2-5 ger ett dimensionerande värde D Ed för exponeringen 7. Välj material för att bestämma aktuellt värde för D Rd 8. Kontrollera om den valda utformningen uppfyller kravet på livslängd Beräknad förväntad livslängd D D Rd Ed (år) 9. Om inte, ändra ingående värden i stegen 4 till 7. Faktorer som påverkar exponering och resistens beskrivs i avsnitt 3 och 4. 3

12 4

13 2 Föreskrifter och krav på beständighet Vid dimensionering av träkonstruktioner och detaljer med avseende på beständighet och förväntad livslängd finns det i huvudsak två aspekter att beakta vad gäller beständighet: Bärverk som omfattas av Eurokoderna med tillhörande nationella val (EKS) [5]. Estetiska och ekonomiska krav som kan tas fram projektspecifikt tillsammans med beställare. Kraven på estetik och ekonomi hanteras inte av regler och författningar. Beställarens krav på utseende, underhåll och skötsel, ekonomisk livslängd m m avgör hur kraven skall ställas. Nivån på de krav som ställs avseende beständighet skall stå i proportion till tänkbara konsekvenser i termer av exempelvis personskador, dödsfall, ekonomiska förluster samt de kostnader och åtgärder, som är nödvändiga för att uppnå en viss beständighet. För bärverk hänger dessa val ihop med de val som görs för att beakta kraven på bärförmåga och brukbarhet. I övrigt handlar det i stor utsträckning om vilken förväntad livslängd beställaren har och i vilken omfattning man vill göra underhåll. Kraven är i detta fall starkt kopplade till en ekonomisk bedömning. 2.1 Beständighet för bärverk Enligt Eurokod (SS-EN 1990 [6]) skall ett bärverk dimensioneras för att erhålla lämplig beständighet. Detta gäller tillsammans med kraven på bärförmåga och brukbarhet. Kravet på beständighet är således mer eller mindre likställt med kravet på bärförmåga. Krav på beständighet för byggnadsverksdelar och material i bärande konstruktioner definieras i Boverkets föreskrifter och allmänna råd om tillämpningen av Eurokoder (EKS), 7 [5]: Byggnadsverksdelar och material som ingår i bärande konstruktioner ska antingen vara naturligt beständiga eller göras beständiga genom skyddsåtgärder och underhåll så att kraven i brottgräns- och bruksgränstillstånd uppfylls under byggnadsverkets livslängd. Är permanent skydd inte möjligt ska förväntade förändringar av egenskaperna beaktas vid dimensioneringen. Konstruktionen ska vid förutsatt underhållsbehov utformas så att de påverkade delarna blir åtkomliga för återkommande skyddsåtgärder och underhåll. I Eurokoden som beskriver dimensionering av träkonstruktioner, SS-EN ,4 [7], anges att bärverk skall ha tillfredsställande beständighet mot biologiska organismer. Kraven formuleras genom att materialet skall ha tillfredsställande naturlig beständighet eller skyddsbehandlas för aktuell användningsklass. I föreliggande Guide beskrivs en metod för att göra denna verifiering baserad på beräkningar. I SS-EN 1990, 2.4 [6] anges de krav som ställs på beständighet för bärande konstruktioner. 5

14 Förslag på hur livslängd skall hanteras ges i SS-EN 1990, 2.3, se Tabell 1. Dessa krav gäller för bärverk som omfattas av Eurokoderna och tillämpas här för bärande träkonstruktioner utomhus. Konsekvensklass för bärverk hanteras i samband med att man ställer kraven på bärförmåga och brukbarhet. Beständighetskriteriet säkerställer att man uppfyller dessa krav under en avsedd livslängd. Tabell 1. Förslag på avsedd livslängd (SS-EN 1990, 2.3, Tabell 2.1) [6]. Livslängdskategori Förslag på avsedd livslängd (år) Exempel 1 10 Tillfälliga konstruktioner till 25 Utbytbara konstruktionsdelar, t ex. portalbalkar och lager 3 15 till 30 Bärverk i lantbruksbyggnader och liknande 4 50 Bärverk i byggnader samt andra vanliga bärverk Bärverk i monumentala byggnader samt broar och andra anläggningar 1 Bärverk eller konstruktionsdelar som kan nedmonteras med avsikt att kunna återanvändas bör inte anses som tillfälliga. 2.2 Beständighet grundat på estetiska och ekonomiska krav För konstruktioner och detaljer som i första hand styrs av estetiska och ekonomiska krav är det viktigt att den som projekterar tillsammans med beställare utformar de krav som skall ställas. Kraven bör beakta möjligheten och viljan att inspektera, underhålla och reparera konstruktionen under förväntad livslängd. Livslängd på en fasad är exempel på ett krav som styrs i huvudsak av estetik. Fasaden kan även ha en skyddande funktion för bakomliggande konstruktioner, vilket bör beaktas vid val av utformning av fasad. Den skyddande funktionen kan exempelvis i de flesta fall upprätthållas längre än vad kraven på estetik medger. För exempelvis ett trädäck kan kraven se olika ut beroende på användningskategori. För trädäck i anslutning till bostäder är det i huvudsak brukbarhetskrav (deformationer, svikt) och estetiska krav. För allmänna trädäck, där t ex trafik med lättare fordon kan förväntas, ställs även krav på bärförmåga enligt föregående avsnitt. Att i en Guide som denna ange lämpliga krav på förväntad livslängd för exempelvis fasader och trädäck låter sig inte göras. Det som normalt brukar betraktas som en förväntad livslängd för en målad träfasad där underhållsinstruktioner följs är år. För att nyansera kraven med hänsyn till konsekvens av att verklig livslängd blir kortare än förväntad livslängd används en konsekvensfaktor. Val av konsekvensklass beror på hur allvarliga konsekvenserna kan bedömas bli om rötangrepp inträffar inom den förväntade dimensionerande livslängden. Exempelvis kan konsekvensfaktorn användas för att 6

