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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

SÙNG A CHƯ
NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC
TỪ TÂM RA VỎ CỦA GỖ SA MỘC (Cunninghamia lanceolata (Lamb.)
Hook.) TRỒNG Ở HUYỆN SA PA, TỈNH LÀO CAI

KHÓA LUẬNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chun ngành

: Nơng lâm kết hợp

Khoa

: Lâm nghiệp

Khóa học

: 2015 - 2019

Thái Nguyên – 2019


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

SÙNG A CHƯ
NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC
TỪ TÂM RA VỎ CỦA GỖ SA MỘC (Cunninghamia lanceolata (Lamb.)
Hook.) TRỒNG Ở HUYỆN SA PA, TỈNH LÀO CAI

KHÓA LUẬNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chun ngành

: Nơng lâm kết hợp

Lớp

: K47 NLKH

Khoa

: Lâm nghiệp

Khóa học

: 2015 - 2019

Giảng viên hướng dẫn : TS. Dương Văn Đoàn

Thái Nguyên – 2019


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là nội dung nghiên cứu riêng của bản thân tôi. Các
số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong khóa luận là trung thực. Kết quả
nghiên cứu chưa được sử dụng công bố trên tài liệu nào khác. Nếu có gì sai
tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm./.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019
Xác nhận của GVHD

Tác giả

TS. Dương Văn Đoàn

Sùng A Chư

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN
Xác nhận sinh viên đã sửa theo yêu cầu
của Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp!


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hồn 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 tơi trong suốt q trình tôi học
tập tại trường. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn TS. Dương Văn Đồn đã
tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi hồn thành khóa luận này. Cảm ơn Ban quản
trị phục vụ Khoa Lâm nghiệp đã tạo điều kiện cho tơi mượn phịng thí nghiệm
và dụng cụ thí nghiệm của khoa để tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn ủng hộ và giúp đỡ q báu của gia đình tơi,
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 tơi về thiết bị
dụng cụ trong q trình đo tính tính chất cơ học của gỗ liên quan đến đề tài
nghiên cứu để tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tuy nhiên vì kiến thức chun mơn cịn hạn chế và bản thân còn thiếu
nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung của báo cáo không tránh khỏi
những thiếu xót, em rất mong nhận sự góp ý, chỉ bảo thêm của quý thầy cô để
báo cáo này được hoàn thiện hơn.
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019
Tác giả

Sùng A Chư


iii

Danh mục các bảng
Bảng 3.1. Thông tin cơ bản của các cây mẫu ................................................. 18
Bảng 4.1. Bảng thống kê kết quả khối lượng thể tích cây Sa mộc ................. 25
Bảng 4.2. Bảng thống kê kết quả MOR của cây Sa mộc ................................ 27
Bảng 4.3. Bảng thống kê kết quả MOE của cây Sa mộc ................................ 29

Bảng 4.4. So sánh kết quả nghiên cứu về các tính chất của cây Sa mộc trong
nghiên cứu này với các nghiên cứu cây Sa mộc trước đó ở Việt Nam và trên
thế giới. ............................................................................................................ 32
Bảng 4.5. So sánh kết quả nghiên cứu về các tính chất vật lý cơ học của Sa
mộc hiên cứu này với nghiên cứu về loài Sa mộc dầu ở Việt Nam................ 32


iv

Danh mục các hình
Hình 3.1. Quy trình xẻ mẫu cho thí nghiệm ................................................... 19
Hình 4.1. Biểu đồ thể hiện sự biến đổi khối lượng thể theo hướng từ tâm ra vỏ
của gỗ Sa mộc ................................................................................................. 26
Hình 4.2. Biểu đồ thể hiện sự biến đổi MOR theo hướng từ tâm ra vỏ của cây
Sa mộc ............................................................................................................. 28
Hình 4.3. Biểu đồ thể hiện sự biến đổi MOE của cây Sa mộc theo hướng từ
tâm ra vỏ. ......................................................................................................... 30
Hình 4.4. Biểu đồ tương quan giữa khối lượng thể tích gỗ và MOR ............. 33
Hình 4.5. Biểu đồ tương quan giữa khối lượng thể tích gỗ và MOE.............. 34


v

Danh mục các từ viết tắt
Từ viết tắt

Nghĩa từ

MOR

Độ bền uốn tĩnh

MOE

Mơđun đàn hồi uốn tĩnh

KLTT

Khối lượng thể tích

Cs

Cộng sự

D1.3

Đường kính ở 1.3 m

Hvn

Chiều cao vút ngọn


vi

Mục lục
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
Danh mục các bảng .......................................................................................... iii
Danh mục các hình ........................................................................................... iv

