Nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý và cơ học từ tâm ra vỏ của gỗ sa mộc

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

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

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

Khóa học : 2015 - 2019 Giảng viên hướng dẫn : TS Dương Văn Đoàn

Thái Nguyên – 2019

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./

Xác nhận của GVHD

TS Dương Văn Đoàn

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019

Tác giả

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!

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

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

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

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

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

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

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

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

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]

𝛾 = 𝑚

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]

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]

 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

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

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 =∆l𝑙Trong 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

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 = 𝑃𝑚𝑎𝑥𝑙

𝑏ℎ 2 (N/m2) + Nếu 1 điểm đặt lực: 𝜎𝑢𝑡 =3𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑙

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)

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

108𝑏ℎ3𝑓 (N/m2) cho 2 điểm đặt lực

𝐸 = 1𝑃′.l3

4𝑏ℎ 3 𝑓 (N/m2) cho 1 điểm đặt lực Trong đó:

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

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

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]

Một số nghiên cứu khác có liên quan đến cây sa mộc như: Đặc tính

chống vi khuẩn và chống oxy hóa của loài Sa mộc (Cunninghamia lanceolata

(Lamb.) Hook.) (Poonam Jyoti và cs, 2018); Dự đoán tính chất cơ học của gỗ linh sam Trung Quốc bằng quang phổ hồng ngoại gần (YU và cs, 2009); Ước

tính sinh khối cây linh sam Trung Quốc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.)

Hook.) dựa trên phương pháp Bayes (Zhang và cs, 2013); Thông số di truyền

và tương tác kiểu gen - môi trường của linh sam Trung Quốc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) ở tỉnh Phúc Kiến (Bian và cs, 2014)

2.2.2 Ở Việt Nam

Ở nước ta việc nghiên cứu các tính chất cơ học vật lý của gỗ là rất cần thiết và quan trọng bởi vì hàng năm ngành lâm nghiệp hàng năm đã có đóng góp rất lớn trong GDP của cả nước Đặc biệt năm gần đây nhất, năm 2018 giá trị xuất khẩu lâm sản đạt hơn 9,3 tỷ USD (Tổng cục Lâm nghiệp, 2018) [12] Nghiên cứu tính chất cơ học vật lý của gỗ là cơ sở để lựa chọn loài cây và giống cây trồng có giá trị cao, chất lượng tốt góp phần làm tăng thu nhập, phát triển nông lâm nghiệp bền vững và xóa đói giảm nghèo Theo tài liệu nghiên cứu ở Việt Nam đã nghiên cứu tính chất vật lý và cơ học chính của

155 loài gỗ thông dụng thuộc 40 họ thực vật ở Việt Nam làm cơ sở phục vụ công tác phân loại gỗ, chọn loài cây, bảo tồn nguồn gen, xây dựng những tiêu chuẩn cho gỗ nguyên liệu, đảm bảo sử dụng nguyên liệu gỗ tiết kiệm, hiệu quả (Nguyễn Đình Hưng, 1990) [5] Theo một tài liệu nghiên cứu khác đã báo cáo số liệu về tính chất cơ vật lý và cấu tạo giải phẫu của 20 loài tre, bảng số liệu về tính chất cơ vật lý và mô tả cấu tạo giải phẫu của 30 loài cây gỗ Báo cáo phân tích tổng hợp và kết quả nghiên cứu, Atlas về cấu tạo giải phẫu cho

20 loài tre và ít nhất 30 loài cây gỗ (Nguyễn Tử Kim, 2010) [7]

