Rasitusten vaikutukset

Puun käyttöikä vaihtelee hyvin laajassa mittakaavassa aikayksikköinä ilmaistuna.

Hyvissä oloissa puu säilyy satoja jopa tuhansia vuosia ja jätteiden käsittelyyn tarkoitetuissa kompostereissa se saadaan hajoamaan muutamassa vuodessa, puusta itsestään ja sen suojauksesta toki riippuen. Pohjoismaissa ilmasto on suhteellisen otollinen puumateriaalin käytölle, kun sen sijaan biologinen rasitus on suurin

trooppisella ilmastovyöhykkeellä, jossa lämpötila, ilman kosteus, sademäärä ja vaurio-organismien määrä on suuri. Yksittäisissä tapauksissa vaurioitumismahdol-lisuudet riippuvat muista rasituksista, etenkin ilmaston, maaperän ja vesivuotojen kosteusrasituksista. Taulukossa 3.2 esitetyn luokituksen pohjalta voidaan määritellä kussakin käyttökohteessa tarvittava suojaus (pintakäsittely, kyllästys tai muut vaatimukset puumateriaalille).

Käytännön rakenteissa puumateriaaliin vaikuttavia mekaanisia rasituksia ovat kuormat, värähtelyt, kosteuden aiheuttamat muodonmuutokset ja mekaaniset vau-riot. Sähkömagneettisesta kuormituksesta merkittävin on auringon UV-valon vai-kutus /18/. Terminen eli lämpörasitus toimii usein muiden rasitusten yhteydessä katalysoiden niiden vaikutusta. Ääritilanteissa se on palamista ja hiiltymistä.

Muuten puu kestää suhteellisen hyvin lämpötilan vaihteluita. Kemiallista rasitusta aiheuttaa lähinnä kosteus eri muodoissaan, sekä hapot, emäkset ja suolat.

Puurakennusten ja puupohjaisten materiaalien kesto- ja käyttöiän kannalta merkittävin rasitus on kosteus. Kosteutta voi tulla eri tavoin rakennuksiin. Biolo-giset eli eliöiden aiheuttamat rasitukset vaikuttavat useimmiten yhdessä muiden tekijöiden kanssa (kosteus, lämpötila). Merkittäviä tekijöitä ovat etenkin materiaa-leja välittömästi ympäröivän ilman, mikroilmaston, ja materiaalien kosteus, lämpötila ja niiden kestoaika /30/.

Taulukko 3.2. EHC:n ja EU:n rasitusluokitus puutuotteiden käytölle (EN 335, 1992).

Luokka Biologinen rasitus Huuhtoutuminen Käyttökohteen kuvaus

1 ei ei puu kuivassa sisätilassa

2 lievä ei puu maanpinnan yläpuolissa ulko

rakenteissa, ei suoranaista säärasitusta 3 kohtalainen kohtalainen puu maanpinnan yläpuolissa ulko

rakenteissa säälle alttiina 4 suuri suuri puu maa- tai vesikosketuksessa

5 suuri suuri puu suolaisessa merivedessä

Rakennusmateriaaleihin ja rakennuksiin kohdistuvien rasitusten seurauksena ma-teriaalit, rakenteet ja rakennukset vanhenevat. Vanheneminen on fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten ilmiöiden aiheuttamia muutoksia materiaaleissa (esim.

puun pinnan harmaantuminen sään vaikutuksesta). Erikseen voidaan tarkastella sellaista vanhenemista, joka tapahtuu normaalia nopeammin ja jolla on erityisen haitallisia seurauksia. Tällöin kyseessä on materiaalien tai rakenteiden vioittumi-nen tai vaurioitumivioittumi-nen poikkeuksellisissa oloissa. Rakennustuote turmeltuu, vioittuu tai vaurioituu siihen kohdistuvien materiaalien sietokyvyn ylittävien rasi-tusten seurauksena. Rakennuksen ympäristö, käyttö ja rakenne rasittavat mate-riaaleja eri tavoin. Rasituksen luonne ja voimakkuus vaihtelevat samanaikaisesti vaikuttavien eri rasitusten asteen, lukumäärän ja yhdysvaikutusten mukaan.

Ra-kennukseen vaikuttavia rasituksia ovat erilaiset fysikaaliset, kemialliset ja biolo-giset rasitukset /6/.

Ympäristörasitukset ovat tyypillisesti perusteiltaan fysikaalisia, kemiallisia tai biologisia, ja niihin voidaan sisällyttää myös ihmisen teknologista, yhteiskunnallista ja sosiaalista toimintaa. Rakennuksen käytöstä johtuvia rasituksia ovat mm. asukkaiden aiheuttama kulutus, kosteuden tuotto tai käyttövesien aiheuttamat rasitukset. Rakenteista peräisin olevia rasituksia ovat esim. rakenteista, niiden kerroksista tai rakenneratkaisuista johtuvia, joiden seurauksena materiaalit ja rakenteet ovat herkistyneet ympäristörasituksille. Usein puhutaan oikeista ja vääristä rakenteista, mutta käytännössä on erilaisia ratkaisuja, jotka epäsuotuisissa oloissa johtavat pahimmillaan vaurioihin tai muihin epätoivottuihin muutoksiin, vaikka ne jossakin toisessa ympäristössä voisivatkin toimia moitteettomasti. Rasitusten ennakoinnilla eli riskien kartoituksella voidaan rakenteiden toimintavarmuutta osaltaan lisätä /9, 15/.

