Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu và xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là một nội dung cơ bản trong khoa học gỗ và công tác đánh giá tài nguyên rừng. Các chỉ số cơ lý tính cung cấp cơ sở khoa học để tìm hiểu bản chất cấu tạo gỗ, làm căn cứ kỹ thuật phục vụ chế biến, sấy, bảo quản và định hình mục đích sử dụng vật liệu gỗ hợp lý. Đồng thời, đây cũng là các tiêu chí quan trọng phục vụ công tác tuyển chọn giống cây rừng, đánh giá chất lượng rừng trồng và hoạch định các biện pháp lâm sinh phù hợp. Tại Việt Nam, nguồn tài nguyên rừng đa dạng nhưng các công trình nghiên cứu hệ thống về biến đổi tính chất cơ lý gỗ còn hạn chế, chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu phát triển của ngành công nghiệp chế biến lâm sản.

Cây Sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.), họ Hoàng đàn - Cupressaceae) là loài cây gỗ lớn thường xanh, được nhập trồng thành công và phân bố rộng rãi tại các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam như Lào Cai, Hà Giang, Lai Châu, Cao Bằng, Lạng Sơn. Gỗ Sa mộc thuộc nhóm V trong bảng phân loại gỗ Việt Nam, có đặc tính nhẹ, vân đẹp, có mùi thơm, chống mối mọt tốt, thường được ứng dụng trong đóng đồ gia dụng, xây dựng nhà cửa, đồ thủ công mỹ nghệ và chiết xuất tinh dầu. Nhằm xác định quy luật biến đổi cấu trúc cơ lý tính bên trong thân cây phục vụ cho việc tính toán kết cấu và tối ưu hóa quy trình gia công, tác giả Sùng A Chư đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu sự biến đổi khối lượng thể tích và một số tính chất cơ học từ tâm ra vỏ của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.)) trồng ở huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai".

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được phân định cụ thể:

  1. Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu sự biến đổi các tính chất vật lý và cơ học gỗ bên trong thân cây Sa mộc.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Nghiên cứu sự biến đổi khối lượng thể tích (KLTT) theo hướng từ tâm ra vỏ.
    • Nghiên cứu sự biến đổi độ bền uốn tĩnh (MOR) và môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) theo hướng từ tâm ra vỏ.
    • Xác định mối tương quan tuyến tính giữa khối lượng thể tích với MOR và MOE của gỗ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cây Sa mộc 19 tuổi thuộc rừng trồng thuần loài tại xã San Sả Hồ, huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai.
  • Phạm vi không gian và chỉ tiêu: Khảo sát sự biến đổi khối lượng thể tích, độ bền uốn tĩnh và môđun đàn hồi uốn tĩnh theo hướng xuyên tâm từ tâm (tủy) ra vỏ tại vị trí chiều cao tiêu chuẩn 1,3 m trên thân cây.
  • Thời gian và địa điểm thực hiện: Đề tài được triển khai từ ngày 01/01/2019 đến ngày 30/05/2019 tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng (Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khái niệm sử dụng

Khóa luận vận dụng các nguyên lý khoa học gỗ và cơ học vật liệu theo giáo trình của Lê Xuân Tình (1998):

  • Khối lượng thể tích ($\gamma$ hoặc $\rho$): Tỉ số giữa khối lượng gỗ trên một đơn vị thể tích ở độ ẩm xác định ($\rho_w = m_w / V_w$). Khối lượng thể tích phản ánh tỷ lệ chất gỗ thực tế, tỷ lệ vách tế bào dày/mỏng và độ rỗng của vật liệu.
  • Độ bền uốn tĩnh (MOR - Modulus of Rupture): Khả năng của vật liệu gỗ chống lại sự phá hủy dưới tác dụng của tải trọng uốn ngang vuông góc với thớ gỗ.
  • Môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE - Modulus of Elasticity): Chỉ tiêu biểu thị độ cứng vững, khả năng chống biến dạng đàn hồi của gỗ khi chịu lực uốn tĩnh trong giới hạn đàn hồi.
  • Tính không đồng nhất của gỗ: Gỗ là vật liệu dị hướng; tính chất cơ lý biến đổi phụ thuộc vào loài, điều kiện lập địa, tuổi cây, tỷ lệ gỗ sớm/gỗ muộn, tỷ lệ gỗ giác/gỗ lõi và vị trí hình học trong thân cây (từ gốc lên ngọn và từ tâm ra vỏ).