Danh mục các từ viết tác ................................................................................... v
Mục lục ............................................................................................................. vi
PHẦN 1: MỞ ĐẦU.......................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 1
1.3. Ý nghĩa của việc nghiên cứu ...................................................................... 3
1.3.1. Ý nghĩa học tập ....................................................................................... 3
1.3.2. Ý nghĩa khoa học .................................................................................... 3
1.3.3. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................... 3
PHẦN 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 4
2.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu.......................................................... 4
2.1.1. Khối lượng thể tích ................................................................................. 4
2.1.2. Tính chất cơ học của gỗ .......................................................................... 6
2.2.3. Tính chất khơng đồng nhất của gỗ .......................................................... 9
2.2. Những nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam ..................................... 10
2.2.1. Trên Thế giới ......................................................................................... 10
2.2.2. Ở Việt Nam ........................................................................................... 12
2.3. Đặc điểm cây Sa mộc ............................................................................... 15
2.3.1. Đặc điểm hình thái ................................................................................ 15
2.3.2. Đặc điểm sinh học và sinh thái học....................................................... 16
2.3.3. Giá trị..................................................................................................... 16


vii

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 17
3.1.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 17
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 17
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 17

3.1.3. Địa điểm, thời gian nghiên cứu ............................................................. 17
3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 17
3.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 17
3.3.1. Phương pháp thu thập mẫu và xử lý mẫu ............................................. 17
3.3.2. Phương pháp thí nghiệm ....................................................................... 20
3.3.2.1. Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................ 20
3.3.2.2. Phương pháp đo khối lượng thể tích ................................................. 20
3.3.2.3. Phương pháp đo độ bền uốn tĩnh ....................................................... 21
3.3.2.4. Phương pháp đo mô đun đàn hồi uốn tĩnh ......................................... 22
3.3.2.5. Phương pháp xác định độ ẩm mẫu gỗ ................................................ 23
PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................... 25
4.1. Sự biến đổi về khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ của cây Sa
mộc .................................................................................................................. 25
4.2. Sự biến đổi về MOR theo hướng từ tâm ra vỏ của cây Sa mộc............... 27
4.3. Sự biến đổi MOE theo hướng từ tâm ra vỏ của cây Sa mộc.................... 29
4.4. Mối quan hệ giữa khối lượng thể tích gỗ và MOR, MOE ....................... 33
4.4.1. Mối tương quan giữa lượng thể tích gỗ và MOR ................................. 33
4.4.1. Mối tương quan giữa lượng thể tích gỗ và MOE .................................. 33
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 35
5.1. Kết luận .................................................................................................... 35
5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 37


1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Nghiên cứu, xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là một
nhiệm vụ quan trọng trong khoa học gỗ nói riêng và trong nghiên cứu đánh

giá giá trị tài nguyên cây gỗ nói chung. Kết quả xác định sự biến đổi tính chất
vật lý, cơ học của gỗ là cơ sở khoa học rất cơ bản và quan trọng để tìm hiểu
về bản chất của gỗ, là căn cứ để sử dụng, chế biến, bảo quản gỗ hợp lý và hiệu
quả tài nguyên gỗ, là những tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, đánh giá
tuyển chọn giống, nghiên cứu những ảnh hưởng của các nhân tố môi trường,
biện pháp kinh doanh. Như vậy, nghiên cứu xác định sự biến đổi định tính
chất vật lý, cơ học của gỗ và tre ở nước ta có một ý nghĩa to lớn, nhưng kết
quả nghiên cứu từ trước cho đến nay còn rất hạn chế cả về số lượng và chất
lượng, cịn q ít so với tài ngun rừng ở nước ta, đã khơng đáp ứng được
những nhu cầu, địi hỏi của phát triển kinh tế xã hội ở nước ta, đặc biệt trong
sự nghiệp cơng nghiệp hố, hiện đại hố 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 cơng nghệ và sử dụng. Hiểu biết tính
chất cơ học của gỗ có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc tính tốn độ bền
kết cấu gỗ từ tâm ra ngoài vỏ. Xác định lựa chọn chế độ gia công, chế biến và


