STRUCTURI DIN LEMN Curs pentru studentii anului III CCIA -2009

Prof. dr. ing. FURDUI CORNEL S.l. dr. ing. FEKETE-NAGY LUMINITA STRUCTURI DIN LEMN Curs pentru studentii anului III CCIA -2009- CUPRINS CAP. I LEMNUL IN CONSTRUCTII ................................................................ 5 1. CALITATEA LEMNULUI ................................................................................................ 6 2. PRODUSE DE MATERIAL LEMNOS FOLOSITE ÎN CONSTRUC II......................... 7 CAP. II CARACTERISTICILE FIZICE ŞI MECANICE ALE LEMNULUI... 26 1. CARACTERISTICI FIZICE............................................................................................ 26 2. PROPRIET I TERMICE............................................................................................... 33 3. PROPRIET I MECANICE ŞI DE DEFORMA IE...................................................... 34 CAP. III DIMENSIONAREA ELEMENTELOR STRUCTURALE DIN LEMN ............................................................................................................................. 46 1. REZISTEN ELE CARACTERISTICE ŞI DE CALCUL ALE LEMNULUI................. 46 2. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL ....................... 48 SOLICITATE LA ÎNTINDERE CENTRIC ...................................................................... 48 3. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL ........................ 49 SOLICITATE LA COMPRESIUNE .................................................................................... 49 4. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL ........................ 56 SOLICITATE LA FORFECARE ......................................................................................... 56 5. CALCULUL ELEMENTE DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL ............................... 57 SOLICITATE LA TORSIUNE............................................................................................. 57 6. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL ........................ 58 SOLICITATE LA ÎNCOVOIERE ........................................................................................ 58 7. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL SOLICITATE LA FOR E AXIALE ŞI ÎNCOVOIERE (COMPRESIUNE SAU ÎNTINDERE EXCENTRIC ) .................................................................................................................... 66 CAP. IV. ÎMBIN RI LA CONSTRUC IILE DIN LEMN............................... 69 1. CLASIFICAREA ÎMBIN RILOR .................................................................................. 69 2. CALCULUL ŞI ALC TUIREA ÎMBIN RILOR EXECUTATE PRIN ........................ 71 CAP.V PROTEC IA ŞI CONSOLIDAREA ELEMENTELOR DIN LEMN . 79 1. AGEN I DE DEGRADARE A LEMNULUI .................................................................. 79 2. PROTEC IA LEMNULUI ............................................................................................... 84 BIBLIOGRAFIE ................................................................................................. 93 4 CAP. I LEMNUL IN CONSTRUCTII a) Avantajele construc iilor de lemn 1. Densitatea aparent redus fa de rezisten a relativ mare. Comparativ cu densitatea celorlalte materiale principale de construc ie (zid rie, beton armat, o el, etc.) se poate constata c lemnul este de 3,5 … 16 ori mai uşor iar raportul dintre rezisten şi densitate are valoarea comparabil pentru lemn şi o el, atât la compresiune cât şi la întindere. 2. Greutatea redus a lemnului face ca toate construc iile realizate din acest material s prezinte o comportare favorabil la ac iunea seismic , s poat fi amplasate cu mai mult uşurin pe terenuri dificile de fundare şi s necesite consumuri mai reduse de materiale în structurile de funda ii. 3. Prelucrarea şi fasonarea uşoar a lemnului atât în uzin cât şi pe şantier, datorit rezisten elor reduse la prelucrare, cu posibilitatea execut rii construc iilor în orice anotimp, f r ca s necesite m suri speciale de execu ie. Viteza de execu ie este mare, prin eliminarea lucr rilor umede specifice construc iilor din beton armat sau zid rie, iar darea în exploatare a construc iilor de lemn este posibil imediat dup terminarea lucr rilor. 4. Existen a mai multor sisteme de asamblare, cu posibilitatea demont rii şi a refacerii par iale sau totale a elementelor şi construc iilor. 5. Posibilitatea realiz rii unor forme şi gabarite deosebite care sunt dificil sau chiar imposibil de realizat cu alte materiale de construc ie. Exist construc ii din lemn sub form de arce sau cupole cu deschideri ce ating 100 m. 6. Propriet ile termice sunt favorabile pentru construc ii. În compara ie cu o elul, betonul şi chiar c r mida, lemnul are : - coeficientul de conductibilitate termic ( λ ) mult mai redus, ceea ce justific folosirea lui ca material pentru izola ie termic cu bun eficacitate. Lemnul opune o rezisten termic , la trecerea unui flux de c ldur prin el, de 300 – 400 ori mai mare decât o elul şi de 7 – 10 ori mai mare decât betonul. - coeficientul de dilatare termic liniar în lungul fibrelor ( α ) redus face s nu fie necesare rosturi de dilata ie termic la construc iile din lemn şi s prezinte o comportare bun din punct de vedere a rezisten ei la foc. Pentru lemnul de r şinoase, de exemplu, coeficientul α este de 4·10-6…5·10-6, adic aproximativ de 2-3 ori mai mic decât coeficientul de dilatare termic a o elului şi al betonului armat. 7. Durabilitatea mare a construc iilor din lemn, aflate într-un regim optim de exploatare, din punct de vedere a condi iilor mediului ambiant Cheltuielile de între inere sunt cele de tip curent cu excep ia finisajului exterior care necesit între inere periodic (vopsea la 7…8 ani). Interven iile asupra elementelor de lemn, pentru consolidare sau refacere, se fac uşor şi la fa a locului. 8. Comportarea relativ bun din punct de vedere a rezisten ei la foc. Lemnul, deşi este un material combustibil, se comport bine din punct de vedere a rezisten ei structurale la foc deoarece elementele masive se consum relativ lent, cu o vitez de 0,5 … 0,7 mm / minut, ceea ce presupune o sc dere a sec iunii transversale de 1 cm pe fiecare fa într-un sfert de or timp în care temperatura incendiului poate s ajung la 700 – 800oC. Pe de alt parte, rezisten a şi rigiditatea lemnului în interiorul sec iunii carbonizate r mân practic neschimbate. 9. Posibilitatea refolosirii lemnului, dup o perioad de utilizare, la realizarea altor elemente de construc ii şi utilizarea lui pentru produc ia de energie face ca deşeurile s fie reduse. 10. Caracteristicile arhitecturale deosebite şi senza ia de c ldur pe care o d lemnul f când s fie folosit nu numai ca şi material structural dar şi ca material de finisaj sau aparent, cu efecte estetice deosebite. 11. Posibilitatea asocierii lemnului cu o elul sau cu betonul şi formarea unor structuri mixte eficiente. 5 b) Dezavantajele construc iilor de lemn Lemnul, ca şi produs natural, de natur organic , având structura neomogen şi anizotrop pe lâng calit i are şi o serie de inconveniente şi dezavantaje cum ar fi: 1. Variabilitatea foarte mare a caracteristicilor atât între specii cât şi în cadrul aceleiaşi specii datorit unor surse de variabilitate foarte diverse 2. Varia ia caracteristicilor mecanice şi fizice pe diferite direc ii fa de direc ia fibrelor. Datorit neomogenit ii structurii lemnului rezisten ele sunt diferite în lungul trunchiului lemnului şi pe sec iune transversal , varia ia acestora fiind cuprins între 10 … 40 %. 3. Influen a mare a umidit ii asupra caracteristicilor fizico-mecanice, a dimensiunilor şi durabilit ii lemnului. Spre exemplu varia ia umidit ii de la 5 pân la 15% duce, la unele specii de lemn, la sc derea cu aproape de 2 ori a rezisten ei la compresiune. Creşterea umidit ii favorizeaz , de asemenea, degradarea biologic a lemnului , în special datorit ac iunii ciupercilor şi creaz probleme de s n tate pentru ocupan ii construc iilor. 4. Sortimentul limitat de material lemnos atât în ceea ce priveşte dimensiunile sec iunii transversale cât şi în privin a lungimilor. Folosirea unor elemente, sub form de grinzi sau stâlpi, cu dimensiuni transversale mari (de obicei peste 20 cm) sau cu lungime mare ( peste 5-6 m) duce, de multe ori, la pre uri ridicate. Aceast deficien se poate elimina prin folosirea unor elemente compuse sau a unor elemente realizate din scânduri încleiate. 5. Defectele naturale ale lemnului (defecte de form şi structur , cr p turi etc.), defectele cauzate de ciuperci, insecte sau de unele substan e chimice precum şi efectele fenomenelor de contrac ie şi de umflare reprezint inconveniente importante ale materialului lemnos de construc ie. 6. Degrad ri produse de ciuperci şi insecte atunci când nu exist un tratament corespunz tor împotriva acestora. 1. CALITATEA LEMNULUI 1.1 Deficiente ale lemnului Calitatea lemnului variaz atât între specii cât şi în cadrul aceleiaşi specii. Sursele variabilitate în cadrul unei specii sunt diverse, iar o sintez a lor şi a consecin elor acestora prezint în fig.1.1 . Pot exista, o serie de defecte cum ar fi cr p turile sau defectele produse de insecte şi ciuperci, defecte ce influen eaz calitatea materialului şi duce la impartirea acestuia în clase calitate. de se de de 1.2 Procedee de clasificare a lemnului pe clase de calitate La ora actuala se utilizeaza doua procedee de clasificarea lemnului: - Clasificarea tradi ionala se realizeaz în urma unui examen vizual şi are în vedere factorii de reducere a rezisten ei care pot fi examina i (în principal nodurile şi l imea inelelor anuale). - Clasificarea mecanica se realizeaza pe baza unor încerc ri mecanice (procedeul mecanic sau cu maşina) Normele europene EN 388-1994 sorteaz lemnul pentru construc ii in 9 clase pentru rasinoase şi 6 clase pentru foioase. Tabelul 1.1 Clase de calitate Clase de rezisten Specia C 10 C 18 C 24 C 30 C 40 Molid, brad, larice, pin x x x Stejar, gorun, cer, salcâm x x x Fag, mesteac n, paltin, frasin, carpen x x x Plop, anin, tei x x - 6 Clasa de rezisten a lemnului, conform tabelului 1.1, se defineşte prin valoarea rezisten ei caracteristice la întindere din încovoiere, exprimat în N/mm2. de ex. datorit ciupercilor DE NATUR Fisuri şi cr p turi Noduri S n toase DE GEOMETRIE Putrezite Ap rute Datorit în perioada usc rii de creştere Afectarea caracteristicilor mecanice Concentrarea contrac iilor Înclinarea local a fibrelor Curbura trunchiului R sucirea Înclinarea fibrelor trunchiului Utilizare deficitar sau neutilizare Fig. 1.1 – Surse de variabilitate la lemn şi consecin ele lor Fig. 2.2 - Surse de variabilitate la lemn şi consecin ele lor 2. PRODUSE DE MATERIAL LEMNOS FOLOSITE ÎN CONSTRUC II Func ie de modul cum p streaz sau nu structura lemnului din care provin produsele de lemn utilizate ca materiale de construc ii, se împart în dou categorii: - Produse care p streaz structura materialului lemnos din care provin (produse brute din lemn rotund, lemn rotund pentru pilo i, traverse de cale ferat , cherestea, lemn încleiat, furnir, etc.); - Produse care, datorit unor opera ii tehnologice (aşchiere, defibrare, impregnare, presare, încleiere, etc.), nu mai p streaz structura materialului lemnos sau o p streaz în propor ie redus ( PAL, PFL) şi care pot fi considerate produse moderne din lemn sau produse din lemn reconstituit. Din categoria produselor care p streaz structura lemnului fac parte şi produsele din lemn compozit (lemn încleiat, placaje, lemn stratificat, panel) care se ob in prin încleierea unor produse lemnoase ( cherestea, furnir). Produsele care p streaz structura lemnului, dup gradul de prelucrare pot fi: produse brute (STAS 453-83); produse de lemn ecarisat ( scânduri, dulapi, şipci, rigle şi grinzi); produse semifinite (lemn încleiat, panouri) şi finite. Produsele care nu p streaz structura lemnului au ap rut din necesitatea de a înl tura inconvenientele lemnului legate de dimensiunile naturale şi de anizotropie şi complecteaz produsele din lemn compozit care p streaz structura lemnului( lemn încleiat, placaje, lemn stratificat). Panourile din lemn compozit sau din lemn reconstituit prezint , în raport cu lemnul masiv, o serie de avantaje şi anume: - nivelul de dispersie a caracteristicilor mult redus; - anizotropie redus ; - stabilitate a dimensiunilor în plan ; - o varietate mai mare a dimensiunilor. 7 Panourile pe baz de lemn au o gam larg de aplicare în numeroase industrii dar peste 50% se folosesc în construc ii pentru planşee, acoperişuri, şarpante, cofraje, sc ri, uşi, etc. 2.1 Produse brute din lemn Produsele brute din lemn sunt ob inute din trunchiuri cur ate şi decojite, tratate sau nu şi sunt folosite direct la eşafodaje, schele şi pilo i (STAS 1040-85, STAS 3416-75), stâlpi pentru linii aeriene (STAS 25778, STAS 7498-66), lemn de min (STAS 256-79), elemente de rezisten (STAS 4342-85, STAS 104085) la diferite structuri (popi, pane, grinzi, etc.). 2.2 Traverse de lemn pentru cale ferat Traversele se ob in prin cioplirea sau fier struirea şi cioplirea lemnului brut de foioase cu realizarea diferitelor forme ale sec iunii transversale (tipul A1, A2, B, C – conform STAS 330/1-72). Func ie de dimensiunile sec iunii transversale traversele pot fi: normale, înguste, pentru poduri şi traverse speciale. 2.3. Produse din lemn ecarisat (cheresteaua) Cheresteaua (STAS 942-86, STAS 8689-86) este lemnul ecarisat care se ob ine din lemnul brut debitat în sens longitudinal ob inându-se produse de diferite dimensiuni (scânduri, dulapi, şipci, rigle, grinzi, margini) având cel pu in dou suprafe e plane şi paralele ( fig. 1.2). Din produsele de cherestea fac parte: Scândurile, produse cu fe ele plane şi paralele având grosime de maximum 24 mm la r şinoase şi 40 mm la foioase şi l imea de cel pu in 80 mm; Dulapi, produse cu fe ele plane şi paralele având grosime între 28 … 75 mm la r şinoase şi 50 … 90 mm la foioase şi l imi mai mari decât dublul grosimi dar cel pu in 100 mm; Grinzile, produse cu dou , trei sau patru fe e plane, având sec iune p trat sau dreptungiular şi latura de minimum 100 mm, la r şinoase şi 120 mm la foioase. a) a) b) c) b) c) 1.2 -- Tipuri de cherestea Fig.Fig. 2.11 Tipuri de cherestea a) – scânduri (dulapi) netivite; b) – scânduri (dulapi) tivite; - scânduri (dulapc)i)– netivite - scânduri (dulapi) tivite ; margini (l; b) turoaie) a) c) - margini (l turoaie) . -Riglele (grinzisoarele) au b- latura minima de cel putin 100 mm pt.rasinoase si 120 pt. foioase; 8 -Şipcile, produse cu fe ele şi canturile plane şi paralele cu grosimi de 12…24 mm şi l imi de maximum 48 mm la r şinoase respectiv grosimi de 19 .. 40 mm şi l imi de maximum 40 mm la foioase. -Cheresteaua (Fig. 1.2) poate fi clasificat : - dup modul de prelucrare a canturilor (tivit , cu ambele canturi plane sau par ial plane; netivit , cu canturi care p streaz forma buşteanului; semitivit , cu un cant tivit); - dup con inutul de umiditate (verde, cu umiditate mai mare de 30%; zvântat , cu umiditate de 24% … 30%; semiuscat , cu umiditate de 18% … 24%; uscat , cu umiditate sub 18%); - dup modul de prelucrare ( neprelucrat ; semifabricat ; prefabricat ); dup modul de aranjare a inelelor anuale pe sec iunea transversal (cherestea radial , la care unghiul între tangenta la inelele anuale şi muchia fe ei este de 61o … 90o ; cherestea semiradial , la care unghiul este de 45o … 60o şi cherestea tangen ial , cu unghiul <45o ); - dup modul de tratare (aburit , antiseptizat ); - dup calitatea lemnului din buşteni (cherestea obişnuit ; cherestea de rezonan ; cherestea de claviatur ); - dup dimensiuni (îngust , lat , lung , scurt , subscurt ). Sortimentele de cherestea se livreaz , la noi în ar , conform prevederilor STAS 942-86 pentru r şinoase şi conform STAS 8689-86 pentru foioase. 2.4. Furnir Furnirul este un produs ob inut prin t ierea, longitudinal sau tangen ial , a trunchiului arborelui în foi sub iri (0,08 … 7 mm). Dup modul lor de utilizare furnirele sunt: furnire estetice, pentru mobilier (STAS 5513-87) şi furnire tehnice (STAS 9406-84) de fa sau miez. Furnirele tehnice, destinate fabric rii placajelor, panelelor, lemnului stratificat, produselor mulate din lemn, etc. se ob in din lemn de foioase şi r şinoase prin derulare centric în foi sub iri cu ajutorul unor maşini speciale. Dimensiunile nominale conform STAS 9406-84, m surate la umiditatea lemnului de (10 ± 2)% sunt: - grosimi (mm): 0,5; 0,8; 1,1; 1,5; 2,1; 3,1; 4,2; 5,2; 6,0; - l imi (mm): de la 100 la 1000 (din 50 în 50 mm); 1300; 1330; 1610; 1910; 2080; 2280; 2520; - lungimi (mm): 980; 1300; 1330; 1610; 1910; 2080; 2280; 2520. Dup defectele naturale şi de prelucrare admisibile, conform STAS 9406-84, furnirele se sorteaz în patru calit i (A, B, C, D). 2.5 Lemn încleiat Lemnul încleiat este un material de construc ie de înalt tehnologie, având numeroase avantaje comparativ cu lemnul masiv. Produsele de lemn încleiat sunt realizate din mai multe piese de lemn ecarisat (în mod curent scânduri sau dulapi) aşezate, de obicei, orizontal, unele peste altele şi îmbinate prin intermediul unor pelicule de încleiere, prin presare. Elementele componente cu l ime de maximum 20 cm sunt suprapuse şi încleiate cu concavitatea inelelor anuale orientat în sus (fig. 1.3a ) cu excep ia primului element care este plasat invers. 9 t 30...35mm 2t (1/5...1/6)t t b b 200mm b 3,5mm 200mm b a) b) 2/5b 200mm c) Fig. 2.12 - Modul de realizare în sec iune transversal a Fig. 1.3 – Modul de realizare în sec iune transversal a elementelor din lemn incleiat elementelor din lemn incleiat a) – din cherestea cu l ime de maxim 20cm; b) – din cherestea cu l ime mai mare de 20cm; a) din cherestea l ime maxim ; b) - din cherestea c) –-detaliu şan pentru cu elemente de de cherestea cu l20cm ime mai mare de 20cm cu l ime mai mare de 20cm ; c) - detaliu şan pentru elemente de cherestea cu l ime mai mare de 20cm . Dispunerea astfel a elementelor reduce la minimum contrac ia transversal şi eforturile de întindere transversal din varia ii climaterice care ac ioneaz asupra lemnului şi în îmbin rile încleiate. Dac l imea produsului dep şeşte 20 cm este recomandabil s se plaseze dou elemente unul lâng altul cu decalarea rostului de îmbinare pe o distan de minimum de 2 ori grosimea elementelor ( fig. 1.3b.). De asemenea la folosirea unor elemente cu l ime mai mare de 20 cm se recomand practicarea a dou şan uri longitudinale pe toat lungimea elementelor componente (fig. 1.3c.). Elementele încleiate pot fi realizate de lungimi şi în l imi foarte mari, dimensiunile fiind limitate în general de posibilit ile de transport. În mod curent se pot realiza elemente de 30 … 35 m lungime şi pân la 2,2 m în l ime. Pentru realizarea elementelor structurale de lungime mare, elementele componente (scândurile, dulapii) se prelungesc prin încleiere pe o suprafa dreapt (fig. 1.4 a), înclinat cu lungime de minimum 10 ori grosimea elementului (fig. 1.4b), sau prin joante de încleiere sub form de din i (fig.1.4c). Îmbin rile se decaleaz la distan de minimum 50 cm de la o scândur la alta pe în l imea elementului (fig. 1.4d). Îmbinarea pe o suprafa dreapt (fig. 1.4a) se foloseşte la elemente comprimate iar cea pe suprafa teşit (fig. 1.4b) la toate tipurile de elemente (întinse, comprimate şi încovoiate). Joantele, pentru îmbin rile din fig. 1.4c, se caracterizeaz prin lungimea ,,din ilor” (l), pasul (p), grosimea extremit ii din ilor ( bt) şi jocul de îmbinare (lt). 10 Nc Nc M Nt Nt M h l 10 h a) b) l lt M p b bt p N 50 50 50 suprafa teşit 50 50 50 N M 50 50 h c) 50 d) 50 50 Fig. 2.13 - Îmbinarea longitudinal de prelungire a elementelor Fig. 1.4 – Îmbinarea încleiatelongitudinal de prelungire a elementelor încleiate a) – cap la cap; b) – pe suprafa teşit ; c) – cu din i; d) – decalarea îmbin rilor a) - cap la cap ; b) - pe suprafa teşit ; c) - cu din i ; d) - decalarea îmbin rilor . Dimensiunile de realizare a din ilor conform fig.1.4 sunt recomandate de diferite norme. Produsele de încleiere sunt r şini sintetice, aplicate pe ambele fe e ale pieselor şi se aleg func ie de condi iile climaterice la care urmeaz s fie supuse elementele şi func ie de m rimea solicit rilor mecanice. Procesul de priz a cleiurilor şi rezultatul încleierii depinde de o serie de factori, dintre cei mai importan i sunt: caracteristicile materialului de încleiere (natur , concentra ie, vîscozitate, temperatur , etc.); caracteristicile materialului lemnos (specia, forma şi aspectul suprafe ei, umiditatea, temperatura, etc.); caracteristicile mediului ambiant (umiditate, temperatur , presiunea vaporilor, etc.); tehnologia de execu ie şi altele. Avantajele deosebite ale utiliz rii elementelor de lemn încleiat constau în: - dimensiunile teoretic nelimitate ale elementelor, în practic producându-se în mod curent piese cu în l ime de max.2 m şi lungime de 30…40 m dimensiunile fiind limitate din condi ii arhitecturale, de capacitatea de prelucrare a maşinilor, de dimensiunile atelierelor de fabrica ie şi de condi iile de transport; - forma elementelor, care poate fi dreapt sau curb , cu sec iunea transversal constant sau variabil ; - ameliorarea rezisten ei şi a rigidit ii prin reducerea influen ei nodurilor şi realizarea unui material cu omogenitate mai mare; - folosirea ra ional a lemnului disponibil pe sec iune transversal prin plasarea unor elemente componente de clas mai mare de rezisten în zonele mai puternic solicitate şi de clas mai redus în zonele slab solicitate; de exemplu la elementele încovoiate spre exterior se foloseşte lemn de bun calitate iar la interior, spre axa neutr , lemn de calitate mai redus . - eliminarea, în exploatare, a deforma iilor datorate usc rii deoarece la realizarea elementelor structurale p r ile componente sunt uscate la o umiditate de 12%, valoare aproximativ egal cu umiditatea de exploatare din interior fapt ce realizeaz o umiditate de echilibru a lemnului care variaz între 9 şi 12%; - precizia dimensional a elementelor datorit usc ri în prealabil şi datorit procedeului industrial de fabricare. Execu ia acestor elemente presupune şi folosirea unui personal calificat şi existen a unor sectoare cu instala iile necesare (sector de preg tirea pieselor; atelier unde temperatura şi umiditatea 11 pot fi men inute între anumite limite şi controlate; sector de ambalare a pieselor; sector cu instala ii de încleiere a pieselor între ele, cu posibilit i de realizare a elementelor drepte sau curbe, etc.). Elementele încleiate care se folosesc la realizarea grinzilor sau a stâlpilor au, în mod curent, sec iune rectangular . Se pot realiza şi elemente ca sec iuni transversale I şi sub form de cheson, cu unele dificult i în procesul de fabrica ie care îns sunt compensate prin avantajele în planul stabilit ii şi al flambajului elementelor. Grinzile din elemente de lemn încleiate pot fi drepte sau curbe, cu moment de iner ie constant sau variabil. Geometria cea mai des folosit pentru grinzi este cea cu o singur pant , curbe cu sec iune constant cu dou pante şi cu intrados curb (fig. 1.5). Aceste grinzi sunt realizate cu extrados din elemente t iate şi un extrados din elemente continue drepte sau curbe. La elementele solicitate la înconvoiere raportul în l ime /deschidere este în general 1/3 … 1/8 şi nu este mai mic de 1/10. La realizarea elementelor, pentru a evita apari ia tensiunilor suplimentare din curbare, se recomand ca raza de curbur rin a elementelor componente s nu fie mai mic decât 200 ti ,dac elementele au grosime ti <30 mm; aceast raz poate s ajung la 150 ti cu condi ia ca ti = 625 +0,4 rin - 25 mm./17/ Se urm reşte: - limitarea razei medie de curbur r; - stabilirea unei corela ii între grosimea elementelor componente (ti) şi raza minim de curbur ( rin ); - reducerea eforturilor maxime admisibile longitudinale şi transversale func ie de raportul între în l imea sec iunii (hap) şi raza de curbur medie ( r ). Norma DIN 1052 impune corelarea raportului de curbur (άi = rin / ti) cu grosimea elementelor ( ti ). Astfel pentru 150 < άi < 200 se recomand ca grosimea elementelor s se reduc la valoarea maxim ti = 10 + 0,4 (rin –150). Alte norme interna ionale recomand ti ≤ 0,01 rin pentru rin < 1000mm şi ti ≤ 0,006 rin + 4mm pentru rin > 1000mm. Modul de calcul a grinzilor este prezentat în capitolul 4.8.6 Caracteristicile elementelor din lemn încleiat, pentru elemente omogene realizate din acelaşi tip de elemente componente, se pot determina pe baza caracteristicilor lemnului din elementele componente /36 / conform rela iilor date în tabelul 1.2. hg hg hap hap α 10 r rin a) b) α r hg hg hap α rin c) d) Fig.2.14 1.5 – Geometrii curente ale grinzilor elementedin de lemn încleiat de Fig. - Geometrii curente ale din grinzilor elemente a) – cu pant ; b) – curbe cu moment de iner ie constant; c) – cu dou pante; d) – în doulemn pante încleiat cu intrados curb şi cu moment de iner ie variabil a) - cu o pant ; b) - curbe cu moment de iner ie constant ; c) - cu dou pante ; d) - în dou pante cu intrados curb şi cu moment de iner ie variabil . 