Phương pháp thu thập và gia công mẫu thí nghiệm

Quy trình thu thập vật liệu và chuẩn bị mẫu thử nghiệm được tiến hành qua các bước:

  1. Thu thập mẫu cây đứng: Chọn 3 cây mẫu Sa mộc 19 tuổi có thân thẳng đều, không bị khuyết tật, sâu bệnh tại xã San Sả Hồ, huyện Sa Pa. Trước khi chặt hạ, tiến hành đo đường kính ngang ngực tại vị trí 1,3 m ($D_{1.3}$) và đánh dấu hướng Bắc - Nam. Sau khi chặt hạ, đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$).
  2. Cắt đoạn và xẻ ván: Từ mỗi cây mẫu, cắt một khúc gỗ dài 50 cm tại vị trí chiều cao 1,3 m. Xẻ qua tâm khúc gỗ một tấm ván dày 6 cm (tổng số thu được 3 tấm ván cho 3 cây). Ván được hong khô tự nhiên trong 1 tháng.
  3. Gia công mẫu thoi cơ lý: Từ mỗi tấm ván, tiến hành cưa cắt các mẫu thử kích thước $2 \times 2 \times 32\text{ cm}$ (2 cm chiều xuyên tâm $\times$ 2 cm chiều tiếp tuyến $\times$ 32 cm chiều dọc thớ) liên tục theo chiều dài bán kính từ tâm ra vỏ tại 5 vị trí: 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm và 10 cm theo cả hai hướng Bắc và Nam. Mỗi vị trí lấy 4 mẫu thử, tương ứng 20 mẫu/cây, tổng số mẫu thu thập từ 3 cây là 60 mẫu thử. Các mẫu được bảo quản khô tự nhiên đạt độ ẩm kỹ thuật $15 - 17%$ trước khi thử nghiệm.

Tiêu chuẩn kỹ thuật và thiết bị thí nghiệm

  • Xác định độ ẩm gỗ: Thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 8048-1: 2009 (ISO 3130) bằng phương pháp sấy khô kiệt ở nhiệt độ $103 \pm 2^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi. Độ ẩm trung bình của các mẫu thí nghiệm thực tế đạt 16%.
  • Xác định khối lượng thể tích: Thực hiện theo TCVN 8048-2: 2009 bằng phương pháp cân đo hình học trực tiếp trên mẫu $2 \times 2 \times 32\text{ cm}$, sử dụng cân điện tử chính xác đến 0,01 g và thước kẹp chính xác đến 0,01 mm. Công thức quy đổi về độ ẩm chuẩn 12% ($\rho_{12}$) áp dụng hệ số co rút $K = 0,85 \times \rho_w$.
  • Xác định độ bền uốn tĩnh (MOR): Thực hiện theo TCVN 8048-3: 2009 trên máy thử sức bền vật liệu vạn năng INSTRON 5569 (tải trọng tối đa 50 kN, điều khiển qua phần mềm MERLIN). Khoảng cách giữa hai gối tựa là 240 mm, tải trọng tác dụng tập trung tại điểm giữa dầm với tốc độ tăng tải tiêu chuẩn.
  • Xác định môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE): Thực hiện theo TCVN 8048-4: 2009 trên máy INSTRON 5569 với bước tăng tải lặp lại và ghi nhận độ võng $f$ ở giai đoạn biến dạng đàn hồi.
  • Xử lý số liệu: Dữ liệu thực nghiệm được tổng hợp, tính toán các đại lượng thống kê mô tả (trung bình, độ lệch) và phân tích tương quan tuyến tính đơn biến trên phần mềm Microsoft Excel.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần này trình bày lý do chọn đề tài, tính cấp thiết của việc nghiên cứu tính chất cơ lý gỗ Sa mộc phục vụ chế biến lâm sản tại địa phương. Khái quát mục tiêu tổng quát, 3 mục tiêu cụ thể, ý nghĩa học tập (rèn luyện kỹ năng thực nghiệm), ý nghĩa khoa học (bổ sung cơ sở dữ liệu về giải phẫu - cơ lý loài Cunninghamia lanceolata) và ý nghĩa thực tiễn (cung cấp cơ sở cho các cơ sở chế biến gỗ lựa chọn chế độ cưa xẻ, sấy và sử dụng gỗ hợp lý).

