В группу пороков, объединенных этим названием, входит два вида пороков: сучки и глазки. Сучок представляет собой основание ветви, заключенное в древесину ствола. Сучки встречаются во всех породах и относятся к порокам растущего дерева. На разрезах древесины сучки заметны в виде темноватого участка, имеющего самостоятельную систему годичных слоев (см. рис. 8). В лесоматериалах встречаются одиночные и групповые (мутовчатые, характерные для древесины хвойных пород) сучки. Сучки делятся на разновидности по форме, степени срастания и состоянию древесины. По форме сучки делятся на круглые, овальные и продолговатые. Круглый сучок образуется, если основание ветви разрезается под углом к продольной оси таким образом, что отношение большего диаметра сучка к меньшему не превышает 2. Круглый сучок может быть обнаружен главным образом на тангенциальном разрезе ствола или на его боковой поверхности.
Овальный сучок образуется, если основание ветви разрезается иод углом к продольной оси таким образом, что отношение большего диаметра сучка к меньшему находится в пределах от 2 до 4 (см. рис. 8, а). Продолговатый сучок обнаруживается при разрезании основания ветви вдоль или под малым углом к ее оси таким образом, что отношение большего диаметра к меньшему превышает 4. Продолговатый сучок в виде суживающейся к сердцевине полосы или сильно вытянутого овала может быть обнаружен на радиальном или близком к нему разрезе. Если продолговатый сучок проходит через всю ширину пласти (от одной кромки до другой), он называется сшивным (см. рис. 8, б).
Рис. 72. Лапчатый сучок в древесины сосны.
Два продолговатых сучка, симметрично расположенных относительно сердцевины, называются разветвленным или лапчатым сучком (рис. 72). Лапчатый сучок образуется при мутовчатом расположении ветвей и встречается у хвойных пород. В древесине всех пород иногда встречается толстый продолговатый сучок, расположенный под очень острым углом к оси ствола и пронизывающий его на значительном расстоянии (рис. 73). Этот толстый сучок, представляющий собой основание отставшей в росте или отмершей второй вершины ствола, называется пасынком. В пиломатериалах на радиальном разрезе пасынок имеет вид широкой полосы, направленной под очень малым углом к волокнам, а на боковой поверхности круглых сортиментов — вид сильно вытянутого овала с самостоятельной системой годичных слоев.
По степени срастания с окружающей древесиной сучки делятся на сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся. Сросшимся сучок называется в том случае, если годичные слои его срослись с окружающей древесиной ствола на протяжении не менее 3/4 периметра. Основание ветви, отмершей при жизни дерева и не имеющей связи с окружающей древесиной ствола на протяжении 1/4 - 3/4 периметра, называется частично сросшимся сучком. Если годичные слои сучка совсем не связаны с окружающей древесиной или эта связь обнаруживается менее чем на 1/4 части периметра сучка, такой сучок называется несросшимся.
Если здоровый несросшийся сучок в доске не имеет связи с окружающей древесиной, при высыхании он может выпасть, оставив отверстие; отверстие образуется также в том случае, если древесина сучка сгнила и выкрошилась. По состоянию древесины сучки делятся на здоровые, темные просмоленные, загнившие, гнилые и табачные. Здоровым называется сучок, если древесина его не имеет признаков гнили и окрашена лишь слегка темнее окружающей древесины. Если древесина сучка содержит повышенное количество смолы или камеди и значительно темнее окружающей древесины, сучок называется темным просмоленным. Древесина такого сучка, естественно, вполне здоровая и отличается повышенной твердостью (раньше такой, сучок назывался роговым). В начальной стадии загнивания древесины сучка изменяет нормальную окраску и становится сплошь или местами более светлой, темной или приобретает пеструю окраску; однако твердость и структура древесины сохраняется.
Рис. 73. Пасынок в сосновой доске.
При дальнейшем развитии гнили древесина сучка сильно размягчается и нормальная структура ее утрачивается. Если загнивание распространилось на зону, составляющую менее 1/3 площади сучка, такой сучок называется загнившим. Если гниль занимает более 1/3 площади сучка, его называют гнилым. Иногда древесина сучка полностью сгнивает и превращается в бурую, коричневую или пеструю массу, легко, растирающуюся в порошок, по виду напоминающий нюхательный табак; такой сучок называется табачным.