15 differentiera kraven på en träfasad på en femvåningsbyggnad respektive ett enfamiljshus. Konsekvensklasserna motsvaras av en faktor d som redovisas i Tabell 2. Tabell 2. Konsekvensfaktor d som funktion av konsekvensklass. Konsekvensklass 1. Liten (t ex där det är acceptabelt och lätt att ersätta ett begränsat antal komponenter i en konstruktion om röta uppkommer) 2. Måttlig (t ex där förväntade konsekvenser är av påtaglig ekonomisk och praktisk natur) 0,8 3. Stor (risk för personskada eller förlust av människoliv) 1,0 d 0,6 7

16 8

17 3 Exponering D Ek 3.1 Allmänt Exponering i form av årsdos (enhet dagar) antas bl a bero på geografiskt läge lokalt klimat graden av skydd mot regn avstånd till mark detaljutformning Exponering bestäms genom D Ek ke1 ke2 ke3 ke4 ke5 DE0 c a (2) där D E0 k E1 k E2 k E3 k E4 k E5 c a exponering i form av årsdos för aktuellt geografiskt läge faktor som beskriver effekt av slagregnsexponering faktor som beskriver lokala exponeringsförhållanden (terrängtopografi, bebyggelse) faktor som beskriver effekt av regnskydd faktor som beskriver effekt av avstånd till mark faktor som beskriver effekt av detaljutformning m h t risk för fuktfällor kalibreringsfaktor som bestäms genom verifiering mot dokumenterad erfarenhet och expertutlåtanden Exponering kan tolkas som ett mått på den kombinerade effekten av fukt- och temperaturförhållanden och hur gynnsamma dessa förhållanden är för utveckling av röta. 3.2 Årsdos D E0 Årsdosen D E0 är en funktion av geografiskt läge och beskriver klimateffekten för referensobjektet, dvs. ett horisontellt träelement av gran, exponerat för regn men utan fuktfällor. Utifrån klimatdata för ett geografiskt läge i form av dygnsmedelvärden för utomhustemperatur (T C) och uteluftens relativa fuktighet (RF %), kan fuktkvoten (u %) för referensobjektet bestämmas enligt u 10,17 0,122 RF 0, 275 T (3) 9

18 Den kombinerade klimateffekten av temperatur T och fuktkvot u och deras tidsvariation uttrycks som en dos. En utförlig redovisning av hur dosen beräknas finns i bakgrundsdokumentet till Guiden [3]. Den årliga totala dosen (årsdosen) för ett antal orter i Sverige finns redovisad i Figur 4. Värdena utgör medelvärden för mer eller mindre sammanhängande mätserier från SMHI mellan åren 1961 och I samma figur finns även en zon-indelning redovisad. Värden för årsdos för respektive zon redovisas i Tabell 3. Årsdosen som den redovisas i Figur 4 och Tabell 3 beaktar inte effekten av slagregn. Denna effekt behandlas i avsnitt Årsdosen för ett godtyckligt geografiskt läge kan även beräknas med hjälp av ekvation (3) och klimatdata från exempelvis den meteorologiska databasen Meteonorm [8]. Dosen beräknas enligt [3]. Tabell 3. Årsdos D E0 för olika zoner i Sverige enligt Figur 4. 14,0 14,7 6 12,7 18,1 Zon Årsdos D E0 (dagar) 16, , ,8 21,0 17,4 19,8 4 24,2 20,4 23,4 23,0 3 24,4 26,1 26,4 2 26,6 24,6 28,6 24,7 23,8 24,8 27,5 27,4 31,5 26,6 2 27,7 27,7 26,7 31,8 1 Figur 4. Indelning av Sverige i 6 zoner med avseende på årsdos. 10