Phần 2: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Tác giả hệ thống hóa các tài liệu khoa học trong và ngoài nước:

  • Cơ sở khoa học về gỗ: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích và cơ tính gỗ (loài cây, tỷ lệ gỗ sớm/gỗ muộn, độ ẩm, vị trí trong thân cây, độ rộng vòng năm).
  • Tổng quan nghiên cứu quốc tế về Sa mộc:
    • Tại Giang Tây, Trung Quốc: Sa mộc 36 tuổi có MOR đạt 70,9 MPa, MOE đạt 10,5 GPa, KLTT đạt $782\text{ kg/m}^3$ (Yin và cs, 2009); một nghiên cứu khác ghi nhận MOR dao động từ 28,14 đến 65,86 MPa (Yin và cs, 2004).
    • Tại Phúc Kiến, Trung Quốc: Sa mộc ở độ ẩm 12% có KLTT đạt $0,31 - 0,46\text{ g/cm}^3$, MOR đạt $35,3 - 43,3\text{ MPa}$, MOE đạt $6,6 - 10,6\text{ GPa}$ (Lin và cs, 1984).
    • Tại Đài Loan: Sa mộc 36 tuổi có KLTT từ $0,31 - 0,40\text{ g/cm}^3$, MOR từ $28,1 - 55,4\text{ MPa}$, MOE từ $7,5 - 10,3\text{ GPa}$ (Liu và cs, 1982).
    • Tại New Zealand: Sa mộc 58 tuổi có KLTT đạt $385\text{ kg/m}^3$, MOR đạt 51 MPa, MOE đạt 7,4 GPa (Fung, 1994).
  • Nghiên cứu tại Việt Nam: Các công trình của Nguyễn Đình Hưng (1990), Nguyễn Tử Kim (2010, 2015) xác định Sa mộc ở độ ẩm 12% có KLTT đạt $0,37\text{ g/cm}^3$, MOR đạt 85,6 MPa, MOE đạt 6,65 GPa; nghiên cứu loài Sa mộc dầu tại Hà Giang của Hồ Ngọc Sơn (2018) chỉ ra KLTT gỗ già đạt $490\text{ kg/m}^3$, gỗ non đạt $370\text{ kg/m}^3$, MOR gỗ già 66,1 MPa, gỗ non $47 - 48,2\text{ MPa}$.
  • Đặc điểm thực vật học: Sa mộc là cây gỗ lớn cao $40 - 45\text{ m}$, đường kính $70 - 120\text{ cm}$, tán hình tháp, lá hình dải nhọn cứng; phân bố tự nhiên và trồng trọt tại các vùng núi cao trên 700 m.

Phần 3: Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết thông số lâm học của 3 cây mẫu tại San Sả Hồ (Sa Pa):

  • Cây I: $D_{1.3} = 29,5\text{ cm}$; $H_{vn} = 22,6\text{ m}$.
  • Cây II: $D_{1.3} = 28,5\text{ cm}$; $H_{vn} = 22,3\text{ m}$.
  • Cây III: $D_{1.3} = 30,0\text{ cm}$; $H_{vn} = 20,0\text{ m}$.

Chương này mô tả sơ đồ cưa xẻ mẫu thoi theo bán kính từ tâm ra vỏ ở các khoảng cách 2, 4, 6, 8, 10 cm, các công thức toán học tính toán $\rho_w$, $\rho_{12}$, $\sigma_{ut}$ (MOR), $E$ (MOE), công thức hiệu chỉnh độ ẩm và thiết bị thử nghiệm INSTRON 5569.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 4 cung cấp toàn bộ dữ liệu thực nghiệm, đánh giá sự biến đổi xuyên tâm và phân tích tương quan giữa các tính chất cơ lý:

1. Sự biến đổi khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ

Khối lượng thể tích trung bình ở độ ẩm 16% của 3 cây mẫu lần lượt là: Cây 1 ($0,404\text{ g/cm}^3$), Cây 2 ($0,319\text{ g/cm}^3$), Cây 3 ($0,405\text{ g/cm}^3$). Giá trị KLTT trung bình toàn bộ đạt $0,376\text{ g/cm}^3$ (quy đổi về độ ẩm 12% đạt $0,366\text{ g/cm}^3$).