Một số hoạt động Nghiên cứu về tính chất vật lý, cơ học và thành phần hóa học của gỗ Sa mộc và sa mộc dầu đã được thực hiện ở nước ta Theo một

tài liệu báo cáo tổng kết cho thấy KLTT của gỗ Sa mộc ở độ ẩm 12% là 0,37 g/cm3, MOR là 8,6 MPa, MOE là 6,65 GPa, được đánh giá là các tính chất vật

lý cơ học của gỗ Sa mộc là thấp (Nguyễn Tử Kim, 2015) [8] Kết quả nghiên cứu tại tỉnh Hà Giang cho thấy các tính chất vật lý và cơ học của gỗ Sa mộc dầu ở độ ẩm 12% đều khá thấp: MOR đối với gỗ già 66,1 MPa, gỗ non 47 – 48,2 MPa; MOE gỗ già 5,1 GPa, gỗ non 4,3 – 4,5 GPa; KLTT đối với gỗ già

là 490 kg/m3, gỗ non 370 kg/m3 ; Độ bền tách đối với gỗ già 7,5 KJ/mm2 , gỗ non 6,5 – 6,7 KJ/mm2 ( Hồ Ngọc Sơn và cs, 2018) [9] Thành phần hóa học của loài gỗ Sa mộc dầu cũng được nghiên cứu tại Hà Giang Hàm lượng tinh dầu đạt 0,8% (theo nguyên liệu khô không khí) Có 34 hợp chất đã được xác định (chiếm 97,3% tổng lượng tinh dầu) Thành phần chính của tinh dầu gồm

α-terpineol (36,6%), αcedrol (29,8%), cis-α-dehydro terpineol (5,6%), borneol (4,6%), camphor (4,4%) và α-cedren (3,4%) Đây là nguồn α- terpineol và α-cedrol có thể khai thác trong tự nhiên (Đỗ Ngọc Đài và cs,

2012) [2]

Một nghiên cứu về tính chất cơ học vật lý của một số loài gỗ được trồng

ở Việt Nam đã chỉ ra các tính chất cơ học vật lý của các loài cây như sau: Gỗ Bông gòn, Dó trầm, Gáo trắng, Lát mexico có khối lượng thể tích rất nhẹ (320

- 490 kg/m3); Hệ số co rút thể tích nhỏ (0,31 - 0,38); Giới hạn bền khi nén dọc thớ và giới hạn bền khi uốn tĩnh yếu (lần lượt là 203 – 369,5 kg/cm2 và 337 -

677 kg/cm2) Bông gòn và Dó trầm có sức chống tách yếu (6,28 - 9,8 kg/cm),

hệ số uốn va đập trung bình (0,51 – 0,54); Gỗ Gáo trắng cả 2 giá trị ở mức trung bình trong khi Lát Mexico có sức chống tách trung bình và hệ số va đập lớn Điểm bão hòa thớ gỗ thấp (24%) ở gỗ Dó trầm, trung bình (25 – 27,8%)

ở gỗ Gáo trắng và gỗ Lát Mexico nhưng cao (36,9%) ở gỗ Bông gòn Gỗ Keo

lá tràm, keo lai, Keo tai tượng, Xoan ta có khối lượng thể tích nhẹ (524 - 597 kg/m3); Hệ số co rút thể tích trung bình (0,39 – 0,46); Giới hạn bền khi uốn

tĩnh yếu (627 - 1013 kg/cm2); Sức chống tách trung bình (10,5 – 12,7 kg/cm) Keo lai và Xoan ta có giới hạn bền khi nén dọc thớ yếu (335 - 417 kg/cm2) Keo lá tràm và Keo tai tượng có giới hạn bền khi nén dọc thớ ở mức trung bình (432 - 462 kg/cm2) Hệ số uốn va đập nhỏ (0,54) ở Xoan ta và cao (1,1)

ở Keo lá tràm.Gỗ Dầu rái, Sao đen, Xoan mộc có khối lượng thể tích trung bình (690 - 754 kg/m3); Điểm bão hòa thớ gỗ thấp (18 - 24%); Giới hạn bền khi nén dọc và uốn tĩnh ở mức trung bình ( lần lượt là 570 - 740 kg/cm2 và

1145 - 1635 kg/cm2); Sức chống tách trung bình (16 – 16,6 kg/cm) Hệ số co rút thể tích trung bình (0,45 – 0,54) ở gỗ Dầu rái và gỗ Sao đen nhưng cao (0,64) ở gỗ Xoan mộc Gỗ Dầu rái và gỗ Xoan mộc có hệ số uốn va đập trung bình (0,6 – 0,7), gỗ Sao đen có hệ số uốn va đập cao (1,08)(Lê Thu Hiền và