2

sử dụng gỗ hợp lý và là cơ sở cho việc định phẩm chất lượng, giá trị của gỗ.
Khi xác định các thơng số cơng nghệ của q trình gia cơng cơ học hoặc xử lý
thủy nhiệt, tính tốn 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 ln 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 u cầu cụ thể mà có những biện pháp xử lý thích hợp giúp cho việc
sử dụng gỗ hiệu quả, lâu bền.
Chính vì lý do nêu trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sự biến đổi khối
lượng tích và một số tính chất cơ học từ tâm ra vỏ của gỗ sa mộc
(Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) trồng ở huyện Sa Pa, tỉnh Lào
Cai”. Nghiên cứu này nhằm chỉ ra tính chất cơ học vật lý và sự biến đổi của
các tính chất đó trong gỗ cây Sa mộc cũng như tương quan giữa các tính chất
đó, biết được sự biến đổi cơ học từ tâm ra vỏ sẽ lựa chọn được các thông số
gia công phù hợp làm cơ sở cho chế biến, bảo quản và sử dụng.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
+ Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu được sự biến đổi các tính chất vật lý
và cơ học gỗ bên trong thân cây Sa mộc.
+ Mục tiêu cụ thể:
- Nghiên cứu được sự biến đổi khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra
vỏ.
- Nghiên cứu được sự biến Độ bền uốn tĩnh (MOR), Môđun đàn hồi uốn
tĩnh (MOE) theo hướng từ tâm ra vỏ.
- Xác định được mối tương quan giữa khối lượng thể tích và MOR và
MOE của gỗ.


3

1.3. Ý nghĩa của việc nghiên cứu
1.3.1. Ý nghĩa học tập
- Áp dụng được lý thuyết đã học vào thực tiễn và học hỏi thêm được
những kiến thức bổ ích từ bên ngoài trường .
- Củng cố được kiến thức cơ sở cũng như chuyên ngành cho bản thân

phục vụ cho cơng 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 hồn chỉnh dữ liệu khoa học cho nghiên cứu chuyên sâu về
loài cây Sa mộc.
- Là cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp khai thác, chế biến và bảo
quản gỗ Sa mộc phù hợp.
1.3.3. Ý nghĩa thực tiễn
- Trên cơ sở nghiên cứu sự biến đổi một số tính chất vật lý và cơ học
của gỗ Sa mộc đề xuất một số giải pháp kiến nghị về phương pháp, cách thức
chế biến và bảo quản gỗ Sa mộc .
- Kết quả xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là căn cứ
để sử dụng, chế biến, bảo quản gỗ hợp lý và hiệu quả tài nguyên gỗ, là những
tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, đánh giá tuyển chọn giống, nghiên cứu
những ảnh hưởng của các nhân tố môi trường, biện pháp kinh doanh.
- Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng được vào thực tiễn sản xuất tại
các công ty chế biến, bảo quản gỗ


4

PHẦN 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu
2.1.1. Khối lượng thể tích
2.1.1.1. Khái niệm
Để đánh giá lượng thực chất gỗ có trong một đơn vị thể tích người ta
dùng khái niệm khối lượng thể tích. Khối lượng thể tích của gỗ là tỉ số giữa
khối lượng gỗ trên một đơn vị thể tích gỗ (Lê Xn Tình, 1998) [11].

𝑚
𝛾=
𝑣
Trong đó:
m là khối lượng tính bằng g hoặc kg;
v là thể tích tính bằng cm3 hoặc m3
Căn cứ vào khối lượng thể tích có thể đánh giá được một phần cường độ
và giá trị công nghệ của gỗ. Nghiên cứu khối lượng thể tích của gỗ là một vấn
đề quan trọng và cần thiết.
2.1.1.2. Phương pháp xác định khối lượng thể tích
Có 4 phương pháp đo khối lượng thể tích như: Phương pháp đo, cân;
phương pháp nhúng nước; phương pháp dùng thể tích kế thủy ngân; phương
pháp thủ công. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chúng chỉ sử dụng phương
pháp đo, cân.
Phương pháp cân đo: Đây là phương pháp thường dùng và chính xác
nhất. Mẫu thí nghiệm được cắt theo một kích thước nhất định. Sau đó dùng
thước kẹp hoặc panme đo kích thước ba chiều, chính xác đến 0,01 mm. Cân
khối lượng mẫu gỗ chính xác đến 0,01 g (Lê Xn Tình, 1998) [11].