Vị trí bán kính từ tâm (cm) KLTT Cây 1 ($\text{g/cm}^3$) KLTT Cây 2 ($\text{g/cm}^3$) KLTT Cây 3 ($\text{g/cm}^3$) KLTT Trung bình ($\text{g/cm}^3$)
2 0,421 0,308 0,434 0,387
4 0,396 0,298 0,434 0,376
6 0,404 0,309 0,398 0,370
8 0,393 0,341 0,384 0,373
10 0,404 0,340 0,374 0,373
Trung bình 0,404 0,319 0,405 0,376

Nhận xét: Khối lượng thể tích của gỗ Sa mộc hầu như không có sự biến đổi đáng kể theo hướng từ tâm ra vỏ; mức chênh lệch giữa giá trị cực đại (ở vị trí 2 cm: $0,387\text{ g/cm}^3$) và cực tiểu (ở vị trí 6 cm: $0,370\text{ g/cm}^3$) chỉ là $0,017\text{ g/cm}^3$.

2. Sự biến đổi độ bền uốn tĩnh (MOR) theo hướng từ tâm ra vỏ

Độ bền uốn tĩnh trung bình ở độ ẩm 16% của Cây 1 là 47,15 MPa; Cây 2 là 33,59 MPa; Cây 3 là 42,37 MPa. Giá trị MOR trung bình toàn bộ đạt 41,04 MPa (quy đổi về độ ẩm 12% đạt 44,32 MPa).

Vị trí bán kính từ tâm (cm) MOR Cây 1 (MPa) MOR Cây 2 (MPa) MOR Cây 3 (MPa) MOR Trung bình (MPa)
2 45,48 32,15 36,01 37,88
4 43,94 31,21 44,58 39,91
6 45,34 31,63 44,91 40,63
8 51,21 34,30 43,95 43,15
10 49,80 38,68 42,42 43,63
Trung bình 47,15 33,59 42,37 41,04

Nhận xét: MOR có xu hướng tăng dần từ tâm ra ngoài vỏ. Giá trị thấp nhất ghi nhận ở vị trí gần tủy (2 cm: 37,88 MPa) và đạt cực đại ở vị trí sát vỏ (10 cm: 43,63 MPa), biên độ chênh lệch đạt 5,75 MPa.

3. Sự biến đổi môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) theo hướng từ tâm ra vỏ

Môđun đàn hồi uốn tĩnh trung bình ở độ ẩm 16% của Cây 1 là 7,48 GPa; Cây 2 là 5,32 GPa; Cây 3 là 5,46 GPa. MOE trung bình chung đạt 6,09 GPa.

Vị trí bán kính từ tâm (cm) MOE Cây 1 (GPa) MOE Cây 2 (GPa) MOE Cây 3 (GPa) MOE Trung bình (GPa)
2 7,51 4,77 4,67 5,65
4 7,31 5,13 5,01 5,82
6 6,92 5,17 5,71 5,94
8 7,81 5,55 5,96 6,44
10 7,87 5,99 5,92 6,59
Trung bình 7,48 5,32 5,46 6,09

Nhận xét: Tương tự như MOR, MOE có xu hướng tăng liên tục từ tâm ra vỏ ở cả 3 cây mẫu; thấp nhất tại vị trí 2 cm (5,65 GPa) và cao nhất tại vị trí 10 cm (6,59 GPa), độ chênh lệch trung bình đạt 0,64 GPa.