12 Tabelul 1.2 Caracteristicile mecanice ale lemnului din elemente încleiate Caracteristica Nota ie Valoare ( conf. EN11949) Rezisten a la încovoiere ( N/mm2) fm,g,k 1,2 + ft,0,l,k 2 Rezisten a la întindere ( N/mm ) 9 + 0.5 ft,0,l,k - paralel cu fibrele ft,0,g,k - perpendicular pe fibre 1.15 ft,90,l,k ft,90,g,k Rezisten a la compresiune paralel cu fibrele ( N/mm2) fc,0,g,k (1,5 – 0.01 fc,0,l,k) ft,0,l,k Densitate ( kg/m3 ) ρ g,k 0.95 ρ l,med Se constat c majoritatea caracteristicilor mecanice ale elementelor din lemn încleiat sunt superioare celor ale lemnului din elementele componente, lucru explicat prin: - reducerea efectelor defavorabile datorate defectelor excentrice, cum sunt nodurile, care la piesele individuale introduc eforturi din încovoiere; - reducerea efectului sl birii sec iunii datorit nodurilor, prin consolidarea produs de elementele adiacente; - asigurarea unui element mai omogen cu efect pozitiv asupra rezisten elor şi asupra densit ii generale, care se apropie mult de densitatea medie a elementelor componente. Tabelul 1.3 Clase de rezistent a lemnului din elemente încleiate Caracteristica Nota ie Clase de rezisten GL20 GL24 GL28 GL32 GL36 2 Rezisten a la încovoiere (N/mm ) fm,g,k 20 24 28 32 36 Rezisten a la întindere (N/mm2) - paralel cu fibrele - perpendicular pe fibre Rezisten a la compresiune(N/mm2) - paralel cu fibrele - perpendicular pe fibre Rezisten a la forfecare (N/mm2) Modulul de elasticitate (N/mm2) - mediu x 103 - minim x 103 Densitatea ( kg/m3 ) ft,0,g,k ft,90,g,k 15 0.35 18 0.35 21 0.45 24 0.45 27 0.45 fc,0,g,k fc,90,g,k 21 5.0 24 5.5 27 6.0 29 6.0 31 6.3 fν,g,k 2.8 2.8 3.0 3.5 3.5 E0,me,k E0,05,k 10 8 11 8.8 12 9.6 13.5 10.8 14.5 11.6 ρ g,k 360 380 410 440 480 Norma EUROCODE 5 iau în considerare valorile din tabelul 2.2 aplicate la elemente cu: - o în l ime şi l ime egal cu 600 mm pentru încovoiere şi întindere paralel cu fibrele; + propun 5 clase conform tabelului 2.18 / 36 / Pentru realizarea claselor date în tabelul 1.3, elementele componente trebuie s satisfac clasele de rezisten date în tabelul 1.4 Tabelul 1.4 Condi ii pentru compozi ia lemnului din elemente încleiate Tipuri de elemente Condi ii pentru: Clase de rezisten a elementului GL20 GL24 GL28 GL32 GL36 Elemente omogene Toate scândurile C18 C22 C27 C35 C40 C40 C35 C30 C24 C22 Elemente -Scânduri externe (1/6 neomogene din în l imea elementului la fa a superioar şi inferioar ) C35 C27 C22 C18 C16 -Scânduri interne 13 2.6 Placaje d4 d2 d5 d3 d1 t Placajele ( STAS 1245-90 ) sunt panouri de diferite dimensiuni, realizate dintr-un num r impar (minimum trei) de straturi de furnir, încleiate prin presare la cald la o temperatur de 90oC … 150oC cu diverse tipuri de adezivi. Foile de furnir folosite la placaje se ob in prin derulare longitudinal a trunchiului şi au grosime de 1…4 mm. Fibrele foilor exterioare sunt dispuse în acelaşi sens, iar fibrele foilor intermediare în sensuri alternative simetric fa de axa median (fig 1.6). În mod obişnuit fibrele sunt dispuse perpendicular unele pe altele la dou foi al turate. y x z - Alc tuirea direc placajelor Fig. Fig. 1.6 – 2.15 Alc tuirea placajelor ia fibrelor elementelor exterioare direc ia fibrelor elementelor exterioare Compozi ia placajelor limiteaz varia iile dimensionale şi umflarea şi asigur propriet i egale dup diferite direc ii în planul produselor. Placajele se caracterizeaz prin câteva particularit i fa de lemnul din care sunt realizate foile de furnir şi anume: densitate superioar , varia ie mai redus a umidit ii cu varia ia umidit ii mediului ambiant, varia ii dimensionale reduse (0,02% pentru 1% varia ie de umiditate), deforma ie de curgere lent mai mare, varia ie mai redus a durabilit ii func ie de specia de lemn. Umiditatea placajelor variaz mai pu in decât cea a lemnului masiv de r şinoase cu umiditatea mediului ambiant (tabelul 1.5 /30/). Tabelul 1.5 Umiditatea de echilibru a placajelor/30/ Mediul ambiant cu temperatur de 200 C şi umiditate 30% relativ de: Umiditatea de echilibru 5% a placajelor Umiditatea de echilibru 6% a lemnului de r şinoase 65% 85% 10% 15% 12% 17% Comportarea elastomecanic este condi ionat de direc ia fibrelor şi depinde de unghiul fa de orientarea fibrelor foilor exterioare. Durabilitatea placajelor este influen at de grosimea foilor, compozi ia panoului (atunci când se folosesc foi provenite de la diferite specii de lemn), cantitatea şi calit ile adezivului. Caracteristicile placajelor sunt influen ate de: - parametrii geometrici (compozi ie, num rul şi grosimea elementelor componente); - caracteristicile materialului (esen a, utilizarea diferitelor tipuri de materiale într-un panou, con inut de umiditate); - cantitatea şi propriet ile adezivilor; 14 - condi iile de solicitare (direc ia eforturilor fa de direc ia fibrelor elementelor de fa , durata înc rc rii, etc.). La solicitarea de încovoiere trebuie s se aib în vedere încovoierea dup fa a perpendicular pe planul panoului (fig.1.7) şi cea dup cant, paralel cu planul panourilor.(fig.1.8) Placajele se împart în: - placaje obişnuite sau de uz general, folosite în industria mobilei; - placaje de exterior sau cu utiliz ri speciale, folosite în construc ii, avia ie, construc ii de nave etc.( STAS 1245-90, STAS 7004-86). a) a) b) b) Fig. 1.7 – Încovoiere perpendicular pe planul panourilor Fig. 2.16 cu- fibrele Încovoiere pe planul lapanourilor a) – paralel pl cilorperpendicular exterioare; b) – perpendicular fibrele pl cilor exterioare a) - paralel cu fibrele pl cilor exterioare ; b) - perpendicular la fibrele pl cilor exterioare . direciaiafibrelor fibrelor direc a) a) b) b) Fig. 1.8 – Încovoiere dup cantdup cant Fig. 2.17 - Încovoiere a) – paralel cu fibrele pl cilor exterioare; b) – perpendicular pe fibrele a) paralel cu fibrele pl plcilor exterioare ; b) perpendicular pe fibrele cilor exterioare pl cilor exterioare . direc ia ia fibrelor fibrelor direc Din categoria placajelor de exterior sau cu utiliz ri speciale fac parte: - placajul melaminat, acoperit cu unul sau mai multe straturi de hârtie impregnat cu r şin melaminic ; - placajul emailat, pe fa a c ruia se aplic prin turnare sau pulverizare unul sau mai multe straturi de email sau lac de r şini sintetice; - azoplacajul, acoperit cu azbociment pe una sau pe ambele fe e; - placajul acoperit cu hârtie decorativ , în scopul înlocuirii acoperirii cu furnir estetic; 15 - placaj armat cu es tur din fire de sticl , acoperit pe una sau ambele fe e cu es tur din fire de sticl , imersat în solu ie de r şin fenolic sau folosind ca adeziv r şin fenolic sub form de fibre; - placaj acoperit cu r şin fenolic sub form de fibre, pe una sau ambele fe e, în scopul creşterii rezisten ei la umiditate; - placaj decorativ, având pe o fa furnir estetic, iar pe dos furnir tehnic, folosit în industria mobilei şi în construc ii. Placajele au grosimi de 2 … 20 mm şi sunt împ r ite, dup anomaliile şi defectele furnirului tehnic al stratului exterior, în 5 categorii (A, B, C, D, E) şi, dup categoria straturilor exterioare, în 5 clase de calitate (A/B, B/C, C/D, D/D, E/E). Grosimile placajelor folosite la exterior, la noi în ar , sunt de 6, 8, 10, 12, 15 mm fiind formate din 3, 5, 7, 9 straturi iar formatele uzuale sunt de 1000x1220 mm, 1220x2220mm, 1220 x 1525 mm, 2000 x 1250 mm. Caracteristicile mai importante ale placajelor de exterior din furnir de fag, realizate în ar sunt date în tabelul 1.6, /22 / Tabelul 1.6 Caracteristicile fizico-mecanice ale placajelor de exterior din furnir de fag /22/ Tipul de placaj Caracteristica Nr. F(încleiat cu filme de S (încleiat cu crt. r şin solu ie de r şin 1 2 3 4 5 6 Densitatea aparent ρa ( kg/ m ) Conductibilitatea termic (W / m. grd ) Modulul de elasticitate la încovoiere la înc rcare perpendicular pe straturi, axa longitudinal a epruvetei fiind paralel cu direc ia fibrelor straturilor exterioare ( N / mm2 ) : - în stare uscat ( U =7% ) - în stare umed (dup 24 h imersie în ap ) Modulul de elasticitate la încovoiere la înc rcare paralel cu straturile, axa longitudinal a epruvetei fiind paralel cu direc ia fibrelor straturilor exterioare (N / mm2 ) : - în stare uscat ( U =7% ) - în stare umed (dup 24 h imersie în ap ) Rezisten a la compresiune paralel cu straturile, axa longitudinal a epruvetei fiind paralel cu direc ia fibrelor straturilor exterioare (N / mm2 ) : - în stare uscat (U =7% ) - în stare umed (dup 24 h imersie în ap ) Rezisten a la încovoiere la înc rcare perpendicular pe straturi, axa longitudinal a epruvetei fiind paralel cu direc ia fibrelor straturilor exterioare (N / mm2 ): - în stare uscat ( U =7% ) - în stare umed (dup 24 h imersie în ap ) 3 16 fenolformaldehidric ) min. 680 0.20 formaldehidic ) 650 – 740 0.20 7 700 4 600 8 370 5 000 11 100 2 897 40.0 12.0 43.5 15.5 73.0 39.5 78.0 43.0 7 8 9 Rezisten a la încovoiere la înc rcare paralel cu straturile, axa longitudinal a epruvetei fiind paralel sau perpendicular cu direc ia fibrelor straturilor exterioare (N / mm2 ) : - în stare uscat ( U =7% ) - în stare umed (dup 24 h imersie în ap ) Rezisten a la întindere paralel cu straturile (N / mm2 ), axa longitudinal a epruvetei fiind: -paralel cu direc ia straturilor exterioare (U =7% ); -perpendicular pe direc ia straturilor exterioare (U =7% ) Rezisten a la forfecare perpendicular pe straturi (N / mm2 ), cu direc ia for ei: - paralel cu direc ia fibrelor straturilor exterioare, în stare umed ; - pendicular pe direc ia fibrelor straturilor exterioare, în stare umed . - 56.0 32.5 - 36.0 43.5 38.5 57.0 45.0 - 11.5 - 14.0 Valorile caracteristice ale rezisten elor şi densit ilor produselor de placaj realizate în diferite ri, date în /30/ dup documentul CEN / TC 112406 ,, Panouri pe baz de lemn - Valori caracteristice pentru produse reformate” sunt prezentate în tabelul 1.7 iar cele ale modulului de elasticitate în tabelul 1.8. Valorile din tabelele 1.7 şi 1.8 sunt date pentru placaje de clasa I şi II clasificate dup EN 635 ,,Placaje – Clasificare dup aspectul suprafe ei” partea 2 pentru foioase şi partea 3 pentru r şinoase. Coeficien ii k1, k2, k3, recomanda i în tabelele 1.7 şi 1.8 pentru placajele fabricate în Germania şi Fran a se determin cu rela iile 1.1…1.3 , conform figurii 1.9: k1 = ( d3m - d3m – 2 + d3m - 4 - … ±d31 ) / d3m (1.1) k2 = ( dm - dm – 2 + dm - 4 - … ±d1 ) / dm (1.2) dm k3 = dm – 2 / Valorile rezisten elor caracteristice pentru placaje / 36/ (1.3) Rezisten a caracteristic la: Încovoiere cu înc rcare perpendicu-lar pe planul panoului cu axa longitudinal paralel cu fibrele pl cilor exterioare, fig.1.7 a (fm,0,k ) Încovoiere cu înc rcare perpendicular pe planul panoului cu axa longitudinal perpendicular la fibrele pl cilor exterioare, fig.1.7 b (fm,90,k ) Întindere paralel cu fibrele pl cilor exterioare (ft,0,k ) Întindere perpendicular pe fibrele pl cilor exterioare (ft,90,k ) Compresiune paralel cu fibrele pl cilor exterioare (fc,0,k ) Compresiune perpendicular pe fibrele pl cilor exterioare (fc,90,k ) S FIN Tip de placaj US CAN Tabelul 1.7 D 23.0 21.6 37.2 34.8 23.5 14.8 19.0 15.8 77k1 11.4 12.4 27.6 29.0 12.2 10.1 7.3 8.7 77(1-k1)/k3 15.0 15.4 12.0 11.4 38.9 37.2 32.9 34.1 13.6 10.5 7.2 6.9 9.9 10.6 6.3 6.6 77k2 15.0 15.4 12.0 11.4 19.9 19.3 17.5 18.1 13.9 10.6 8.1 7.7 12.6 14.1 9.0 9.7 58k2 17 77(1-k2 ) 58 ( 1-k2) Forfecare din încovoiere dup paralel cu fibrele pl cilor exterioare, 2.9 9.8 3.2 3.2 8.0 fig.1.8a (fν,k ) Forfecare din încovoiere cu înc rcare 2.5 0.9 0.9 3.0 perpendicular pe planul panoului, 0.9 fig.1.7 a (fr,k ) NOT : fk – rezisten a caracteristic , N/mm2 S – placaje suedeze P30; grosime 12.0mm respectiv 24.0 mm FIN – placaje finlandeze; grosime 12.0mm respectiv 24.0 mm US – placaje americane din minimum 5 foi ; grosime 12.5mm respectiv 21.0 mm CAN – placaje canadiene; grosime 12.5mm respectiv 25.5 mm D – placaje germane; grosime 12.5mm respectiv 21.0 mm d1 d3 d5 dm-2 dm Pentru calculul deforma iilor, rigiditatea EI, respectiv EA, a panourilor se determin folosind momentul de iner ie I şi aria A a sec iunii totale şi modulul de elasticitate E determinat conform /30/ având valorile: - pentru încovoierea perpendicular pe planul panoului EII = 0,80 E0 pentru încovoiere paralel la fibrele pl cilor exterioare (fig. 1.7a); EL= 0,24E0 pentru încovoiere perpendicular la fibrele pl cilor exterioare (fig.1.8b) - pentru încovoiere dup cant: EII = 0,61E0 pentru încovoiere paralel la fibrele pl cilor exterioare (fig.1.8a); Fig. 1.9 – Determinarea coeficien ilor k1, k2, k3 Fig. 2.18 - Determinarea c oeficien ilor pentru placaje cu structuri multiple (m k1, foi) k2, k3 pentru placaje cu structuri multiple (m foi) Tabelul 1.8 Valori caracteristice pentru modulul de elasticitate /36/ Caracteristica Tip de placaj S FIN US CA N 9800 10300 9200 9200 Modulul de elasticitate la încovoiere cu înc rcare perpendicular pe planul panoului, cu axa longitudinal paralel cu fibrele pl cilor exterioare, fig.1.7 a (Em,0,mediu ) 8700 6700 8900 7800 2000 6200 2500 Modulul de elasticitate la încovoiere cu 4600 înc rcare perpendicular pe planul panoului cu axa longitudinal perpendicular la fibrele 3300 7100 2500 5000 pl cilor exterioare, fig.1.7 b (Em,90,mediu ) Modulul de elasticitate la întindere şi 7200 8500 6800 6000 compresiune paralel cu fibrele pl cilor exterioare (Et(c),0,mediu ) 7400 8300 5200 6300 18 D 11000 k1 11000 (1- k1) 11000 k2 Modulul de elasticitate la întindere şi 4800 7500 4600 4400 11000 compresiune perpendicular pe fibrele (1- k2) pl cilor exterioare (Et(c) ,90,mediu ) 4600 7700 3900 4300 Densitatea caracteristic , ρk ( kg/ m3) 410 550 410 410 550 NOT : Modulul de elasticitate caracteristic (Ei,k ) are valoarea 0.8 Ei, mediu , ( N/mm2 ) EL= 0,41E0 pentru încovoiere perpendicular la fibrele pl cilor exterioare (fig.1.8b); - pentru întindere şi compresiune în planul panourilor: EII = 0,60E0 pentru eforturi paralele la fibrele pl cilor exterioare; EL = 0,40E0 pentru eforturi perpendiculare la fibrele pl cilor exterioare. Valorile medii ale modulului deforma iilor transversale Gv, variaz de la 500 N/mm2 pentru r şinoase la 700 N/mm2 la foioase. 2. 7 Lemnul stratificat Lemnul stratificat sau lamelat, f când parte din produsele de lemn reconstituit, a ap rut în anii 1960 şi s-a dezvoltat mult în anii 1980. El a fost realizat din necesitatea reducerii efectelor negative a defectelor asupra rezisten elor produsului final. Produc ia unor astfel de produse era în anul 1993 de circa 440 000 mc în America, 51 000 mc în Europa şi 40 000 mc în restul rilor. El poart marca de Micro - Lam LVL în America şi Kerto LVL în Europa. În tabelul 1.9 se dau, pentru exemplu, caracteristicile geometrice ale lemnului lamelat KretoLVL produs în Finlanda; lungimea produselor poate dep şi 20m. Tabelul 1.9 Produse din lemn lamelat Kreto / 36/ Grosime ( mm ) L ime ( mm ) 27 33 39 45 51 200 x x x x x 260 x x x x 300 x x x 360 x x 400 x 450 500 600 900 63 x x x x x x x 75 x x x x x x x x x Lemnul lamelat se caracterizeaz , fa de lemnul natural, prin: durabilitate comparabil , umiditate de echilibru în serviciu cu 2% mai mic , caracteristici mecanice superioare, varia ii dimensionale în func ie de umiditate mai mici. Densitatea caracteristic este ρk = 500 kg/m3 iar densitatea medie are valoarea ρm = 520 kg/m3. Având în vedere c un lemn f r defecte are rezisten e de 2…4 ori mai mari decât cel cu defecte s-a c utat eliminarea neajunsurilor datorate defectelor prin desfacerea lemnului în lamele fine, de tipul furnirului, care apoi sunt lipite între ele pentru a se realiza un nou material. Realizarea lemnului stratificat a pornit şi de la constatarea c un produs realizat din lemn încleiat are o rezisten mai mare decât lemnul component. Acest avantaj este mai mare dac lemnul şi, implicit, defectele mari ale acestuia se împart în defecte mici prin divizarea lemnului în foi de 1…5mm grosime. Foile astfel realizate sunt lipite cu adezivi şi presate la o temperatur de 150˚ C. Lemnul lamelat se diferen iaz de placaj prin aceea c orientarea fibrelor tuturor foilor, sau a majorit ii lor este paralel , astfel încât se pot ob ine dimensiuni cu mult mai mari. Valorile caracteristicilor de calcul pentru lemnul laminat Kreto-LVL sunt date în tabelul 1.10 19 Tabelul 1.10 Valorile caracteristicilor pentru lemn laminat Kreto – LVL / 36/ Caracteristica Nota ie Valoare ( N/ mm2) fm,k Încovoiere 51 - pe cant 48 - pe suprafa Întindere - paralel cu fibrele ft,0,k 42 - perpendicular pe fibre ft,90,k 0.6 fc,0,k Compresiune paralel cu fibrele 42 Compresiune perpendicular pe fibre fc,90,k - paralel la planul de încleiere 9 - perpendicular la planul de încleiere 6 Forfecare fν,0,k 5.1 - pe cant 3.0 - pe suprafa fν,90,k 1.5 - între pl ci din încovoiere cu înc rcare fr,k perpendicular pe suprafa Modulul de elasticitate - minim E0.05 12400 - mediu 14000 E0.mediu Modulul de forfecare 820 - minim G0.05 960 - mediu G0.mediu În fig 1.10 se prezint o compara ie a caracteristicilor de rezisten pentru lemnul masiv, lemnul încleiat şi lemnul laminat iar în figura 1.11 sunt prezentate trei sec iuni transversale realizate cu cele trei materiale pentru aceeaşi capacitate portant la încovoiere. În România lemnul laminat, denumit lemn stratificat, se ob ine prin încleierea furnirelor tehnice de fag. Acest produs, dup gradul de presare, poate fi: - lemn stratificat nedensificat (LSN), cu densitate de 800 kg/m3; - lemn stratificat densificat (LSD), cu densitate de 1200kg/m3. Dup modul de orientare a fibrelor straturilor de furnire tehnice lemnul stratificat se împarte în trei tipuri: - tipul A având straturile cu fibrele orientate paralel cu una din laturi; - tipul B cu grupe de zece straturi respectiv cinci pân la zece, la cel durificat, orientate paralel cu una din laturi, alternând cu un strat cu fibrele orientate perpendicular pe aceeaşi latur ; - tipul C cu straturile al turate orientate perpendicular 20 N/mm2 60 C24 50 GL32 LVL 40 30 20 10 1 E 10 3 1 1 1 fm ft fc 1 fν Fig. Fig. 2.191.10 - Valorile lemnului – Valorilecaracteristicilor caracteristicilor lemnului masivmasiv (C24), (C24), lemnului încleiat (Gl32) alelemnului lemnului laminat lemnului încleiat (Gl32) şi şi ale laminat (LVL) ( LVL) . E - de modul de elasticitate , ft , fc , fν - rezisten ele caracteristice E- modul elasticitate, fm , ft , fc; ,ffm v – rezisten ele caracteristice la încovoiere, la încovoiere, întindere, compresiune respectiv forfecare. întindere, compresiune respectiv forfecare 120 160 h a) 75 h b) h c) Fig. 1.11- –Sec Sec iuni iuni cu capacitate de rezisten la încovoiere Fig. 2.20 cuaceeaşi aceeaşi capacitate de rezisten la a) – lemn masiv (C24); b) – lemn încleiat (GL32); c) lemn laminat (LVL) încovoiere . a) - lemn masiv (C24) ; b) - lemn încleiat (GL32) ; c) - lemn laminat ( LVL) . Lemnul stratificat nedensificat (STAS 10031-80) se produce cu grosimi de 10…40 mm din 5 în 5 mm şi cu formate de 1250 x 920 mm şi 2000 x 920 mm, iar lemnul densificat (STAS 10032-80) se produce cu grosimi de 10…50 mm din 5 în 5 mm şi cu formate de 1250 x 920 mm, 1250 x 2000 mm şi 1250 x 2220 mm. Principalele caracteristici ale celor dou categorii de lemn stratificat sunt date în tabelul 1.11 21 Tabelul 1.11 Caracteristicile lemnului stratificat produs în România Lemn nedensificat Lemn densificat Caracteristica Tip A Tip B Tip C Tip A Tip B Tip C Umiditatea la livrare (%) 8 8 Densitatea aparent (g/cm3) 8 1,2 Absor ia de ap dup 24 de ore de 14 imersie (%) Rezisten a la compresiune paralel cu fibrele straturilor exterioare 70 80 55 140 130 100 (N/mm2) Rezisten a la încovoiere static 100 100 80 180 130 100 perpendicular pe straturi (N/mm2) Rezisten a la trac iune paralel cu 220 200 100 fibrele straturilor exterioare (N/mm2) 2.8. Panel Panelul (STAS 1575-88) este un produs alc tuit dintr-un miez de şipci de lemn masiv lipite sau nu între ele şi acoperite pe ambele fe e cu foi de furnir sau placaj. Fibrele foilor de furnir sunt perpendiculare pe direc ia fibrelor şipcilor (fig.1.12). Orientarea fibrelor şipcilor de lemn este considerat ca fiind sensul de rezisten principal. 1 2 1 1.12 -– Panel Fig.Fig. 2.21 Panel 1 – furnir (placaj); 2 – şipci de lemn 1 - furnir (placaj) ; 2 - şipci de lemn . În România panelul se fabric cu şipci lipite între ele şi are: - grosime de 16; 18; 19; 22 şi 25 mm; - formate (lungime x l ime) de 1220x2200 mm; 1220x2440 mm; 1250x2000 mm. 2.9 Produse finite din lemn Produsele finite din lemn p streaz structura lemnului şi se pun în oper f r nici o modificare a dimensiunilor sau cu modific ri minime. Din categoria acestora fac parte elementele folosite la pardosea (parchetele, frizurile, pervazurile, pavelele , etc.), elementele pentru compartiment ri şi elementele de uşi (panouri celulare). Parchetele se confec ioneaz din lemn de r şinoase (STAS 228/5-84), stejar (STAS 228/3-77), fag (STAS 228/4-77). 22 Pavelele sunt elemente de lemn masiv, cilindrice sau prismatice, folosite pentru pavaje şi pardoseli (STAS 3344/1-75). Panourile celulare sunt formate dintr-un cadru rigid de lemn masiv, având în interior o serie de celule formate din fâşii de PFL, acoperit pe ambele fe e cu pl ci PFL sau placaj (STAS 1624-86). 2.10 Panouri din particule din lemn Pentru a înl tura inconvenientele lemnului legate de dimensiuni şi anizotropie în timp au fost c utate noi solu ii de utilizare a lemnului. O prim cale de rezolvare în acest sens o constituie placajele şi lemnul stratificat care au la baz furnirele şi adezivi de leg tur . O a doua rezolvare o constituie elementele tip realizate din particule din lemn (fibre, lamele, aşchi, etc.) aglomerate cu aditivi, asigurând astfel punerea în valoare a tuturor rezervelor forestiere, inclusiv a deşeurilor şi a elementelor mici de lemn elemente în care particulele reprezint aproximativ 85% din volumul panoului şi au la baz în principal lemnul de r şinoase. a) Panouri din aşchii de lemn (PAL) Pl cile din aşchii de lemn sunt produse semifabricate care se ob in prin prepararea la cald a particulelor mici, fine sau a lamelelor de lemn amestecate cu un liant. Normele Europene CEN disting panourile propriu-zise din particule de lemn şi panourile din lamele de lemn ( OSB – Oriented Strand Board). La panourile propriu-zise alc tuite din particule de lemn, sunt folosite elemente de lemn (aşchii) care pot fi fine, normale (lungime maxim 20 mm) şi mari (lungime minimum 32 mm). În masa panoului pot exista un singur tip de particule sau tipuri diferite; structura pl cilor poate fi omogen sau stratificat cu trei sau cinci straturi. În cazul folosirii tipurilor diferite la suprafa se folosesc particule foarte fine, sub acestea se folosesc particule fine (max. 30 mm) iar particulele mari formeaz zona central ; orientarea particulelor fiind aleatorie. Ca şi liant se folosesc r şini sintetice con inutul fiind de aprox. 11% din masa total , pentru straturile exterioare şi 5% pentru zona central . Presarea se realizeaz perpendicular pe fe e sau paralel cu fe ele (extrudare). În produs pot fi introduse diferite substan e pentru îmbun t irea unor caracteristici iar suprafa a exterioar poate fi prelucrat (şlefuit ) sau acoperit cu alte substan e (caşerat , furniruit , armat , melaminat , emailat etc.). Pe plan mondial se produc panouri cu grosimi de 6 mm…40 mm, densit i de 450 kg/m3 ….700 kg/m3 şi dimensiuni de pân la 5m lungime şi pân la 2,5m l ime; elementele sunt debitate la dimensiuni de 2,4m x 1,2m pentru pere i şi 2,4m x 0,6m pentru planşee. În România, în func ie de densitate, pl cile din PAL (STAS 6769-87) sunt clasificate în: - uşoare, cu densitatea sub 400 kg/m3; - semigrele, cu densitatea de 400 kg/m3…800 kg/m3; - grele, cu densitatea peste 800 kg/m3. Pl cile din aşchii de lemn se pot folosi în interior sau exterior pentru mobilier, înnobilare sau pentru construc ii. Pl cile din interior antiseptizate şi ignifugate PAL-AI (STAS 10146-80), se fabric în 3 clase de calitate (A, B, C) având grosimea de 8; 10; 12; 16; 18; 22 mm şi dimensiuni de 3660x1830 mm şi 1830 x 1830 mm. Principalele caracteristici fizico-mecanice ale pl cilor de interior sunt date în tabelul 1.12 Tabelul 1.12 Caracteristicile fizico-mecanice ale pl cilor de interior Caracteristica PAL cu fe e normale PAL cu fe e fine Cal.A,B Cal. C Cal. B Cal. B Cal.C Densitatea ( kg/m3 ) 550 –800 680-850 Umiditate la livrare (% ) 8±2 8±2 Umflarea în grosime dup max 14 max 16 2h imersie în ap (% ) 23 Rezisten a la încovoiere static ( N/mm2 ) pentru : - pl ci de 8-12 mm - pl ci de 16-18 mm - pl ci de 22 mm 18.0 16.0 14.0 20.0 18.0 16.0 19.0 17.0 15.0 20.5 18.5 16.5 20.5 18.5 16.5 Pl cile de exterior PAL – CON ( STAS 10371-86), încleiate cu r şini fenolice, au grosimi de 8; 12; 16; 18; 22; 25 mm şi dimensiuni de 2500x1220 mm şi 3000x1220 mm. Pl cile de exterior se produc în dou tipuri: - I.100, cu încleiere rezistent la fierbere în ap ; - I.100, cu încleiere rezistent la fiertul în ap , la atacul ciupercilor şi al insectelor. b) Panouri OSB (Oriented Strand Board) Panourile OSB se realizeaz din lamele de lemn legate cu r şini sintetice, care reprezint 2 …4 % din masa total . În America se folosesc lamele de dimensiuni mari având sec iune p trat cu latura de 75 mm şi grosime de 0.4 mm … 0.6mm iar în Europa lamelele folosite sunt cu sec iune rectangular de lungime 50mm …70mm şi l ime de 20mm …30mm. Panourile se realizeaz din trei straturi. Straturile exterioare, egale ca grosime, au lamelele orientate paralel cu lungimea panoului iar stratul interior, care reprezint aproximativ 50% din volum, are lamelele orientate perpendicular pe lungimea panoului. Grosimea panoului este de 6..40 mm ( uzual de maximum 25 mm) iar densitatea este de 550…750 kg/mc. În Europa, panourile OSB sunt realizate de grupul elve ian KRONO iar în România se folosesc produsele KRONOPOL (Polonia ) care au caracteristicile din tabelul 1.13a. Conform standardului european produsele OSB se fabric în urm toarele sortimente: OSB2 , de uz general utilizate în mediu uscat, la interior ; OSB 3 , utilizate la interior şi exterior în mediu cu umiditate moderat ; OSB4, utilizate ca elemente structurale în medii cu umiditate ridicat . Pl cile se pot folosi la realizarea pere ilor structurali, la realizarea elementelor planşeelor (pl ci, grinzi cu inim plin sau cu goluri, etc.) sau ca şi astereal la şarpante. Tabelul 1.13a Caracteristicile panourilor KRONOPOL Caracteristica Grosime (mm) Densitate (kg/m Rezisten a la încovoiere (N/mm2 ) - longitudinal - transversal Rezisten a la întindere (N/mm2) Modulul de elasticitate (N/mm2) - longitudinal - transversal Umflarea în grosime dup 24h (% ) 18… 25 580 Tipul produsului OSB3 6…10 >10… 18…25 <18 680 660 640 20 10 18 9 22 11 20 10 0.32 0.30 0.34 0.32 620 OSB2 >10… <18 600 22 11 0.34 6…10 700 OSB4 >10… <18 690 18…2 5 680 18 9 30 16 28 15 26 14 0.30 0.50 0.45 0.40 6…10 3500 1400 3500 1400 4800 1900 20 15 12 24 c) Panouri lemn – ciment Aceste tipuri de panouri s-au dezvoltat între anii 1950 şi 1960 şi se ob in din aşchii fine de lemn sau particule de lemn legate cu ciment. Particulele, care au o orientare aleatorie, se amestec cu ciment şi ap în raport 3:1:1 şi cu eventuale substan e acceleratoare de priz . Amestecul se pune în oper de obicei în 3 straturi presate, dup care panourile se usuc la 0 70..80 C timp de 6…8 ore iar apoi se taie la dimensiuni şi se las 12..18 zile pentru înt rirea cimentului. Grosimea panourilor este de 6…40 mm şi au densitate de aproximativ 1200 Kg/mc d) Panouri din fibre de lemn (P.F.L) Panourile sunt fabricate din fibre lignocelulozice, a c ror coeziune se realizeaz fie prin presare la cald sau uscare, fie datorit propriet ile adezive proprii, fie prin ad ugare de lian i. În acest produs pot fi încorpora i diferi i adjuvan i (adezivi, hidrofugan i, antiseptizan i, ignifugan i, etc) în scopul modific rii uneia sau a mai multor propriet i. Pe plan interna ional se fabric , prin procedeul umed sau uscat, 7 tipuri de panouri, diferen iate în func ie de densitatea şi propriet ile lor (tabelul 1.13b). Tabelul 1.13b Tipuri de panouri din fibre de lemn /36/ Densitatea Procedeul de ob inere Sc zut medie mare <400 kg/m3 400…900 kg/m3 ≥900 kg/m3 Umed Izolant SB mediu dur HB densitate sc zut MLB Impregnat SBI mediu extra – dur densitate mare MBH MBI Uscat MDF Prin procedeul umed, f r a folosi presarea, se pot realiza: - panouri izolante cu grosime de 9…25 mm şi densitatea de 200…400 kg / mc; - panouri semidure, cu grosimi de 6…13 mm şi densitate de 400…900kg/ mc; - panouri dure, cu grosime de 3…8 mm şi densitate de 900…1100 kg / mc. Panourile semidure şi dure se ob in prin presare la temperatur de 160…180 C. Se pot ob ine şi panouri extra - dure din panourile dure prin tratare într-o baie de huil cald cu amelioratori de rezisten sub form de r şini. Procedeul uscat foloseşte ca şi lian i r şini sintetice, în propor ie de 10% din mas şi tehnologia pres rii. Produsul ob inut are grosimi de pân la 40 mm şi densitate de 600…1100 kg / mc. În România pl cile din fibre de lemn PFL (STAS 6986-88) pot fi realizate cu structur omogen , dintr-un singur strat sau cu structur stratificat (STAS 8561-80) compus dintr-un miez şi dou straturi exterioare. Pentru fabricare se folosesc trei procedee (STAS 6964-88): umed, uscat şi semiuscat. Caracteristicile fizico-mecanice mai importante pentru pl cile fibrolemnoase dure şi extradure sunt date în tabelul 1.14. Pl cile fibrolemnoase realizate în ar se împart în urm toarele sortimente: - pl ci moi, nepresate (STAS 7840/78) cu densitate mai mic de 350 kg/m3 realizate în trei tipuri (standard – S, bitumate – B, bitumate şi antiseptizate – BA); - pl ci semidure, presate, cu densitate de 350 Kg/m3…800 kg/m3; - pl ci dure, presate, cu densitate mai mare de 800 kg/m3. Tabelul 1.14 Rezisten ele minime la rupere a îmbin rilor încleiate solicitate la forfecare (STAS 857/83). Rezisten a minim la rupere la forfecare Felul încerc rii ( N /mm2) R şinoase Foioase tari Încercare pe probe în stare uscat (15% umiditate) 6.0 8.0 Încercare pe probe dup 24 h de imersie în ap 4.0 5.5 25 CAP. II CARACTERISTICILE FIZICE ŞI MECANICE ALE LEMNULUI Dintre caracteristicile fizice si mecanice ale lemnului , in cele ce ureaza sunt trataate cele care au o importanta deosebita in evaluarea calitatii lemnului si a capacitatii sale portante. 