5

2.1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng tới khối lượng thể tích


Lồi cây
Lồi cây khác nhau thì khối lượng thể tích khác nhau. Nói cách khác:

Lồi gỗ khác nhau nghĩa là cấu tạo khác nhau thì khối lượng thể tích khác
nhau. Yếu tố cấu tạo ở đây được biểu thị bằng cấu tạo tế bào trong cây. Đó là

tỷ lệ tế bào vách dày và tế bào vách mỏng. Chính nó tạo ra sự chênh lệch về
độ rỗng nhiều, ít khác nhau trong cây. Khối lượng thể tích nhỏ tương ứng với
độ rỗng lớn và ngược lại (Lê Xuân Tình, 1998) [11].


Tỉ lệ gỗ sớm – gỗ muộn
Đối với các loại gỗ có gỗ sớm – gỗ muộn phân biệt thì tỉ lệ gỗ muộn

nhiều hay ít có ảnh hưởng lớn đến khối lượng thể tích của gỗ.
Thơng thường, khối lượng thể tích của gỗ muộn cao gấp 2 – 3 lần khối
lượng thể tích của gỗ sớm. Do đó tỉ lệ gỗ muộn càng nhiều thì khối lượng thể
tích càng lớn. Ngược lại tỉ lệ gỗ muộn ít thì khối lượng thể tích gỗ nhỏ (Lê
Xn 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 Xn Tình, 1998) [11].
Khối lượng thể tích ở gần tủy và vỏ là nhỏ nhất. Khối lượng thể tích ở gỗ
lõi lớn hơn ở gỗ giác.

6

Ở tuổi thành thục sinh học, gỗ có khối lượng thể tích cao hơn so với tuổi
già và tuổi non.
Trong điều kiện đất, độ ẩm, khí hậu thích hợp cho cây sinh trưởng, gỗ có
khối lượng thể tích cao.
Trái lại rừng quá dày, cây thiếu ánh sáng, lớn chậm, nên khối lượng thể
tích gỗ thấp. Sau khi tỉa thưa, cải thiện điều kiện ánh sáng, đất làm cho cây
sinh trưởng tốt nên khối lượng thể tích gỗ lại tăng lên (Lê Xn Tình, 1998)
[11].


Vịng 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 vịng, vịng 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 – vịng năm rộng thì tỷ lệ gỗ muộn và
gỗ sớm là một hàng số nên chất lượng khơng thay đổi. Ở lồi 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 vịng 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 gơc 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 ngun lý tính tốn 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 tốn cụ thể lại có những chỗ khơng hoàn toàn


7

giống nhau. Tính chất cơ học của gỗ phức tạp hơn các vật liệu khác như sắt
thép, xi măng,… vì nó biến đổi theo từng lồi 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 ngồi, đồng thời có
tác dụng khơi phục hình dạng và kích thước cũ của vật thể. Ứng lực bằng
ngoại lực về trị số nhưng ngược chiều.


Biến hình
Sau khi bị ngoại lực tác dụng, gỗ ít nhiều đều thay đổi về hình dạng và

kích thước. Hiện tượng đó gọi là sự biến dạng (hay biến hình) (Lê Xuân Tình,
1998) [11]. Biến dạng thường biểu thị bằng độ tăng giảm dài tuyệt đối – gọi là
biến dạng tuyệt đối ∆l. Hoặc độ tăng giảm dài tương đối – gọi là biến dạng

tương đối (ε).
𝜀=

∆l
𝑙

Trong đó:
∆l là biến dạng tuyệt đối (cm);
l chiều dài vật thể (cm)
2.1.2.2. Các tính chất cơ học của gỗ
Tùy theo phương thức tác dụng của ngoại lực, chiều thớ của gỗ và nội
lực sản sinh trong gỗ, người ta chia các ứng lực thành 3 nhóm chính: Các ứng
lực đơn giảm, các ứng lực phức tạp, các ứng lực có tính chất cơng nghệ. Tuy