4. Mối quan hệ tương quan giữa khối lượng thể tích với MOR và MOE

  • Tương quan giữa KLTT và MOR: Phân tích hồi quy cho thấy mối tương quan thuận, chặt chẽ và có ý nghĩa thống kê giữa khối lượng thể tích và độ bền uốn tĩnh ($r = 0,75$; $p < 0,05$). Điều này cho phép dự đoán độ bền uốn tĩnh MOR thông qua chỉ số khối lượng thể tích của gỗ Sa mộc.
  • Tương quan giữa KLTT và MOE: Phân tích ghi nhận mối liên hệ yếu ($r = 0,40$) với mức ý nghĩa $p = 0,14 > 0,05$. Do đó, mối quan hệ giữa KLTT và MOE không có ý nghĩa thống kê trong phạm vi mẫu thử của nghiên cứu này, không thể ước lượng chính xác MOE trực tiếp từ KLTT.

5. Bảng tổng hợp so sánh tính chất cơ lý gỗ Sa mộc với các nghiên cứu khác

Đối tượng / Nguồn nghiên cứu Độ ẩm (%) Khối lượng thể tích ($\text{g/cm}^3$) MOR (MPa) MOE (GPa)
Sa mộc Sa Pa (Nghiên cứu này, 2019) 12 0,366 (ở 16%: 0,376) 44,32 (ở 16%: 41,04) 6,09 (ở 16%)
Sa mộc Việt Nam (Nguyễn Tử Kim, 2015) 12 0,370 85,60 6,65
Sa mộc Đài Loan (Liu và cs, 1982) 12 0,310 – 0,400 28,10 – 55,40 7,50 – 10,30
Sa mộc Phúc Kiến, TQ (Lin và cs, 1984) 12 0,310 – 0,460 35,30 – 43,30 6,60 – 10,60
Sa mộc New Zealand (Fung, 1994) 12 0,385 – 0,390 51,00 7,40
Sa mộc dầu Hà Giang (Hồ Ngọc Sơn, 2018) 12 Gỗ già: 0,490; Gỗ non: 0,370 Gỗ già: 66,10; Gỗ non: 47,00 – 48,20 Gỗ già: 5,10; Gỗ non: 4,30 – 4,50

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm tắt các phát hiện chính về chỉ số trung bình và quy luật biến đổi xuyên tâm; nêu các kiến nghị mở rộng phạm vi thực nghiệm và trang bị cơ sở vật chất phòng thí nghiệm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  1. Xác định được các giá trị cơ lý tính cơ bản của gỗ Sa mộc 19 tuổi trồng tại Sa Pa ở độ ẩm thực nghiệm 16%:
    • Khối lượng thể tích trung bình: $0,376\text{ g/cm}^3$ (giá trị quy chuẩn về độ ẩm 12% là $0,366\text{ g/cm}^3$).
    • Độ bền uốn tĩnh (MOR) trung bình: $41,04\text{ MPa}$ (quy chuẩn về độ ẩm 12% là $44,32\text{ MPa}$).
    • Môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) trung bình: $6,09\text{ GPa}$.
  2. Xác lập quy luật biến đổi cấu trúc theo chiều xuyên tâm tại vị trí $D_{1.3}$:
    • Khối lượng thể tích duy trì trạng thái ổn định từ tâm ra vỏ (dao động từ $0,370 - 0,387\text{ g/cm}^3$).
    • Các chỉ tiêu cơ học (MOR và MOE) có xu hướng tăng dần từ tâm ra vỏ; phần gỗ sát vỏ có độ bền uốn và độ cứng uốn cao hơn phần gỗ gần tủy.
  3. Xác định quan hệ tương quan thực nghiệm: Khối lượng thể tích có tương quan thuận có ý nghĩa thống kê với MOR ($r = 0,75$; $p < 0,05$), nhưng tương quan không có ý nghĩa thống kê với MOE ($r = 0,40$; $p = 0,14$).

Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất

  • Ứng dụng trong chế biến và sử dụng: Cần tính toán sự khác biệt về độ bền cơ học giữa phần gỗ gần tâm và sát vỏ khi thiết kế kết cấu chịu lực bằng gỗ Sa mộc. Do khối lượng thể tích thuộc nhóm gỗ nhẹ ($< 0,4\text{ g/cm}^3$), cần áp dụng chế độ cưa xẻ, sấy và gia công nhẹ nhàng, bảo quản phòng chống mối mọt phù hợp.
  • Đề xuất nghiên cứu tiếp theo:
    • Mở rộng nghiên cứu trên nhiều vùng sinh thái, điều kiện lập địa và khí hậu khác nhau có trồng Sa mộc.
    • Nghiên cứu biến đổi tính chất cơ lý theo trục dọc thân cây (từ gốc lên ngọn) để có bức tranh toàn diện về chất lượng thân cây.
    • Khảo sát bổ sung các chỉ tiêu cơ lý khác: sức nén dọc thớ, nén ngang thớ, sức kéo, độ bền tách và độ co rút thể tích.
    • Nâng cấp điều kiện phòng thí nghiệm: bổ sung phòng điều hòa ổn định ẩm cho mẫu thí nghiệm, trang bị thước đo điện tử chính xác và hệ thống gá đo chuyên dụng.