19 3.3 Lokala exponeringsförhållanden Slagregn För konstruktioner och detaljer med vertikala ytor bör effekt av slagregn beaktas. Årsdosen enligt avsnitt 3.2 korrigeras med slagregnsfaktor k E1 enligt Figur 5 och Tabell 4. I den mån man inte kan tillgodoräkna sig skydd för slagregn bör årsdosen korrigeras med dessa faktorer. Korrektionen är tillämplig för detaljer och konstruktioner som har skydd eller delvis skydd för vertikalt regn, typ fasader, men inte mot slagregn. För detaljer som har samma exponering oavsett typ av regn, exempelvis trädäck, skall korrektionen inte tillämpas. Tabell 4. Slagregnsfaktor för olika zoner i Sverige enligt Figur 5. Faktorn skall endast användas för vertikala ytor som kan påverkas av slagregn, exempelvis fasader. Zon 1 1, ,95 4 0,90 5 0,85 Slagregnsfaktor k E1 Figur 5. Korrektionsfaktor k E1 för effekt av slagregn. 11

20 3.3.2 Skydd av terrängtopografi och bebyggelse Konstruktionens utsatthet för klimatpåverkan bestäms av faktorer som exempelvis omgivande terrängtopografi, omgivande bebyggelse och slagregnsförhållanden. Effekt av slagregn enligt ovan hanteras som en lokal effekt, men den beaktar inte lokala exponeringsförhållanden. Lokala förhållanden som kan behöva beaktas: terrängtopografi uttorkningsförhållanden (skugga) skydd av omgivande bebyggelse Med faktorer enligt Tabell 5 ges möjlighet att beakta lokala förhållanden. Två skyddsfaktorer är identifierade och om båda bidrar till skydd kan graden av exponering med hänsyn till lokala förhållanden bedömmas som liten. Om endast en av faktorerna ger skydd så bedöms exponeringen som måttlig. Om terrängtopografi och/eller bebyggelse inte kan anses ge något skydd förutsätts exponeringen vara hög. Tabell 5. Inverkan av lokala exponeringsförhållanden. Grad av exponering Skyddsfaktorer terrängtopografi och bebyggelse k E2 Liten Båda faktorer ger skydd 0,8 Måttlig Endast en av faktorerna ger skydd 0,9 Hög Ingen faktorerna ger skydd 1,0 3.4 Regnskydd och avstånd från mark Regnskydd genom taköverhäng beskrivs av en faktor k E3, som är en funktion av kvoten mellan taköverhäng e och läge d av den aktuella utsatta konstruktionsdetaljen, se Figur 6. Den regnskyddande effekten kan tillämpas för både däck och fasader. På samma sätt beskrivs effekten av avstånd från mark av en faktor k E4, se Figur 6. Värden för koefficienterna k E3 och k E4 ges av Figur 7 och ekvation 4 respektive Figur 8 och ekvation 5. Exempel på hur utformning av taköverhäng och avstånd till mark kan se ut ges i Figur 9 till Figur 12. Regnskydd beaktas genom att reducera exponeringen enligt ekvation 4. k E 3 e 1 0, 2 d för k E3 0,8 för e 0 1 d e d 1 (4) Avstånd till mark beaktas genom att öka exponeringen för detaljer som finns upp till 400 mm från mark enligt ekvation 5. För avstånd till mark som är mindre än 100 mm ges inget värde eftersom detta närmar sig en konstruktion som är i kontakt med mark och bedömning av livslängd blir mycket osäker. Detta är en starkt olämplig utformning av en fasad. 700 a k E 4 för 100 a 400 mm 300 (5) k E4 1,0 för a 400 mm 12

21 Överhäng e Vägghöjd d läge för aktuell detalj a, avstånd till mark Detalj Figur 6. Illustration av effekten av taköverhäng (k E3 ) samt definition av avstånd till mark (k E4 ). Figur 7. Inverkan av regskydd av taköverhäng beaktas med faktorn k E3 med e/d enligt Figur 6. 13

22 Figur 8. Inverkan av avstånd till mark beaktas med faktorn k E4 med avstånd till mark enligt Figur 6. Figur 9 (ovan). Modernt trähus utan taköverhäng (Foto: Åke E:son Lindman). Figur 10 (t h). Trähus med väl tilltaget taköverhäng som ger fasaden bra skydd mot regn. (Foto: Åke E:son Lindman). Figur 11. Litet avstånd till marken innebär stor risk för tidiga rötskador (Foto: SP/Jöran Jermer). Figur cm avstånd till marken förhindrar tidiga rötangrepp hos fasaden (Foto: SP/Jöran Jermer). 14