8

nhiên trong nghiên cứu này chỉ nghiên cứu ở các ứng lực phức tạp cụ thể là
sức chịu uốn tĩnh
* Sức chịu uốn tĩnh
- Dầm (xà) trong các kết cấu gỗ thường do lực uốn làm biến dạng. Có thể
nói sức chịu uốn tĩnh là chỉ tiêu quan trọng thứ 2 sau lực ép dọc thớ.
- Để đánh giá cường độ gỗ thường lấy tổng số hai ứng suất: ép dọc thớ và
uốn tĩnh làm tiêu chuẩn.
* Thí nghiệm xác định lực uốn tĩnh và môđun đàn hồi
a, Xác định lực uốn tĩnh
- Mẫu thử nghiệm có kích thước 20×20×320 mm, kích thước lớn nhất
theo chiều dọc thớ.
- Mẫu gỗ đặt trên 2 gối tựa trịn 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
cơng thức:
+ Nếu 2 điểm đặc lực: 𝜎𝑢𝑡 =

𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑙

+ Nếu 1 điểm đặt lực: 𝜎𝑢𝑡 =

3𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑙

𝑏ℎ2

(N/m2)

2𝑏ℎ2

(N/m2)

Trong đó:
Pmax là lực phá hoại (N);
l cự ly hai gối (m)
b và h là bề rộng và chiều cao của mẫu (m).


9

b, Xác định mơđun đàn hồi uốn tĩnh

Thí nghiệm xác định Mơđun 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 Xn Tình, 1998) [11].
Tính Mơđun đàn hồi theo cơng thức sau, chính xác đến 108N/m2:
𝐸=

23𝑃′ l3

(N/m2) cho 2 điểm đặt lực

108𝑏ℎ3 𝑓

𝐸=

1𝑃′ .l3
4𝑏ℎ3 𝑓

(N/m2) cho 1 điểm đặt lực

Trong đó:
l cự ly hai gối (m);
b và h là bề rộng và chiều cao của mẫu (m);
f là độ võng;
P’ = 600 – 200N = 400N hoặc P’ = 400 – 200N = 200N.
2.2.3. Tính chất khơng đồng nhất của gỗ
Tính chất cơ học của gỗ biến động rất nhiều. Tùy theo khối lượng thể
tích khác nhau mà cường độ khác nhau. Gỗ nặng có khả năng chịu lực lớn
hơn gỗ nhẹ. Khối lượng thể tích chênh nhau 3 lần thì cường độ chênh lệch

nhau gần 5 lần (Lê Xuân Tình, 1998) [11].
Cũng cùng một lồi, tùy điều kiện sinh trưởng khác nhau mà cường độ
gỗ cũng khác nhau. Ngay cả khi trong cùng một cây ở các vị trí khác nhau
cũng làm cho cường độ chênh lệch.
Trong thân cây: Đại bộ phận tế bào xếp dọc theo thân cây. Trong mỗi tế
bào đại bộ phận mixen xếp song song với trục dọc tế bào. Do đó trong thân
cây hầu hết các mixen xenlulô xếp song song với trục dọc thân cây. Vì vậy


10

cường độ theo chiều dọc thớ lớn hơn rất nhiều so với chiều ngang thớ (Lê
Xuân Tình, 1998) [11].
Loại gỗ có thớ càng thẳng thì chênh lệch giữa hai chiều càng rõ. Theo
chiều ngang thớ do sự tồn tại của tia gỗ, gỗ sớm và gỗ muộn làm cho cường
độ chiều xuyên tâm và tiếp tuyến chênh lệch nhau.
Đối với gỗ lá kim và gỗ lá rộng mạch vòng do gỗ sớm và gỗ muộn phân
biệt, tia gỗ nhỏ và ít nên cường độ chiều tiếp tuyến lớn hơn cường độ chiều
xuyên tâm. Ngược lại gỗ lá rộng mạch phân tán gỗ sớm – gỗ muộn không
phân biệt, tia gỗ nhiều và lớn nên cường độ chiều xuyên tâm lớn hơn cường
độ chiều tiếp tuyến. Bình thường sự chênh lệch này là khoảng 50% (Lê Xuân
Tình, 1998) [11].
Đối với các loại gỗ giẻ, có tia gỗ tụ hợp rất lớn thì hiện tượng chênh lệch
này càng rõ rệt.
2.2. Những nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam
2.2.1. Trên Thế giới
Nghiên cứu tính chất vật lý cơ học của gỗ và sự biến đổi các tính chất
của gỗ là cơ sở quan trọng nhằm lựa chọn giống cây trồng trong sản xuất làm
sao cho nâng cao năng suất và tính bền vững của sản xuất nơng 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
cơng trình báo cáo. Cụ thể một nghiên cứu ở Trung Quốc về tính chất cơ học
của cây Sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) 36 tuổi được
trồng ở tỉnh Giang Tây bằng phương pháp không phá hủy dựa trên âm thanh ở
độ ẩm 12% cho MOR là 70.9 MPa, MOE là 10,5 GPa, khối lượng thể tích
(KLTT) là 782 kg/m3 và có MOE giảm dần theo chiều cao thân cây (Yin và