1. CARACTERISTICI FIZICE 1.1 Umiditatea Umiditatea lemnului reprezint o caracteristic deosebit de important care influen eaz toate propriet ile fizice, mecanice, de deforma ie şi tehnologice ale lemnului şi ale produselor derivate din lemn. Varia ia umidit ii duce, de asemenea, la modificarea în anumite limite a dimensiunilor elementelor. În tabelul 2.1 sunt date valorile cuantificate ale efectului umidit ii asupra principalelor propriet i mecanice ale lemnului f r defecte, în domeniul umidit ii 8%…20%. Practic se poate considera o varia ie linear între umiditate şi caracteristicile mecanice. Tabelul 2.1 Varia ia caracteristicilor lemnului pentru varia ia umidit ii cu 1% /30/ Caracteristica Varia ia caracteristici (%) 5 Compresiune paralel cu fibrele Compresiune perpendicular pe fibre 5 Încovoiere 4 Întindere paralel cu fibrele 2,5 Întindere perpendicular pe fibre 2 Forfecare perpendicular pe fibre 2,5 Modul de elasticitate paralel cu fibrele 1,5 Datorit varia iei caracteristicilor lemnului cu umiditatea valorile lor sunt date pentru un con inut standard de umiditate (în mod curent 12%) urmând ca în practic s fie corectate în func ie de condi iile efective de lucru ale lemnului şi umiditate. Coeficien i de corec ie a rezistentelor sunt mui dup norma româneasc /40/ respectiv kmod dup norma european /30/,/38/. Coeficientul kmod ia în considerare efectul cumulat al umidit ii şi duratei de înc rcare. Umiditatea relativ (ur) sau absolut (ua) a lemnului se determin prin metoda usc rii epruvetelor şi se exprim prin raportul între cantitatea de ap şi masa lemnului în stare natural respectiv uscat (mas constant dup o uscare la o temperatur de 103±2oC) folosind-se rela iile: ur = [(m1-m2) / m1] x100 [%] (2.1) ua = [(m1-m2) / m2] x 100 [%] (2.2) unde: m1 – masa epruvetei în stare natural , înainte de uscare, g ; m2- masa epruvetei dup uscare, g . Determinarea umidit ii se poate face şi cu metoda extrac iei de ap (STAS 83-89) sau cu ajutorul unor instrumente de m sur toare electrice care au la baz urm toarele procedee: - m surarea rezisten ei între doi electrozi introduşi în lemn şi alimenta i cu un curent continuu; - m surarea propriet ilor dielectrice ale lemnului plasat într-un câmp electric produs de doi electrozi amplasa i pe suprafa a lemnului, sub un curent alternativ. Apa din interiorul masei lemnoase poate avea una din urm toarele forme: - apa liber ( capilar ) care umple vasele lemnului şi golurile intercelulare; - apa legat (hidroscopic sau coloidal ) care se fixeaz pe pere ii celulelor, între micelele ce compun aceşti pere i; - apa de constitu ie, care face parte din substan ele chimice ce alc tuiesc masa lemnoas . 26 Din punct de vedere al umidit ii masei lemnoase, respectiv a cantit ii de ap din interiorul lemnului se disting dou domenii: - domeniul higroscopic, când con inutul de umiditate a lemnului este inferior punctului de satura ie a fibrelor, care variaz la majoritate esen elor între 25%…35% (stabilit practic la aprox. 28%); în acest domeniul umiditatea lemnului variaz func ie de umiditatea relativ a aerului şi de temperatura mediului ambiant; - domeniul capilar, când umiditatea este superioar punctului de satura ie a fibrelor. Exist de asemenea situa ia în care lemnul este complet umed (umiditatea este mai mare de 40%, caracteristic lemnului aflat total în contact cu apa). Punctul de satura ie are o mare importan practic deoarece varia ia umidit ii sub aceast valoare duce la schimb ri importante ale propriet ilor lemnului, la schimbarea dimensiunilor acestuia şi d naştere fenomenelor de contrac ie şi de umflare. Func ie de umiditate exist în general trei domenii şi anume: - domeniul lemnului uscat, cu umiditate ≤ 20%; - domeniul lemnului semiuscat, cu umiditate ≤ 30% sau maximum 35% pentru sec iuni transversale de peste 200 cm2; - domeniul lemnului umed. În construc ii, pentru evitarea unor fenomene negative cauzate de deforma ii de contrac ie mari trebuie ca lemnul şi produsele de lemn s fie puse în oper cu o umiditate cât mai redus posibil. Valoarea normal a umidit ii lemnului la punerea în oper se coreleaz cu domeniul de utilizare. Normele germane DIN 1052 recomand urm toarele valori pentru umiditatea lemnului la punerea în oper : - 9%±3%), la construc ii închise, înc lzite; - 12%±3%, la construc ii închise, neînc lzite ; - 15%±3%, la construc ii deschise dar acoperite ; - ≥ 18%, la construc ii supuse intemperiilor . Normele româneşti de calcul şi alc tuire /40/ nu dau recomand ri speciale privind umiditatea lemnului pus în oper , în diferite elemente şi spa ii, dar recomand o valoare maxim de 18% şi adoptarea unor solu ii constructive, m suri de protec ie şi detalii de alc tuire care s permit ventilarea elementelor, f r a induce în structura de rezisten deforma ii periculoase sau creşterea eforturilor sec ionale. Caracteristicile lemnului sunt date îns pentru o umiditate de referin de 12%. Uscarea lemnului se poate face natural (uscare în aer) dar aceasta dureaz mult timp chiar pentru elemente de dimensiuni transversale mici (scânduri, şipci, etc.). Pentru a reduce durata de uscare se recurge la uscarea artificial , lemnul fiind expus în camere de uscare la un curent de aer dirijat cu o umiditate şi temperatur prescris . În acest mod se poate ob ine, într-un timp relativ scurt, un lemn cu o umiditate de 6%…25%. Din punct de vedere al condi iilor în care func ioneaz elementele de construc ii din lemn sunt incluse în clase de exploatare care, conform normelor româneşti /40/ şi EUROCOD 5 / 38/, sunt urm toarele : - clasa 1 de exploatare, caracterizat prin umiditatea con inut de materialul lemnos corespunz toare unei temperaturi = 20 ± 2˚C şi unei umidit i relative a aerului ≤ 65% ; - clasa 2 de exploatare, caracterizat prin umiditatea con inut de materialul lemnos corespunz toare unei temperaturi = 20 ± 2˚C şi unei umidit i relative a aerului ≤ 80%; - clasa 3 de exploatare, caracterizat prin umiditatea con inut de materialul lemnos superioar celui din clasa 2 de exploatare. Conform claselor de exploatare men ionate, la elementele de construc ii umiditatea de echilibru este aprox. 12% pentru clasa 1 de exploatare şi aprox. 18% pentru clasa 2 de exploatare. Datorit caracterului s u higroscopic, lemnul îşi schimb permanent umiditatea func ie de umiditatea mediului înconjur tor, tinzând spre o valoare de echilibru. În figura 2.1 sunt prezentate dup /30/, cu titlu exemplificativ, curbele de echilibru între con inutul de umiditate a lemnului ( %) şi umiditatea relativ a mediului înconjur tor ( %) pentru o temperatur de 20˚C. Izoterma A reprezint realizarea echilibrului prin absorb ie, izoterma B prin pierderea apei iar izoterma O prin varia ia ciclic a umidit ii mediului. Experien ele au ar tat c raportul dintre realizarea echilibrului prin absorb ie şi prin pierderea apei (A/B) este de 0,8…0,9. 27 Umiditatea de echilibru a lemnului ω (%) 30 20 B O 10 A 0 10 Umiditatea mediului ψ (%) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fig. Realizarea echilibruluihigrometric higrometric între umiditatea Fig. 2.1 – 3.1Realizarea echilibrului între umiditatea lemnului şi umiditatea mediului înconjur tor lemnului şi umiditatea mediului înconjur tor În condi ii climaterice constante realizarea echilibrului se produce într-o perioad relativ lung (de câteva s pt mâni) în func ie de dimensiunile elementelor, rezultând c acest fenomen nu este afectat de varia iile de umiditate de scurt durat . Pentru cazurile practice au fost propuse curbe de echilibru higroscopic a lemnului în func ie de factorii de mediu (umiditatea relativ şi temperatura aerului interior), din spa iul în care func ioneaz elementele de construc ie (fig. 2.2). umiditatea relativã a aerului interior (%) 30% 28% 20% 18% 17% 100 15% 13% 12% 80 11 % 10% 60 9% 8% 7% 40 6% 5% 4% 3% 20 lui 2% umidita tea lemnu 0 20 40 60 80 temperatura aerul ui interi or ( oC) Fig. aa lemnului Fig.2.2 3.2–- Curbele Curbelede deechilibru echilibruhigroscopic higroscopic lemnului înîn func ie de condi iileiile de mediu, /38/. func ie de condi de mediu , /38/. 1.2. Densitatea Lemnul, prin structura sa, este un material mai mult sau mai pu in poros dar densitatea real a substan ei lemnoase este de 1,55 g/cm3 şi este aceeaşi pentru toate esen ele. Densitatea aparent reprezint una din caracteristicile foarte importante ale lemnului deoarece propriet ile fizice, mecanice şi tehnologice ale lemnului sunt condi ionate de valoarea de acesteia. 28 Varia ia densit ii lemnului influen eaz caracteristicile mecanice ale acestuia. Astfel s-a constatat, de exemplu pentru r şinoase c varia ia densit ii caracteristice de la 500 kg/m3 la 400 kg/m3 duce la sc derea rezisten ei la compresiune cu pân la 30%; din acest motiv nu se foloseşte la elemente de rezisten lemn de r şinoase cu densitate sub 400 kg/m3. Densitatea aparent depinde de specia lemnului, de con inutul de umiditate (tabelul 2.2), de pozi ia lemnului şi de zona din trunchi de unde este prelevat proba. Tabelul 2.2 Densitatea aparent a diferitelor specii de lemn Densitatea aparent a lemnului ( kg/mc) pentru lemn: Specie Verde Umiditate de 15% Uscat Brad 1000 450 410 Molid 740 480 430 Pin 700 520 490 Stejar 1110 740 650 Fag 1010 750 690 Frasin 920 760 680 Salcâm 880 750 730 Tei 740 460 490 În practic se utilizeaz densitatea aparent a lemnului verde, densitatea în condi ii climaterice normale (+20˚C şi 65% umiditate), densitatea lemnului uscat (ρo), şi densitatea conven ional (ρu) corespunz toare unei anumite umidit i, u%. Densitatea aparent ( ρu ), influen at de esen a şi umiditatea lemnului, se exprim ca fiind raportul dintre masa epruvetei, mu şi volumul ei, Vu , la umiditatea u%. ρu = mu /Vu = mo ( 1 + 0,01 u ) / Vo ( 1 + 0,01 u . V ) = ρo ( 1 + 0,01 u )/ ( 1 + 0,01 u . V ) (2.3 ) unde: ρo – densitatea lemnului dup uscare artificial ; mo şi Vo - masa şi volumul lemnului uscat; v – coeficientul volumetric de umflare, cu semnifica ia de la paragraful 3. Practic densitatea lemnului uscat ( ρo ) se consider , în mod curent, pentru un con inut de umiditate de 12% şi este notat cu ρ12 Pentru a determina densitatea la umiditatea de 12% func ie de densitatea la o anumit umiditate u % = 7…..17% se poate folosi rela ia: ρ12 = ρu [ 1 – ( 1- ) ( u -12 ) / 100 ] (2.4 a) unde: - coeficient de umflare în volum pentru varia ia umidit ii de 1% (STAS 85/1-91 şi anexa STAS 84-87). Valoarea ρ12 este considerat ca valoare medie (ρ12,m). Valorile caracteristice ale densit ilor (ρ12,k) se determin , aplicând func ia de distribu ie normal şi luând coeficientul de varia ie maxim admis de 10% ( conf. STAS 2682-83), cu rela ia: ρ12,k= ρ12,m ± 1,65 x ( 0,1 ρ12,m ) ( 2.4.b ) La stabilirea celor mai defavorabile condi ii de solicitare luate în considerare în calcul pentru greutatea proprie a elementelor de lemn se adopt dup /30/ valori caracteristice maxime ale densit ii (ρ0,95 = 1,16 ρ12,m ) şi valori minime (ρ0,05 = 0,84 ρ12,m ) func ie de efectul greut ii în ac iunea total . Valorile maxime (ρ0,95) şi minime (ρ0,05) ale densit ii diferitelor specii de lemn care pot fi considerate la stabilirea greut ii proprii a elementelor de construc ii sunt date în tabelul 2.3 dup /40/ iar valorile caracteristice (ρk), dup EN338, sunt date în tabelele 2.9 şi 2.10. 29 În anumite situa ii densitatea se poate exprima şi ca raport între masa lemnului uscat şi volumul lemnului verde (numit densitate bazal ). Aceast exprimare asigur aprecierea masei lemnoase uscate con inut într-un volum de lemn pe picioare (lemn net iat). ρo,g = mo / Vg (2.5) Densit ile ρo şi ρ12 pot fi exprimate func ie de densitatea bazal cu expresiile /30/: ρo = ρog / (1-28.10-5 ρo,g ) (2.6) ρ12= ρog / ( 1-16.10-5 ρo,g ) (2.7) Tabelul 2.3 Valorile densit ii lemnului pentru stabilirea greut ii elementelor de construc ii Densitatea (kg/m3 ) Specia Densitatea (kg/m3 ) Specia ρ0,95 ρ0,05 ρ0,95 ρ0,05 Brad 400 480 Fag 630 750 500 600 Mesteac n 600 700 Larice Molid 375 440 Paltin 510 600 Pin negru 520 750 310 550 Plop Pin silvestru 430 560 Salcâm 710 840 Carpen 775 900 640 780 Cer, gorun, stejar 1.3. Contractia si umflarea Prin contrac ie şi umflare se în elege schimbarea dimensiunilor lemnului sub influen a varia ilor de umiditate. Deoarece din punct de vedere higroscopic pere ii celulelor cuprind o cantitate de ap corespunz toare umidit ii mediului înconjur tor aceast cantitate variaz cu umiditatea exterioar şi provoac contrac ia sau umflarea lemnului. Deforma iile datorit varia iei umidit ii sunt influen ate de specia lemnului, de structura şi densitatea lui precum şi de prezen a în volumul elementelor din lemn a unei cantit i mari de lemn de alburn, care determin deforma ii mai mari. Între varia ia umidit ii lemnului şi modificarea dimensiunilor exist , în domeniul higroscopic, o rela ie practic linear , care permite trasarea unor curbe de contrac ie sau umflare şi arat c peste punctul de satura ie a fibrelor (aprox.30%) nu se mai produc schimb ri de dimensiuni (fig. 2.3). Contrac ia şi umflarea sunt în mare majoritate reversibile şi au valori mult diferite pe cele trei direc ii ale lemnului (longitudinal, radial sau tangen ial – fig2.3). Schimb rile dimensiunilor sunt minime (practic neglijabile) pe direc ie paralel cu fibrele, maxime în direc ie tangen ial la fibre şi au valori medii în direc ie radial (fig. 2.3). Deşi deforma iile longitudinale paralele cu fibrele sunt practic neglijabile la lemnul masiv, exist unele elemente de în l imi mari (cum sunt grinzile încleiate) la care, datorit diferen elor de umiditate din fibrele extreme, pot ap rea deplas ri verticale importante de care trebuie s se in seama. Acest fenomen este accentuat iarna în situa ia elementelor cu izola ie termic pe o anumit în l ime când partea inferioar a grinzilor, situat la interior, este înc lzit iar partea superioar este amplasat în zon rece şi cu umiditate mai mare. Contrac ia şi umflarea sînt caracterizate prin valorile coeficien ilor de deforma ie în sens longitudinal (αl), radial ( αr) şi tangen ial (αt), calcula i în % pentru 1% modificare de umiditate (tabelul 2.4). Coeficien ii deforma iilor de contrac ie şi umflare Specia de lemn Densitatea ρo Coeficien ii deforma iilor ( g/cm3) αt αr R şinoase 0,40 0,24 0,12 Foioase 0,65 0,40 0,20 30 Tabelul 2.4 αl 0,01 0,01 3,3 - 4,0% radial 7,2-7,8% tangen ial 0,1 - 0,4% lo ngi tud inal a) fag contrac ie sau umflare (% ) 12.0 tangen ial conife r 7.2 fag 6.0 radial conife r 3.6 longitudinal fag, c onifer 0.3 0 10 20 30 40 50 umidit atea l emnului ( %) b) Fig. 3.3 - M rimea deforma iilor de contrac ie Fig. 2.3 – M rimea deforma iilor de contrac ie a) - valorile contrac iilor la r şinoase ; b) - varia ia contra c iei a) – valorile contrac iilor la r şinoase; b) – varia ia contrac iei cu umiditatea cu umiditatea . Dac deforma iile produse de varia iile de umiditate nu sînt reduse de alte elemente de construc ii, de adezivi, etc., se pot calcula varia iile dimensionale (Δ% ) pentru o varia ie de umiditate (Δu % ) inând cont de valorile coeficien ilor de deforma ie (fig. 2.4). Δh h h b Δb Δb = α r b Δh = 0,5 (α t + Δb = 0,5 (α t + Δb αr ) Δu h Δu b 100 100 αr ) Δu b 100 Fig.3.4 2.4 -– Calculul Calculul deforma iilor iilor Fig. deforma Dup normele europene /30/ fenomenele de contrac ie şi umflare sunt grupate sub denumirea de retractibilitate iar pentru schimb rile dimensionale în intervalul de umiditate 5% şi 20% se poate folosi formula : h2 = h1 [ 1+ ( 2 – 1) /100] (2.8) 31 unde: h1 şi h2 - dimensiunile corespunz toare umidit i 1 respectiv 2; - coeficientul de retractibilitate (în procente pentru o varia ie de umiditate de 1%). Pentru majoritatea tipurilor de lemn coeficientul de retractibilitate pe direc ia paralel cu fibrele ( 0) este practic neglijabil şi considerat 0,01 iar pentru direc ie perpendicular pe fibre ( 90) se consider 0,2 ; pentru unele foioase (ca de exemplu fagul) se pot considera şi valori 90 = 0,3. a) 2m B T 2m 2m S C b) Fig. dede lemn datorit contrac iei iei . Fig. 2.5 3.5–- Deforma Deformaiaiaelementelor elementelor lemn datorit contrac a) - deforma ii func ie de modul de debitare; b) – deforma ii la elemente sub iri a) - deforma ii func ie de modul de debitare ; b) - deforma ii la elemente (B – încovoiere ; S – încovoiere cant; T dup – r sucire; bombare). sub iridup ( B - fa încovoiere dup fa ; dup S - încovoiere cant ; T C- r– sucire ; C - bombare ) . În practic se poate folosi şi coeficientul deforma iei volumetrice ( v) cu o valoare egal de 10-3 din valoarea numeric a masei volumetrice a lemnului; deoarece 0 este practic neglijabil rezult o valoare a coeficientului deforma iei transversale ( 90) practic egal cu valoarea coeficientului deforma iei volumetrice ( v). Varia iile de contrac ie în raport cu umiditatea pot cauza, în timpul usc rii, pe lâng varia ia dimensiunilor şi fenomene de torsiune, deformare şi fisurare a lemnului a produselor din lemn, fenomene care pot afecta calitatea produselor şi rezisten a (fig.2.5). Fenomenele de contrac ie şi umflare pot crea de asemenea dificult i pentru îmbin rile elementelor de lemn ducând la jocuri şi la pierderea unei p r i a rezisten ei mecanice a ansamblului. În astfel de situa ii este recomandabil ca îmbin rile s fie realizate în aşa fel încât s permit asigurarea unei eventuale regl ri periodice a îmbin rii. Deforma iile pronun ate din contrac ie şi umflare, mai ales în cazul elementelor sub iri (scânduri), pot fi contracarate, în afar de m surile de uscare şi de evitare a varia iilor de umiditate şi printr-o serie de reguli de utilizare. Pentru elementele la care deforma ia de contrac ie nu este de dorit s apar se recomand folosirea unor scânduri radiale iar pentru aşezarea şi prinderea scândurilor tangen iale trebuie respectate o serie de reguli constructive (fig.2.6) atunci când acestea se folosesc /30/. 32 Corect a) Gresit Corect b) Gresit 4...5mm 2...2,5 cm (1/5...1/6) h h b Corect Gresit c) d) Fig. 3.6 - Reguli constructive pentru reducerea deforma iilor Fig. 2.6 – Reguli constructive pentru de contrac ie reducerea deforma iilor de contrac ie a) – aşezarea scândurilor tangen iale; b) – prinderea scândurilor; a) - aşezarea scândurilor tangen iale ; b) - prinderea scândurilor ; c) – aşezarea şi prinderea cleştilor; d) – solu ii pentru grinzi c) - aşezarea şi prinderea cleştilor ; d) - solu ii pentru grinzi . Astfel, la scândurile tangen iale aşezate pe un rând, dispunerea lor cu inelele anuale aşezate alternativ cu concavitatea în sus şi în jos (fig.2.6a) este cea corect pentru contracararea deforma iei. De asemenea dispunerea cuielor sau a buloanelor de fixare trebuie s in seam de tendin a de deformare a elementelor asamblate. Spre exemplu în figura 2.6b se arat dispunerea incorect şi corect a cuielor de prindere a scândurilor pentru a împiedica tendin a de deformare iar în fig. 2.6c dispunerea corect şi incorect a cleştilor la un pop de sarpant şi modul de prindere a lor. La grinzi, deoarece cr p turile verticale exercit o influen mai mic decât cr p turile orizontale asupra capacit ii portante, se recomand ca atunci când exist posibilitatea apari iei unor contrac ii mari s se execute în axa grinzii crest turi verticale, având adâncimi de 2…2,5 cm şi l imi de 4…5 mm( fig.2.6d.). Este bine, deasemenea, ca g urile pentru buloane de strângere s fie ovale, pentru a nu împiedica deforma ia liber şi pentru a evita despicarea pieselor. 2. PROPRIET I TERMICE Folosirea lemnului şi a derivatelor sale în construc ii şi în special pentru izola ii şi finisaje depinde în mare m sur de propriet ile termice favorabile pe o plaj foarte mare de temperaturi. Din punct de vedere al conductibilit ii termice, exprimat prin coeficientul de conductibilitate termic λ a lemnului uscat (sub 20% umiditate), acesta se poate considera un material bun izolator termic (λ = 0,14….0,21 W/mk). Perpendicular pe fibre, λ este cu mult mai mic decât paralel cu acestea. Conductibilitatea termic depinde de densitatea lemnului şi de umiditatea lui. Pentru densit i de 300…800 kg/m3 şi umiditate care nu dep şeşte 40% coeficientul de conductibilitate, pentru un flux perpendicular pe fibre, poate fi determinat cu rela ia /41/: λo = [ 237 + 0.02 ρo ( 1 + 2 ) ] 10-4 unde: 33 (2.9a) λo – coeficient de conductibilitate termic (W/mk); ρo - densitatea lemnului (kg/m3 ); – umiditatea (%). Încerc rile experimentale au ar tat c în intervalul de temperatur de la +20 0C la +100 0C, coeficientul de conductibilitate termic se poate determina cu rela ia: λ = λo [1 + ( 1,1 – 9,8 10-4 ρ ) (Θ w – 20 )/ 100] (2.9b) unde: λ – coeficient de conductibilitate termic la temperatura Θ w (W/mk); λo – coeficient de conductibilitate termic determinat cu rela ia 2.9a ; ρ - densitatea lemnului determinat la temperatura de +20 0. Asem n tor tuturor materialelor şi lemnul îşi schimb dimensiunile propor ional cu varia ia de temperatur , în limitele normale de temperatur . Aceast modificare caracterizat prin coeficientul de dilata ie termic αT este diferit pe cele trei direc ii principale (longitudinal , tangen ial şi radial ), dar valoarea acestuia pe direc ie longitudinal de (3…6)x10-6 are importan practic în compara ie cu valoarea perpendicular pe fibre care este de (10…15)x10-6 . Comparativ cu o elul şi betonul, coeficientul de dilata ie termic longitudinal a lemnului este mult mai redus ceea ce face ca pentru construc iile din lemn s nu fie necesare rosturi de dilata ie termic . Acest lucru este favorizat şi de faptul c schimbarea de temperatur duce la schimb ri de umiditate care provoac contrac ii şi umfl ri în sens invers deforma iilor din temperatur . C ldura specific (c), pentru o umiditate a lemnului sub 20% are o valoare de aproximativ 5,07 W/kg.K C ldura specific este foarte mult influen at de umiditatea lemnului, fiind cu aceasta într-o rela ie de urm toarea form : c = 1,16 ( 0,324 + u ) / ( 1+u ) [ w/kg.K] (2.9c) În partea 1.2 a normei EUROCOD 5 se propune calculul c lduri specifice, pentru o umiditate şi o temperatur Θ w, cu rela ia : c = ( cθ + cap ) / ( 1 + ) pentru Θ w≤ 1000C (2.9d ) c = cθ pentru Θ w >1000C (2.9e ) unde: cθ = 1110 + 4,2 Θ w – c ldura specific func ie de temperatur ; cap = 4200 J/ kg K – c ldura specific a apei. 3. PROPRIET I MECANICE ŞI DE DEFORMA IE Propriet ile mecanice ale lemnului depind de o serie de factori, dintre care cei mai importan i sunt: caracterul si natura solicit rii, direc ia solicit rii fa de fibre, viteza de înc rcare şi durata de men inere a înc rc rii, structura şi defectele lemnului, specia, umiditatea, etc. Caracteristicile mecanice şi de deforma ii se determin în laborator pe epruvete de dimensiuni mici executate dintr-un lemn f r defecte, ob inându-se astfel rezisten ele normate ale lemnului ideal sub înc rc ri de scurt durat . La încerc ri trebuie s se aib în vedere prevederile STAS 2682-83 privind luarea probelor şi debitarea epruvetelor, STAS 6300-81 privind atmosfera de condi ionare şi încercare şi STAS 83-89 privind determinarea umidit ii. Caracteristicile lemnului sunt influen ate de umiditatea lemnului şi, din acest motiv, toate sunt determinate pentru o umiditate de 12%. Limitele în care variaz principalele caracteristici mecanice ale lemnului de construc ie din Europa /17/, pentru o umiditate de 12%, sunt date în tabelul 2.5, luând în considerare direc ia solicit rii( paralel cu fibrele, II şi perpendicular pe fibre, ┴); valorile marcate în tabel sunt cele folosite în mod curent. 34 Caracteristicile mecanice şi de deforma ie a principalelor esen e de lemn, la umiditate de 12% /17/ Specia Modul de elasticitate Rezisten a la Rezisten a la Rezisten a la (N/mm2 ) compresiune întindere încovoiere (N/mm2 ) (N/mm2 ) (N/mm2 ) Brad II 6000-11000-21000 30-40-79 21-90-245 49-66-136 ┴ 150-300-500 2,0-5,8-9,5 1,5-2,7-4,0 Pin II 7000-12000-20000 30-47-94 35-104-196 35-87-206 ┴ 3,7-7,7-14 1,0-3,0-4,4 Zad II 6300-13800-20000 35-55-81 - 107 52-99-132 ┴ - 7,5 - 2,3 Fag II 10000-16000-22000 41-62-99 57-135-180 63-105-180 ┴ - 9,0 - 7,0 Stejar II 9200-13000-13500 42-54-87 50-90-180 46-91-154 ┴ 8,0- 11-19 2,0-4,0-9,6 - Tabelul 2.5. Rezisten a la forfecare (N/mm2 ) 4,0-6,7-12 6,0-10-15 4,5-9,0-10 6,5-10-19 6,0-11-13 - Recalcularea caracteristicilor de la umiditatea din momentul încerc rii la umiditatea de 12% se face cu rela iile: = [ 1+C ( u -12 ) ] [ 1+C ( u – 12 ) ] 12 = E12 = E [ 1+C ( u –12 ) ] (2.10a) (2.10b) (2.10c) 12 unde: 12, , 12, E12 - caracteristicile mecanice şi de deforma ie corespunz toare umidit ii de 12% ; , E - caracteristica mecanice şi de deforma ie corespunz toare umidit ii din momentul încerc rii; u - umiditatea lemnului în momentul încerc rii ( %); C - coeficient de corec ie, cu valori date în func ie de felul solicit rii, pentru: - compresiune paralel cu fibrele 0,040 - compresiune perpendicular pe fibre 0,035 - întindere paralel cu fibrele 0,015 - întindere perpendicular pe fibre: în direc ie radial 0,010 în direc ie tangen ial 0,025 - încovoiere static 0,040 - încovoiere prin şoc (rezilien ) 0,020 - forfecare 0,030 - modul de elasticitate la compresiune şi întindere 0,015 Cu ajutorul rezisten elor normate ale lemnului ideal se determin rezisten ele caracteristice ale lemnului ideal şi rezisten ele caracteristice ale lemnului natural inând cont şi de defecte. De asemenea în calculele practice se are în vedere şi efectul duratei de înc rcare asupra caracteristicilor de rezisten . 3.1 Rezisten a la compresiune În func ie de unghiul format de direc ia solicit rii cu fibrele, se disting rezisten a la compresiune longitudinal (paralel cu fibrele) şi rezisten a la compresiune transversal (perpendicular pe fibre). În calcule, pentru anumite situa ii, în special la îmbin ri, un rol important revine şi rezisten ei la compresiune sub un anumit unghi fa de fibre. Rezisten a la compresiune paralel cu fibrele se determin conform STAS 86/1-87, pe epruvete prismatice cu latura de 20 cm şi cu lungimea de 30…60mm . Func ie de esen a lemnului, rezisten a la compresiune paralel cu fibrele este de 30…..90 N/mm2, pentru r şinoase valorile curente sunt de 40…50 N/mm2. 35 La epruvete cu lungimi mari (cu lungime mai mare de şase ori decât cea mai mic latur a sec iunii transversale) ruperea la compresiune longitudinal se produce prin flambaj lateral, fenomen care trebuie luat în considerare la aprecierea rezisten ei. La lemnul folosit în structuri, rezisten a la compresiune paralel cu fibrele este influen at de umiditate, zvelte ea barelor şi de prezen a defectelor, ajungând la valori de 25…40 N/mm2/30/. Rezisten a la compresiune transversal , perpendicular pe fibre (STAS 1348/87) se determin cu epruvete prismatice ca şi rezisten a paralel la fibre, for a fiind aplicat tangen ial sau radial la inelele anuale. Rezisten a la compresiune perpendicular pe fibre este de circa 5…10 ori mai mic decât rezisten a paralel cu fibrele şi are valori curente de 2…4 N/mm2. Influen a defectelor asupra acestei rezisten e este mai redus . Solicitarea la compresiune transversal se poate întâlni atât sub forma compresiunii şi strivirii pe întreaga suprafa a elementului cât şi sub forma solicit rii pe o parte din lungime şi l ime. Rezisten a la solicitarea pe întreaga suprafa este mai mic decât în celelalte cazuri, când poate ajunge la valori de 6…8 N/mm2. Pentru elementele structurale, la calculele de proiectare se ine cont de efectul creşteri rezisten ei la compresiune local func ie de suprafa a comprimat , prin afectarea rezisten elor cu un coeficient supraunitar. Acest lucru se explic prin faptul c fibrele care nu sunt supuse la compresiune împiedic deforma ia fibrelor comprimate, fapt care m reşte rezisten a în ansamblu. În situa ii practice în special la îmbin ri apar cazuri de compresiune şi sub un anumit unghi fa de fibre ( în mod curent de 200 …700) Conform /30/ în cazurile când for a de compresiune face un anumit unghi (α) cu direc ia fibrelor, rezisten a la compresiune (f c,α ) se calculeaz func ie de acest unghi, de rezisten la compresiune paralel cu fibrele (fc,o) şi de rezisten a la compresiune perpendicular pe fibre (fc,90), cu rela ia dat în /30/: f c,α = fc,o fc,90 / ( fc,o sin 2α + fc,90 cos2 α ) (2.11) Valoarea rezisten ei creşte o dat cu micşorarea unghiului α dintre direc ia fibrelor şi direc ia de solicitare. 