Một số đề tài nghiên cứu có liên quan về cây Sa mộc và Sa mộc dầu như: Nghiên cứu đa dạng di truyền quần thể nhằm mục đích bảo tồn hai loài Pơ mu

(Fokiennia hodginsii (DUNN) A Henry & Thomas) và Sa mộc dầu (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.), mối quan hệ họ Hoàng của một

số loài trong họ Hoàng đàn (Cupressaceae) ở Việt Nam (Nguyễn Thị Phương

Trang, 2012); Nghiên cứu đặc điểm sinh vật học và kỹ thuật gieo ươm Sa mộc

dầu (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) từ hạt tại khu bảo tồn tây côn

lĩnh tỉnh hà giang (Nguyễn Công Hoan, Luận văn thạc sĩ, 2015); Nghiên cứu

thực trạng phát triển rừng trồng Sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.)

Hook.) tại huyện Hoàng Su Phì tỉnh Hà Giang (Nguyễn Ngọc Tuấn, luận văn thạc sĩ, 2016); Góp phần xác định mức độ quan hệ họ hàng giữa sa mộc trồng

(Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) và Sa mộc dầu (Cunninghamia Konishii Hayata) (họ Hoàng đàn Cupressaceae) ở Việt Nam bằng phương

pháp xác định trình tự 18s-rDNA (Nguyễn Thị Phương Trang và cs,

2009); Đa dạng di truyền loài Sa mộc (Cunninghamia lanceolata var konishii) bằng chỉ thị ISSR: áp dụng cho công việc bảo tồn (Nguyễn Minh

Tâm và cs, 2009); Nghiên cứu biến động cấu trúc và chất lượng rừng trồng Sa mộc theo tuổi tại huyện Si Ma Cai, tỉnh Lào Cai (Dương Văn Huy và cs, 2018); Đặc điểm sinh học và thành phần hóa học tinh dầu loài Sa mộc dầu

(Cunninghamia konishii Hayata) ở khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt, Nghệ An

2.3 Đặc điểm cây Sa mộc

2.3.1 Đặc điểm hình thái

Sa mộc là loài cây gỗ lớn, thường xanh, cao tới 40 – 45 m, đường kính

ngang ngực đạt tới 70 – 120 cm, thân thẳng, hình trụ, phân cành cao trên 20

m Vỏ nâu đen, thường tách ra từng mảnh Cành con phân ngang tạo thành nhiều tầng Tán cây hình tháp, dày, màu sẫm Lá màu xanh, nhọn, mọc trên mặt phẳng, xếp xoắn, dài 4 – 5 cm, rộng 0,2 - 0,3 cm, cứng, đầu lá nhọn, mép

có răng cưa Mặt trên xanh bóng, mặt dưới mốc hai bên gân chính Nón đơn tính hình trứng, vảy có râu ở đỉnh Nón đực mọc tập trung 15-20 chiếc thành bông ở đầu cành Nón cái dạng trứng, dài 3 - 4 cm, rộng 3cm, mọc ở thấp hơn

nón đực, đơn độc Hạt dạng trái xoan, có cánh, dài 5 – 7 mm, rộng 3 – 5 mm [20]

2.3.2 Đặc điểm sinh học và sinh thái học

Phân bố tự nhiên ở miền trung và nam Trung Quốc, Đài Loan, bắc Lào

và Việt Nam Loài từ lâu được coi là loài bản địa của Việt Nam vì đã được nhập trồng thành công ở một số tỉnh biên giới phía Bắc, ở các vùng núi có độ cao trên 700 m như Hà Giang, Lào Cai,Lai Châu, Cao Bằng, Quảng Ninh, Lạng Sơn và rất thích hợp cho việc trồng cảnh quan trong các thành phố, khu nghỉ mát như Đà Lạt, Sa Pa, Tam Đảo, Ba Vì Loài cây này cũng đã được trồng rất thành công ở nam Trung Quốc [20]