23 3.4.1 Allmänt Denna del omfattar detaljutformningens inverkan på exponering. Detaljer förutsätts kunna delas in i 5 olika klasser enligt Tabell 6, medan Tabell 7 och Tabell 8 redovisar separata tolkningar för tillämpningar motsvarande trädäck respektive fasader. Tabell 6. Klassificering av detaljutformning. Klassificering Beskrivning 1. Mycket bra Mycket bra utformning som kännetecknas av maximal möjlighet till vattenavrinning och uttorkningsförmåga vid nedfuktning. 2. Bra Bra utformning med möjlighet till vattenavrinning och uttorkning. 3. Medelbra Utformning med måttligt stor risk för fuktfällor och med någon möjlighet för uttorkning vid nedfuktning. 4. Mindre bra Utformning med relativt stor risk för fuktfällor och där begränsad möjlighet ges för uttorkning. 5. Dålig Utformning som medför stor risk för fuktfällor och som ger mycket begränsad möjlighet att torka ut vid nedfuktning Klassificering av detaljutformning för trädäck Klassificering av typiska detaljer som ingår i trädäck kan göras med hjälp av Tabell 7. De olika detaljerna illustreras i Figur A1 i Bilaga. Tabell 7. Klassificering av detaljutformning för trädäck. Klassificering Typdetalj k E5 1. Mycket bra Vertikal komponent där uttorkning kan ske från alla sidoytor (t ex detalj A 1) ). 2. Bra Horisontellt träelement där uttorkning kan ske från alla sidor (t ex med tillräckligt breda spalter 2) mellan brädorna i däcket, detalj B 1) ). 3. Medelbra Kontaktyta sidoträ mot sidoträ med tillräckligt bred spalt 2) och under förutsättning att den hålls fri från smuts. 4. Mindre bra Horisontell och vertikal kontaktyta sidoträ mot sidoträ utan spalt eller med för trång spalt 2), t ex detaljer C och D 1). Horisontella träelement nära ändträ. 5. Dålig Horisontell och vertikal kontaktyta ändträ mot sidoträ liksom ändträ mot ändträ, t ex detalj E 1). 1) Detaljer illustreras i Figur A1 i bilaga. 0,9 1 1,2 1,8 2,5 2) Spaltens betydelse är relaterad till uttorkningsförmåga efter nedfuktning och att den medger fuktbetingade svällnings-/krympningsrörelser vinkelrätt mot fiberriktningen. När det gäller spaltens bredd rekommenderas normalt 5-8 mm Klassificering av detaljutformning för fasader Klassificering av fasaddetaljer kan göras med hjälp av Tabell 8. Den baseras på antingen ventilationen av fasadens baksida eller i vilken omfattning ändträförsegling är utförd. Den mest ogynnsamma klassificeringen med hänsyn tagen till dessa båda faktorer är avgörande för valet av detaljutformningsfaktor. 15

24 Tabell 8. Bedömning av detaljer för vertikal fasadbeklädnad beroende på a) ventilation eller b) skydd för ändträ. Det mest ogynnsamma av a) och b) är avgörande för val av klass. Klass a) Ventilation b) Ändträskydd k E5 1. Mycket bra Fullt ventilerad Med spalt* samt förseglat eller övertäckt ändträ 2. Bra Begränsad ventilation Med spalt*, men utan ändträskydd Medelbra Ventilation saknas men luftspalt finns 4. Mindre bra Utan spalt* men med ändträförsegling. 1,4 5. Dålig Ventilation saknas, ingen luftspalt 0,9 1,2 Utan spalt* och utan ändträskydd. 1,6 *Syftet med spalten är att ge möjlighet till uttorkning samt ge utrymme för träts fuktrörelser. Spaltens storlek (avståndet mellan exponerade kontaktytor) bör vara 5-8 mm. Ventilationen av fasadens baksida beror på utformningen av de yttre delarna av väggen och de fyra principiella typer som tas upp i Tabell 8 visas och förklaras i Figur 13. Fullt ventilerad gäller när luftspalt med öppningar finns i såväl övre som nedre delen av fasaden och att inga hinder finns för luftströmning i vertikalled (t ex i form av horisontella läkt). Begränsad ventilation fås om det finns begränsande hinder för vertikal luftströmning. För icke-ventilerad fasad är närvaron av luftspalt mellan fasaden och den yttersta delen av väggen, t ex värmeisoleringen, avgörande för att skilja mellan de båda kategorierna till höger i Figur 13. a) Fullt ventilerad b) Begränsad ventilation c) Ventilation saknas, luftspalt finns d) Ventilation saknas, luftspalt saknas Figur 13. Principillustration av olika typer av fasadventilation. För graden av skydd av ändträ är det avgörande om det är övertäckt av andra konstruktionselement eller om det är oskyddat, om det finns en spalt (>10 mm) mellan ändträ och skyddande element och om ändträt är behandlat med en effektiv försegling med liten vattengenomsläpplighet. Ventilation av fasadens baksida och ändträförsegling är de två avgörande faktorerna. Andra rekommendationer när det gäller god praxis skall naturligtvis respekteras, men de har vanligtvis inte så dominerande inflytande på risken för angrepp av röta. Effekt av olika behandlingar beaktas vid bestämning av materialets resistens i avsnitt 4. 16