3.2 Rezisten a la întindere R 60 4 N 100 25 N 50 25 20 Rezisten a la întindere se determin pe direc ie paralel cu fibrele (STAS 336/1-88) şi perpendicular pe fibre, radial sau tangen ial (STAS 6291-89). 4 20 100 20 a) N N 25 20 25 70 b) N 20 N 20 4 N 20 N 20 Fig. 2.7 – Epruvete pentru determinarea rezisten ei la întindere Fig. 3.7 - Epruvete pentru determinarea a) – pentru întindere paralel curezisten fibrele; ei la întindere – pentru întindere perpendicular fibre a) -b)pentru întindere paralel cu fibrelepe; b) - pentru întindere perpendicular pe fibre . Determinarea se face pe epruvete de forma din fig.2.7a, pentru încercarea paralel cu fibrele si de forma din fig.2.7b, pentru încercarea perpendicular pe fibre. 36 Rezisten a la întindere paralel cu fibrele este superioar de 2 pân la 2,5 ori rezisten ei la compresiune şi are valori de 60..150 N/mm2 pentru r şinoase (valorile curente fiind de 80…100 N/mm2). Rezisten a la trac iune perpendicular pe fibre este cu mult mai mic decât cea paralel cu fibrele fiind aproximativ de 2…2,5% din rezisten a la întindere paralel cu fibrele fiind 1,5…4,0 N/mm2 (în mod curent ea este de 1..2 N/mm2). Valorile rezisten ei sunt foarte mult dependente de volumul de lemn solicitat. Valoarea rezisten ei la întindere sub un anumit unghi fa de direc ia fibrelor se poate determina cu o rela ie similar cu rela ia 2.9. Încerc rile experimentale au ar tat îns c rezisten a la întindere sub un anumit unghi fa de fibre este cu mult mai sensibil la varia ia unghiului decât rezisten a la compresiune. Rezisten a la întindere este influen at mai pu in de umiditate decât rezisten a la compresiune. Sl birile sec iunii, neomogenit ile şi defectele lemnului (noduri, fibre înclinate, fisuri, etc.) duc la micşorarea sim itoare a rezisten ei la întindere ceea ce face ca m rimea defectelor admise s fie limitat mult iar dimensiunile sec iunii transversale ale elementelor întinse s nu coboare sub anumite valori minime. 3.3 Rezisten a la încovoiere Rezisten a la încovoiere static (STAS 337/1-88) se determin pe epruvete prismatice cu sec iune transversal p trat de latur 20 mm şi lungime (în direc ie paralel cu fibrele lemnului) de 300 mm; inelele anuale trebuie s fie paralele cu dou fe e longitudinale şi perpendiculare pe celelalte dou fe e (fig. 2.8a). În faza ini ial , când solicit rile sunt mici, varia ia eforturilor pe sec iunea transversal este linear (fig. 2.8 b) . La momente încovoietoare mari reparti ia eforturilor pe sec iunea transversal nu mai este linear ( fig. 2.8.c ); în zona comprimat se trece în domeniul plastic şi se atinge rezisten a limit la compresiune iar în zona întins rezisten a limit la întindere care este sensibil mai mare decât cea la compresiune, face ca diagrama s -şi p streze mai mult timp varia ia linear , în final ajungându-se şi aici în zona plastic . Atât timp cât materialul r mâne în întregime în domeniul elastic axa neutr trece prin centrul de greutate al sec iunii transversale dar ea începe s se deplaseze spre fibrele întinse îndat ce fibrele extreme din zona comprimat au trecut în domeniul plastic. Ruperea barelor încovoiate se produce în urma ruperii fibrelor întinse, cu formarea în prealabil pe fa a comprimat a unor cute, la început mici şi pu in remarcate, care se extind apoi treptat de-a lungul fe elor zonei comprimate şi a sec iunii. Rezisten a la încovoiere se poate determina cu rela ia 2.12, care admite ipoteza sec iunilor plane şi a comport rii elastice, cu toate c în stadiul de rupere tensiunile marginale reale de compresiune sunt mai mici iar tensiunile marginale reale de întindere sunt mai mari decât cele calculate. i = ± max M/W (2.12) unde: i – rezisten a la încovoiere; M- momentul încovoietor de rupere; W- modulul de rezistent a sec iunii. Rezisten a la încovoiere este influen at de umiditate , de prezen a nodurilor , de direc ia fibrelor, de raportul dintre în l imea şi lungime grinzii precum şi de forma sec iunii transversale. La elementele structurale rezisten a la încovoiere poate fi influen at de fenomenul de instabilitate lateral a grinzii, care duce la sc derea capacit ii portante. 37 l = 240 m m 300 mm h=20 a) b=20 σc x = (0,53...0,55)h σc h/2 h/2 σt σt b) c) 3.8 - Determinarea ei la încovoiere Fig. 2.8 – Fig. Determinarea rezisten eirezisten la încovoiere a) – epruvete şi mod încercare; b) de – diagrama în de stadiul a) -de epruvete şi mod încercare ; de b) eforturi - diagrama eforturi în stadiul elastic ; c)de - diagrama derupere eforturi la rupere . elastic; c) – diagrama eforturi la 3.4 Rezisten a la forfecare Rezisten a la forfecare se determin conform STAS 1651-83. În func ie de planul de forfecare şi de direc ia fibrelor, se determin : - rezisten a la forfecare longitudinal paralel cu fibrele, cu planul for elor aplicat radial sau tangen ial la inelele anuale (fig.2.9a); - rezisten a la forfecare transversal la fibre, cu planul for elor aplicat radial sau tangen ial la inelele anuale (fig.2.9b). a) b) Fig. 3.9 rezisten ei la forfecare Fig. 2.9-– Determinarea Determinarea rezisten ei la forfecare a) – forfecare paralelcucu fibrele(radial (radial sau la inelele anuale); a) - forfecare paralel fibrele sautangen tangenialial la inelele anuale) ; b) – forfecare perpendicular pe fibre b) - forfecare perpendicular pe fibre . Epruvetele utilizate pentru încercarea lemnului la forfecare au forme şi dimensiuni diferite, în func ie de rezisten a care se determin . Forfecarea paralel cu fibrele apare în practic la elementele încovoiate în lungul axei neutre sau la diferite tipuri de îmbin ri (îmbin ri prin chertare frontal cu piesele aşezate sub un anumit unghi, îmbin ri cu pene prismatice şi circulare). Forfecarea perpendicular pe fibre poate ap rea la reazeme şi în zonele de aplicare a unor for e concentrate. 38 Paralel cu fibrele, rezisten a la forfecare este de 1/8…..1/10 din rezisten a la compresiune. Rezisten a la forfecare perpendicular pe fibre (transversal ) este de aproximativ 3 ori mai mare decât rezisten a longitudinal paralel cu fibrele dar ea are importan practic mai redus . Diferen ele dintre rezisten ele la forfecare în plan radial şi tangen ial sunt, în toate cazurile, neînsemnate. În practic are importan mare rezisten a la forfecare în plan longitudinal, care apare la elementele încovoiate. Efortul tangen ial maxim ( max) la nivelul axei neutre se determin cu rela ia : = Qmax Sx / b Ix (2.13 a) unde: Qmax - este valoarea maxim a for ei t ietoare; Sx - momentul static al sec iunii care lunec ; Ix - momentul de iner ie fa de axa x; b - l imea sec iunii la nivelul axei neutre. Eforturi de t iere longitudinale se produc, de asemenea, la nivelul îmbin rilor dintre piesele de lemn, eforturile fiind paralele cu fibrele . Efortul tangen ial maxim în astfel de situa ii se determin cu rela ia: (2.13b) max = Tf / Af unde: Tf - for a de forfecare; Af - aria de forfecare. Eforturile determinate cu rela ia 2.13b dau valori mai mici decât eforturile reale determinate experimental care cresc o dat cu creşterea lungimii de forfecare lf şi depind de raportul dintre lungimea de forfecare şi excentricitatea ( e ) de aplicare a for ei de forfecare. Acest fenomen se datoreaz faptului c reparti ia real a eforturilor tangen iale în lungul suprafe ei de forfecare este neuniform (fig.2.10); neuniformitatea este mai mare în cazul forfec rii unilaterale (fig.2.10a) şi mai mic la forfecare bilateral (fig.2.10b). În cazul unei for e de forfecare excentrice, cedarea se poate produce şi prin ac iunea momentului încovoietor (M = F.e) care duce la o smulgere perpendicular pe fibre (fig.2.10). Pentru a evita aceast cedare, ac iunea for ei care produce componenta de forfecare trebuie s creeze şi o ap sare pe suprafa a de forfecare . În calculele practice a elementelor structurale solicitate la forfecare (unilateral sau bilateral ), se ine seama de lungimea de forfecare (lf ) şi de excentricitatea de aplicare a for ei de forfecare (e) prin afectarea capacit ii portante cu un coeficient de forfecare (mf ). lf lf N F e F e F τ a) b) τ1 τ2 τ e Fig. 2.10 – Solicitare de forfecare la îmbin ri 3.10prin - Solicitarea de(forfecare forfecare la îmbin ri a) –Fig. îmbinare chertare frontal unilateral ); b) –- îmbinare penechertare prismatice (forfecare(forfecare bilateral );unilateral a) îmbinarecuprin frontal ); b) - îmbinare cu pene prismatice (forfecare bilateral ) ; 3.5 Rezisten a la torsiune Dac un element din lemn este solicitat la torsiune, rezisten a se poate calcula cu o rela ie, valabil la materiale izotrope, de forma: 39 T = MT / W T (2.14) unde: T- efortul de torsiune; MT - momentul de torsiune; WT - modulul de rigiditate la torsiune; Modulul de rigiditate la torsiune are valoarea πr3/2 la elemente cu sec iune circular (r este raza sec iunii) şi α h b2 la elemente cu sec iune rectangular (h ≥ b). Coeficientul α depinde de raportul h/b şi are valorile din tabelul 2.6. Tabelul 2.6 Valorile coeficientului α pentru calculul rigidit ii la torsiune a sec iunilor rectangulare. h/b α 1,0 0,208 1,5 0,231 1,75 0,239 2,00 0,246 2,50 0,258 3,00 0,267 4,00 0,282 6,00 0,299 8,00 0,307 10,0 0,313 ∞ 0,333 Practic rezisten a la torsiune se poate considera de acelaşi ordin de m rire cu rezisten a de forfecare, fiind de 3,0….5,0 N/mm2 pentru r şinoase şi 4,0…7,0 N/mm2 la elementele de lemn încleiat. 3.6 Deforma iile lemnului sub înc rc ri de scurt durat Sub înc rc ri continue de scurt durat , aplicate longitudinal paralel cu fibrele lemnul are o deforma ie elastic pân la o anumit limit a înc rc rii. Dac se dep şeşte limita de elasticitate, deforma iile plastice devin importante şi cresc progresiv pân la rupere. Limita de propor ionalitate la întindere se extinde practic pân la rupere (ruperea fiind de tip fragil) pe când la compresiune ea reprezint 65%….85%. din rezisten a limit (fig.2.11), la compresiune ruperea fiind ductil . Sub limita de propor ionalitate lemnul se comport practic elastic putându-se aplica legea lui Hooke pentru rela ia dintre efort şi deforma ie. Modulul de elasticitate la întindere şi cel la compresiune a lemnului au practic aceleaşi valori ca şi modulul la încovoiere dac efortul de compresiune nu dep şeşte limita de propor ionalitate la compresiune. În practic este important modulul de elasticitate paralel cu fibrele EII dar pot fi întâlnite şi situa ii când se foloseşte modulul de elasticitate perpendicular pe fibre E┴ . Modulul de elasticitate la compresiune paralel cu fibrele se determin , conform STAS 86/2 – 87, pe acelaşi tip de epruvete prismatice, cu lungime de 60 mm, pe care se determin şi rezisten a la compresiune, deforma iile epruvetelor fiind m surate pe intervalul cuprins între o sarcin cu valoare minim de 800…900 N şi o valoare maxim de 4000 N. Modulul de elasticitate la trac iune paralel cu fibrele (STAS 336/2 –88) se determin pe acelaşi tip de epruvete pe care se determin rezisten a la întindere (fig.2.7a) paralel cu fibrele. Deforma iile se m soar pe intervalul cuprins între o înc rcare minim de 400 N şi una cu valoare maxim de 1500 N. Modulul de elasticitate la încovoiere static se determin , conform STAS 337/2-89, pe acelaşi tip de epruvete pe care se determin rezisten a la încovoiere. S ge ile epruvetelor se determin pentru o înc rcare aplicat prin dou cu ite la distan de 80 sau 120 mm între ele, perpendicular pe suprafa a radial a epruvetei, cu valoarea minim de 300 N şi valoarea maxim de 800 N (valoarea maxim poate s creasc dar nu va dep şi 50% din sarcina de rupere a epruvetei). În mod curent modulul de elasticitate paralel cu fibrele (EII) are valori de 11000…15000 N/mm2 iar modulul de elasticitate perpendicular pe fibre (E┴) are valori de 400…500 N/mm2/30/. 40 σt,p 90 σt,max Efort (N/mm2) 75 înti ndere 60 σc,max 45 σc,p 30 com presiune tg α = 15 σ ε =E α 0 02 04 Deforma ie 06 08 (%) Fig. 2.11 – Curbele efort-deforma ie pentru întindere şi compresiune Fig. 3.11 - Curbele efort-deforma ie pentru întindere şi compresiune Dac sarcina este aplicat cu un unghi α fa de direc ia fibrelor modulul de elasticitate scade cu creşterea unghiului α (fig.2.12). Pentru determinarea modulului de elasticitate Eα se poate folosi rela ia: Eα = ( EII EI ) / ( E1cos3α + EII sin3α ) (2.15) Modulul de elasticitate a lemnului variaz func ie de esen a lemnului şi de con inutul de umiditate (fig.2.13). Pentru determinarea modulului de elasticitate corespunz tor umidit ii de 12% (Eu,12) func ie de modulul de elasticitate corespunz tor umidit ii lemnului la încercare (E) se foloseşte rela ia 2.10. 2 Modulul de elasticitate E α ( 10 N/mm2) E = 100 x 10 2 N/mm2 100 90 80 70 60 Eα 50 40 30 20 E = 3 x 10 2 N/mm2 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Unghiul între direc ia solicit rii şi direc ia fibrelor , α( ) – Varia modulului dede elasticitate func ie func de unghiul Fig. 3Fig. .122.12 - Varia ia iamodulului elasticitate ie de dintre direc ia solicit rii şi direc ia fibrelor, /17/ unghiul dintre direc ia solicit rii şi direc ia fibrelor , /17/ . 41 Modulul de elasticitate E II (10 N/mm ) 2 2 Unele încerc ri experimentale /30/ au pus în eviden faptul ca modulul de elasticitate mediu perpendicular pe fibre (E90,med) poate fi determinat ca fiind 1/30 din modul de elasticitate mediu paralel cu fibrele (E0,med). Modulul de elasticitate longitudinal caracteristic (E0,05) are valoarea 0,67E0,med . Valorile medii ale modulului de elasticitate pentru o solicitare paralel cu fibrele (EII) şi valorile caracteristice ale modulului de elasticitate paralel cu fibrele (E0,05) sînt date, pentru lemnul de la noi din ar /40/, în tabelul 2.7 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 10 20 30 40 50 Umiditatea lemnului (%) 2.13 – Varia ia modulului de în funcînie Fig. 3.13Fig.- Varia ia modulului deelasticitate elasticitate de umiditate lemnului, /17/ func ie de umiditatea lemnului , /17/ . Valorile caracteristice ale modulului de elasticitate (E0,05) au fost determinate, considerând o distribu ie normal a valorilor şi un coeficient de varia ie de 8…13% , folosind rela ia: E0,05 = EII ( 1 –1,645 VE) Specia Molid, brad, larice, pin Plop Stejar, gorun, cer, salcâm Fag, mesteac n, frasin, carpen (2.16) Tabelul 2.7 Valorile caracteristice ale modulului de elasticitate /40/ Modulul de elasticitate Modulul de elasticitate transversal paralel cu direc ia fibrelor (N/mm2 ) la limita de proporionalitate (N/mm2 ) E G0,05 G E0,05 9000 11 300 4000 5 000 8000 9 500 10 000 11 500 12 000 14 300 8000 10 000 Valorile medii şi cele caracteristice ale modulului de elasticitate şi a modulului deforma iilor transversale, pentru clasele de rezisten ale lemnului din EN 338 sunt date în tabelul 2.8 (pentru r şinoase) şi în tabelul 2.9 (pentru foioase). 42 E0,med E0,05 E90,med 7 4,7 0,23 Valorile modulului de elasticitate pentru r şinoase /30/ C16 C18 C22 C24 C27 C30 C35 Modulul de elasticitate (kN/mm2) 8 9 10 11 12 12 13 5,4 6,0 6,7 7,4 8,0 8,0 8,7 0,27 0,30 0,33 0,37 0,40 0,40 0,43 Gmed 0,44 0,50 ρk 290 310 Clasa C14 0,56 0,63 0,69 0,75 Densitatea aparent (kg /m3 ) 320 340 350 370 Tabelul 2.8 C40 14 9,4 0,47 0,75 0,81 0,88 380 400 420 Tabelul 2.9 Clasa E0,med E0,05 E90,med Gmed ρk Valorile modulului de elasticitate pentru foioase /30/ D30 D35 D40 D50 D60 2 Modulul de elasticitate (kN/mm ) 10 10 11 14 17 8,0 8,7 9,4 11,8 14,3 0,64 0,69 0,75 0,93 1,13 0,60 0,65 0,70 0,88 1,06 Densitatea aparent (kg /m3 ) 530 560 590 650 700 D70 20 16,8 1,33 1,25 900 La elementele de lemn, modulul deforma iei tangen iale (G) şi modulul de torsiune (GT) se consider de acelaşi ordin de m rime. În ceea ce priveşte rela ia dintre G şi E nu exist o corela ie fix dar încerc rile experimentale arat c raportul E/G ia valori de 12…25. Normele din unele ri din Europa indic pentru G valori de 500 N/mm2 (E/G = 20) pentru r şinoase şi 1000 N/mm2 pentru foioase (E/G=12,5) iar în /30/ se recomand raportul Gmed = E0,med/ 10. Valorile medii (G) şi caracteristice (G0,05) propuse la noi în ar pentru modulul deforma iei tangen iale la diferite specii de lemn sunt date în tabelul 2.7, valorile caracteristice fiind determinate printr-o prelucrare statistic folosind rela ia 2.16. 3.7 Deforma iile lemnului sub înc rc ri de lung durat Lemnul, considerat în general ca fiind un material vâsco-elastic, are în timp deforma ii de fluaj sub efectul unei înc rc ri constante. Deforma iile de fluaj apar dup deforma iile instantanee şi se caracterizeaz printr-o zon cu creştere rapid a deforma iei în prima perioad de timp şi printr-un domeniu de stabilizare, în care creşterea deforma iilor se realizeaz cu o vitez constant . Deforma iile plastice sub înc rc ri constante (fluaj) variaz în func ie de m rimea şi durata înc rc rii, de umiditate şi de temperatur . Deforma iile includ atât deforma iile propriu-zise ale lemnului cît şi deforma iile din elementele de asamblare, atunci când elementele fac parte dintr-o structura compus . În realitate exist o interac iune între factorii men iona i anterior şi influen a lor asupra fluajului, dar normele de calcul iau în considerare doar combina ia între modul de aplicare a înc rc rii şi con inutul de umiditate. În fig 2.14. se prezint curbele de deforma ie în func ie de timp constatându-se c atâta timp cât efortul nu dep şeşte un efort admisibil (limita de fluaj) raportul între deforma ia de fluaj şi deforma ia elastic este aproximativ 1,0 (curba 1). Dac efortul dep şeşte limita de fluaj (curba 2) deforma ia, dup o perioad de creştere constant , creşte repede ducând la ruperea elementului, fenomen asem n tor cu cel întâlnit şi la alte materiale. Cu cât efortul este mai mare, cu atât viteza de deforma ie este mai mare şi timpul pân la rupere este mai scurt. 43 ϕ = fk / fel ( ϕ) 2,0 σ σadm 2 1,0 σ σadm 1 0 120 σ = σadm 240 360 480 Durata de ac iune a înc rc rii (zile) Fig.3.14 2.14 –- Curbele de deforma ie în timp încovoiate Fig. Curbele de deforma ie aînelementelor timp a elementelor încovoiate La concep ia elementelor structurale trebuie s se aib în vedere atingerea unor eforturi maxime pentru ca fluajul s r mân limitat în domeniul de stabilitate, caracterizat printr-o vitez de deforma ie mic şi stabil pe durata de via a construc iei. Pentru majoritatea esen elor, limita de fluaj poate fi considerat 50% - 60% din rezisten a de rupere sub înc rc ri de scurt durat , iar pentru a realiza stabilitatea fluajului se recomand o m rime a eforturilor sub 35% din rezisten a instantanee /30/. Încerc rile experimentale au ar tat o leg tur aproape linear între deforma ia de fluaj şi efort pentru valori ale efortului care nu dep şesc 35% 40% din efortul de rupere. Deforma ia total pentru un element (εtot) luând în considerare atât deforma ia elastic (εel ) cât şi deforma ia de fluaj (εφ ) se poate determina cu rela ia: εtot = εel + εφ = unde: /E ( 1+φ ) (2.17) φ = εφ / εel - coeficientul de fluaj, cu valori de 0,6…1,0; - efortul unitar normal; E – modulul de elasticitate. Modulul de deforma ie corespunz tor unei deforma ii de lung durat Eφ = E / (1+ φ ) = E (Eφ ) este: (2.18a) Coeficientul de sc dere a modulului de elasticitate pentru ob inerea modulului de deforma ie sub înc rc ri de lung durat poate fi determinat cu rela ia: = 1,5 – g / adm ≤ 1,0 (2.18b) unde: g – efortul unitar normal produs de înc rcarea permanent ; adm – efortul limit de fluaj. Încerc rile experimentale / 30 / efectuate pentru studierea fenomenului de fluaj a lemnului au ar tat efectul important al m rimii înc rc rii precum şi efectul altor factori (duritatea lemnului, esen a lemnoas , tipologia structural , durata de înc rcare, temperatura, umiditatea etc.) asupra deforma iilor de fluaj. S-a constatat, de exemplu, o creştere a fluajului sub o înc rcare dat ce poate varia între 2 … 4 pentru o durat de înc rcare între 6 luni şi 20 de ani /30/. În normele de calcul sunt definite mai multe clase de durat a înc rc rii, func ie de care se iau în considerare şi deforma iile, astfel: - în normele româneşti /40/ sunt introduse trei clase de durat a înc rc rilor (înc rc ri permanente, înc rc ri de lung durat , înc rc ri de scurt durat ); - în normele EUROCOD 5 /38/ sunt definite cinci clase de durat a înc rc rilor (permanente, de lung durat , de durat medie, de scurt durat , instantanee). 44 O aten ie deosebit în cadrul încerc rilor experimentale s-a dat influen ei umidit ii şi a temperaturii care pot modifica substan ial deforma iile de fluaj, şi care arat o comportare foarte complex a lemnului în func ie de aceşti factori. Încerc rile efectuate în ultimul timp privind influen a umidit ii asupra comport rii vâscoelastice a lemnului au avut în vedere dou aspecte şi anume: - comportarea lemnului la alte umidit i decât umiditatea de referin de 12%, cu men inerea constant în timp a temperaturii aerului; - comportarea în regim de umiditate variabil în timp. S-a constatat, de exemplu, c la utilizarea în interior a lemnului sub sarcini permanente deforma ia de fluaj este de aproximativ de dou ori deforma ia instantanee la umiditate de peste 20% a lemnului, fluajul ajungând la de 3...4 ori deforma ia instantanee. O situa ie specific apare în cazul în care la punerea în oper lemnul masiv are o umiditate apropiat de cea de satura ie (25…30%) când varia ia umidit ii poate s duc la o accelerare foarte important a fluajului. Din punct de vedere a temperaturilor se poate constata c atât creşterea temperaturii cât şi varia ia acesteia duce la creşterea fluajului şi accelereaz fenomenul. Din punct de vedere practic îns se consider c pân la temperaturi ce nu dep şesc 50˚C influen a acestora asupra fluajului este practic neglijabil . Plecând de la aceste constat ri, în normele din diferite ri se propune majorarea deforma iilor elastice instantanee cu unii coeficien i care in cont de durata înc rc rii şi umiditatea relativ a aerului înconjur tor. Astfel în norma româneasc de calcul /40/ se foloseşte coeficientul kdef care majoreaz s ge ile instantanee ale elementelor încovoiate. 45 CAP. III DIMENSIONAREA ELEMENTELOR STRUCTURALE DIN LEMN 1. REZISTEN ELE CARACTERISTICE ŞI DE CALCUL ALE LEMNULUI Valorile caracteristice ale rezisten elor se determin aplicând func ia de distribu ie normal şi luând în considerare o valoare minim (Ro,o5) care exclude 5% din valorile inferioare dintr-o mul ime determinat experimental. Valorile experimentale sunt determinate pentru lemnul ideal, la o umiditate de 12%, sub înc rcare de scurt durat . Determinarea rezisten elor caracteristice ale lemnului natural se face în urm toarele etape: - determinarea rezisten elor caracteristice ale lemnului ideal, f r defecte, pentru umiditate de echilibru de 12% şi durata de ac iune a înc rc rilor de cel mult 3 minute; - corectarea rezisten elor lemnului ideal cu influen a eventualelor defecte admise şi gradul de influen a lor asupra comport rii la diferite solicit ri. Pe baza rezisten elor caracteristice ale lemnului natural se determin rezisten ele de calcul luând în considerare: - coeficien ii par iali de siguran pentru diferite propriet i mecanice ale materialului; - influen a umidit ii şi a duratei de ac iune a înc rc rii asupra caracteristicilor mecanice. 1. 1 Rezisten ele lemnului conform normei EUROCODE 5 Rezisten a de calcul pentru un parametru mecanic (Xd) se determin plecând de la valoarea caracteristic (Xk) modificat cu un coeficient care ine seama de varia ia rezisten ei cu durata de înc rcare şi cu umiditatea elementului (kmod) şi un coeficient par ial de siguran pentru material ( M). Rela ia de calcul are forma : Xd = kmod Xk / (3.1) M Rezisten ele caracteristice pentru lemn masiv de r şinoase (clasat în nou clase de rezisten ) şi lemn masiv de foioase (clasat în şase clase de rezisten ) sunt date în tabelul 3.1 respectiv 3.2. Pentru alte produse din lemn rezisten ele caracteristice sunt date în capitolul 1. Valorile caracteristice ale rezisten elor la încovoiere şi ale rezisten elor la întindere perpendicular pe fibre sunt determinate pentru în l imi de referin a epruvetelor de 150mm la lemn masiv şi 600mm la lemn încleiat. Pentru în l imi mai mici decât valorile de referin rezisten ele se multiplic cu un coeficent de în l ime cu valoarea dat în cap.4.8.3 Efectul duratei de înc rcare şi a con inutului de umiditate este cuprins în norma european , spre deosebire de norma româneasc , printr-un singur coeficient (kmod) cu valorile date în tabelul 3.3 atât pentru lemnul masiv cât şi pentru lemnul din scânduri încleiate. Tabelul 3.1 Rezisten ele caracteristice ( N/mm2 ) pentru lemn masiv de r şinoase / 38/ Solicitarea Simbol Clase de calitate C14 C16 C18 C22 C24 C27 C30 C35 C40 Încovoiere fm,k 14 16 18 22 24 27 30 35 40 Întindere paralel cu fibrele Întindere perpendicular pe fibre ft,0,k 8 10 11 13 14 16 18 21 24 ft,90,k 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 46 Compresiu ne paralel cu fibrele Compresiune perpendicular pe fibre Forfecare fc,0,k 16 17 18 20 21 22 23 25 26 fc,90,k 4.3 4.6 4.8 5.1 5.3 5.6 5.7 6.0 6.3 fν,k 1.7 1.8 2.0 2.4 2.5 2.8 3.0 3.4 3.8 Clasele de exploatare sunt cele definite în capitolul 2.1 dup EUROCODE 5. Tabelul 3.2 Rezisten ele caracteristice ( N/mm ) pentru lemn masiv de foioase / 38/ Solicitarea Simbol Clase de calitate D30 D35 D40 D50 D60 D70 fm,k 30 35 40 50 60 70 Încovoiere ft,0,k 18 21 24 30 36 42 Întindere paralel cu fibrele ft,90,k 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 0.9 Întindere perpendicular pe fibre 23 25 26 29 32 34 Compresiune paralel cu fibrele fc,0,k Compresiune perpendicular pe fibre fc,90,k 8.0 8.4 8.8 9.7 10.5 13.5 2 Forfecare fν,k 3.0 3.4 3.8 4.6 5.3 6.0 Coeficientul par ial de siguran privind materialul ( M) are valorile func ie de st rile limit la care se face calculul şi anume: – 1,3 la st rile limit ultime pentru combina ia fundamental , pentru lemn şi materiale derivate din lemn; – 1,1 la st rile limit ultime pentru combina ia fundamental , pentru elementele metalice folosite la îmbin ri; – 1,0 la st rile limit ultime în combina ia accidental ; - 1,0.la st rile limit de exploatare normal . Tabelul 3.3 Valorile coeficien ilor kmod / 38/ Clasa de durat a Durat Valorile coeficientului pentru înc rc rii Înc rc rii clasa de exploatare 1 şi 2 3 Permanente Peste 10 ani 0.60 0.50 Lung durat 6 luni …10 ani 0.70 0.55 Durat medie 1 s pt mân …. 6luni 0.80 0.65 Scurt durat Sub 1 s pt mân 0.90 0.70 Instantanee 1.10 0.90 Coeficien ii kmod şi M pot fi folosi i atât pentru determinarea rezisten elor de calcul la o anumit solicitare cu rela ia 4.10 cât şi la determinarea capacit ii de calcul (Rd) la o solicitare când se pleac de la o valoare caracteristic a capacit ii portante (Rk) determinat cu rezisten ele caracteristice. În aceast situa ie rela ia de calcul este: Rd = kmod. Rk / (3.2) M 47 2. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL SOLICITATE LA ÎNTINDERE CENTRIC Întindere centric apare în mod curent paralel cu fibrele dar pot exista şi situa ii de întindere perpendicular pe fibre. Calculul se efectueaz considerând c eforturile unitare normale sunt distribuite uniform pe sec iunea transversal şi inând cont de sl birile de sec iune luând în considerare aria din sec iunea cea mai sl bit . Sl birile se consider cumulate în aceeaşi sec iune de pe o lungime de maximum 200 mm. Alc tuirea elementelor trebuie realizat astfel încât eforturile s se transmit centric evitându-se momentele încovoietoare datorit excentricit ii. 2.1. Calculul elementelor din lemn, solicitate la întindere, conform normei EUROCODE 5 Pentru elementele din lemn masiv şi din lemn încleiat solicitate la întindere paralel cu fibrele se impune satisfacerea condi iei: t, o, d ≤ f t, o, d (3.3) unde: t,o,d, - efortul normal de calcul la întindere paralel cu fibrele egal cu: t,o,d, = ( G FG + Q FQ ) / An (3.4) ft,o,d - rezisten a de calcul a lemnului la întindere paralel cu fibrele, func ie de rezisten a caracteristic ( f t,o,k); FG, FQ - for ele axiale din ac iuni permanente (G) respectiv variabile (Q); pentru ac iuni; G, Q - coeficien ii par iali de siguran An - sec iunea net a barei. Pentru elementele supuse la întindere perpendicular pe fibre rela ia de verificare este: - pentru elemente din lemn masiv (3.5) t, 90, d ≤ f t, 90, d - pentru elemente din lemn încleiat 0,2 (3.6.a) t, 90, d ≤ f t, 90, d ( V/Vo) Pentru elemente din lemn încleiat curbe, cu intrados curb şi cu moment de iner ie variabil conditia de verificare este: t, 90, d ≤ kdist f t, 90, d ( V/Vo)0,2 (3.6.b) unde: t,90,d - efortul unitar de calcul perpendicular pe fibre determinat cu o rela ie identic cu rela ia 4.14; ft,90,d - rezisten a de calcul a lemnului perpendicular pe fibre, func ie de rezisten a caracteristic ( ft,90,k) ; Vo - volumul de referin pentru determinarea rezisten elor egal cu 0,01 m3. V – volumul real solicitat la întindere. kdist – coeficientul de distribu ie a eforturilor având valoarea 1,4 pentru grinzi curbe sau cu dubl curbur şi 1,7 pentru grinzi cu moment de iner ie variabil şi grinzi cu intrados curb. Pentru elementele din lemn încleiat cu sec iune variabile şi supuse la încovoiere volumul din zona central solicitat la întindere (V) se determin conform fig. 4.10 48 3. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL SOLICITATE LA COMPRESIUNE Solicitarea de compresiune poate fi paralel cu fibrele, perpendicular pe fibre (strivire) sau oblic la fibre ( strivire oblic ). Capacitatea de rezisten a unei bare comprimate este influen at de mai mul i factori care pot fi grupa i în dou grupe şi anume : - factori lega i de geometria ini ial a elementului ( sec iune transversal şi lungime), de condi iile de rezemare şi de propriet ile materialului, legate de clasa de rezisten , de clasa de serviciu şi de durata de înc rcare; - factori lega i de imperfec iunile geometrice ale elementului şi ale materialului precum şi de varia ia lor. Prima grup de factori se ia în considerare prin respectarea exigen elor de calcul şi de concep ie a elementelor. Cea de-a doua grup poate fi eliminat prin regulile de concep ie şi prin respectarea limitelor de toleran e impuse de norme. Spre exemplu imperfec iunea geometric cea mai important a elementelor comprimate este curbura ini ial care conform normelor EUROCODE 5 se limiteaz la l/500 pentru elemente din scânduri încleiate şi l/300 pentru lemn masiv ( l este lungimea elementelor). Calculul elementelor din lemn la compresiune centric se face asem n tor ca şi în cazul întinderii centrice, inând seama de sl birile existente şi în ipoteza distribu iei uniforme a tensiunilor normale pe sec iunea transversal . În practic se întâlnesc des bare comprimate a c ror lungime dep şeşte de câteva ori dimensiunea minim a sec iunii transversale şi la care deformarea axei medii în sens transversal nu este împiedicat . O astfel de bar îşi pierde stabilitatea în urma fenomenului de flambaj când for a care realizeaz comprimarea dep şeşte o anumit valoare limit , numit sarcin critic de flambaj ( Ncr), respectiv când efortul de compresiune atinge valoarea critic ( cr) chiar dac eforturile normale r mân mai mici decât rezisten a de rupere la compresiune a lemnului. For a critic de flambaj respectiv efortul de compresiune critic se determin pentru bare perfect elastice, cu rela iile: Ncr = π2 . E0,05 . I / lf2 (3.7) 2 2 = π . E / λ (3.8) cr 0,05 unde: E0,05 – modul de elasticitate minim, conform tabelului 3.8; I – momentul de iner ie al sec iunii; lf – lungimea de flambaj, determinat conform punctului 3.1. λ - coeficientul de zvelte e maxim egal cu raportul dintre lungimea de flambaj a barei ( lf ) şi raza minim de garan ie ( i =√ I / A ). 3.1 Coeficien i de flambaj Raportul între efortul critic ( (φc): φc = cr / r = π2 .E / λ2 cr ) şi efortul de rupere a lemnului d coeficientul de flambaj ( 3.9) r Experimental s-a constatat c raportul E/ coeficientului de flambaj, din rela ia 4.19 ca fiind : φc = 3100 / λ2 r are valoarea 312 astfel ob inându-se valoarea ( 3.10) Rela ia 3.10 reprezint hiperbola lui EULER fiind aplicabil în domeniul elastic şi valabil pentru λ > 75. Pentru valori ale coeficientului de zvelte e sub 75, dincolo de limita de elasticitate, coeficientul de flambaj se determina folosind în locul modulului constant din domeniul elastic (E) un modul de elasticitate variabil (EK). 49 În practic valorile coeficientului de flambaj pentru λ ≤ 75 se pot stabili cu o formul determinat pe cale experimental , de forma: φc = 1 – 0,8 ( λ/100)2 ( 3.11) Coeficien ii de flambaj stabi i cu rela iile 3.10 şi 3.11 sunt da i în figura 3.1 şi tabelul 3.4. ϕ 1,0 0,9 1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 ϕ=1−0,8(λ /100) 2 λ=lf / h λ=lf / d 0 20 5 5 40 60 2 ϕ=3100/λ 2 80 100 120 140 160 180 200 λ=lf/i min 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 λ 75 15 20 25 30 λ 75 35 40 45 50 4.1 -iaVaria ia coeficientului deînflambaj Fig.3.1Fig. – Varia coeficientului de flambaj func ie în de func zvelteiee de zvelte e Tabelul 3.4 Valorile coeficientului de flambaj (φc ) în func ie de coeficientul de zvelte e λ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 0 1.000 0.992 0.968 0.928 0.872 0.800 0.712 0.608 0.484 0.383 0.310 0.256 0.215 0.193 0.158 0.138 0.121 0.107 0.096 0.086 0.077 1 1.000 0.990 0.965 0.922 0.866 0.792 0.702 0.597 0.472 0.374 0.304 0.252 0.212 0.181 0.156 0.136 0.120 0.106 0.095 0.085 - 2 1.000 0.988 0.961 0.918 0.859 0.784 0.693 0.585 0.461 0.366 0.298 0.248 0.208 0.178 0.154 0.134 0.118 0.105 0.094 0.084 - 3 0.999 0.986 0.958 0.913 0.852 0.775 0.682 0.574 0.450 0.358 0.292 0.243 0.205 0.175 0.152 0.132 0.117 0.104 0.093 0.083 - 4 0.999 0.984 0.954 0.908 0.845 0.767 0.672 0.562 0.439 0.351 0.287 0.239 0.201 0.172 0.149 0.131 0.115 0.102 0.092 0.082 - 5 0.998 0.982 0.950 0.902 0.838 0.758 0.662 0.550 0.429 0.343 0.281 0.234 0.198 0.170 0.147 0.129 0.114 0.101 0.091 0.081 - 6 0.997 0.979 0.946 0.896 0.831 0.749 0.651 0.537 0.419 0.336 0.276 0.230 0.196 0.167 0.145 0.127 0.112 0.100 0.090 0.081 - 7 0.996 0.977 0.942 0.891 0.823 0.740 0.641 0.523 0.409 0.329 0.271 0.226 0.193 0.165 0.143 0.126 0.111 0.099 0.089 0.080 - 8 0.995 0.974 0.937 0.885 0.816 0.731 0.630 0.509 0.400 0.323 0.266 0.223 0.189 0.163 0.141 0.125 0.110 0.098 0.088 0.079 - 9 0.993 0.971 0.933 0.878 0.808 0.722 0.619 0.496 0.391 0.316 0.261 0.219 0.186 0.160 0.140 0.123 0.109 0.097 0.087 0.078 - Conform normelor EUROCODE 5 coeficientul care ine seama de flambaj (kc ) se determin cu rela ia 4.33 dat în capitolul 3.3. 3.2 Lungimi de flambaj şi coeficien i de zvelte e Diagramele de flambaj utilizate la calculul şi concep ia barelor comprimate sunt bazate pe capacitatea de rezisten şi modulul de deforma ie a unui element dublu articulat. În realitate leg turile 50 la capete difer de multe ori de cele corespunz toare unei bare dublu articulate şi din acest motiv se introduce no iunea de lungime fictiv sau lungime de flambaj. Lungimea de flambaj a unei bare comprimate se defineşte ca fiind egal cu lungimea fictiv a unui element dublu articulat având aceeaşi for critic de flambaj ca şi în domeniul elastic. În practic calculele se efectueaz luând în considerare raportul ( ), între lungimea de flambaj şi lungimea real a elementului. Conform normei româneşti NP 005-96 lungimile de flambaj ale barelor comprimate se iau cu valorile din tabelul 3.5 iar pentru barele grinzilor cu z brele cu valorile din tabelul 3.6. La structurile în cadre din lemn, lungimile de flambaj în planul cadrului se stabilesc în func ie de condi iile de rezemare la extremit i iar în plan normal pe planul cadrului se iau egale cu distan a dintre leg turile care împiedic deplasarea pe aceast direc ie. În practic îmbin rile la elementele din lemn nu sunt perfect rigide permi ând rota ii şi deplas ri care modific lungimile de flambaj. În aceste condi ii for a critic de flambaj nu mai poate fi determinat cu rela ia (3.7) pentru o bar articulat la extremit i, ci se foloseşte o rela ie de forma: Ncr = 1/ (4l2 / π2E0,05 I + 1 / Kr) unde: (3.12) Kr = ∑ Ku ri2 – rigiditatea de rotire a îmbin rii; Ku – modulul de deforma ie a îmbin rii; ri – distan a între elementul de îmbinare şi centrul de rota ie a leg turii. Raportul între lungimea de flambaj şi lungimea real a barei se poate determina cu rela ia: = lf / l = √ 4 + π2E0,05 I / l Kr (3.13) Pentru o structur în cadre realizat cu stâlpi dublu articula i stabiliza i printr-un stâlp încastrat (fig.3.2a) lungimea de flambaj a stâlpilor dublu articula i este egal cu în l imea lor iar lungimea de flambaj în planul cadrului a stâlpului de stabilizare (încastrat la baz ) se determin cu rela ia: = lf / lr = π √ ( 5+4α)/12 + (1+α)E0,05 I /lr Kr N2 Ni li N1 l2 Nr (3.14) l1 lr EI α = l r Σ Ni Nr li Kr a) s 0, 6 5s Io h 0,65h I l b) Fig . 4.2 - De inare a lungimii fl amb aj la cadre obişnuite Fig.term 3.2 – Determinarea lungimii dede flambaj la cadre obişnuite a) - ca) adru cu cu st stâlpi â lpi du blu ar ti cula i sta bil a stâlp i c uîncastrat; un st â lp înc astrat ; – cadru dublu articula i stabiliza i cui z un b) - ca dr u cu tr e i art ic ula i i. b) – cadru cu trei articula ii 51 TIPUL DE REZEMARE SIMBOL REZEMARE LUNGIMI DE Translatie impiedicata si rotire libera la ambele extremitati. 4. Translatie si rotire impiedicata la o extremitate, translatie libera si rotire impiedicata la cealalta extremitate. 5. Translatie si rotire impiedicata la o extremitate, translatie libera si rotire partiala la cealalta extremitate. 6. Translatie impiedicata si rotire libera la o extremitate, translatie libera si rotire impiedicata la cealalta extremitate. 7. Translatie si rotire impiedicata la o extremitate, translatie si rotire libera la cealalta extremitate. 52 l 3. l Translatie impiedicata la ambele extremitati, rotire impiedicata la o extremitate. lf = 0,80 l l 2. lf = 0,65 l lf = 1,00 l l Translatie si rotire impiedicate la ambele extremitati. lf = 1,20 l l 1. lf = 1,50 l l FLAMBAJ lf = 2,00 l l NR.CRT Tab. 3.5 lf = 2,00 l Tab.4.14 Tab. 3.6 Lungimi de flambaj la barele grinzilor cu z brele Lungimi de flambaj la barele grinzilor cu z brele Grinzi cu z brele simple Lungimi de flambaj (l f) a elementelor Diagonale şi Talp montan i l l Direc ia de flam baj Schema grinzii în planul gri nzii l l l1 l transvers al planului grinzii l l1 în care : l - lungimea elementului între nodurile teor etice de la capete ; l1- distan a între nodurile f ixate împotriva deplas rii elementului transversal pl anului grinzii cu z brele Grinzi cu z brele încrucişate prinse între ele în punctul de intersec ie Schema grinzii N 2 l l1 N1 Dire c ia de flambaj Rela ii între N 1 ş i N2 în planul grinzii N2 în planul normal pe planul grinzii în cazul î n care: Lungim ea de flambaj (lf) a diagonalelor l1 0 l N2 N2 = 0 0; N1 N2 0,8 l l1 N2 0; N1 N2 0,8 l în care : N1 - efor tul la compresiune în bara ce se calculeaz la flamba j ; N2 - efor tul în contradiagonal , valorile pozitive reprezint întindere , cele negative compresiune ; IN1 I şi IN 2I - valorile absolute ale eforturilor N 1 şi N2 Pentru cadre cu dou sau trei articula ii (fig.3.2.b) şi cu înclinarea stâlpilor ,fa de vertical , mai mic de 15˚ lungimea de flambaj a stâlpilor în planul cadrului se stabileşte folosind rela ia: lf = h √ 4 + 3,2 I s / Io h + 10 E0,05 I / h Kr (3.15a) Lungimea de flambaj a riglei codului se determin cu rela ia : lf = h √ 4 + 3,2 I s / Io h + 10 E0,05 I / h Kr √ Io N / I No (3.15b) unde: N, N0 – efortul de compresiune în stâlp respectiv în rigl . La cadre cu stâlpi şi rigle cu moment de iner ie variabil rela ia 3.15 poate fi aplicat luând în considerare momentul de iner ie a stâlpului în sec iunea situat la 0,65 h de baz iar pentru rigl momentul de iner ie în sec iunea situat la 0,65 s de articula ie ( fig.3.2.b) 53 La cadre cu rigla realizat cu grind cu z brele sau cu stâlpi în V ( fig.3.3) lungimea de flambaj a stâlpilor poate fi considerat : lf = 2 sl + 0,7 so (3.16) s s S0 Sl s s s Sl s Sl S0 S0 b)b) a) a) Fig. 3.3 cu rigla cu grind cu grind z brele (a) cu (a) stâlpişiîn V (b) Fig.- Cadre 4.3 - Cadre rigla cuşizcadre brele cadre cu stâlpi în V (b) Pentru arce cu dou sau trei articula ii cu sec iune constant şi raportul dintre în l imea la cheie şi deschiderea arcului ( h/l) de 0,15…0,5, lungimea de flambaj în planul lor poate fi considerat lf = 1,25 s ( s fiind jum tate din lungimea arcului). Conform normelor româneşti coeficien ii de zvelte e (λ) au valorile maxime admisibile date în tabelul 3.7. Tabelul 3.7 Nr. crt. 1 2 3 4 Coeficien ii de zvelte e maximi admişi /40/ Denumirea elementelor Coeficien i de zvelte e maximi admişi Construc ii definitive Construc ii provizorii Grinzi cu z brele şi arce: - t lpi, diagonale şi montan i de 175 150 reazem; 200 175 - celelalte elemente 120 150 Stâlpi principali Stâlpi secundari (la pere i, luminatoare, etc.) şi z brelele stâlpilor cu sec iune compus 150 175 200 200 Contravântuiri 3.3 Calculul elementelor din lemn , solicitate la compresiune, conform normei EUROCODE 5 a) Compresiune paralel cu fibrele. Pentru barele comprimate solicitate la compresiune centric paralel cu fibrele verificarea se face cu rela iile: -când nu intervine flambajul ( λrel ≤ 0,5 ) (3.17) c,0,d ≤ fc,0,d - când intervine flambajul (3.18) c,0,d / kc . fc,0,d ≤ 1,0 unde: c,0,d este efortul normal de calcul la compresiune paralel cu fibrele egal cu c,0,d = ( G FG + Q FQ) / An (3.19) 54 fc,o,d – rezisten a de calcul a lemnului la compresiune paralel cu fibrele, func ie de rezisten a caracteristic (fc,0,k); FG,FQ – for ele axiale din înc rc ri permanente (G) respectiv variabile (Q); a înc rc rilor; G, Q – coeficien i de siguran An – aria net a barei; kc – coeficient care ine seama de flambaj calculat cu rela ia: kc = 1 / ( k + √ k2 – λ2rel ) (3.20) în care: k = 0,5 [ 1 + c ( λrel – 0,5) + λ2rel ] (3.21) c – coeficient care ine seama de imperfec iunile barei şi are valoarea 0,2 la lemn masiv şi 0,1 la elemente din scânduri încheiate; λrel – zvelte ea relativ calculat cu rela ia: λrel = √ fc,0,k / c,crt (3.22) Efortul critic ( c,crt ) se determin cu rela ia 3.8. Valorile kc, k, λrel se calculeaz separat dup cele dou axe ale sec iunii. Efortul critic ( c,crt ) se determin cu rela ia 3.8. Când λrel ≤ 0,5 se consider c nu intervine flambajul. b) Compresiune perpendicular pe fibre . Pentru compresiune perpendicular pe fibre verificarea se face cu rela ia: c,0,d ≤ kc,90 . fc,90,d (3.23) unde: kc,90 – coeficient care ia în considerare modul de realizare a compresiunii (fig. 3.4) şi are valorile din tabelul 3.9. fc,90,d – rezisten a de calcul la compresiune perpendicular pe fibre. a l l1 Fig. 3.4 – Compresiune perpendicular pe pe fibre Fig. 4.6 - Compresiune perpendicular pe fibre Tabelul 3.9 Valorile coeficientului kc,90 / 41 / l 1 ≤ 150 mm l1 > 150mm a ≥ 100mm a < 100mm l ≥ 150mm 1 1 1 150mm > l > 15mm 1 1+(150-l )/170 1+a (150-l)/17000 15mm > l 1 1.8 1+a/125 c) Compresiune oblic . Rela ia de verificare la compresiune oblic este: c,α,d ≤ fc,0,d / (fc,0,d / fc,90,d sin2α + cos2α) (3.24) unde: c,α,d - este efortul normal de calcul la compresiune oblic ; fc,0,d , fc,90,d - rezisten ele de calcul ale lemnului la compresiune paralel cu fibrele respectiv perpendicular la fibre. 55 4. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL SOLICITATE LA FORFECARE Solicitarea de forfecare poate s apar sub forma de: - forfecare perpendicular pe fibre, la elemente încovoiate cu for e concentrate mari şi la penele prismatice de îmbinare transversale (cu fibrele dispuse perpendicular pe fibrele elementelor îmbinate); - forfecare în lungul fibrelor, la elemente încovoiate, elemente îmbinate prin chertare cu praguri şi la penele prismatice longitudinale (cu fibrele paralele cu elementele îmbinate). La elementele încovoiate forfecarea perpendicular pe fibre este întotdeauna asociat cu forfecarea echivalent paralel cu fibrele. Deoarece rezisten a la forfecare paralel cu fibrele este cu mult inferioar rezisten ei perpendicular pe fibre înseamn c primul caz este mai defavorabil în calculul grinzilor. O problem deosebit legat de fenomenul de t iere apare la grinzile prelucrate la cap t sau cu goluri favorizându-se apari ia fisurilor şi dezvoltarea lor. 4.1 Calculul elementelor din lemn, solicitate la forfecare, conform normei EUROCODE 5 Efortul tangen ial de calcul ( d =( G TG + Q d ) trebuie s îndeplineasc condi ia : TQ ). Sx / b Ix ≤ fv,d (3.25) unde: TG, TQ sunt for ele t ietoare din înc rc ri permanente respectiv variabile; Sx, Ix – momentul static, respectiv momentul de iner ie al sec iunii transversale în raport cu axa neutr ; b - l imea sec iunii transversale; fv,d – rezisten a de calcul a lemnului la forfecare, func ie de rezisten a caracteristic . Efortul de taiere maxim dm are valoarea 1,5V/A la sectiuni dreptunghiulare si 4V/3A la sectiuni circulare. Norma EUROCODE 5 propune reducerea contribu iei for elor concentrate la efortul de t iere, atunci când aceste for e se situeaz la o distan de reazem mai mic de 2h, conform fig. 3.5. F h V 2h linie de influi en a reac iunii V 1 lini e de reducere a influien ei Fig. 3.5- Reducerea – Reducereainfluien influen eieireac dede Fig. 4.8 reaciunii iuniiînînfunc funcie ie de înc rcare de înc rcare punctul punctul Atunci când grinzile încovoiate au sl biri la intrados sau extrados, în zonele de reazem (fig. 3.6) rela ia de calcul 4.42 se înlocuieşte cu o rela ie de forma: d= 1,5 . V / b he ≤ kv. f v,d (3.26 a) unde: 56 V - for a t ietoare din reazem; he - în l imea redus a sec iunii transversale în zona reazemului (α h ); kv ≤ 1 coeficient de influen a sl birii asupra rezisten ei la forfecare. he h h-he x i(h-h e) a) h he α = he / h ; β = x / h b) – Caracteristicile grinzilor prelucrate la capetela capete Fig.Fig. 4.93.6- Caracteristicile grinzilor prelucrate a) – prelucrate la intrados; b) – prelucrate la extrados a)- prelucrate ladirec intrados ; b) - prelucrate la extrados ia fibrelor direc ia fibrelor Coeficientul de reducere kv are valoarea 1.0 când sl birea este la extrados iar când sl birea este intrados are valoarea minim dintre 1.0 şi cea rezultat cu rela ia (3.26 b): kv = [kn ( 1 + 1,1 i1,5 / √ h)]/ √ h [ √α( 1-α) +0,8 √ 1/α-α2 ] (3.26 b) unde: kn – coeficient având valoarea 5 pentru lemn masiv şi 6,5 pentru lemn încleiat; i - panta prelucr rii ; α, – coeficien i, cu nota iile din fig.3.6. Pentru grinzile din lemn încleiat care prezint o sl bire în inim , de form circular sau rectangular , rela ia 3.26a se exprim sub forma: d= 1,5 . V / b α h ≤ khol. f v,d (3.27) unde: α h – în l imea redus a sec iunii transversale sc zând diametru sl biri şi respectând recomandarea ca α > 0,5; khol – factor de reducere, cu valorile : 1 – 555 ( D/h )3 , pentru D/h ≤ 0,1 ; 1,62 / (1,8 + D/h )3 , pentru D/h > 0,1; D-diametrul golului sau lungimea diagonalei, când sl birea are form rectangular . Pentru a evita fenomenul negativ de dezvoltare a fisurilor se recomand ca zonele cu sl biri de la capetele grinzilor s fie consolidate. 5. CALCULUL ELEMENTE DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL SOLICITATE LA TORSIUNE Torsiunea pur intervine rar în practic şi din acest motiv în norma româneasc /40/ nu sunt f cute preciz ri privind calculul în astfel de situa ii şi nici în situa iile de torsiune cu forfecare. Norma EUROCODE 5 impune satisfacerea urm toarei condi ii: tor,d ≤ fv,d (3.28) unde: tor,d - efortul de torsiune de calcul determinat conform preciz rilor de la capitolul 2.5.5. Pentru situa iile unor solicit ri compuse de torsiune cu forfecare nu sunt f cute nici un fel de preciz ri în norma EUROCODE 5. Pentru astfel de situa ii poate fi folosit rela ia dat de M hler şi Hemmer sub forma : 57 tor,d /ftor,d + ( v,d / fv,d )2 ≤ 1 (3.28) unde: ftor,d - rezisten a de calcul la torsiune. Încerc rile experimentale au ar tat c rezisten a la torsiune a lemnului este mult mai mare decât rezisten a la forfecare paralel cu fibrele şi din aceste motive atunci când nu se cunoaşte aceast rezisten ea poate fi înlocuit în rela ia 3.28 cu fv,d rezultând o verificare mult mai sever . 6. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL SOLICITATE LA ÎNCOVOIERE Calculul elementelor încovoiate din lemn are ca scop satisfacerea urm toarelor condi ii: - capacitatea portant la încovoiere s nu fie mai mare decât solicitarea iar compresiunea produs prin încovoiere s nu provoace ruperea prematur datorit instabilit ii laterale; - capacitatea portant la forfecare perpendicular pe fibre sau paralel cu fibrele s fie mai mare decât solicitarea de forfecare; - capacitatea portant la compresiunea perpendicular pe fibre s fie mai mare decât for ele concentrate sau reac iunile din reazeme; - s geata grinzii trebuie s fie mai mic decât valoarea maxim admisibil func ie de domeniul de folosire a elementului; - s nu se produc în timpul utiliz rii fenomenul de vibra ii Verificarea de rezisten pentru satisfacerea primei condi ii se face în sec iunea în care valoarea momentului încovoietor este maxim . Dac grinda prezint sl biri este necesar o verificare şi în sec iunea cu sl biri maxime la momentul încovoietor din aceast sec iune. 6.1 Stabilitatea lateral a grinzilor Grinzile încovoiate au, în general, sec iunea transversal caracterizat printr-o rigiditate mult mai mare în plan vertical decât în plan orizontal. Aceast alc tuire face ca uneori sub ac iunea încovoierii grinda s cedeze printr-o pierdere de stabilitate în plan orizontal (flambaj lateral), asem n tor cu cedarea stâlpilor prin pierderea stabilit ii. Principalii factori care influen eaz stabilitatea laterale sunt: - distan a între punctele de blocaj lateral; - rigiditatea la încovoiere a grinzii ( EI); - rigiditatea la torsiune ( G Itor ); - condi iile de rezemare la capete ale grinzii; - locul de aplicare a înc rc rii (la partea superioar sau inferioar a grinzii). Momentul de încovoiere care produce flambajul lateral poart denumirea de moment critic. Pentru o grind încovoiat cu moment încovoietor constant pe lungimea ei şi având capetele blocate împotriva torsiunii momentul critic se calculeaz cu rela ia: Mcrit = π [√ E. Ix. Itor.G / (1 – Ix/ Jy) ]/ lef (3.29) unde: Ix, Iy- momentele de iner ie dup axele x respectiv y; Itor – momentul de torsiune a grinzii; E – modulul de elasticitate longitudinal ; G – modulul transversal; lef – lungimea liber a grinzii. Efortul critic pentru o sec iune dreptunghiular (b x h) se determin cu rela ia: crt = (E π b2/ lf h) √ G / E √ (1-0,63b/h)/ (1-b2 / h2 ) 58 (3.30a) Valoarea radicalului din ecua ia 3.30b variaz de la 0,94…1,5 pentru b/h = 0,1…0,7. Considerând valoarea 0,94 şi modulul deforma iei transversale G = E / 18 se ob ine efortul critic: crt = 0,75 E b2 / h lef (3.30b) Pentru alte situa ii de înc rcare, diferite de cea cu un moment constant pe lungimea grinzi, pentru diferite situa ii de rezemare la capetele grinzii, momentul critic se poate determina cu rela ia 3.29 prin folosirea unui factor ”m” dat în tabelul 3.7 care asigur transformarea varia iei momentului încovoietor într-un moment uniform echivalent şi înlocuieşte în formula 3.29 valoarea lui π. Normele româneşti nu precizeaz metoda de verificare a stabilit ii laterale dar impun condi ii constructive pentru evitarea pierderii stabilit ii laterale (tabelul 3.8). Pentru rapoarte inferioare celor date în tabelul 3.7 nu este necesar a se lua în calcul pierderea stabilit ii laterale. Tab. 4.17 Factorul m de transformare a momentului real în moment echivalent Schema static M Diagrama de moment încovoietor m Moment uniform echivalent M 1,00 M 0,57 M M 0,43 F 0,74 q 0,88 L/4 F F L/4 0,96 F 0,69 L/4 F 0,59 q 0,39 Tabelul 3.8 Nr.crt. 1 2 3 4 Condi ii de asigurare la flambaj lateral /40/ Condi ii de asigurare la flambaj lateral Raportul maxim h/b Când nu exist reazeme intermediare pe latura 4/1 comprimat Când se asigur rigidizarea laturii comprimate cu 5/1 pene sau tiran i Când se asigur rigidizarea laturii comprimate prin 6/1 platelajul elementului de planşeu Când se asigur rigidizarea elementului în planul 9/1 59 flambajului atât în zona comprimat cât şi în zona întins Norma EUROCODE 5 impune verificarea la încovoiere, în condi iile de instabilitate lateral , cu rela ia: m,d ≤ kcrit. fm,d (3.31) unde: – efortul unitar din momentul de calcul; fm,d - rezisten a de calcul la încovoiere; kcrit – coeficient care ia în considerare reducerea rezisten ei datorit fenomenului de instabilitate lateral . Coeficientul kcrit are valorile: - 1.0 , pentru λrel,m ≤ 0,75; - 1,56 – 0,75 λrel,m , pentru 0,75 < λrel,m ≤ 1,4; (3.32) 2 - 1 / λ rel,m , pentru λ rel,m> 1,4. Zvelte ea relativ din rela iile 4.50 se determin cu formula: m,d λ rel,m = √ fm,k / (3.33) m,crt. unde: fm,k – rezisten a caracteristic la încovoiere; m,crit – efortul critic determinat pentru E = E0,05 şi inând cont de factorul ”m” de transformare dat în tabelul 3.7. 6.2 Calculul elementelor din lemn cu sec iune constant , solicitate la încovoiere, conform normei EUROCODE 5 a) Calculul la starea limit de rezisten . Când dimensiunile grinzilor şi condi iile de rezemare sunt corespunz toare pentru a preveni fenomenul de instabilitate lateral , verificarea la încovoiere simpl se face cu o rela ie dedus din rela ia 3.31 şi are forma : m,d ≤ fm,d (3.34) unde: m,d - efortul unitar din momentul de calcul; fm,d – rezisten a de calcul la încovoiere determinat cu rela ia 4.10. În anumite situa ii pentru elementele încovoiate, rela ia 3.1 poate fi corectat determinând rezisten a de calcul la încovoiere cu o rela ie de forma: fm,d = kmod . kcrit . kl s . kh . fm, k / M (3.35) unde: kmod, M, - semnifica iile din rela ia 3.1; fm,k – rezisten a caracteristic la încovoiere; kcrit – coeficient care ia în considerare fenomenul de instabilitate ( rel. 3.35); kls – coeficient care ia în considerare efectul sistemului asupra capacit ii portante; kh – coeficient de în l ime. Efectul sistemului are în vedere c în multe cazuri elementele încovoiate nu lucreaz individual ci sunt legate cu alte elemente astfel încât se produce o redistribuire de solicitare. Un astfel de caz se întâlnesc la planşeele unde grinzile sunt solidarizate între ele cu panouri. În aceste condi ii are loc o îmbun t ire a comport rii elementelor în cadrul sistemelor. Acest efect favorabil este luat în considerare printr-un coeficient Kls supraunitar cu o valoare curent de 1,1. Coeficientul de în l ime (kh) pleac de la faptul c rezisten ele caracteristice la încovoiere sunt stabilite pentru în l imi de referin a grinzilor de 150 mm pentru lemn masiv şi 600 mm pentru elemente de lemn încleiat. Experimental s-a constatat c pentru în l imi mai reduse rezisten ele cresc datorit efectului eforturilor de compresiune. 