Đóng góp học thuật

Khóa luận đã bổ sung dữ liệu thực nghiệm cụ thể về tính chất vật lý và cơ học của loài Cunninghamia lanceolata 19 tuổi tại vùng núi cao phía Bắc Việt Nam, đối chiếu tương đồng với các dữ liệu công bố tại Trung Quốc, Đài Loan và New Zealand, làm cơ sở khoa học cho việc phân loại và định hướng sử dụng gỗ Sa mộc rừng trồng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của khóa luận:
    • Cỡ mẫu còn hạn chế (3 cây mẫu, 60 mẫu thoi thử nghiệm) do giới hạn về kinh phí và thời gian thực hiện.
    • Phạm vi khảo sát chỉ mới thực hiện tại một độ cao cố định ($D_{1.3}$) trên thân cây tại một vị trí địa lý duy nhất (xã San Sả Hồ, huyện Sa Pa).
    • Độ ẩm mẫu thử nghiệm đo thực tế ở mức 16%, chưa thực hiện điều hòa độ ẩm mẫu về trạng thái tiêu chuẩn 12% trước khi đo MOE.
    • Trang thiết bị phòng thí nghiệm còn thiếu buồng ổn nhiệt ẩm chuẩn.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Triển khai đánh giá toàn diện tính chất vật lý, cơ học và giải phẫu gỗ Sa mộc theo cả chiều xuyên tâm lẫn chiều dọc thân cây trên các cấp tuổi và các lập địa khác nhau tại các tỉnh miền núi phía Bắc.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Lâm sinh, Nông lâm kết hợp, Quản lý tài nguyên rừng, Chế biến lâm sản và Khoa học gỗ.
  • Nội dung đáng tham khảo:
    • Quy trình kỹ thuật thu thập mẫu gỗ cây đứng, phương pháp xẻ ván xuyên tâm và kỹ thuật gia công mẫu thử nghiệm kích thước nhỏ theo hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8048: 2009.
    • Bộ số liệu thực nghiệm gốc và biểu đồ biến thiên xuyên tâm của KLTT, MOR, MOE của gỗ Sa mộc 19 tuổi.
    • Phương pháp phân tích tương quan tuyến tính giữa khối lượng thể tích và các chỉ tiêu cơ học gỗ trên phần mềm Excel.

Câu hỏi thường gặp

1. Khối lượng thể tích trung bình của gỗ Sa mộc 19 tuổi tại Sa Pa là bao nhiêu và biến đổi thế nào từ tâm ra vỏ?

Khối lượng thể tích trung bình của gỗ Sa mộc 19 tuổi ở độ ẩm 16% đạt $0,376\text{ g/cm}^3$ (khi quy đổi về độ ẩm 12% đạt $0,366\text{ g/cm}^3$). Khối lượng thể tích gần như không có sự biến đổi đáng kể theo chiều từ tâm ra vỏ; giá trị ở vị trí 2 cm gần tủy là $0,387\text{ g/cm}^3$, giảm nhẹ tại 4 cm ($0,376\text{ g/cm}^3$) và 6 cm ($0,370\text{ g/cm}^3$), sau đó duy trì ổn định ở vị trí 8 cm và 10 cm ($0,373\text{ g/cm}^3$). Biên độ chênh lệch cực đại giữa các vị trí chỉ đạt $0,017\text{ g/cm}^3$.

2. Quy luật biến thiên của độ bền uốn tĩnh (MOR) và môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) theo hướng xuyên tâm diễn ra như thế nào?