25 4 Resistens D Rk för trämaterial Resistensen D Rk för olika trämaterial beror framförallt på dess effektivitet avseende rötskydd men även på fuktupptagningsförmågan och bestäms enligt D Rd D D k k (6) Rk crit wa inh där D crit dos som motsvarar rötindex 1, dvs. begynnande röta, enligt SS-EN 252 [4] k wa faktor som beaktar materialets vattenupptagningsförmåga faktor som beaktar materialets hindrande egenskaper avseende röta k inh Den dos som krävs för att uppnå rötindex 1 ligger normalt i intervallet 300 till 400 dagar [9]. Om annan information saknas, väljs lämpligen D crit =325 dagar. Detta värde kan användas för träslag och träbaserade material enligt Tabell 10. Materialen har valts med tanke på att de representerar material som används i varierande utsträckning för utomhuskonstruktioner i Sverige. Materialets förmåga att motstå röta beaktas genom korrektionsfaktorn k inh enligt Tabell 9. Gran (Picea abies) används i detta fall som referensmaterial. Olika materials förmåga att motstå rötangrepp kan variera stort. Impregnerade och modifierade material kan i biologiska provningar i laboratorium och fält klara sig mångdubbelt bättre än referensmaterialet. I Guiden har emellertid satts ett tak på k inh = 8 för sådana material. Man kan nämligen räkna med mycket lång funktionstid för dessa, oavsett om hänsyn tagits på ett optimalt sätt eller ej till andra faktorer som avser exponeringen och det konstruktionstekniska träskyddet. Vattenupptagningsförmågan beror på träslag och eventuell träskyddsbehandling som impregnering och kemisk modifiering samt ytbehandling. Gran (Picea abies) är referensmaterial, och korrigering för andra material genom faktorn k wa görs enligt Tabell 10. I denna tabell anges data om vattenupptagningsförmågan endast för obehandlade material. Med hänsyn till att tillförlitliga data ännu saknas för träskyddsbehandlade material, samt att osäkerhet råder om hur data ska tillämpas, får k wa för träskyddsbehandlade material tills vidare sättas till k wa = 1 vid tillämpning av ekvation (6). För en ytbehandling som görs enligt en tillverkares målningssystem och där man följer ovanstående principer kan k inh ges ett värde på upp till 2, dvs. en korrekt målningsbehandling med systematiskt underhåll ger dubbelt så lång livslängd som obehandlat trä. Observera att målningsbehandlat trä framförallt avser gran med finsågad yta. 17

26 Tabell 9. Faktorn k inh som beaktar ett materials hindrande egenskaper avseende röta [3]. Material Gran (Picea abies) 1 Furu, splintved (Pinus sylvestris) 1 Furu, kärnved (Pinus sylvestris) 1,5 Lärk (europeisk/sibirisk), kärnved (Larix spp) 1,5 Douglasgran, kärnved (Pseudotsuga menziesii) 1,5 Ek, kärnved (Querqus robur) 1,5 Robinia/Falsk akacia, kärnved (Robinia pseudoacacia) 2,5 Jättetuja/Western Red Cedar, kärnved (Thuja plicata) 5 Furu, splintved impregnerad NTR-AB 5 Furu, splintved impregnerad NTR-A 8 Furu och gran, värmebehandlad Thermowood D 2,5 Furu, splintved (P sylvestris, P radiata, SYP 1 ) furfurylerad; WPG 2 ca 50% Furu, splintved (P sylvestris, P radiata, SYP) acetylerad; acetylinnehåll >20% Trä-plastkomposit (WPC) SYP = Southern yellow pine; en blandning av olika tallarter från USAs sydöstra delstater 2 WPG = Weight Percent Gain, ett mått på upptagningen av furfurylalkohol 3 Med förhållande trä:plast ca 50:50 Tabell 10. Faktorn k wa som beaktar olika träslags vattenupptagningsförmåga [11, 12]. Träslag Gran (Picea abies) 1 Furu, splintved (Pinus sylvestris) 0.8 Furu, kärnved (Pinus sylvestris) 1,5 Lärk, (europeisk/sibirisk) kärnved (Larix spp) 1,5 Douglasgran, kärnved (Pseudotsuga menziesii) 1,5 Ek, kärnved (Querqus robur) 1 Robinia/falsk akacia, kärnved (Robinia pseudoacacia) 1,5 Jättetuja/Western Red Cedar, kärnved (Thuja plicata) 1,5 Beständigheten ur biologisk synvinkel spelar en nyckelroll när det gäller förväntad livslängd för trä i olika användningsområden. Genom olika laboratorie- och fältprovningar kan man, under förutsättning av värsta tänkbara fall, ranka olika trämaterials beständighet med hänsyn till användningsområdena enligt EN 335 [2]. Tabell 9 och Tabell 10 bygger på en samlad bedömning av träskyddsexpertis, varvid hänsyn tagits till klassificering av naturlig beständighet enligt EN [10], resultat från flera beständighetsprovningar i laboratorium och i fält, studier av olika träslags vattenupptagningsförmåga [11, 12] samt erfarenheter från praktiken. För faktorerna k inh och k wa har ett begränsat antal nivåer specificerats. Med hänsyn till spridningen i provningsresultat, såväl när det gäller beständighetsprovningar som studier avseende vattenupptagningsförmågan, så bedöms dessa nivåer tills vidare ge en rimlig återspegling av verkligheten. k inh 5 8 k wa 18