60 În aceste condi ii, luând în considerare în l imea h a grinzii, norma EUROCODE 5 propune urm toarele valori pentru kh : -pentru elemente din lemn masiv (150 / h )0,2 kh = min. (3.36) 1,3 - pentru elemente din lemn încleiat (600 / h )0,2 kh = min (3.37) 1,15 În situa iile când intervine instabilitatea lateral a grinzilor verificarea la încovoiere se face cu rela ia 4.49. Verificarea la for t ietoare se face conform preciz rilor de la capitolul 4.1. b) Calculul la starea limit de deforma ie. Calculul la starea limit de deforma ie are în vedere combina ia de înc rc ri şi calculul s ge ii finale (ufin ) cu rela ia: ufin = uinst ( 1+ kdef ) unde: (3.38) uinst – deforma ia instantanee calculat cu gruparea de ac iuni şi cu un modul de elasticitate mediu; kdef – coeficient care ia în considerare deforma ia în func ie de timp sub efectul fluajului şi umidit ii ( tabelul 3.9 ). Material Lemn masiv, Lemn încleiat Placaj Panouri din particole; Panouri OSB Panouri din fibre (panouri dure) Panouri din fibre (panouri medii) Tabelul 3.9 Valorile coeficientului k def / 38 / Durata de înc rcare Clasa de serviciu 1 2 3 0.60 0.80 2.00 Permanent Lung durat 0.50 0.50 1.50 Durat medie 0.20 0.25 0.75 Scurt durat 0 0 0.30 0.80 1.00 2.50 Permanent Lung durat 0.50 0.60 1.80 Durat medie 0.25 0.30 0.90 Scurt durat 0 0 0.40 1.50 1.00 0.50 0 2.25 1.50 0.75 0 1.50 1.00 2.25 1.50 0.75 0.30 3.00 2.00 1.00 0.40 - - Permanent Lung durat Durat medie Scurt durat Permanent Lung durat Durat medie Scurt durat Permanent Lung durat 61 Durat medie 0.50 Scurt durat 0 Este recomandabil ca atunci când combina ia de înc rcare este compus din ac iuni cu durat diferit s se calculeze separat contribu ia fiec rei ac iuni la deforma ia total utilizând coeficien ii din tabelul 3.9. Exist posibilitatea calculului deforma iei finale, atunci se consider o rela ie linear între efectul ac iunilor şi deforma ii, cu o rela ie de forma: ufin = uinst,G ( 1 + kdef ) + uinst,Q1(1+ Ψ 2,1.kdef ) + ∑ uinst,Qi (Ψ0,i+ Ψ2,i .kdef ) (3.39) unde: uinst,G , uinst,Q – sunt deforma iile instantanee sub ac iunea înc rc rilor permanente respectiv variabile; Tabelul 3.10 Valorile coeficientului k def / 38 / Material Clasa de serviciu 1 2 3 Lemn masiv, Lemn încleiat 0.60 0.80 2.00 0.80 1.00 2.50 Placaj Panouri din particole; Panouri OSB 1.50 2.25 Panouri dure din fibre 2.25 3.00 Panouri semidure din fibre 1.5 În cazurile când o structur este alc tuit din elemente având caracteristici de deforma ie în timp diferite se poate calcula s geata final utilizând un modul de deforma ie modificat care se ob in prin împ r irea modului fiec rui element cu valorile 1+ k def . Valorile deforma iilor nete finale unet luând în considerare contras ge ile (u0), dac este cazul , deforma ia datorit ac iunilor permanente (u1) şi datorit ac iunilor variabile (u2) se limiteaz la valori admisibile func ie de destina ie. Valorile limit ale s ge ilor, func ie de tipul structurii, date în NP-005/03, sunt date în tabelul 3.11 iar valori limit ale deplas rilor laterale la elemente verticale în tabelul 1.10. Tabelul 3.11 Valorile limit ale s ge ilor pentru deforma ii verticale /38 / Tipul structurii Tipul s ge ii u net,fin U 2,inst u 0,max l / 200 l / 250 l / 300 Terase necirculabile l / 250 l / 300 l / 300 Terase accesibile pentru public l / 250 l / 300 l / 400 Planşee curente Planşee şi terase cu pere i fragili sau rigizi l / 250 l / 350 l / 500 Situa ii când u net,fin poate influen a negativ l / 250 aspectul construc iei Tabelul 3.12 Valorile limit ale s ge ilor pentru deforma ii orizontale /38 / Alte ac iuni Tipul structurii Ac iunea vântului u net,fin u 2,inst Cadre f r pod rulant Alte construc ii cu un nivel Construc ii cu mai multe nivele : - între etaje construc ii pentru locuin e alte construc ii 62 h /150 h /250 h /150 h /300 h /420 h /250 h /300 h /300 - pentru toat structura h /420 h /500 Norma EUROCODE 5 recomand valori maxime admisibile pentru deforma ii instantanee din înc rc rile variabile (u2,inst), pentru deforma iile finale datorit înc rc rilor variabile (u2,fin) şi pentru deforma iile nete finale, luând în considerare şi contras geata ( unet = u1 + u2 - u0). Astfel sunt recomandate valorile: - pentru deforma ii instantanee u2,inst ≤ l/300 la grinzi şi l/150 la console. - pentru deforma ii finale u2,fin ≤ l/200 la grinzi şi l/100 la console; unet, fin ≤ l/200 la grinzi şi l/100 la console. 6.3. Calculul elementelor din lemn curbe şi a elementelor cu moment de iner ie variabil, solicitate la încovoiere, conform normei EUROCODE 5 Elementele din lemn din scânduri încleiate pot fi realizate longitudinal cu sec iune constant dar în cele mai multe cazuri ele sunt realizate curbe şi /sau cu moment de iner ie variabil. Aceast realizare este determinat de multe ori din condi ii arhitecturale dar ea poate fi impus şi din condi ii structurale. Formele cele mai des întâlnite sunt cele prezentate în figura 1.5. Grinzile cu o singur pant se realizeaz cu o pant de 1/40 …1/10 ( α ≈ 50 ), cu în l imea maxim mai mic de l/20 şi în l imea la cap t mai mic de l/30 iar grinzile cu dou pante au în l imea maxim la mijloc l/20 Modul de realizare a acestor grinzi face ca la solicitarea de încovoiere s apar câteva aspecte specifice , cum ar fi cele prezentate in continuare. La grinzile cu moment de iner ie variabil distribu ia eforturilor pe în l imea sec iunii nu este linear şi de aceea la calculul lor nu se mai poate aplica teoria grinzilor ci trebuie avut în vedere teoria pl cilor anizotrope. Eforturile în fibrele extreme la grinzi cu extradosul drept şi partea superioar variabil , sub un unghi mai mic de 10˚ (fig.3.10.a), se pot determina prin teoria grinzilor, cu modificare func ie de panta fibrelor superioare, cu rela iile: ( 1 + 4 tg2α ) 6Md / bh2 2 2 m,α,d = ( 1 - 4 tg α) 6Md / bh m,o,d = (3.40) (3.41) unde: - efortul de întindere în fibra inferioar ; - efortul de compresiune în fibra superioar ; Md - momentul încovoietor din sec iunea considerat . Pentru o grind înc rcat cu o sarcin uniform distribuit ( q ) efortul maxim de calcul din încovoiere are valoarea : m,o,d m,α,d = 0.75 q l2 / b hap hs (3.41b) Sec iunea critic de calcul este la o distan x de reazem, distan care pentru o sarcin uniform distribuit , la o grind cu o singur pant , se poate determina cu rela ia: m,d x = l / ( 1+hap / hs ) unde: (3.42) l; ha,p; hs - caracteristicile grinzii (deschiderea, în l imea maxim şi în l imea minim 3.10). Pentru grinzi cu dou pante simetrice sec iunea critic este la distan a: x = 0.5 l hs / hap (3.43) În fibrele extreme eforturile trebuie s îndeplineasc condi ia : m,α,d ≤ fm,α,d (3.44) 63 - fig. Valorile rezisten elor de calcul (fm,α,d ) se determin : - pentru eforturile de compresiune paralel cu fibrele f m,α,d = f m,d / [( fm,d / fc,90,d ) sin2α + cos2α ] - pentru eforturile de întindere paralel cu fibrele f m,α,d = f m,d / [( fm,d / ft,90,d ) sin2α + cos2α ] (3.45a) (3.45b) La grinzile cu dubl pant şi grinzile curbe distribu ia eforturilor pe sec iune este de asemenea nelinear şi hiperbolic cu valori maxime în fibra inferioar . Pe zonele de curbur se dezvolt şi eforturi de întindere perpendiculare pe fibre. Pentru o sarcin uniform distribuit (q ), în sec iune critic ( x = 0.5 l hs / hap ) efortul maxim din încovoiere se determin cu rela ia: m,d = 0.75 q l2 / [b hs ( 2hap – hs ) ] (3.46a) Eforturile maxime din încovoiere pot fi calculate aproximativ prin modelarea raportului M/W printr-un factor de form kl >1, cu rela ia: m,d = kl ( 6 Map,d / b h2ap ) (3.46b) Factorul de form ( kl ) depinde de în l imea maxim a sec iunii transversale (hap) şi de raza de curbur a fibrei medii (fig.3.10.c) şi are valoarea: kl = k1+k2 (hap/r) + k3 ( hap/r)2 + k4 (hap/r)3 cu: (3.47) k1 = 1+1,4 tg.α +5,4 tg2 α (3.48a) k2 = 0,35 – 8 tg α (3.48b) k3 = 0,6 + 8,3 tg α – 7,8 tg2 α (3.48c) k4 = 6 tg2 α (3.48d) La grinzile curbe cu sec iune constant α = 0. Valorile lui kl din rela ia 3.47 pot fi ob inute şi cu ajutorul graficilor din fig. 3.11a. Eforturile de întindere perpendiculare pe fibre se pot calcula, în zona central , prin modificarea raportului M/W printr-un factor de forma kp (kp< 0), folosind rela ia: t,90,d = kl kp 6 Map,d / b hap2 (3.49) kp k k p t,90, d = k σ 6M σ ap= k 6M bh 2 α=25 m,d = k l bh ap 2,5 α=25 0,10 α=15 α=20 α=15 0,05 α=10 α=10 1,5 α=5 α=5 α=0 1,0 0,00 0 0,1 2 bh ap 0,15 α=20 2,0 = k 6M bh 6M ap 0,2 0,2 0,4 hap/r 0,5 h /r 0 α=0 0,1 0,2 0,2 0,4 hap/r 0,5 h /r Fig. 3.11a- –Factorii Factorii flkşil şi kp k pentru diferite raze de curbur r Fig. 4.11a diferite raze de curbur r p pentru şi diferite unghiuri α unghiuri şi diferite 64 Factorul de forma kp depinde de aceeaşi parametri ca şi factorul kl şi se determina cu rela ia: kp = k5 + k6 (hap/r) + k7(hap/r)2 (3.50a) cu: k5 = 0,2 tg α (3.50b) k6 = 0,25 – 1,5 tg α + 2,6 tg2 α (3.50c) k7 = 2,1 tg α - 4 tg2 α (3.50d) Valorile coeficientului kp pot fi determinate şi folosind graficele din fig.3.11.a. La grinzile din scânduri încleiate pe lâng eforturile provenite din încovoiere trebuie s se ia în considerare încovoierea scândurilor în timpul fabric rii elementelor. Aceste eforturi trebuiesc luate în considerare prin reducerea rezisten ei de calcul a elementului cu un coeficient de curbur kr. Coeficientul de curbur kr are valorile: - 1.0 , pentru rin /t ≥240 (3.51a) - 0,76 +0,001 rin /t , pentru rin /t <240 (3.51b) unde: t - grosimea scândurilor; rin – raza interioar a grinzii. Pentru grinzile cu dubl pant , curbe şi cu intradosul curb condi iile de verificare sunt: (3.52a) m,d ≤ kr fm,d t,90,d ≤ kdis ( V0 /V)0,2 . f t,90,d (3.52b) unde: – efortul din încovoiere, determinat cu rela ia 4.67; – efortul de întindere perpendicular pe fibre, determinat cu rela ia 3.39; kr - coeficient de curbur (rel. 3.51) ; fm,d – rezisten a de calcul la încovoiere determinat cu rela ia (3.1); f t,90,d – rezisten a de calcul la întindere perpendicular pe fibre; kdist – coeficient de distribu ie a eforturilor pe sec iune func ie de tipul grinzii (tab. 3.10 ); Vo/V – raportul dintre valorile de referin (Vo = 0,01m3) şi volumul zonei solicitate real, care introduce efectul volumului solicitat asupra rezisten ei la întindere perpendicular pe fibre. Valoarea maxim a lui V este 2/3 din volumul total a grinzi (Vb). Valorile coeficientului Kdist şi a volumului V pentru diferite tipuri de grinzi sunt date în tabelul 3.10 Tabelul 3.10 Valorile factorului k dis şi a volumului V / 38 / Volumul V Tipul grinzii k dis Grinzi curbe cu sec iune constant 1.4 π b (h2ap + 2 rin h ap )/180 ≤ 2 Vb /3 Grinzi cu dubl pant 1.4 b h2ap [1-( tg α ) /4 ] ≤ 2 Vb /3 Grinzi cu intrados curb 1.7 b[(rin+ h ap)2 sin α cos α - r2inπ α/180] ≤ 2 Vb /3 m,d t,90,d S geata maxim (u m ) se poate calcula, pentru grinzi cu o pant şi dou pante, pornind de la s geata maxim ( u 0 ) pentru o grind cu în l ime constant (hs + h ap ) /2, cu rela ia: u m = ku u 0 (3.53) unde: ku - coeficient care depinde de raportul h ap / h s şi se determin din fig. 3.11 b 65 ku 1,2 (a) 1,1 1,0 0,9 0,8 (b) 0,7 1,0 1,5 2,0 h ap hs 2,5 h ap hs a) hap hs b) Fig. Fig. 3.11b4.11.b – Valoarea coeficientului ku pentru determinarea s gesiige ii - Valoarea coeficientului k u pentru determinarea maxime pentrumaxime grinzi cupentru o pantgrinzi (a), cu respectiv cu dou pante o pant (a) , respectiv (b) cu dou pante (b) . 6.4. Calculul elementelor din lemn solicitate la încovoiere oblic , conforn EUROCODE 5 Verificarea sec iunii supuse la încovoiere oblic se face prin satisfacerea urm toarelor condi ii : km ( m,x,d / fm,d ) + m,x,d / fm,d + km ( m,y,d / fm,d ≤ 1,0 (3.54) m,y,d / fm,d ) ≤ 1,0 (3.55) unde: m,x,d ; m,y,d - eforturi unitare de calcul din momentele Mx şi My pentru Wx şi Wy ; fm,d - rezisten a de clacul la încovoiere determinat cu rela ia 3.1; km – factor de combinare a rezisten elor la încovoiere care ia în considerare efectul încovoierii biaxiale. Coeficientul km are valorile 0,7 pentru sec iuni rectangulare şi 1,0 pentru alte sec iuni transversale. 7. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SEC IUNE SIMPL SOLICITATE LA FOR E AXIALE ŞI ÎNCOVOIERE (COMPRESIUNE SAU ÎNTINDERE EXCENTRIC ) Solicitarea de întindere excentric sau compresiune excentric apare în urm toarele situa ii: - la bare înc rcate cu for e axiale combinate cu for e transversale (barele t lpilor grinzilor cu z brele înc rcate cu for e între noduri, stâlpi care preiau înc rc ri din vânt, tiran i cu elemente suspendate, etc.) - la înc rc ri axiale excentrice, pondere datorit îmbin rilor ; - la bare având curburi ini iale; - la bare solicitate axial dar având sl biri nesimetrice. Calculul barelor solicitate excentric se face în sec iunea cu moment maxim (Mmax, Wef ) şi în sec iunea cu rigiditatea minim (Mef, Wmin ). 66 7.1. Calculul elementelor din lemn solicitate la compresiune cu încovoiere, conform normei EUROCODE 5 Norma EUROCOD 5 d condi iile generale de verificare func ie de coeficien ii de zvelte e şi pentru cazul încovoierii pe dou direc ii. Astfel pentru elemente la care zvelte ea dup cele dou direc ii (determinat cu rela ia 3.22). este mai mic sau egal cu 0,5 trebuie satisf cute condi iile: ( c,o,d / f c,0,d ) 2 + ( c,o,d / f c,0,d ) 2 + km m,x,d / f m,x,d + km m,y,d / f m,y,d ≤ 1 (3.56.a) / f m,x,d + m,y,d / f m,y,d ≤ 1 (3.56.b) m,x,d unde : - este efortul unitar de compresiune determinat cu rela ia 3.19; m,x,d ; m,y,d – efortul unitar de calcul la încovoiere dup axa x respectiv y; fc,o,d – rezisten a de calcul la compresiune paralel cu fibrele determinat cu rela ia 4.10; fm,x,d = fm,y,d – rezisten ele de calcul la încovoiere paralel cu fibrele determinate cu rela ia 3.1; km – coeficient care ine cont de forma sec iunii cu valoarea 0,7 pentru sec iunii rectangulare şi 1,0 pentru alte sec iuni. Pentru cazurile când nu este respectat condi iile anterioare cu privire la zvelte e în calcul trebuie luat în considerare fenomenul de flambaj iar rela iile de verificare sunt: c,0,d c,o,d / kc,x f c,0,d + c,o,d / kc,yf c,0,d + km m,x,d / f m,x,d + km m,x,d / f m,x,d + m,y,d m,y,d / f m,y,d ≤ 1 / f m,y,d ≤ 1 (3.57a) (3.47b) unde: kc,x ; kc,y – coeficien i care in cont de flambajul dup axa x respectiv y, determina i cu rela ia 3.20, luând în considerare zvelte ile relative (λrel ) determinate cu rela ia 3.22, dup cele dou axe. În cazul încovoierii pe o singur direc ie calculul se face cu rela iile 3.56 în care al treilea termen este 0. 7.2. Calculul elementelor din lemn, solicitate la întindere cu încovoiere, conform normei EUROCODE 5 Norma EUROCOD impune satisfacerea urm toarelor condi ii la întindere cu încovoiere dup dou axe: (3.58a) t,o,d / f t,0,d + m,x,d / f m,x,d + km m,y,d / f m,y,d ≤ 1 t,o,d / f t,0,d + km m,x,d / f m,x,d + m,y,d / f m,y,d ≤ 1 (3.58b) unde: – efortul unitar de întindere determinat cu rela ia 3.4; m,x,d, m,y,d – eforturi unitare din încovoiere dup axa x respectiv y; ft,0,d – rezisten a de calcul la întindere paralel cu fibrele determinat cu rela ia 3.1; fm,x,d = fm,y,d – rezisten ele de calcul la încovoiere dup axa x şi y. km – coeficient care ine cont de forma sec iunii şi are valoarea 0.7 la sec iuni rectangulare şi 1,0 la celelalte sec iuni. t,0,d 7.3. Calculul elementelor din lemn solicitate la forfecare şi întindere sau compresiune perpendicular pe fibre Normele româneşti nu fac nici o precizare privind calculul elementelor la solicitarea combinat între forfecare şi întindere sau compresiune perpendicular pe fibre. EUROCODE 5 impune satisfacerea urm toarelor condi ii: - pentru forfecare combinat cu întindere ( d / fv,d ) 2 + ( kvol t,90,d / ft,90,d ) 2 ≤ 1 - pentru forfecare combinat cu compresiune 67 (3.59a) d / fυ,d - 0,25 ( c,90,d / fc,90,d) ≤ 1 / fc,90,d ≤ 1 (3.59b) (3.59c) c,90,d unde: d; t,90,d, , c,90,d – eforturile unitare de t iere, întindere perpendicular respectiv compresiune pe fibre provenite din ac iunile exterioare; fv,d ; ft,90,d , fc,90,d – rezisten ele de calcul la forfecare, întindere respectiv compresiune perpendicular pe fibre; kvol – coeficient cu valoarea 1, la lemn masiv şi (V/Vo)0,2 , pentru elemente din lemn încleiat . 68 CAP. IV. ÎMBIN RI LA CONSTRUC IILE DIN LEMN În realizarea construc iilor în general şi a construc iilor din lemn în special exist o mul ime de factori care condi ioneaz concep ia lucr rii dintre care se pot aminti: configura ia structurii, alegerea sistemului de rezisten , dimensiunile elementelor componente şi uşurin a de punere în oper . În cazul structurilor de rezisten din lemn conceperea şi realizarea îmbin rilor dintre elemente constituie un element deosebit de important pentru comportarea în exploatare şi durabilitatea construc iei. Îmbin rile elementelor din lemn apar necesare, în primul rând, datorit formelor şi dimensiunilor în care se livreaz în mod obişnuit materialul lemnos cu ajutorul c ruia nu se pot realiza întotdeauna deschiderile necesare sau sec iunile impuse de solicit rile din elemente. Pe de alt parte la execu ia construc iilor din lemn se iveşte în mod curent necesitatea de a îmbina între ele dou sau mai multe pese care converg în acelaşi punct formând noduri. Exist la ora actual multiple sisteme de îmbin ri, adoptate la particularit ile lemnului realizate de c tre constructori şi proiectan i în decursul timpurilor având în urm toarele roluri: - realizarea unor sec iuni compuse, când sortimentul de lemn este insuficient pentru ca sec iunea simpl s preia solicit rile ( îmbin ri de solidarizare); - prelungirea elementelor de lemn, pentru realizarea lungimilor necesare (îmbin ri de prelungire); - realizarea transmiterii eforturilor între elementele de lemn când acestea fac un unghi între ele (îmbin ri în noduri sau la intersec ii). Îmbin rile sunt realizate în principal pentru a asigura transferul solicit rilor produse de ac iunile exterioare între elemente. Pentru o structur dat , selectarea unui anumit tip de îmbinare nu rezult numai din condi iile de solicitare şi de rezisten ci şi din alte condi ii cum ar fi: aspectele arhitecturale, procedeele de fabrica ie şi execu ie preferate, costul structurii, etc. Este astfel practic imposibil de a se specifica un ansamblu de reguli care s permit stabilirea celui mai bun sistem pentru un anumit tip de îmbinare. Totuşi la alegerea tipului de îmbinare trebuie s se in cont de câteva condi ii dintre care cele mai importante sunt : -sl birea minim posibil a pieselor îmbinate şi în consecin p strarea capacit ii portante a acestora; - men inerea axialit ii eforturilor din bare şi evitarea excentricit ilor care s duc la schimbarea st rii de solicitare şi la necesitatea m ririi sec iunii barelor îmbinate; -asigurarea repartiz rii uniforme a eforturilor pe barele componente ale elementelor compuse şi evitarea suprasolicit rii unor elemente ; -uniformizarea eforturilor între leg turi şi evitarea distrugeri succesive a lor prin folosirea la îmbinare a unui singur tip de leg turi şi având aceleaşi caracteristici; -frac ionarea elementelor de transmitere a eforturilor , asigurându-se un num r mai mare de sec iuni de lucru şi prin urmare evitarea efectelor negative a unor eventuale defecte ale lemnului; -evitarea efectelor defavorabile ale contrac iei şi umfl rii precum şi a fenomenelor de biodegradare ( prin stagnarea apei, aerisire insuficient , etc.); -corelarea tipului de îmbinare cu produsul şi materialul lemnos folosit (lemn rotund, lemn ecarisat sub form de grinzi, dulapi sau scândur , etc.) şi a mediului de folosire (interior, exterior, etc.); -alegerea tipurilor de îmbinare care se preteaz la o execu ie mecanizat , uşor de montat şi între inut, care permit controlul tehnic pe parcursul execu iei şi în exploatare. 1. CLASIFICAREA ÎMBIN RILOR Posibilit ile multiple de realizare a îmbin rilor impun o gam mare de parametri care pot fi lua i în considerare la clasificarea lor. Totuşi o grupare a acestor parametri arat ca principale criterii de clasificare urm toarele: 69 - rolul pe care îl au în construc ie; - mijloacele de îmbinare şi natura solicit rilor la care sunt supuse; - deforma iile ini iale şi în timp care se produc în îmbinare; - modul de execu ie. Dup rolul pe care îl au, îmbin rile se pot clasifica în: - îmbin ri de prelungire, folosite în zone cu eforturi de compresiune sau întindere şi care pot transmite eforturi de care trebuie s se in seama (îmbin ri în zone întinse) sau pot avea rolul de asigurare a stabilit ii relative a elementelor (îmbin ri de prelungire a barelor comprimate), eforturile pe care le transmit fiind mici şi în general nu se ine seama de ele în calcul; - îmbin ri de solidarizare (de rezisten ), dimensionate pe baz de calcul la eforturile pe care le transmit, care au ca principal scop m rirea dimensiunilor sec iunilor transversale ale elementelor; - îmbin ri în noduri, între elemente care fac un unghi α între ele, asigurând transmiterea eforturilor între elemente. Dup mijloacele de îmbinare şi natura solicit rilor la care sunt supuse, atât îmbin rile cât şi elementele îmbinate, exist : - îmbin ri prin chertare, frontal sau lateral , solicitate la strivire şi forfecare, şi care asigur transmiterea eforturilor de la o pies la alta, direct pe suprafa a de contact dintre cele dou elemente; -îmbin ri cu pene rigide (prismatice, inelare netede, inelare cu din i sau cu gheare) solicitate la strivire şi forfecare; - îmbin ri cu pene lamelare flexibile (din o el, mase plastice, lemn,) solicitate în principal la încovoiere iar piesele îmbinate la strivire; - îmbin ri cu tije cilindrice (dornuri, cuie, buloane, şuruburi, etc.) solicitate la încovoiere iar piesele îmbinate la strivire; - îmbin ri cu piese metalice (tiran i, juguri, elemente de reazem, articula ii, etc.) care preiau diferite solicit ri sau asigur leg turile de siguran ; - îmbin ri folosind cuie sau şuruburi pentru lemn, solicitate la smulgere; - îmbin ri încleiate, care lucreaz , în principal la forfecare. Dup deforma iile ini iale şi în timp îmbin rile pot fi: - îmbin ri prin p suire, f r piese de leg tur , cu deforma ii ini iale mari (pân la realizarea unui contact direct între suprafe ele pieselor) şi creştere mic în timp, care transmit eforturile direct prin suprafa a de contact între elemente; - îmbin ri nep suite (cuie, buloane, pl cu e metalice, etc.), cu deforma ii ini iale mici dar care cresc mult în timp. Dup modul de execu ie îmbin rile pot fi demontabile sau nedemontabile, cu execu ie pe şantier sau în unit i specializate. Norma EUROCODE 5 defineşte urm toarele tipuri de îmbin ri: Tipul A - îmbin ri prin contact lemn pe lemn, îmbin ri numite ,, tradi ionale”; Tipul B - îmbin ri cu elemente de leg tur sub form de tije (cuie, şuruburi, buloane, dornuri), elemente de asamblare (inele, crampoane) şi conectori cu din i, denumite de multe ori îmbin ri ,,mecanice”; Tipul C – îmbin ri încleiate. În practic pot fi folosite şi îmbin ri combinate de tipul A şi B. Îmbin rile ,,tradi ionale” cuprind o multitudine de forme dintre care cele mai des întâlnite sunt cele prin chertare, cu piesele de îmbinare aşezate în prelungire, dispuse perpendicular sau sub un anumit unghi α . Îmbin rile ,,mecanice” sunt realizate sub un num r mare de tipuri func ie de elementele de îmbinare folosite sau de sistemul de îmbinare. Func ie de modul cum transmit eforturile între piesele îmbinate elementele de îmbinare pot fi împ r ite în dou grupe şi anume: - elemente sub form de tije cilindrice (cuie, dornuri, buloane, şuruburi, etc) la care comportarea la încovoiere condi ioneaz transmiterea eforturilor iar cedarea îmbin ri se poate realiza prin strivire local , forfecarea lemnului sau formarea unor articula ii plastice; - elemente metalice (pene inelare, crampoane, conectori metalici, etc) care transfer transfer eforturile de la o pies la alta prin antrenarea capacit ii portante a lemnului de pe o zon situat , în general, la suprafa a elementelor. 70 În ultimul timp s-a dezvoltat un nou tip de îmbinare mecanic folosind tije încleiate. 2. CALCULUL ŞI ALC TUIREA ÎMBIN RILOR EXECUTATE PRIN CHERTARE ( ÎMBIN RI TRADI IONALE ) La îmbin rile prin chertare transferul eforturilor de la o pies la alta se produce prin contactul direct pe suprafa a de asamblare. Piesele îmbinate prin chertare sunt men inute în pozi ia corect de îmbinare prin elemente de prindere (buloane, cuie, scoabe, eclise laterale, etc.). În calculul îmbin rii nu se ine seama de eforturile care ar putea fi preluate de elementele de prindere dar trebuie s se in seama de sl birile de sec iune produse de aceste elemente. 2.1 Îmbin ri prin chertare la piese dispuse în prelungire Aceste îmbin ri se realizeaz între dou piese din lemn situate în acelaşi plan, chertate simetric şi se folosesc la elemente solicitate la compresiune ( fig. 4.1). Eforturile de compresiune sunt transferate prin suprafa a de contact (Ac). Elementele suplimentare folosite la îmbinare (eclise, buloane, scoabe, zban uri, etc.) nu preiau eforturi sau preiau eforturile reduse de întindere, atunci când îmbinarea este supus şi la momente încovoietoare situa ie în care elementele se dimensioneaz la aceste eforturi. Verificarea îmbin rii const într-un calcul asem n tor cu verificarea elementelor comprimate paralel cu fibrele dar în mod curent capacitatea portant este satisf cut deoarece Rstrc = Rcc. 2.2 Îmbin ri prin chertare la piese dispuse perpendicular Îmbin rile prin chertare la piese dispuse perpendicular se folosesc la rezemarea grinzilor pe stâlpi (fig.4.2. a,b,c), a stâlpilor şi popilor pe t lpi de reazem sau grinzi (fig.4.2.e,g,h), a grinzilor pe alte grinzi (fig.4.2.j) precum şi la rezemarea subgrinzilor de la nodurile fermelor cu z brele pe cosoroabe (fig.4.2.f). Stabilitatea îmbin rii la deplas ri laterale se asigur cu cepuri (fig.4.2.a,c,i), scoabe (fig.4.2.b), piese metalice (fig.4.2.g,h) sau prin modul de realizare a chert rii (fig.4.2.i). La grinzile rotunde care se reazem pe stâlpi chertarea de rezemare trebuie s fie realizat cu teşitur (fig.4.2c). Transmiterea eforturilor pe suprafa a de contact dintre cele dou elemente se face prin compresiune perpendicular pe fibre (strivire) la grind , talp , subgrind , etc. şi în lungul fibrelor la stâlpi şi popi. Capacitatea portant a îmbin rilor la elementele amplasate perpendicular este dat de rela ia: Qr i = R cc L . Ac . mT,c . mr (4.1 ) unde: RcLc – rezisten a de calcul la compresiune perpendicular pe fibre; Ac - aria de contact între cele dou elemente (aria reazemului); în cazul îmbin rilor cu cep la calculul ariei de contact se va sc dea aria cepului; mT,c – coeficient care ine seama de tratarea lemnului; mr - coeficient de reazem, cu valoarea curent de 1,6. Dac Qr i < Qef, pentru a nu m ri dimensiunile elementului vertical se pot adopta urm toarele solu ii: - elementul de desc rcare (talpa) se poate realiza din lemn de rezisten mare (lemn de foioase); - m rirea ariei de contact prin dispunerea unor sabo i sau a unor cutii metalice. 