2.3.3 Giá trị

Sa mộc hay Sa mu (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) là loài cây

có giá trị về kinh tế và bảo tồn nguồn gen, gỗ là sản phẩm chính của nguồn gen Sa mộc Gỗ Sa mộc là loại gỗ nhẹ nhưng bền, ít mối mọt, có hoa vân, màu sắc rất đẹp, mùi thơm và rất được ưa dùng để làm các đồ thủ công mỹ nghệ, làm các vật dụng trong gia đình, làm nhà Sa mộc là cây ưu tiên trong chương trình trồng rừng, cây Sa mộc được trồng nhiều ở các tỉnh Miền núi phía Bắc nước ta, gỗ thuộc nhóm V theo phân loại nhóm gỗ rừng Việt Nam (Bộ lâm nghiệp, 1977)[1] Gỗ Sa mộc được đẽo gọt thành bồn tắm, giường, ghế,bàn, đặc biệt được chiết xuất thành tinh dầu hòa vào nước tắm, có thể dùng để chữa bệnh

Sa mộc được trồng từ lâu tại Sa Pa (Lào Cai), Đà Lạt (Lâm Đồng) như loài cây trồng cảnh quan Do có dáng đẹp, thân cây to, thẳng nên rất được ưa chuộng Sa mộc dễ trồng, không bị trâu bò phá hoại nên trồng rừng có nhiều thuận lợi Sa mộc có khả năng tái sinh chồi rất tốt [20]

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Biến động về tính chất vật lý và cơ học của Cây Sa mộc, tuổi 19, trồng ở xã San Sả Hồ, huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai;

- Tên khoa học: Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.;

- Thuộc họ: Hoàng đàn (Cupressaceae)

3.1.3 Địa điểm, thời gian nghiên cứu

- Địa điểm nghiên cứu: Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên

- Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 01/01/2019 đến 30/05/2019

3.2 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu sự biến đổi KLTT gỗ theo hướng từ tâm ra vỏ;

- Nghiên cứu sự biến đổi MOE và MOR theo hướng từ tâm ra vỏ;

- Tìm hiểu mối tương quan giữa KLTT gỗ và các tính chất cơ học của gỗ

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp thu thập mẫu và xử lý mẫu

Vật liệu nghiên cứu: Chọn 3 cây Sa mộc có đường kính ngang ngực

tương đương, có thân thẳng, thân cây không bị khuyết tật được trồng ở rừng trồng thuần loài Sa mộc tại xã San Sả Hồ, huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai Đường

kính tại chiều cao 1,3 m tính từ mặt đất của mỗi cây sẽ được đo và đánh dấu

vị trí bắc nam trước khi chặt Sau khi chặt, chiều cao của mỗi cây được đo từ gốc đến ngọn Số liệu cơ bản của các cây mẫu được trình bày trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Thông tin cơ bản của các cây mẫu

Cây D1.3 (cm) Hvn (m)

Chú thích: D1.3 là đường kính của cây tại vị trí 1,3 m tính từ mặt đất;

Hvn là chiều cao của cây tính từ gốc đến ngọn

Từ mỗi cây các khúc gỗ dài 50 cm sẽ được cắt ở vị trí 1,3 m tính từ mặt đất lên Sau đó từ mỗi khúc, 1 tấm ván dày 6 cm được xẻ đi qua tâm của khúc

gỗ Tổng số tấm ván xẻ được là 3 tấm Các tấm ván được để khô tự nhiên cho ráo nước trong 1 tháng Sau đó từ mỗi tấm các mẫu gỗ có kích thước 2 (xuyên tâm) × 2 (tiếp tuyến) × 32 (dọc thớ) cm được cắt liên tục theo chiều dài bán kính gỗ từ tâm ra vỏ như Hình 3.1 Tại mỗi vị trí 4 mẫu (theo cả hai chiều bắc

và nam) được cắt Vậy từ mỗi cây, mỗi tấm, ở 5 vị trí cắt sẽ thu được 20 mẫu Như vậy tổng số mẫu từ 3 cây là 60 mẫu

Các mẫu sau khi xẻ để khô tự nhiên đến khi độ ẩm trong khoảng từ 15 -

17 % trước khi đo các tính chất vật lý và cơ học

Hình 3.1 Quy trình xẻ mẫu cho thí nghiệm