Cả MOR và MOE đều có xu hướng tăng dần rõ rệt từ tâm ra ngoài vỏ:

  • Độ bền uốn tĩnh (MOR): Giá trị trung bình thấp nhất ở vị trí 2 cm gần tâm (37,88 MPa), tăng dần qua vị trí 4 cm (39,91 MPa), 6 cm (40,63 MPa), 8 cm (43,15 MPa) và đạt cực đại tại vị trí 10 cm sát vỏ (43,63 MPa). MOR trung bình toàn cây là 41,04 MPa (độ ẩm 16%).
  • Môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE): Thấp nhất ở vị trí 2 cm (5,65 GPa), tăng dần lên 5,82 GPa (4 cm), 5,94 GPa (6 cm), 6,44 GPa (8 cm) và cao nhất ở 10 cm (6,59 GPa). MOE trung bình toàn cây là 6,09 GPa (độ ẩm 16%).

3. Mối tương quan thống kê giữa khối lượng thể tích với MOR và MOE được ghi nhận ra sao?

  • Khối lượng thể tích có mối tương quan thuận chặt chẽ với độ bền uốn tĩnh MOR ($r = 0,75$; $p < 0,05$), đạt độ tin cậy thống kê, cho phép ước lượng MOR qua KLTT.
  • Khối lượng thể tích có mối tương quan yếu với môđun đàn hồi uốn tĩnh MOE ($r = 0,40$; $p = 0,14$). Do $p > 0,05$, mối quan hệ này không có ý nghĩa thống kê, không thể suy đoán MOE dựa trên KLTT.

4. Kết quả cơ lý tính của Sa mộc trong khóa luận có sự tương đồng thế nào với các nghiên cứu quốc tế?

Các chỉ số cơ lý tính của gỗ Sa mộc 19 tuổi tại Sa Pa nằm trong dải biến thiên của loài Cunninghamia lanceolata trên thế giới. Cụ thể, KLTT quy chuẩn 12% ($0,366\text{ g/cm}^3$) tương đồng với Sa mộc tại New Zealand ($0,385\text{ g/cm}^3$), Đài Loan ($0,31 - 0,40\text{ g/cm}^3$) và nghiên cứu của Nguyễn Tử Kim tại Việt Nam ($0,37\text{ g/cm}^3$). Giá trị MOR quy chuẩn 12% (44,32 MPa) nằm trong khoảng ghi nhận tại Đài Loan ($28,1 - 55,4\text{ MPa}$) và Phúc Kiến - Trung Quốc ($35,3 - 43,3\text{ MPa}$).

5. Khóa luận đã sử dụng những tiêu chuẩn TCVN và thiết bị thí nghiệm nào?

  • Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 8048-1: 2009 (xác định độ ẩm), TCVN 8048-2: 2009 (khối lượng thể tích), TCVN 8048-3: 2009 (độ bền uốn tĩnh), TCVN 8048-4: 2009 (môđun đàn hồi uốn tĩnh).
  • Thiết bị chính: Tủ sấy mẫu ($103 \pm 2^\circ\text{C}$), cân điện tử độ chính xác 0,01 g, thước kẹp cơ khí độ chính xác 0,01 mm và Máy thử sức bền vật liệu vạn năng INSTRON 5569 (tải trọng 50 kN) tích hợp phần mềm điều khiển MERLIN.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Sùng A Chư đã xác định được các thông số cơ lý tính cơ bản của gỗ Sa mộc 19 tuổi trồng tại Sa Pa với khối lượng thể tích trung bình đạt $0,376\text{ g/cm}^3$, độ bền uốn tĩnh đạt 41,04 MPa và môđun đàn hồi uốn tĩnh đạt 6,09 GPa ở độ ẩm 16%. Nghiên cứu chỉ ra rằng khối lượng thể tích duy trì sự ổn định trên mặt cắt ngang thân cây, trong khi các chỉ tiêu cơ học (MOR và MOE) có xu hướng tăng dần từ tâm ra vỏ. Kết quả phân tích hồi quy khẳng định tồn tại mối tương quan thuận có ý nghĩa thống kê giữa khối lượng thể tích và độ bền uốn tĩnh ($r = 0,75$), cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc tính toán kỹ thuật và sử dụng hợp lý nguồn gỗ Sa mộc tại Việt Nam.