27 Impregnerat trä består oftast av en kombination av impregnerad splintved och oimpregnerad kärnved. Kärnveden är som regel svår att impregnera, men det vanligtvis ganska tunna skikt med träskyddsmedel som fås för kärnveden har betydelse för rötskyddet. Provningar i fält (markkontakt) visar att det kan ta bortemot 5 gånger så lång tid för träskyddsbehandlad jämfört med obehandlad kärnved att få begynnande rötskador. Vid tillämpning av ekvation (6) för impregnerat trä med en förhållandevis stor kärnvedsandel kan man för enkelhetens skull schablonmässigt ge k inh ett värde som ligger mitt emellan kärnvedens klassificering och den impregnerade splintvedens. Obehandlat trä består också normalt av en blandning av splintved och kärnved. På samma sätt som för impregnerat trä kan man, där det bedöms motiverat m h t fördelningen av splinoch kärnved och den aktuella exponeringen, ge k inh ett värde som ligger mitt emellan kärnvedens klassificering och splintvedens. Beträffande modifierat trä så gäller följande: För värmebehandlat trä kan angivet k inh enl Tabell 9 användas utan hänsyn taget till fördelningen kärnved/splintved. Furfurylerat och acetylerat trä produceras vanligtvis av ren splintved, varför angivet k inh kan användas. Om vanlig fura, där materialet består av en blandning av splint- och kärnved, furfuryleras bör k inh ges ett värde som ligger mitt emellan kärnvedens klassificering och den furfurylerade splintvedens. Det ska observeras att beständigheten hos modifierat trä också beror på den aktuella behandlingstekniken och kan variera mellan olika material. För samtliga fall impregnerat, modifierat och obehandlat, skall materialresistensen betraktas för värsta tänkbara fall och den minst resistenta delen av materialet avgöra i de fall risken inte kan accepteras med att använda mittvärdet för k inh. Ytbehandling genom målning kan också ha en positiv effekt för att reducera träets exponering under förutsättning att Ytbehandlingen kontrolleras och underhålls regelbundet. Det använda ytbehandlingssystemet är sådant att det inte stänger inne fukt, dvs. är tillräckligt permeabelt för vattenånga (s d -värde 1 m). Träprofiler med rundade hörn (radie min 2,5 mm) används. Ytbehandlingen görs enligt tillverkarens anvisningar, snarast möjligt efter bearbetning av träytan och uppsättning av fasaden. Vid en inkorrekt målningsbehandling och/eller bristande underhåll skall k inh inte ges ett högre värde än 1, utan det kan vara aktuellt att sätta ett lägre värde. 19

28 20

29 5 Kalibreringsfaktor c a Samtliga ovan beskrivna faktorer för såväl exponering som resistens är relativa till sin natur. För att systemet skall kunna användas som ett mått på förväntad livslängd krävs verifiering genom rimlighetskontroller för verkliga situationer där livslängden är dokumenterad. Ett antal sådana rimlighetskontroller visar att om kalibreringsfaktorn väljs till c a = 1,0 så ger systemet resultat som överensstämmer väl med erfarenheter från praktiska fall. Detta är dokumenterat i [3]. Men det är viktigt att notera att träs beständighet är förknippad med stora osäkerheter, eftersom både exponering och resistens uppvisar betydande naturlig variabilitet. Användaren kan enkelt öka säkerheten genom att välja ett högre värde på kalibreringsfaktorn. 21

30 22

31 6 Sammanfattning och slutsatser Exempel som illustrerar tillämpningen av Guiden presenteras i bilaga. Bakgrundsdokumentation presenteras i [3] och visar på vilket sätt angivna värden har bestämts från experimentella data och fysikaliska modeller. Där det befunnits nödvändigt har information inhämtats från sakkunskap och på basis av erfarenheter. Guiden är en vidareutveckling av det arbete som gjordes i WoodWisdom-projektet WoodExter för att utveckla ett kvantitativt verktyg på detta område, och tanken är att det skall förbättras kontinuerligt när nya forskningsresultat och erfarenheter från användningen blir tillgängliga. Det har inte varit möjligt att kvantifiera alla faktorer i beräkningsverktyget på ett vetenskapligt sätt. Karakteristisk årlig exponeringsdos för en referensexponering har emellertid beräknats genom att använda tidsserier av klimatdata för olika geografiska lägen tillsammans med dos-responsmodeller för initiering av röta. Ansatser har även gjorts för att kunna göra relevanta uppskattningar av spridningen för att få tillräckliga säkerhetsmarginaler. Verktyget ger en metod för att beakta klimatet vid det aktuella geografiska läget och i någon mån också lokala klimatförhållanden. En fördel med verktyget är att det uppmuntrar användaren att tänka på konsekvenserna av att förväntad livslängd inte uppnås. En annan fördel är att användaren går igenom en checklista som uppmärksammar vikten av lämpliga detaljlösningar. Även om faktorerna som beskriver effekterna av detaljlösningar, kontaktytor, ytbehandlingssystem och underhåll är svåra att kvantifiera på ett tillförlitligt sätt, förväntas en användning av verktyget allmänt sett leda till bättre konstruktionslösningar. Många användare har begränsad förståelse för begreppet konstruktionstekniskt träskydd. Beskrivningar av s k föreskrivna typlösningar är svåra att använda, eftersom många som skall använda sådana inte förstår vad som händer om lösningen modifieras, vilket ofta är nödvändigt. Materialets resistens, som beskriver effekten av materialvalet, har uppskattats genom faktiska jämförelser av rötresistensen och fuktupptagning hos olika material samt subjektiva expertutlåtanden. Verktyget har verifierats genom att det tillämpats med gott resultat på ett antal verkliga konstruktioner där livslängden är dokumenterad, se referens [3]. 23