71 Sabo ii se fixeaz împotriva deplas rilor laterale, prin buloane dispuse în g uri realizate cu sec iune oval astfel încât transmiterea efortului s se fac pe suprafa a de strivire şi nu prin buloane. În anumite cazuri pot ap rea în practic îmbin ri, având piesele dispuse perpendicular ( îmbin ri între grinzi şi pere i, între grinzi şi stâlpi şi între grinzi) care se realizeaz prin chertarea unei piese la cap t sub form de lamb şi cu un uluc la cealalt pies . 2 1 4 Ac Ac a) b) (0,10-0,15)h Ac d/2 6 2d 6 (2,0 - 2,5) h 3 Ac Ac Ac b) 5 h d c) d) Fig.Fig. 5.14.1 - Îmbinãri deprelungire prelungire realizate prin chertare – Îmbin ri de realizate prin chertare a) solidarizate cu scoabe ; b) solidarizate cu eclise ; c) - solidarizate cu a) – solidarizate cu scoabe; b) – solidarizate cu eclise; c) – solidarizate cu buloane; buloane ; d) - solidarizate cu zban uri . d) – solidarizate cu zban uri. 1- scoabe ; 2 - eclise metalice ; 3 - eclise de lemn ; 4 - cuie ; 5 - zban uri ; 1 – scoabe; 2 – eclise metalice; 3 – eclise de lemn; 4 – cuie; 5 – zban uri; 6 - buloane 6 - buloane . 72 5...10mm ht h b) 3 Achr = c x h - a x b 2 4 e d Achr = e - a x b 4 5 2 15...20mm h+h≤d1 / 2 a 1 h hc 2 c h b ^ 2 2 b c 1 c 3 4 h1 a) d d1 h1 4) c a = ( 1/3 ...1/ b = ( 1/4...1/3) h 3 1 1 h hc = a h 5...10mm 1 d h + h d /2 a = ( 1/4...1/3) c b = ( 1/3...1/4) d c e c) 8 12 e) d) 9 2 6a g) 10 2 2 a 6 h) 5 7 7 11 5 13 f) 2 2 3 5 2 5 (1) 3 1 1 1 j) 1 i) 5 (1) Fig. 4.2 -– Îmbin Îmbin ri prin chertare la piese dispuse perpendicular Fig. 5.2 ri prin chertare la piese dispuse perpendicular a) – stâlp-grind cu cep; b) – stâlp-grind cu scoabe; c) – stâlp-grind a) - stâlp-grind cu cep ; b) - stâlp-grind cu scoabe ; c) - stâlp-grind cu cep lemn rotund; d) – stâlp-grind lemn rotund chertat; e) – stâlp-talp cuscoabe; cep lemn rotund ; d) - stâlp-grind rotund cu chertat cu f) – nod reazem ferm cu z brele; g)lemn – stâlp-talp sabo i;; e) - stâlp-talp stâlp-talp cu scoabe ; f) nod reazem ferm cu z brele ; g) cu sabo i ; h) – stâlp-talp cu cutie; i) – stâlp-talp cu cep; j) – grind -grind . stâlp-talp stâlp-talp cu cep ; j) grind -grind . h) cu cutie ; i) 1 – grind ; 2 – stâlp; 3 – cep; 4 – scoabe; 5 – talp ; 6 – sabo i; 7 – cutie; grind ; 2 - stâlp 4 - scoabe ; 5 ;-10 talp ; 6 - sabo i ; 7 - cutie ; 81– -talp superioar ferm; ;39 -–cep talp ; inferioar ferm – subgrind ; 11 ; 12 – bulon; 13 - cuie 8 –- cosoroab talp superioar ferm ; 9 - talp inferioar ferm ; 10 - subgrind ; 11 - cosoroabã ; 12 - bulon ; 13. - cuie . Tradi ional exist îmbin ri cu lamb central , atunci când piesele care se îmbin au în l ime egal sau lamb aşezat la partea de jos a piesei, la îmbinarea pieselor de în l imi diferite (fig.4.3). La grinzi ulucul se realizeaz în axa elementului sau în zona comprimat iar la calcul se ine seama de sl birea sec iunii. Lamba are o lungime de 40…60 mm iar în l imea he poate fi egal cu în l imea elementului. Pentru aceast situa ie normele EUROCODE 5 impun verificarea capacit ii portante la compresiune perpendicular pe fibre şi a capacit ii portante la forfecare perpendicular pe fibre. 73 h he h Vd 40..60 mm b a) h h he e Vd 40..60 mm b b) Fig. 5.3de- Modul dearealizare Fig. 4.3 – Modul realizare chert riialachert îmbinriirilacuîmbin lamb rişicu uluc lambcentral şi uluc; b) – lamb inferioar a) – lamb a) - lamb central ; b) - lamb inferioar . Verificarea la compresiune perpendicular pe fibre se face cu rela ia: c,90,d = Vd / b l ≤ kc,90 . fc,90,d (4.2) unde: c,90,d - efortul de compresiune perpendicular pe fibre; Vd – for a t ietoare ; b l - aria de strivire; fc,90,d – rezisten a de calcul la compresiune perpendicular pe fibre, kc,90 – coeficient care ine cont de modul de rezemare; în mod curent se poate adopta valoarea 1,0. Pentru verificarea forfec rii perpendiculare pe fibre se foloseşte rela ia: d = 1,5 Vd / b he ≤ kv fv,d (4.3) unde: Vd – for a t ietoare ; b he – aria de forfecare; fv,d – rezisten de calcul la forfecare perpendicular pe fibre; kv – coeficient care depinde de geometria îmbin rii şi se determin func ie de în l imea grinzi (h), în l imea lambei (he) şi de distan a x. Pentru lamb situat la partea inferioar a grinzi kv = 1,0 iar în cazul cu lamb central central EUROCODE 5 impune valoarea: 1 kv = min 5 / [√ h (√ he ( 1- he /h ) /h ) + 0.8 x √h/ he – (he /h) 2 / h] (4.4) 2.3 Îmbin ri prin chertare la piese dispuse sub un unghi α Îmbinarea prin chertare a dou piese amplasate sub un anumit unghi α asigur transmiterea eforturilor de compresiune prin contactul pe suprafa a frontal a îmbin rii. La aceast îmbinare apar de 74 asemenea eforturi de t iere. Acest tip de îmbinare se realizeaz între talpa inferioar a grinzilor cu z brele şi diagonale sau talpa superioar precum şi între arbaretrieri şi grinzi. hs hs lp β/ 2 a 30 hc hi hc a 30 hi 90 β/ 2 lp a) b) h s hs/2 2 hs/ h s /2 hs hs/2 90 hi hc1 hc2 lp1 90 a 30 90 a 30 hc1 hc2 90 l p2 hi lp1 l p2 c) h s b d) cãlcâi α 90 α h hc hc 90 lp b e) f) Fig. 4.4 Îmbin ri prin chertare la piese amplasate sub un unghi ∝ a) şi b) frontal cu prag simplu; c) ;şic)d)şi–d) chertare frontal a) –şichertare b) - chertare frontal cu prag simplu - chertare frontal b) cu cu prag dublu; e) – chertare cu prag în spate; f) – îmbin ri cu prag dublu ; e) - chertare cu prag în spate ; f) - îmbin ri cuc clcâi lcâi. În func ie de m rimea solicit rilor şi de dimensiunile pieselor componente îmbin rile se pot realiza cu chertare frontal având un prag (fig. 4.4.a,b) sau dou praguri (fig. 4.4.c,d) sau sub form de îmbinare cu chertare cu prag în spate (fig. 4.4.e). Este recomandat folosirea îmbin rii cu prag frontal simplu deoarece folosirea îmbin rilor cu prag dublu şi cu prag în spate necesit o realizare foarte precis . La grinzile cu z brele se mai pot realiza şi alte variante de îmbin ri prin chertare, între elementele care se întâlnesc sub un anumit unghi şi anume: - îmbin ri folosind un c lcâi, la nodurile intermediare (fig. 4.4.f); - îmbin ri duble consolidate cu eclise la fermele având talpa superioar realizat din dou elemente şi talpa inferioar dintr-un element. Pentru optimizarea lucrului îmbin rii, t ierea pragurilor se realizeaz func ie de unghiul α dintre cele dou elemente şi anume: - pentru α < 30º t ierea se face perpendicular pe elementul comprimat; - pentru α ≥ 30º t ierea se realizeaz dup bisectoarea unghiului exterior dintre cele dou piese ( fig. 4.4.b,d). Pentru îmbinarea cu prag în spate t ierea se realizeaz perpendicular pe axa longitudinal a elementului comprimat. În l imea pragului (adâncimea chert rii) hc, la îmbin ri cu prag simplu şi hc1 la îmbin ri cu prag dublu trebuie s fie : - minim 2 cm la grinzile ecarisate, respectiv minim 3 cm la grinzile din lemn rotund; 75 - maxim hi / 3 la nodurile de reazem ale grinzilor cu z brele; - maxim hi / 4 la nodurile intermediare ale grinzilor cu z brele şi la elemente cu grosime mai mic de 8 cm. În l imea celui de al doilea prag hc2 trebuie s fie cel pu in hc1+ 2 cm dar maxim hi/3, respectiv hi / 4 în condi iile de la chertarea cu prag simplu. Lungimea real a pragurilor de forfecare (lp1 respectiv lp2 ) trebuie s fie ≥ 10 hc1 respectiv 10 hc,2 ; ≥ 2h ; ≥ 20 cm. Normele EUROCODE 5 impun, în cazul chert rii cu prag dublu, condi ia ca adâncimea de chertare a primului prag (hc1 ) s fie mai mic decât hc2 – 10 mm şi mai mic decât 0,8 hc2 . La nodurile intermediare ale grinzilor cu z brele se poate adopta şi solu ia transmiterii eforturilor din diagonalele comprimate prin intermediul unei îmbin ri cu c lcâi (fig. 4.4.f) Îmbin rile prin chertare sunt men inute în pozi ie cu ajutorul buloanelor de prindere (fig. 4.5) sau cu ajutorul ecliselor laterale. În trecut acest lucru se realiza şi cu ajutorul unui cep central. Buloanele de solidarizare se amplaseaz perpendicular pe talpa superioar , atunci când α < 30º şi perpendicular pe teşitur , când α ≥ 30º. Diametrul buloanelor rezult din calcul şi va fi minimum 12mm şi minimum 1/25 din lungimea lor. La nodurile de cap t a grinzilor cu z brele se pot folosi subgrinzi care reazem pe centuri sau pe cosoroabe. Centrarea nodului se recomand s fie f cut dup axa sec iunii nete a t lpi inferioare (fig. 4.5.b). Capacitatea portant a îmbin rii depinde de unghiul α, de adâncimea de chertare hc şi de lungimea pragului de forfecare lp iar calculul trebuie s ia în considerare: - capacitatea portant la strivire pe suprafa a de contact; - capacitatea portant a pragului la forfecare; - capacitatea portant a elementului întins în sec iunea sl bit prin chertare; - verificarea buloanelor de solidarizare. Nc 1 3 lp hc T a a h α 90 2 4 6 7 5 c a) 1 3 lp2 Nc lp1 T h hc2 hc1 α 2 V 4 6 5 7 c b) Fig.Fig. 5.5 5.5 - Alc tuirea nodurilor grinzilor z brele – Alc tuirea nodurilorde de cap ttaagrinzilor cucu z brele îmbinarecu cuprag prag simplu simplu;; b) –b)îmbinare cu prag dublu. a)a)- –îmbinare - îmbinare cu prag dublu . 1 –1talp - talpsuperioar superioar; 2; 2– -talp talp inferioar inferioar , ;33– -bulon; bulon 4; 4– -subgrind subgrind ; ; 5 – cosoroab cuie; 7bitu – carton ; 6 - cuie ;;76 -–carton 5 - cosoroab mat . bitumat 76 a. Capacitatea portant la strivire pe suprafa a de contact Norma EUROCODE 5 impune verificarea la strivire cu rela ia : c,α,d < fc,0,d / ( fc,0,d sin2 α / fc,90,d + cos2 α) (4.5b) unde: fc,0,d ; fc,90,d – rezisten ele de calcul la compresiune paralel cu fibrele respectiv perpendicular pe fibre; α – unghi cu semnifica ia unghiului din rela ia 4.5.a; c,α,d – efortul de compresiune pe suprafa a de contact. Când taierease face dupa bisectoarea unghiului efortul de compresiune pe suprafa a de contact ( c,α,d) se determin : - pentru chertare dup bisectoarea unghiului exterior dintre cele dou elemente: c,α,d - = Fd cos2( /2) / bef tr pentru chertare perpendicular pe axa elementului înclinat c,α,d unde: (4.5.c) = Fd cos / bef tr (4.5.d) – unghiul dintre cele dou elemente (unghiul α din fig. 4.4 ) ; Fd – for a axial de compresiune; bef , tr - l imea respectiv adâncimea pragului de forfecare. b. Capacitatea portant la forfecare Conform EUROCODE 5 verificarea la forfecare se face luând în considerare condi ia: (4.7.b) d ≤ fv,d unde: d = Fd cos / bef lv – efortul de forfecare dat de for a de compresiune; fv,d – rezisten a de calcul la forfecare a lemnului; lv - lungimea pragului de forfecare. La îmbinarea frontal cu prag dublu, capacitatea portant a pragurilor la forfecare se stabileşte pentru fiecare prag în parte astfel: Fr,1 = 0,7 Rcf, II . Af, 1. mT,f / mf,1 Fr,2 = Rcf ,II. Af ,2 . mT,f / mf,2 (4.8) (4.9) unde: Af ,1= b lp,1 ; Af ,2 = b lp,2 – ariile de forfecare ale celor dou praguri; mT, f ; mf ; Rcf, II - au semnifica iile din rela ia 4.7a. For ele efective de forfecare care ac ioneaz asupra pragurilor, cu care se compar capacitatea portant , se stabilesc ca fiind proiec ii ale for elor de strivire pe direc ia pragurilor de forfecare şi au valorile: - la îmbinarea frontal cu prag simplu Fef = Nc ef .. cos α (4.10) - la îmbinarea frontal cu prag dublu Fef 1 = Nc ef 1 . cos α (4.11.a) F ef 2 = Nc ef 2 . cos α (4.11.b) unde: Nc ef – solicitarea de calcul care ac ioneaz perpendicular pe prag; Nc ef, 1 = Nc,ef . As 1 / ( As 1 + As 2 ) - solicitarea de calcul aferent primului prag; α - unghiul dintre cele dou elemente îmbinate; As 1 , As 2 – aria de strivire a primului, respectiv al celui de-al doilea prag. c. Verificarea buloanelor de solidarizare se face cu rela ia: 77 Nef bulon ≤ nb Ncap bulon (4.12) unde : Nef bulon = Nc tg (60˚ - α ) – este efortul axial din bulonul de solidarizare; Ncap bulon = Anet. Ro t. m0 - este capacitatea portant a bulonului de solidarizare; Anet – aria net a bulonului în sec iunea filetat ; Ro,t – rezisten a de calcul a o elului la întindere (STAS 10108 – 94); m0 = 0,6 – coeficient de lucru a bulonului în îmbinare; nb – num rul de buloane. În situa ia unui nod marginal (fig.4.2f), când desc rcarea t lpii se face pe o pies de reazem din lemn (cosoroab ) prin intermediul unei subgrinzi, se determin : - rezisten a la strivire pe suprafa a de contact ; - num rul de cuie necesare prinderii subgrinzi de talp .. Verificarea la strivire se face cu rela ia: Vef ≤ Qr (4.13) unde: Vef – reac iunea vertical în îmbinare; Qr – capacitatea la strivire perpendicular pe fibre. Num rul de cuie se determin cu rela ia: n = L / 1,2 La unde: (4.14) L = Nef bulon sin α - componenta orizontal a efortului din bulonul de solidarizare; La – capacitatea portant minim a unei tije. 78 CAP.V PROTEC IA ŞI CONSOLIDAREA ELEMENTELOR DIN LEMN 1. AGEN I DE DEGRADARE A LEMNULUI Existen a construc iilor din lemn, uneori cu vechimi de sute de ani, ar t c deşi lemnul este un produs natural în condi ii optime de exploatare poate dura o perioad foarte lung de timp f r degrad ri notabile. Pentru a identifica m surile preventive şi curative în vederea înl tur rii riscurilor în activitatea de proiectare ini ial sau pentru reabilitarea structurilor din lemn un rol important revine evalu rii factorilor care pot produce respectiv au produs degrad ri (totale sau par iale) cu efecte asupra structurii. Exist o gam larg de ac iuni şi factori, lega i în principal de condi iile de exploatare dar şi ap ru i suplimentar în via a construc iilor, care influen eaz durabilitatea lemnului şi degradarea sa. Viteza de producere a degrad rilor şi implicit durabilitatea lemnului pot fi controlate prin concep ia elementelor şi modul de folosire a lemnului, existând în acest sens mai multe direc ii principale în care trebuie s se ac ioneze şi anume: - concepera şi studiul detaliilor astfel încât s se evite pe cât posibil umezirea lemnului , situa iile de umiditate ridicat sau sursele punctuale de umiditate; - evitarea sta ion rii apei în anumite zone (îmbin ri, reazeme, etc.); - asigurarea unei ventila ii corespunz toare a lemnului pentru evacu rea rapid a apei atunci când este imposibil de a se evita o umezire temporar ; - selectarea tipului de lemn cu o durabilitate natural în concordan cu mediul de utilizare; - realizarea unui tratament ini ial şi în timp adecvat pentru conservarea a lemnului. Din ansamblul de factori care duc la degradare rolul cel mai important revine agen ilor lega i de condi iile de serviciu. peste care se pot suprapun factori suplimentari ap ru i în via a construc iilor (cutremure, temperaturi înalte şi foc, modific ri de func iuni, înc rc ri suplimentare etc.) . Lemnul este expus, deasemenea ac iunii agen iilor biologici xilofagi (ciuperci, insecte) şi a agen iilor termici (foc). 1.1 Ac iunea umidit ii Umiditatea reprezint principalul factor care influen eaz asupra tuturor caracteristicilor fizico - mecanice ale lemnului şi implicit asupra durabilit ii sale în timp prin favorizarea dezvolt rii agen ilor de degradare biologic . În cazul structurilor umiditatea are un efect important şi asupra elementelor metalice folosite la îmbin ri. Este foarte important ca lemnul pus în oper s aib o umiditate apropiat de umiditatea de echilibru estimat iar varia iile de umiditate în timp s fie cât mai limitate. Ne satisfacerea acestor condi ii duce în timp la apari ia unor cr p turi sau fisuri provenite din contrac ie care creaz condi ii pentru penetra ia de apei, a sporilor de ciuperci, a larvelor de insecte şi favorizeaz în final degrad rile. Concep ia structurilor din lemn trebuie s aib în vedere pe lâng efectul condi iilor mediului ambiant de exploatare asupra umidit ii lemnului si alte situa ii care pot provoca o creştere important a umidit ii lemnului cum ar fi: - contactul dintre lemn şi sol sau între lemn şi alte p r i ale construc iei (zid rie, elemente din beton, etc.); - prezen a lemnului într-o atmosfer cald şi umed cum ar fi de exemplu zonele slab ventilate în care debuşeaz conductele de evacuare de la ventila ile mecanice controlate; - condensarea vaporilor în interiorul elementelor (pere i, planşee); - acumularea important a z pezii în anumite zone şi infiltra iile de ap de la zonele umede (duşuri, s li de baie, buc t rii); - p trunderea apei în lemn, în timpul depozit rii pe şantier sau în timpul mont rii elementelor, înainte de a se realiza acoperirea construc iei. Întrucât penetra ia mare a apei în lemn se face dup direc ia fibrelor este foarte important s se asigure o protec ie a extremit ilor prin men inerea acestora la o anumit distan de zona umed , astfel încât s se evite o absorb ie prin capilaritate sau tratarea lor cu diferite substan e şi protec ii care opresc ascensiunea umidit ii. 79 În ceea ce priveşte nivelul de expunere la umiditate normele EUROCOD 5 şi normele na ionale diferen iaz 3 clase de serviciu şi 5 clase de risc. Normele Europene EN 335-1 referitoare la ,,Durabilitatea lemnului şi a materialelor din derivate din lemn. Defini ia claselor de riscuri la atacurile biologice - Generalit i” şi norma na ional SR EN 335-1 definesc urm toarele clase de risc: Clasa de risc 1 – Situa ii în care lemnul sau produsele din lemn sunt la ad post, acoperite, protejate în totalitate de intemperii şi ferite de toate posibilit ile de umezire; Clasa de risc 2 - Situa ii în care lemnul sau produsele de lemn sunt la ad post, acoperite, protejate în totalitate de intemperii dar unde umiditatea ridicat a mediului poate duce la o umezire ocazional dar nepersistent ; Clasa de risc 3 - Situa ii în care lemnul sau produsele pe baz de lemn sunt la exterior, nead postite dar nu sunt în contact cu solul dar ele pot fi continuu expuse la intemperii sau poat fi protejate de intemperii dar expuse unei umeziri frecvente; Clasa de risc 4 – Situa ii în care lemnul sau produsele pe baz de lemn sunt în contact cu solul sau apa dulce fiind expuse în permanen la umezeal ; Clasa de risc 5 – Situa ii în care lemnul sau produsele pe baz de lemn sunt expuse în permanen la ap s rat . Clasa 1 şi 2 necesit un nivel de durabilitate natural redus şi tratamente relativ simple. Clasele 3, 4, 5 corespund riscului cel mai mare cu privire la atacul biologic şi necesit m suri care s men in piesele, pe cât posibil, în clasa de risc cea mai redus . Conform normei /45 / lemnul este supus la patru grade de risc de biodegradare şi anume: Gradul 1 – lemnul utilizat în interiorul construc iilor, unde nu exist pericolul de umezire care s favorizeze instalarea şi dezvoltarea ciupercilor xilofage (lemn utilizat la amenaj ri interioare, sc ri interioare, grinzi şi stâlpi aparen i, parchet); Gradul 2 - lemn utilizat la construc ii acolo unde sunt condi ii minime de degradare sub atacul ciupercilor xilofage (lemn utilizat la elemente sub acoperiş: c priori, grinzi, stâlpi, asterial , şipci, pere i interiori); Gradul 3 - lemn utilizat în construc ii cu risc de biodegradare de c tre ciupercile xilofage, în situa ii în care umiditatea acestuia poate atinge valoarea de 30% şi alternarea umezirii cu uscarea (lemn utilizat la elemente de construc ii exterioare: lambriuri exterioare, rame, traverse şi montan i pentru panourile de pere i exteriori, pereti din lemn rotund sau ecarisat, sc ri exterioare, balcoane, balustrade, etc. ); Gadul 4 - lemn utilizat în construc ii în condi ii favorabile de biodegradare care este în permanent contact cu solul (pilo i pentru funda ii, t lpi inferioare pe p mânt sau pe socluri de zid rie, grinzi, traverse şi rame de panouri de pardoseal ) sau care este permanent expus intemperiilor f r a fi finisat peliculogen (şi e şi şindrile de acoperiş). Posibilitatea apari iei agen iilor biologici de degradare, func ie de situa ia lemnului este dat în tabelul 1.1 (conform SR EN 335-1) şi în tabelul 7.1 (conform /45/) Tabelul 7.1 Condi iile apari iei agen iilor biologici (/45/) Clasa de risc Domeni de utilizare a Condi ii de Apari ia agen ilor biologici lemnului expunere la Ciuperci Insecte umezire 1 2 3 4 5 F r contact cu solul, sub ad post F r contact cu solul, sub ad post, cu risc de umezire F r contact cu solul, neacoperit În contact cu solul sau cu apa dulce În apa s rat Nu - Da Ocazional Da Da Frecvent Da Da Permanent Da Da Permanent Da Da 80 1.2 Ac iunea agen iilor biologici Lemnul este susceptibil de a fi atacat în principal de dou tipuri de agen i biologici (insecte şi ciuperci) dar în situa ii particulare poate fi atacat şi de organisme maritime. Atacul ciupercilor este condi ionat de prezen a umidit ii pe când toate tipurile de lemn pot fi atacate de insecte. Pentru fiecare situa ie de folosire şi amplasare a lemnului este necesar de a se evalua riscul în func ie de esen a lemnului şi de locul de lucru a lemnului în cadrul construc iei (tabelul 7.1). În func ie de clasa de risc evaluat se iau m surile preventive şi de protec ie adecvate. a) Ac iunea ciupercilor. Exist o gam mare de ciuperci capabile s atace lemnul, atunci când exist condi ii favorabile legate în principal de prezen a apei şi a oxigenului. Dezvoltarea ciupercilor se produce atunci când umiditatea lemnului dep şeşte 20% şi uneori în cazul absen ei luminii, slabei ventila ii şi în mediu alcalin. Exist ciuperci care provoac putrezirea lemnului din p dure sau din depozit denumite ciuperci de depozit şi ciuperci de cas cum sunt: Stereum, Leuzites şi Paniophora. Cea mai periculoas grup de ciuperci este cea care provoac putrezirea lemnului de construc ie din care fac parte: Merulius lacrymans, Polyporus vaporarius, Coniophora cerebella, Panillus aqueruntius, Leutinus aquamosus. Se prezint în continuare câteva aspecte referitoare atacul principalelor ciuperci. Stereum atac în principal r şinoasele dar şi unele foioase dup t iere sau pe şantier când sunt supuse intemperiilor. Ea este semnalizat în sec iune transversal printr-o pat de culoare de m rime variabil şi situat aproximativ în centrul sec iunii (,,inim roşie” la fag). Propriet ile mecanice se diminueaz rapid şi lemnul atacat nu se foloseşte la structuri. Merulius lacrymans(buretele de cas ) atac în principal r şinoasele şi se dezvolt la o temperatur de 15…30ºC când umiditatea lemnului dep şite 20%. În prima faz apare sub form de fâşii albe şi gri la suprafa a iar apoi p trunde în adâncime producând cr p turi numeroase în sensul fibrelor şi perpendicular pe acestea. Lemnul se descompune în mici paralelipipede şi prinde o culoare uşor galbene. În stare înaintat de putrezire lemnul se taie uşor, iar când este uscat devine casant putând fi uşor strivit între degete şi transformat într-un praf c r miziu. Polyporus vaporarius (buretele alb de cas ) se întâlneşte sub diferite forme şi atac mai ales foioasele provocând o putrezire uscat şi fibroas . În prima faz atacul apare sub form de pat albicioas iar dup ce ciuperca îmb trâneşte cap t un aspect castaniu. Atacul este asem n tor cu cel produs de merulius dar este mai pu in virulent deoarece ciuperca necesit o mare cantitate de ap . Datorit locului unde se manifest ciuperca mai poart denumirea de buretele de beci. Coniophora cerebella este o ciuperc care se întâlneşte sub forme de pojghi e, esuturi pufoase sau gelatinoase.Aceast ciuperc denumit şi ,,ciuperca beciurilor” ac ioneaz asem n tor cu merulius atacând lemnul cu umiditate foarte mare (de obicei peste 40%). Lemnul distrus se prezint ca perforat şi în compara ie cu lemnul atacat de merulius sau polyporus este mult mai închis la culoare şi cu mai pu ine cr p turi longitudinale şi transversale. Evolu ia s se poat stopa prin reducerea umidit ii. b) Ac iunea insectelor. Ac iunea şi riscul atacului insectelor asupra lemnului variaz foarte mult func ie de condi iile de temperatur . Activitatea insectelor este favorizat de temperatura ridicat care permite dezvoltarea şi reproduc ia lor iar atacul se produce, în mod obişnuit asupra lemnul uscat dar exist şi insecte care pot tolera un anumit procentaj de umiditate. Pentru a se realiza un tratament preventiv sau curativ adecvat împotriva fiec rei specii de insecte este necesar s se cunoasc condi iile de via şi de dezvoltare a lor şi dauna care o pot cauza. Principalele insecte care atac lemnul de r şinoase sunt: xiloterus lineatus, sirex gigas, anobium domesticum, camponotus herculeanus, camponotus ligniperda, hylecoetes dermestoides, hylotrupes bajulus. Xiloterus lineatus (cariul de p dure al lemnului de r şinoase), este o insect care atac toate seciile r şinoase. Femela sap ini ial o galerie în trunchiul arborelui, urm rind aproape direc ia razelor iar din aceast galerie o serie de ramifica ii dispuse în acelaşi plan şi având acelaşi diametru, în care 81 depune ou le. Larvele prelungesc cavit ile galeriilor se hr nesc cu seva lemnului din pere ii acestor galerii şi cu miceliile unei ciuperci (Ambrosia) ai c ror spori sunt aduşi de insect . V t m rile pricinuite lemnului constau în galeriile caracteristice de culoare neagr (datorit ciupercii Ambrosia), care str bat lemnul în diverse direc ii. Insecta evit lemnul complet uscat şi atac trunchiurile proasp t t iate şi decojite dar poate ataca şi arborii în picioare. Degradarea se produce la interiorul trunchiului, deprecierea fiind abia perceptibil la suprafa . Pentru a evita atacurile acestei insecte se recomand ca doborârea arborilor s se fac în perioada repausului vegetativ (iarna) iar trunchiurile s fie imediat decojite, în vederea gr birii usc rii materialului. Sirex gigas (viespea lemnului de r şinoase) este una dintre cele mai mari insecte xilofage europene. Femela depune ou le pe trunchiurile arborilor afla i în picioare sau doborâ i, cu sau f r scoar . Larvele ieşite din ou sap galerii sinuoase în tot interiorul lemnului. Viespea caut adeseori lemnul şarpantelor din construc ii, perfect s n toase, uscate sau cu sev . Nu atac niciodat lemnul putred. Anobium domesticum (cariul lemnului de r şinoase) atac de preferin lemnul absolut uscat şi caut inele exterioare de alburn, mai bogate în amidon. Este remarcat în lemnul din diferite construc ii şi mobile. Larva sap galerii în toate sensurile, f r a ieşi la suprafa a lemnului unde se observ doar orificiul de ieşire a insectei mature. Lemnul atacat de aceste larve poate fi transformat, în decursul timpului, aproape integral în ,,f in de lemn”. Camponotus herculeanus şi Camponotus ligniperda sunt dou specii de furnici care tr iesc în tulpinile de r şinoase preferând arborii care la baz sunt atinşi de putregai. Ele sap în lemn galerii sinuoase cu diametrul de 1-5 cm, care se întind pân pe la 10 m din în l imea arborilor. Hylecoetes dermestoides atac cu predilec ie lemnul de brad f când g uri asem n toare cu cele de Sirex, dar orificiile sunt pu in mai mici. Larvele p trund în interiorul lemnului (cca. 25 cm) prin galerii curbe, a c ror suprafa se înnegreşte datorit ciupercii Ambrosia, care înso eşte insecta. Hylotrupes bajulus se localizeaz cu predilec ie în lemnul de brad utilizat în construc ii, în aer liber. Caut mai ales inelele de alburn, bogate în amidon şi pricinuieşte pagube dintre cele mai mari, datorit faptului c larvele sale au dimensiuni foarte mari (20 - 22 mm). Foioasele, ref cându-şi anual aparatul foliaceu, sufer mai pu in din cauza atacurilor de insecte. Un num r apreciabil de insecte xiloface atac totuşi şi speciile foioase ( mai ales stejarul şi gorunul) c rora le pricinuiesc mari defecte. Principalele insecte care atac de preferin lemnul de foioase sunt: cerambyx cerdo, lymexylon navale, xyleborus monographus, platypus cylindriformis, ptilinus pectinicornis, zeuzera pyrina, cossus cossus. Cerambyx cerdo (croitorul mare al stejarului) poate fi întâlnit în lemnul mai multor specii de stejar şi în special la arborii de la marginile p durilor, expuşi la soare. La început atacul este greu de identificat deoarece larva este mic şi se dezvolt în scoar , mai târziu îns , când ea ajunge în zona cambial , atacul este de natur fiziologic şi se soldeaz cu uscarea par ial a coronamentului. Din scoar larva p trunde în lemnl s n tos, s pând o galerie oval , cu diametre de 15 - 45 mm. Pagubele cauzate de croitori sunt de temut deoarece afecteaz puternic rezisten a lemnului. Cheresteaua rezultat prin debitarea lemnului de stejar care a suferit atacuri din partea croitorilor este de obicei inutilizabil . Lymexylon navale este o insect care depune ou pe trunchiurile de stejar sau de castan comestibil aflate în picioare sau doborâte, precum şi pe lemnul ecarisat, preferând lemnul de construc ie cu mult alburn, bogat în amidon. Larvele sap galerii transversale şi oblice, atacul fiind recunoscut dup rumeguşul de culoare brun -g lbuie, care iese din orificiile galeriilor. Xyleborus monographus este o insect la care femela sap o galerie de intrare de 2-8 cm lungime din care se ramific mai multe galerii orizontale. Larvele rod suprafa a galeriilor f r a s pa altele şi se hr nesc cu sucurile din interiorul camerei lor. Galeriile s pate de Xyleborus sunt înso ite de ciuperca Ambrosia, din care cauz pere ii lor sunt înnegri i. Platypus cylindriformis sap galerii sinuoase în lemnul s n tos de stejar, fag şi alte foioase, provocând deprecierea materialului lemnos. Ptilinus pectinicornis (cariul lemnului de stejar) atac în general lemnul de stejar şi de fag, mai rar pe cel al altor foioase şi sap galerii în toate direc iile. Zeuzera pyrina (sfredelitorul punctat al ramurilor de frasin) este cel mai polific lepidopter, atacând deopotriv lemnul de frasin, salcie, paltin, ulm, nuc, tei, stejar, fag, castan, cireş, mesteac n şi 82 chiar lemnul pomilor fructiferi. Larva roade lemnul în regiunile unde are loc circula ia sevei iar pagubele sunt în general mici şi se produc mai mult izolat. Cossus cossus (sfredelitorul roşu al tulpinilor) este unul dintre cel mai frecven i fluturi ai p durilor şi larva sa este cea mai mare dintre distrug torii ce se pot întâlni în p durile Europei. Atac aproape toate speciile foioase şi evit în general coniferele. Larvele g uresc întâi scoar a, apoi lemnul s n tos sau cu un început de putrezire, urcând în trunchi prin galerii sinuoase. 