11

cs, 2009) [19]; còn cây trồng 58 tuổi ở New Zealand thì người ta thấy rằng
MOR ở độ ẩm 12% là 51 MPa, MOE là 7,4 GPa, KLTT là 385 kg/m3, kết quả
nghiên cứu cho thấy rõ ràng các tính chất vật lý cơ học của loài Sa mộc
(Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) được trồng ở New Zealand so với
ở Trung Quốc là thấp hơn, nguyên nhân là do KLTT thấp (Fung, 1994) [15].
Một nghiên cứu khác về loài Sa mộc tại tỉnh Giang Tây cho thấy MOR
của loài này dao động từ 28,14 – 65,86 MPa, MOR trung bình là 42,92 MPa
(Yin và cs, 2004) [18]. Vào năm 1982 ở Đài Loan tính chất vật lý cơ học của
lồi 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 lồi cây Sa mộc hay cịn
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 tồn 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 thơng qua kiểm
sốt KLTT (Duong và cs, 2018) [14].


12

Một số nghiên cứu khác có liên quan đến cây sa mộc như: Đặc tính
chống vi khuẩn và chống oxy hóa của lồi Sa mộc (Cunninghamia lanceolata
(Lamb.) Hook.) (Poonam Jyoti và cs, 2018); Dự đốn 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 lồi cây và
giống cây trồng có giá trị cao, chất lượng tốt góp phần làm tăng thu nhập,
phát triển nơng 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 lồi gỗ thơng 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 mơ tả cấu tạo giải phẫu của 30 lồi cây gỗ. Báo
cáo phân tích tổng hợp và kết quả nghiên cứu, Atlas về cấu tạo giải phẫu cho
20 lồi 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


13

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 lồi 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 αterpineol 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 lồi cây như sau: Gỗ
Bơng gịn, 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 gịn 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 hịa 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 Bơng gịn. 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


14

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 hịa 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
cs, 2011) [4].
Kết quả nghiên cứu tính chất vật lý, cơ học gỗ Vối thuốc (Schima
wallichii Choisy) và Chò xót (Schima superba Garon. et Champ), cho thấy,
gỗ Chị xót có khối lượng thể tích ở độ ẩm 12% thuộc loại trung bình (676
kg/m3) và gỗ Vối thuốc ở độ ẩm 12% thuộc loại trung bình (646 kg/m3),
MOR của Chị xót là 100,0 MPa và của Vối thuốc là 94,1 MPa (Võ Đại Hải,
2011) [3].

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 lồi 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.)


15

Hook.) tại huyện Hồng 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
(Nguyễn Danh Hùng và cs, 2017).
Một nghiên cứu cho thấy giữa Sa mộc trồng (Cunninghamia lanceolata
(Lamb.) Hook.) và Sa mộc dầu (Cunninghamia konishii Hayata) có mối quan
hệ họ hàng mật thiết với nhau (bootsttap 99%) với hệ sai khác rất nhỏ (0,018)
(Nguyễn Thị Phương Trang và cs, 2009) [13], do vậy các nhà khoa học đã
nhất trí nhập hai lồi này làm một coi như là một thứ.

2.3. Đặc điểm cây Sa mộc
2.3.1. Đặc điểm hình thái
Sa mộc là lồi 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
bơng ở đầu cành. Nón cái dạng trứng, dài 3 - 4 cm, rộng 3cm, mọc ở thấp hơn


16

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 lồi bản địa của Việt Nam vì đã được
nhập trồng thành cơng 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. Lồi 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 cơng 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
lồi cây trồng cảnh quan. Do có dáng đẹp, thân cây to, thẳng nên rất được ưa
chuộng. Sa mộc dễ trồng, khơng bị trâu bị phá hoại nên trồng rừng có nhiều
thuận lợi. Sa mộc có khả năng tái sinh chồi rất tốt [20].