32 24

33 7 Referenser [1] Thelandersson S, Isaksson T, Frühwald E, Toratti T, Viitanen H, Grüll G, Jermer J, Suttie E (2011). Beständighet för utomhusträ ovan mark. Guide för utformning och materialval. Rapport TVBK 3060, Avd för konstruktionsteknik. Lunds Universitet. [2] SS-EN 335 (2013). Träskydd Definitioner och tillämpning av användningsklasser Massivt trä och träbaserade produkter. [3] Isaksson T, Brischke C, Jermer J Thelandersson S (2014). Service life of wood in outdoor above ground applications: Engineering design guideline. Background document. Report TVBK Div. of Structural Engineering, Lund University, Sweden. [4] EN 252 (1989). Wood preservatives. Field test methods for determining the relative protective effectiveness in ground contact. [5] Boverkets föreskifter och allmänna råd om tillämpning av Eurokoder (EKS 9) (2013). [6] SS-EN 1990, 2.4, Grundläggande dimensioneringsregler för bärverk. [7] SS-EN ,4, Dimensionering av träkonstruktioner. [8] Meteonorm. Global Meteorological Database for Engineers, Planners and Education. [9] Isaksson T, Brischke C, Thelandersson S (2013). Development of decay performance models for outdoor timber structures. Materials and Stuctures, DOI /s [10] SS-EN 350 (1994). Durability of wood and wood-based products - Natural durability of solid wood. Part 1. Guide to the principles of testing and classification of the natural durability of wood Part 2. Guide to the natural durability and treatability of selected wood species of importance in Europe. [11] Brischke C, Hesse C, Meyer L, Bardage S, Jermer J, Isaksson T (2014). Moisture dynamics of wood An approach to implement the wetting ability of wood into a resistance classification concept. IRG/WP Proceedings IRG annual meeting. [12] Van Acker J, De Windt I, Li W, Van den Bulcke J (2014).Critical parameters on moisture dynamics in relation to time of wetness as factor in service life prediction. IRG/WP Proceedings IRG annual meeting. 25

34 26

35 Bilaga Tillämpningsexempel Exempel 1: Utformning av trädäck Guiden skall tillämpas för ett trädäck med utformning enligt Figur A1. Detaljerna A-E identifieras som kritiska för däckets livslängd. Figur A1. Trädäck med detaljlösningar A-E. (efter Timber Decking Association, UK). Dimensioner på bärande delar förutsätts bestämda enligt Eurokod med tillhörande EKS. Dimensionering m a p avsedd livslängd görs därför utifrån att det är ett krav på bärverk (se avsnitt 2.1). För trallbrädorna kan man även göra bedömningen att det rör sig om ett estetiskt krav och därmed utnyttja en konsekvensfaktor enligt Tabell 2. Enligt Tabell 1 bör avsedd livslängd vara mellan 15 och 30 år. Exponering Geografiskt läge: Halmstad D E0 =28 dagar (Figur 4) Lokala förhållanden Slagregn inte aktuellt för trädäck k E1 = 1,0 (avsnitt 3.3.1) Skydd av bebyggelse k E2 = 1,0 (avsnitt 3.3.2) Regnskydd: Exponerat för regn k E3 = 1,0 (avsnitt 3.4) Detaljlösningar: De olika detaljerna A-E enligt Figur A1 beskrivs i Tabell A1. Kalibreringsfaktor c a = 1,0 27