Biologiset rasitukset ovat normaalisti peräisin pääasiassa ympäristöstä, mutta esim. kosteusvauriotapauksissa voivat itse rakenteet aiheuttaa tai lisätä niitä /21, 28/. Tyypillisiä biologisen rasituksen aiheuttajia ovat mikrobit, sienet ja hyönteiset. Rasituksen ja sen seurauksena syntyneen materiaalin ominaisuuden muutoksen ja haitta-asteen (vanheneminen / ongelma / vaurio) määrittelyperusteet saattavat vaihdella, ja eri asiantuntijat tai erilaiset menetelmät antavat erilaisen kuvan ilmiöiden luonteesta. Luonnossa on usein tyypillistä ns. biofilmi (orgaanisen materiaalin, pölyn ja eliöiden kertyminen materiaalien pintaan).

Toistaiseksi puuttuvat luotettavat ja yksiselitteiset määritelmät ja raja-arvot siitä, milloin kyseessä on materiaalien ja rakennesysteemien luonnollinen ominaisuus ja milloin voidaan puhua viasta tai vauriosta. Ongelmaa mutkistavat lisäksi terveydelliset, sosiaaliset ja yhteiskunnalliset näkökohdat.

Tekniikan kehittyessä pystymme havaitsemaan entistä tarkemmin materiaaleissa tapahtuneet muutokset, joita ennen on pidetty normaaleina tai harmittomina.

Tiedämme, että biokorroosio (esim. laho) aiheuttaa eriasteista materiaalien vioittumista, jolloin pahimmillaan materiaalien suunniteltu käyttö- ja kestoikä saattavat olennaisesti muuttua. Havaintokynnys on kehittynyt niin, että lievätkin muutokset voidaan havaita esim. mikroskooppianalyyseillä ja kemiallisilla analyyseillä. Se mikä merkitys näillä muutoksilla on käytännössä, täytyy arvioida ja päätellä kohdekohtaisesti. Usein se vaatii laajaa asiantuntemusta ja analyysien tekijöiden sekä tulosten soveltajien ja käyttäjien yhteistyötä. Sisäilmassa ja rakenteissa olevien mikrobien normaalipitoisuuksien raja-arvoja on esitetty erilaisia vuosien kuluessa. Määrittelyä hankaloittaa ilmiöön liittyvä suuri hajonta, mittausmenetelmien kirjavuus ja tiedon rajallisuus. Usein kynnyskysymyksenä on mikrobien lajit ja määrä, materiaalin laatu, sijainti rakenteessa sekä rasituksen vaikutusaika.

Rakenneosien alttius kosteusrasituksille ja niistä mahdollisesti seuraaville muille haittavaikutuksille johtuu monista tekijöistä, mm:

- rakenteista tai materiaaleista itsestään

(rakennekerrokset, dimensiot, koostumus, käsittelyt, materiaalien liittyminen toisiinsa),

- käyttöoloista (kosteusrasitukset),

- rasituksen sijainnista, kestoajasta ja aiheuttavasta eliöstä.

Rakenteiden toimivuus tulee ratkaista tapauskohtaisesti. Tämä edellyttää yksilöi-tyä analyysia käytetyistä materiaaleista, rakenteista ja niissä olevista mahdollisista vaurioriskeistä eri materiaaleissa ja koko rakenneosassa. Rakennuksessa voi olla hyvin erilaiset olosuhteet johtuen toisaalta rakenteista, materiaaleista ja niiden si-jainnista sekä toisaalta ilmanvaihdosta, kosteudesta, lämpötilasta tai materiaalien liittymisestä toisiinsa. Mahdollisten ongelmien ja vaurioiden kehittymiseen vai-kuttavat olennaisesti rakenteiden kosteus, lämpötila sekä etenkin vaurioihin johta-van ns. kriittisen olosuhteen kestoaika. Ilmastolla, mahdollisilla vesivuodoilla, käyttörasituksella, rakenteilla ja ilmanvaihdolla on yleensä suurin merkitys raken-nusosien toimivuuteen ja kestävyyteen.

Ulkopintoihin kohdistuvat rasitukset poikkeavat olennaisesti itse runkorakentee-seen kohdistuvista rasituksista. Tästä syystä pintojen biologiset rasitukset ovat myös erilaiset kuin runkorakenteiden. Rasitukset vaihtelevat pinnoilla laajemmin ja pintoihin kohdistuvat biologiset ilmiöt, mahdolliset viat ja vauriot ovat havaitta-vissa helpommin. Toisaalta myös runkorakenteisiin kertyy ajan mittaan pölyä ja li-kaa, kuten homesienten itiöitä, jolloin materiaalien alkuperäinen koostumus muut-tuu. Puun luontainen harmaantuminen ja keloutuminen on eräs esimerkki tällai-sesta osittain biologisen prosessin avulla muodostuneesta pinnasta.

Puun pinnan haarmaantuminen johtuu auringon UV-valon, veden ja organismien yhteisvaikutuksesta. Auringon UV-valo vaikuttaa voimakkaimmin fenolisiin yh-disteisiin, kuten ligniiniin. Jos ympäristörasituksena on vain UV-valo, puu vaale-nee, koska ligniinin osuus puun pinnassa vähenee. UV-valon vaikutus johtuu itse-asiassa veden hajoamisesta, jolloin syntyy lyhyen ajan vaikuttavia radikaaleja, mm. peroksideja. Nämä itse asiassa ovat perussyynä puun pinnan muuttumiseen.

Niinpä kuiva puu reagoi valoon huomattavasti hitaammin. Puun pinnan harmaan-tuminen johtuu siitä, että pintaan alkaa kasvaa sinistäjäsienten rihmastoa, jota UV-valon valkaiseva vaikutus, sadevesi ja muut ulkoilman partikkelit muokkaavat.

Käytännössä kyseessä on eräänlainen puun pinnan patinoituminen, jota kelomate-riaalissa hyödynnetään.