Полная характеристика сучка должна включать все признаки. Например, может быть круглый частично сросшийся загнивший сучок или продолговатый сросшийся гнилой сучок и т. д. В круглых лесоматериалах встречаются наружные сучки, видимые на боковой поверхности, заросшие, не выходящие на боковую поверхность, но заметные по вздутиям, и внутренние, которые совсем нельзя обнаружить на боковой поверхности. У лиственных пород (березы, бука, осины) на наличие заросших сучков указывают бровки (рис. 74), представляющие собой две расходящиеся под углом черные полосы (усы). Наружные сучки располагаются главным образом в верхней, заросшие — в средней, а внутренние — в нижней (комлевой) части ствола.
Рис. 74. Вид бровки на коре березы (схема): А — раневое пятно; Б — усы.
Рис. 75. Способ измерения сучков: а — в пиломатериалах; б — в круглых лесоматериалах.
Характеристика древесины по сучковатости включает указание на вид сучков, размеры и количество их на 1 пог. м длины или на весь сортимент. Размеры сучков в пиломатериалах устанавливаются по расстоянию между касательными к контуру сучка, проведенными параллельно оси сортимента (рис. 75, а). Если сучок выходит на ребро, за размер его принимается расстояние между касательной и ребром. При измерении продолговатых сучков, выходящих на ребро, кроме того, определяется максимальная глубина h их залегания (рис. 75, а). Размер сшивного сучка равен ширине пласти сортимента. Размеры сучков определяются в миллиметрах или в долях ширины или толщины сортимента.
В круглых лесоматериалах размер открытого наружного сучка устанавливается по наименьшему диаметру (рис. 75, б). Размер заросшего сучка и глубина его залегания может быть установлена по диаметру раневого пятна и углу между усами бровки. Размер наиболее толстой части заросшего сучка березы, бука, липы, ольхи и ясеня равен 0,9, а осины — 0,6 максимального диаметра раневого пятна (см. рис. 74). Глубина залегания сучков в сортиментах из указанных пород может быть определена по соотношению между наибольшим и наименьшим диаметром раневого пятна и диаметра сортимента в месте зарастания сучка. С увеличением отношения между диаметрами раневого пятна при данном диаметре сортимента глубина залегания вершины заросшего сучка уменьшается. При данном соотношении диаметров раневого пятна залегание сучка тем глубже, чем больше диаметр сортимента. У березы глубина залегания сучка зависит от угла между усами бровки. Заросший сучок при данном диаметре сортимента расположен тем глубже, чем больше угол между усами. При одном и том же угле между усами глубина залегания больше у сортиментов большего диаметра. По длине уса можно ориентировочно судить о размере заросшего сучка. Длина уса, измеренная в сантиметрах, примерно соответствует размеру сучка в миллиметрах.
В шпоне и фанере размер сучка определяют полусуммой наибольшего и наименьшего его диаметров; этот способ измерения иногда допускается и для других сортиментов. Размеры и расположение сучков зависят от породы, условий роста дерева, части ствола. Стволы теневыносливой породы — ели имеют больше сучков, чем стволы сосновых деревьев; деревья, выросшие в сомкнутых древостоях, очищаются от сучков раньше и выше, чем дерево, выросшее на свободе; сучковатость комлевой части ствола меньше, чем вершинной. Размеры одних и тех же сучков и состояние их древесины изменяются по радиусу ствола. По мере продвижения от коры в глубь ствола, к сердцевине, размеры сучков уменьшаются, несросшиеся сучки переходят в сросшиеся, увеличивается количество загнивших и гнилых сучков.
При использовании древесины сучки в большинстве случаев оказывают отрицательное влияние, поэтому они — основной сортоопределяющий порок почти во всех сортиментах и деталях из древесины. Сучки нарушают однородность древесины и вызывают искривление волокон и годичных слоев; это приводит к ухудшению многих механических свойств древесины. Вследствие большей твердости по сравнению с окружающей древесиной здоровые и особенно темные просмоленные (роговые) сучки затрудняют обработку древесины режущими инструментами. Табачные сучки в круглом сортименте обычно сопровождаются скрытой внутренней гнилью.