36 Tabell A1. Beräkning av exponeringsindex för däckets detaljer A-E enligt Figur A1. Detalj c a k E1 k E2 k E3 D E0 Avstånd från mark (mm) k E4 Figur 8 Klassificering av detaljer Tabell 7 k E5 D Ek d D Ed = d D Ek Dagar/år A = ,67 1 0,9 42,1 1 42,1 B 28 >400 1,0 2 1, C 28 >400 1,0 4 1,8 50,4 1 50,4 D 28 >400 1,0 4 1,8 50,4 1 50,4 E 28 >400 1,0 5 2, Resistens (för alla detaljer) Material: lärk (kärnved) Viktigt att materialet är fritt från splintved D crit = 325 dagar Skyddande effekt mot röta k inh = 1,5 (Tabell 9) Vattenupptagningsförmåga k wa = 1,5 (Tabell 10) D Rd D Rk D crit k wa k inh 325 1,5 1,5 731 dagar Verifiering Kriteriet för utformningen DEd D Rd Bedömd livslängd n år för de olika detaljerna n A D D Rd Ed ,1 år n B D D Rd Ed år n D ,4 Rd C, D DEd 14 år n E D D Rd Ed år 70 Kravet på avsedd livslängd är inte uppfyllt för detalj E och gränsfall för detalj C och D. Kontaktytor som håller högre fuktkvot under längre perioder (försvårar uttorkning) är mer utsatta för rötangrepp. Här kan man välja att byta material på sådana delar eller utforma detaljerna så att höga, långvariga fuktkvotsnivåer reduceras. 28

37 Exempel 2: Utformning av fasad Två detaljer har valts ut för att visa Guidens tillämpning på fasader, se Figur A2. Det förutsätts att ytbehandlingen underhålls korrekt och uppfyller kraven som specificeras i avsnitt och 4. Fasaden bedöms vara i konsekvensklass 2. Om fasaden exempelvis hade suttit på ett större flervåningshus hade en högre konsekvensklass varit ett troligt val. Konsekvensklass 2 d =0,8 (Tabell 2) Exponering Geografiskt läge: Falun, zon 4 D E0 =21 dagar (Figur 4, Tabell 3) Lokala förhållanden, slagregn zon 5 k E1 = 0,85 (Figur 5, Tabell 4) Lokala förhållanden, skydd av bebyggelse, måttlig k E2 = 0,9 (Tabell 5) Detalj A (lockläktpanel) Regnskydd: Takutsprång 0,5 m, detaljens läge 6 m, e/d=0,083 k E3 =0,98 (Figur 7) Avstånd från mark: >400 mm k E4 =1,0 (Figur 8) Fasaden är ventilerad (men begränsat eftersom det finns horisontella läkt bakom) med ändträförsegling och ytbehandling som är väl underhållen (Klassificering: bra) k E5 = 1,0 (Tabell 8) Detta ger (ekvation 2 med c a = 1,0) D Ek = 0,85 0,9 0,98 1,0 21 1,0= 15,7 dagar och D Ed = d D Ek = 0,8 15,7 = 12,6 dagar/år B A Figur A2. Fasad med utsatta detaljer. Detalj B (fönsterfoder, ändträ mot sidoträ) Regnskydd: Takutsprång 0,5 m, detaljens läge 5 m, e/d=0,1 k E3 =0,98 (Figur 7) Avstånd från mark: > 400 mm k E4 =1,0 (Figur 8) Vid klassificering av detaljutformning av foderdetaljen får man följande med Tabell 8: Skydd av ändträ: vertikalt ändträ mot sidoträ utan spalt men förseglat, ytbehandling korrekt underhållen k E5 =1,4 29

38 Saknas luftspalt/ventilation mellan foder och bottenbräda k E5 =1,6 Det senare kriteriet blir dimensionerande, dvs. k E5 =1,6 Detta ger (ekvation 2 med c a = 1,0) D Ek = 0,85 0,9 0,98 1,0 1,6 21 1,0= 25,2 dagar och D Ed = d D Ek = 0,8 25,2 = 20,2 dagar/år Resistens (för alla detaljer) Material: gran D crit = 325 dagar Vattenupptagningsförmåga (färg, underhållen enligt anvisningar) k wa = 2 Skyddande effekt mot röta k inh = 1 (Tabell 9) D Rd D Rk D crit k wa k inh dagar För färgsystemet valdes k wa =2 i enlighet med vad som sagts i avsnitt 4. Verifiering Kriteriet för utformningen D Ed D Rd Bedömd livslängd n år för de olika detaljerna n A D D Rd Ed ,6 år n B D D Rd Ed ,2 år Beräkningar indikerar således att en väl underhållen och väl utformad panel på ett hus i Falun har en bedömd livslängd på ca 59 år. Vald konsekvensklass innebär att man får räkna med att byta en begränsad mängd panelbrädor under denna tid. För fönsterfodret blir bedömd livslängd ca 37 år. Även här får man räkna med att något foder behöver bytas under denna tid. Om underhållet inte sköts reduceras givetvis livslängden avsevärt. Om man som beställare kan acceptera en större sannolikhet att det vid förväntad livslängd innebär att begränsade delar av fasadpanelen byts ut kan konsekvensklassen väljas lägre med en längre beräknad förväntad livslängd som följd. Som framgår av ovan har man som beställare och projektör möjlighet att nyansera innebörden av förväntad livslängd och väga det mot exempelvis underhållsbehov och ekonomiska aspekter. 30