Снижение показателей механических свойств древесины обусловливается не столько самим сучком, сколько тем, что вокруг сучка искривляются волокна (образуются завитки). Степень влияния сучка зависит от его относительных размеров; один и тот же сучок в малой по размерам детали будет оказывать более сильное влияние, чем в большой детали. Наименьшее отрицательное влияние оказывают здоровые, круглые, вполне сросшиеся сучки, а наибольшее — сшивные и лапчатые.
В зависимости от вида действия сил влияние сучков на прочность может быть различным. Наиболее сильно снижается прочность древесины при растяжении вдоль волокон, меньше всего изменяется прочность при сжатии вдоль волокон. При изгибе степень влияния промежуточная и существенно зависит от положения сучка по длине и высоте детали. Наибольшее отрицательное влияние оказывают сучки, расположенные в растянутой зоне опасного сечения изгибаемой детали, особенно, если сучок выходит на кромку. Мелкие здоровые сучки, расположенные в нейтральной зоне изгибаемых балок, могут быть даже полезны, так как увеличивают прочность древесины при скалывании вдоль волокон (касательные напряжения при изгибе достигают максимума именно в нейтральной зоне).
Из-за сучков также увеличивается прочность при сжатии и растяжении древесины в радиальном направлении поперек волокон, когда ось сучков совпадает с направлением усилия. Сучки увеличивают прочность и при скалывании вдоль волокон в тангенциальном направлении, когда они расположены перпендикулярно плоскости скалывания. Степень влияния сучков на прочность древесины сосны видна из таблицы 60 для балок, брусьев и брусков с сучками на узкой поверхности, а также для досок с сучками на пласти в пределах средней трети длины.
Таблица 60. Влияние сучков на прочность древесины сосны.
Размер сучка в долях ширины или толщины детали | Прочность,% от прочности чистой древесины | Размер сучка в долях ширины или толщины детали | Прочность, % от прочности чистой древесины | ||
при статическом изгибе | при сжатии вдоль волокон | при статическом изгибе | при сжатии вдоль волокон | ||
0,05 | 90 | 93 | 0,30 | 67 | 68 |
0,10 | 86 | 88 | 0,35 | 63 | 63 |
0,15 | 82 | 83 | 0,40 | 58 | 58 |
0,20 | 77 | 78 | 0,45 | 54 | 53 |
0,25 | 72 | 73 | 0,50 | 49 | 48 |
Влияние сучков на прочность древесины лиственных пород при статическом изгибе иллюстрируют данные табл. 61.
Таблица 61. Влияние сучков на прочность древесины лиственных пород.
Размер сучка в долях ширины детали | Прочность при статическом изгибе, % от прочности чистой древесины | ||
береза | бук | дуб | |
0,10 | 84 | 92 | 88 |
0,20 | 76 | 72 | 85 |
0,30 | 70 | 65 | 85 |
0,40 | — | 56 | 77 |
0,50 | — | 47 | — |
В отверстие, остающееся после выпавших сучков, в некоторых случаях вставляют деревянные пробки (на клею или без него). Иногда специально высверливают сучки и отверстия заделывают пробками. Однако прочность древесины при этом не повышается, так как искривления волокон вокруг пробок по-прежнему остаются. Влияние сучков на величину модуля упругости при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе можно проследить представленным в табл. 62.
Таблица 62. Влияние сучков на величину модуля упругости.
Размер сучка в долях толщины или высоты образца | Модуль упругости, % от модуля упругости чистой древесины | |
при сжатии вдоль волокон | при статическом изгибе | |
0,2 | 67 | 82 |
0,4 | 58 | 74 |
0,64 | — | 55 |
0,85 | 50 | — |
Величина модуля упругости при растяжении и сжатии поперек волокон с увеличением размера сучков сильно возрастает в связи с большей жесткостью древесины сучков.