1.3 Ac iunea mediilor agresive Compozi ia anatomic şi chimic a lemnului îl face s prezinte o foarte bun rezisten în medii agresive în compara ie cu o elul sau betonul, amplasate în aceleaşi condi ii. În timp ce structurile metalice au nevoie de aplicarea periodic a unor materiale de protec ie iar structurile din beton necesit o verificare permanent a st rii lor, pentru evitarea fisurilor care pot duce la coroziunea arm turi, structurile din lemn folosite în mediu agresiv au nevoie de o între inere foarte redus , localizat în principal la elementele de asamblare. Rezisten a natural a lemnului este suficient pentru a evita atacul chimic şi nu sunt necesare m suri particulare de conservare fiind uneori chiar recomandabil ca suprafa a prelucrat a lemnului folosit în medii agresive s nu fie acoperit cu produse de protec ie care prin fisurare pot crea condi ii de depozit pentru agen i chimici agresivi. În situa ia când se produce un atac chimic de la suprafa (coroziune) reducerea de rezisten a lemnului se localizeaz pe adâncime în primii 10…20 mm în timp ce restul de sec iune r mâne intact . Agen ii corozivi atac în principal lignina şi hemicelulozele şi niciodat celuloza motiv pentru care lemnul de r şinoase, care are o cantitate mai mare de lignin prezint în general o rezisten mai mic la coroziune decât lemnul de foioase. Efectul diferitelor substan e chimice asupra lemnului depinde de esen a lemnului, agresivitatea produsului şi timpul de expunere şi temperatur . Astfel s-a constatat c mediile cu valori ale pH = 3…10 precum şi solu iile de sare nu au nici un afect asupra lemnului iar mediul bazic duce la distrugerea lemnului mai ales în prezen a unor temperaturi ridicate. Gazele corozive cum sunt amoniacul şi formaldehidele nu au efect asupra lemnului dar bioxidul de sulf poate ataca lemnul când ac iunea sa este combinat cu umiditate şi temperatur înalt . Un aspect deosebit îl prezint elementele compuse realizate prin încleiere la care rezisten a în medii agresive este influen at de tipul de aditiv folosit. O ac iune particular de atac chimic şi cu efect asupra comport rii mecanice a lemnului poate s intervin în zonele unde exist un contact nemijlocit între lemn şi piese metalice (elemente de îmbinare) pe suprafa mai mare. În aceste cazuri se recomand ca piesele metalice s fie galvanizate, acoperite cu substan e de protec ie sau s se realizeze din o el inoxidabil. 1.4 Ac iunea temperaturilor înalte Datorit structurii interne şi a caracteristicilor termice se poate spune c temperaturile ridicate nu afecteaz în mod deosebit propriet ile lemnului şi comportarea sa. Pentru temperaturii sub 60°C efectul asupra rezisten ei lemnului poate fi ignorat iar temperaturile în jur de 100° C, deşi conduc la o schimbare de colora ie spre brun nu afecteaz rezisten a lemnului. Schimbarea rezisten ei începe de la temperaturi de peste 150°C iar accelerarea procesului se produce la 250°C, diminuarea progreseaz relativ lent de la exterior spre interior datorit conductibilit ii termice reduse a lemnului. Ac iunea simultan a temperaturilor înalte şi a umidit ii favorizeaz diminuarea rezisten elor şi rigidit ii. 1.5 Ac iunea radia iilor Lemnul expus radia iilor solare şi în general sub ac iunea razelor ultraviolete îşi modific structura într-o zon superficial de la suprafa (max.1 mm grosime) printr-o colora ie de suprafa a în gri, realizându-se astfel o pseudo - carbonizare. 83 Efectul radia iilor solare se poate manifesta îns prin înc lzirea lemnului şi varia ii de umiditate care au ca efect apari ia deforma iilor. Alte tipuri de radia ii ca şi radia iile Gama, X sau micro-unde pot s duc la modific ri în structura intern a lemnului dar numai la nivele superioare de radia ii care nu se întâlnesc în mod normal. 2. PROTEC IA LEMNULUI M surile de protec ie a lemnului şi a derivatelor din lemn urm resc conservarea lui şi protec ia împotriva distrugerilor provocate de ciuperci (putreziri) şi insecte. Se poate spune ca în condi ii optime de exploatare lemnul poate s dureze perioade îndelungate f r deterior ri notabile şi f r m suri speciale de protec ie. Dac îns condi iile de lucru nu sunt corespunz toare lemnul necesit tratamente de protec ie în special împotriva agen ilor biologici. Trebuie realizate protec ii şi împotriva altor agen i destructivi cum ar fi de exemplu focul. Aceste m suri pot fi conceptuale sau sub form de tratamente chimice de protec ie. Planificarea m surilor de protec ie şi punerea lor în oper în special în cazul tratamentelor chimice trebuie s aib în vedere urm toarele: - natura şi gravitatea riscului (influen a umidit ii, risc de incendiu, etc) ; - tipul de lemn şi corela ia lui cu destina ia; - tipul tratamentelor realizate anterior; - efectele secundare pe care le pot avea produsele chimice utilizate, func ie de destina ia de folosire a lemnului; - locul şi timpul de execu ie a tratamentelor (înainte sau dup punerea în oper a lemnului); - accesibilitatea elementelor pentru un eventual tratament ulterior; - posibilit ile şi experien a executan ilor; - condi iile de verificare a m surilor de protec ie realizate 2.1 Durabilitatea natural Alegerea corespunz toare a lemnului prin prisma durabilit ii naturale proprii, f r tratamente de protec ie, reprezint una din m surile preventive de baz . Durabilitatea natural trebuie corelet cu agentul de degradare şi variaz de la specie la specie dar şi în cadrul aceleiaşi specii func ie de o serie de defecte. Fat de atacul ciupercilor xilofage exist /45/ : speci de clasa I- foarte durabile (cireş, stejar); specii de clasa II – durabile (frasin, salcâm); specii de clasa III- mijlociu durabile (pin, larice, cer); specii de clasa IV- pu in durabile (molid, brad, carpen, paltin, ulm); specii de clasa V- nedurabile ( fag, mesteac n, tei,anin, plop, salcie). Fat de atacul insectelor xilofage exist : specii de clasa D – durabil; specii de clasa Mdurabilitate medie; specii de clasa S – sensibile. La ora actual exist pe plan interna ional normele EN 350-1, şi EN 350-2 care unesc toate informa iile şi rezultate cercet rilor din lume privind durabilitatea lemnului. 2.2 M suri preventive structurale M surile preventive structurale au ca scop limitarea con inutului de umiditate din lemn prin reducerea riscului de umezire şi prin crearea condi iilor de evacuare rapid a umidit ii (în cazul umezirilor temporare) astfel încât s se evit dep şirea limitei de umiditate de 20% sau s se limiteaze zonele umezite. M surile structurale trebuie precedate de m suri ini iale cum ar fi: - uscarea lemnului pân la o umiditate optim înainte de punerea lui în lucru; - realizarea unor condi ii optime de transport, stocare şi montaj care s nu permit o creştere mare a con inutului de umiditate în aceste faze. Având în vedere c umiditatea lemnului rezult dintr-un bilan între apa absorbit şi cea evacuat este deosebit de important ca m surile luate s evite sau s întârzie penetra ia iar pe de alt parte s favorizeze evacuarea. 84 Dac în anumite situa ii este imposibil de a opri penetra ia apei este necesar de a prevedea un sistem de evacuare rapid a apei pentru a evita dep şirea umidit ii de 20%. Acest lucru poate fi realizat de exemplu prin adoptarea unor îmbin ri cu decompresiune care s îmbun t easc ventila ia (fig. 5.1). Fig.5.1. Realizarea îmbin rilor între panourile pentru pere i de lemn a - îmbinarea etanş la aer; b- element de îmbinare mecanic ; c - îmbinare de decompresie. M surile structurale trebuie s aib în vedere în mod deosebit locul de amplasare a elementelor (exterior, interior, în contact cu solul, în contact cu alte elemente de construc ie, etc.) din care rezult majoritatea surselor care produc umezirea. a) M suri preventive structurale a lemnului folosit la exterior. Când lemnul este folosit la exterior în zone de influen a precipita iilor nu este suficient s se realizeze numai m suri de protec ie chimic şi trebuie luate m suri pentru eliminarea umezirii, cum ar fi: - realizarea unor streaşine suficient de largi; - evacuarea corespunz toare a apelor de pe acoperiş cu prevederea de jgheaburi şi burlane; - realizarea unei distan e de minimum 30 cm dintre partea superioar a solului şi partea inferioar a peretelui din lemn, pentru evitarea stropirii; - executarea elementelor şi realizarea îmbin rilor între elemente expuse precipita iilor astfel încât apa s se scurg f r a atinge elementele situate în vecin tate sau sub acestea; - evitarea sau acoperirea col urilor, canturilor şi îmbin rilor unde se poate acumula apa; - alegerea profilelor corespunz toare pentru construc ii şi placaje; - asigurarea condi iilor ca umezite s se usuce rapid; - acoperirea suprafe elor orizontale şi oblice; - protejarea tuturor extremit iilor lemnului care ies spre exterior; - utilizarea de elemente metalice zincate sau din metal inoxidabil pentru fixare; - realizarea unor îmbin ri de elemente care s permit lucrul şi deformarea f r consecin e d un toare. În cazul lemnului folosit la exterior o aten ie deosebit trebuie acordat îmbin riilor dintre elemente pentru a evita p trunderea apei în aceste zone precum şi pentru asigurarea condi iilor de ventilare a lor. În toate cazurile de placaj exterior este recomandabil s fie asigurat aerisite acestuia pe toat suprafa a interioar prin crearea unui strat de aer interior. În fig. 5.2 şi 5.4 sunt prezentate solu iile de plac ri exterioare care asigur un strat de aer continuu vertical pe fa a interioar atât în situa ia scândurilor aşezate vertical cât şi a celor aşezate orizontal. Dep rtarea placajului de la suprafa a elementului şi realizarea unor orificii de intrare şi evacuare asigur circula ia de jos în sus a aerului din stratul interior favorizând evacuarea umezelii. Este recomandabil ca orificiile de intrare a aerului, plasate la partea inferioar şi cele de evacuare de la partea superioar s aib o suprafa de minimum 1/500 din suprafa a peretelui. Amplasarea vertical a scândurilor de placare este mai avantajoas şi este preferat deoarece d o posibilitate de ventila ie şi prin circula ia orizontal a aerului şi asigur o evaporare mai rapid a apei. Scândurile pot fi fixate simplu f r o prelucrare deosebit a îmbin rilor verticale (fig. 5.2a), prin folosirea diferitelor tipuri de îmbin ri cu piese suplimentare (fig. 5.2b) sau prin prelucrarea canturilor (fig. 5.2.b,c). 85 Se pot realiza îmbin ri verticale şi cu prelucrarea canturilor în lamb şi uluc folosind fix ri vizibile sau cu agrafe invizibile (fig. 5.2.c). Fig.5.2 – Plac ri cu scânduri asezate vertical a- îmbinare simpl cu scânduri aşezate pe dou rânduri şi f r prelucrarea cantului; b- îmbinarea scândurilor aşezate pe un rând cu elemente de îmbinare şi cu prinderea vizibil sau cu agrafe invizibile; c- îmbinare cu lamb şi uluc. 1 - agraf metalic ; 2 - element de fixare (cui, horşurub,etc.);3 - baghet de îmbinare(din lemn, mare plastice, etc.); 4 - rigle orizontale; 5 – scânduri; 6 - scânduri verticale prelucrate pe cant; 7 - scânduri verticale cu lamb şi uluc. O aten ie deosebit trebuie acordat , în cazul plac rilor cu scânduri verticale, modului de realizare a îmbin rilor la col uri. (fig. 5.3) Fig.5.3 - Solu ii de realizare a îmbin rilor la col uri 1 - rigle orizontale; 2 - rigle verticale; 3 - scânduri verticale. 86 Folosirea scândurilor aşezate orizontal este recomandabil s se fac prin suprapunerea lor pe o distan de cel pu in 12% din l ime şi minimum 10 mm ( fig. 5.4). Rosturile verticale formate între scândurile aşezate orizontal reprezint de asemenea, zone care impun o tratare special . În principal este recomandabil ca extremit ile scândurilor s nu fie prelucrate şi l sate libere pentru a putea fi controlate în orice moment şi eventual s poat fi tratate ulterior. Rosturile dintre scânduri se închid cu diferite materiale de etanşare care trebuie s permit şi eventualele mici deplas ri.(fig. 5.5). Îmbin rile la col uri ale elementelor orizontale se realizeaz dup aceleaşi principii ca şi la scândurile montate vertical (fig. 5.6 ) Fig. 5.4- Plac ri cu scânduri aşezate orizontal 1 - rigl vertical ; 2 - scânduri orizontale simple sau având un cant prelucrat; 3- elemnnt de fizare (cui, horşurub); 4-elemnnt de fixare la partea inferioar ; 5- şipc distan er Fig. 5.5 Realizarea rosturilor verticale la scânduri asezate orizontal a- cu fâşie de etanşare din lemn rezistent; b- cu profil cu gol interior; c- cu profil din metal sau mase plastice; d- cu material elastic de etanşare. 1 - rigle verticale; 2 - scânduri orizontale; 3 - material de etanşare a rostului. 87 Fig. 5.6 Realizarea îmbin rilor la col uri la scânduri asezate orizontal 1- rigl vertical ; 2- scânduri orizontale ; 3 - rigl vertical de col . Din condi ii de asigurare a contravântuirii şi în anumite situa ii scândurile pot fi aşezate şi înclinat la 45%. În aceste condi ii este preferabil aşezarea scândurilor în ,,V” creându-se astfel posibilitatea evacu rii apei prin greutate şi prin evaporare la capetele scândurilor (fig.5.7 ). Fig. 5.7 Plac ri cu scânduri asezate în V b) M suri preventive structurale la contactul lemnului cu alte materiale. Pentru prevenirea infiltra iilor de ap provenite de la alte materiale este necesar o izolare, hidrofug a lemnului în zonele de contact (fig. 5.8, fig. 5.9) între: - grinzi, stâlpi sau panourile de lemn şi zid rie sau beton; - p r ile masive şi elementele planşeelor realizate din lemn. ÷ ÷ ÷ Fig.5.8. Realizarea rezem rii grinzilor pe elemente masive (zid rie, beton) 1 - grind ; 2 - perete; 3 - hidroizola ie; 4 - termoizola ie; 5 - strat de aer. 88 ≥ Fig.5.9 Protec ia hidrofug a lemnului la contactul cu elemente masive (ziduri, funda ii) a - planşeu pe un suport masiv; b - planşeu cu zon de aer între elementul masiv (teren, beton) şi elemente din lemn; c - panouri de pere i rezemate pe funda ii; d - pane de streaşin rezemate pe centurile zidurilor;1 - elemente de lemn; 2 - element masiv (plac de beton, teren, funda ii, zid rii); 3 - izola ie hidrofug ; 4 - orificii de ventilare (minimum 1/500 din suprafa a zonei de sub planşeu); 5- zona de aer. Pe lâng separarea propriu-zis a zonelor de contact cu folii hidroizolatoare este recomandabil s se ia m suri constructive ca aerul s poat circula la suprafa a p r ilor din lemn (capete de grinzi sau stâlpi). În acest sens la capetele grinzilor încastrate în elemente masive (zid rie, beton) se prevede un strat de aer ventilat de 1÷2 cm iar la cap tul grinzii se va realiza o izola ie termic (fig. 5.8 ). La stâlpii care se reazem pe funda ii este recomandat ca s se realizeze o distan între cap tul lor şi funda ie iar când se folosesc piese metalice acestea nu trebuie s închid complect baza stâlpului, pentru a asigura o ventila ie corespunz toare a lemnului (fig. 5.10). c) M suri constructive de prevenire a umezirii din condens şi a umezelii din înc perile umede. În cazul elementelor de închideri exterioare sau la elementele care separ înc peri cu microclimat diferit în zonele de îmbin ri sau în cele cu nervuri se pot produce fenomene de condens. Fenomenele de condens se evalueaz în func ie de condi iile de exploatare rezultând dimensiunile necesare pentru materialele şi solu iile de izolare termic . Trebuie s se adopte îns şi m suri constructive cum ar fi: - prevederea unui ecran împotriva vaporilor la fa a interioar a elementelor şi o barier de vapori la fa a cald a termoizola iei; - prevederea unei zone de aer bine ventilat între elementele de lemn sau în structura elementelor. 89 Fig.5.10 Solu ii de realizare a rezem rii stâlpilor pe funda ii 1 - stâlpi de lemn; 2 - funda ii; 3 – elemente metalice exterioare; 4 - elemente metalice de rezemare interioar ; 5 - buloane. În locurile cu umiditate ridicat (buc t rii, b i) sau în cele unde lemnul poate s vin în contact direct cu apa m surile constructive, care completeaz tratamentele chimice absolut necesare, constau în ventila ia corespunz toare a lemnului, alegerea esen elor de lemn sau a derivatelor din lemn corespunz toare, realizarea unor îmbin ri etanşe sau bine ventilate. 2.3 Protec ia chimic În afar de m surile preventive legate de durabilitatea natural şi alc tuirea structural corespunz toare a elementelor de lemn modul de comportare în timp a lor depinde mult de m surile de protec ie chimice preventive. Aceste m suri se aplic la elementele portante dar în anumite cazuri ele pot fi aplicate şi la elementele neportante şi se fac în mod normal înainte de punerea în oper a lemnului existând îns şi situa ii când realizarea se face ulterior. Eficacitatea tratamentelor chimice depinde de esen a lemnului, tipul produsului, cantitatea de produs absorbit de lemn, reparti ia produsului la suprafa a lemnului şi de adâncimea de impregnare. În privin a posibilit iilor impregnare se disting patru clase de lemn şi anume: Clasa 1- lemn uşor de tratat, când lemnul debitat poate fi penetrat cu un tratament sub presiune , f r dificult i; Clasa 2 – lemn destul de uşor de tratat, când o penetrare complect nu e posibil dar dup un interval de 2-3 ore cu un tratament sub presiune se atinge o adâncime de impregnare mai mare de 6 mm; Clasa 3- lemn dificil de tratat, când cu un tratament sub presiune de 3-4 ore se ob ine o impregnare de 3..6mm; Clasa 4- lemn imposibil de tratat, când o cantitate foarte mic din produsul de impregnare este obsorbit dup 3..4 ore de tratament sub presiune. Produsele folosite la tratare se pot grupa în trei categorii şi anume: produse pe baz de huile; produse organice în faz de solvent; solu ii de s ruri solubile în ap . Produsele pe baz de huil sunt deriva i organici insolubili în ap şi se ob in în principal prin distilarea carbonului. Cele mai importante produse din aceast grup sunt gudronul de huil , uleiul de 90 creuzet, gudronul de lemn din şisturi bituminoase şi de turb , i eiul. Produsele se folosesc la lemnul uscat sau semi uscat deoarece penetrarea se face prin capilaritate. Aceste produse au o serie de dezavantaje legate de miros, tocxicitate, greutate de vopsire ulterioar şi din acete cauze ele sunt limitate şi folosite doar pentru lucr ri exterioare (stâlpi de telecomunica ii şi transport energie, poduri, traverse de cale ferat , etc.). Produsele organice solubile în ap (fungicide sau / şi insecticide) sunt solu ii cu solvent care poate fi volatil sau nu. Cele mai des folosite sunt produsele care utilizeaz ca solvent volatil whitespirtul. Caracteristicile principale ale acestor produse sunt posibilitatea de penetrare când sunt aplicate la suprafa şi absen a varia iilor dimensionale. Solu iile pe baz de s ruri folosesc s ruri metalice dizolvate în ap (clorur de zinc, sulfat de cupru, clorur de mercur, fluorura de sodiu, fluosilicat de sodiu, etc.). Produsele penetreaz normal sub presiune în lemn şi tratamentul necesit uscarea ulterioar a lemnului. Solu iile de s ruri sunt cele mai utilizate la structurile din lemn atât la exterior cât şi la interior şi dau rezultate foarte bune la clase de risc mare pentru lemn. Produsele folosite pot avea inclus în ele diferi i agen i impermeabilizan i şi coloran i iar pelicula format la suprafa poate fi opac sau transparent . Exist la ora actual şi alte tipuri de produse şi anume: - produse mixte care con in s ruri metalice (80-90%) şi deriva i organici solubili în ap ; - substan e antiseptice gazoase (anhidrid sulfuroas , aldehid formic ) folosite pentru dezinfec ie la suprafa a lemnului; - paste pe baz de fluorur de sodiu sau fluosilica i, folosite la lemn care nu este direct sub ac iunea umidit ii. Tratamentul cu substan e chimice cuprinde un ansamblu de metode şi tehnici şi are ca scop penetrarea produsului în lemn şi ob inerea unei suficiente adâncimi de penetrare şi a unei reparti ii uniforme a cantit ii de produs de protec ie. Tratamentul se execut ini ial sau dup ultima opera ie de finisare a elementelor şi de montajul lor. Dac , în mod excep ional, tratamentul se aplic dup montaj suprafe ele de contact între elemente şi zonele inaccesibile trebuie tratate anterior. Aplicarea tratamentului poate fi realizat f r presiune, (pensulare, pulverizare, scufundare, difuzie) sau cu presiune (impregnare cu vid, impregnare cu vid şi presiune). Procedeele f r presiune asigur o bun protec ie şi sunt suficiente pentru marea majoritate a elementelor de lemn. Aplicarea tratamentului prin pensulare sau pulverizare se face în dou etape. Tratamentul prin scufundare se face în mod curent într-o singur faz care dureaz de la câteva secunde la câteva minute ( cantitatea de produs absorbit depinde de suprafa a lemnului şi este de aproximativ 200 ml/mp la lemnul brut şi 80…120 ml/mp la lemnul prelucrat). Pentru a m ri cantitatea de produs absorbit scufundarea se poate repeta dup o uscare prealabil . Impregnarea prin difuzie se realizeaz prin imersarea lemnului, timp de câteva ore sau zile, în lichidul protector con inut într-o cuv deschis . Cantitatea de produs absorbit depinde de tipul lemnului, dimensiunile pieselor şi concentra ia produsului. Penetrarea poate fi accelerat prin impregnarea la cald - rece care const în imersarea alternativ într-un lichid rece şi apoi într- un lichid cald, cu temperatura de 60°C….80°C. Procedeele sub presiune se aplic în cuve închise (autoclave) în mai multe etape şi cu presiuni diferite. În metoda cu vid şi presiune lemnul este introdus în autoclav şi supus unei subpresiuni (30 minute) pentru a elimina aerul din celule. Produsul de protec ie este introdus sub forma lichid şi se aplic o presiune de 0,8…1,5 N/mmp timp de minimum 60 de minute. În faza final se aplic o subpresiune care asigur îndep rtarea excesului de lichid de la suprafa a lemnului. Procedeul poate fi modificat prin renun area la subpresiunea ini ial şi umplerea autoclavei cu produsul de impregnare la presiunea atmosferic şi aplicarea ulterioar a presiunii de impregnare timp de 2…12 ore. Procedeul cu dublu vid const în supunerea ini ial a lemnului la subpresiune timp de minimum 10 minute, apoi produsul de impregnare este introdus iar impregnarea se face sub presiune atmosferic sau la o presiune sc zut (maximum 0,2 N/mmp). Timpul de subpresiune final este mai lung decât în procedeul cu vid şi presiune. Impregnarea în cuv sau sub presiune este necesar pentru: lemnul folosit la construc ii închise şi care poate atinge umiditate peste 18%, la lemnul folosit acolo unde poate s apar condensul şi la elemente de lemn cu grosimi peste 4 cm supuse precipita iilor. 91 În ultima perioad de timp au ap rut elemente noi referitoare la tehnologiile şi substan ele de tratare a lemnului legate de pre ul produselor şi efectul produselor folosite asupra mediului şi asupra omului. Astfel normele din diferite ri interzic unele produse sau limiteaz folosirea altora. De asemenea au ap rut noi produse mai pu in d un toare. Exigen ele referitoare la mediu şi s n tate impun ca: - produsele de protec ie s fie netoxice pentru om şi mediu; - tratarea trebuie s se realizeze la produse finite când dimensiunile sunt aproape de cele de punere în oper pentru a limita deşeurile de lemn tratat; - opera iunile de tratare trebuie s exclud emisiunile tonice şi nu trebuie s contamineze solul, aerul sau apele; - excedentul lemnului tratat trebuie reciclat sau eliminat cu minimum de efect asupra mediului. 92 BIBLIOGRAFIE /1/ ANDRIAMITANTSOA L. - Analyse des modé˛lisations des assembloges bois claués application panneaux de particules sur bois et bois sur bois. Annales L' I.T.B.T.P, m.484, 1990, Paris. /2/ ARGOUGES MM.,s.a - Les poutres bois profileés a âme contreplaqué. Conception, fabrication, mis en oeuvre. Annales L' I.T.B.T.P, nr.454 şi nr.458, mai,octobre, 1987, Paris. /3/ AMENDOLA M., - La tecnologia del legno lamellore. Convegna “ Risorsa legno: tecnologia, architettura, arte”, vol.2, 26-27 att.1990, Trento. /4/ BIGER M., s.a - Recueil de contributions au calcul des éléments et structures en bois. Annales L' I.T.B.T.P., nr.46, Juillet-août, 1988, Paris. /5/ BIGER J.P., - Résistence au contreventement des murs en assature bois, Annales L' I.T.B.T.P, nr.476, août-septembre, 1989, Paris. /6/ CENCI G., - Strutture in legno. Calcolo e construzione con riferimento alla DIN 1052. Paluton Editrice, 1980, Milano. /7/ COTTA N.L., CURTU I., SERBU A. – Elemente de construc ii şi case prefabricate din lemn. Ed. Tehnic , Bucureşti, 1990. /8/ CURTU I., ROŞCA C., - Reologia lemnului. Repografia Universitatea TRANSILVANIA Braşov, 1993. /9/ DAGUZĖ M. - Les appareils d'oppui à base d'élestomère. Annales L' I.T.B.T.P., nr.497, octobre 1991, Paris. /10/ DESCLOS P. M. - Leggero, prefabbricato, antisismico. Rev. Specializzata Edilizia, Nr.2, marzo 1991. /11/ DESCLOS P : M. - Lamaison a assature bois en Italie. Annales L'I.T.B.T.P., nr.479, décembre 1989, Paris. /12/ FLEŞERIU I. P. - Construc ii din lemn. Vol. I, Editura Didactic şi Pedagogic , 1962, Bucureşti. /13/ GIORDANO G. - La moderna tecnica delle construzioni in legno. Editore Ulrico Noepli, 1976, Milano. /14/ G TZ K. H., HOOR D., MOHLER K., NATTERER J. - Construire en bois. Presses polytechniques romandes, Lausanne. /15/ GUITARD D. – Fluaje et structure du bois. Annales L' I.T.B.T.P., nr. 469, décembre 1988, Paris. /16/ HAGSTEDT J. – Constructions en bois en Suède. Annales L' I.T.B.T.P., nr.479, décembre 1989, Paris. /17/ HUET C. - Le fluaje du bois en flexion: rôles de la température et de l'humidité. Annales L'I.T.B.T.P., nr 469, décembre, 1988, Paris. /18 / IOVINO R. - La sigurezza antiincendio negli edifici con elementi construttivi in legno. Convegno ,,Risorsa legno:tecnologia, architettura, arte”, vol.2, 26-27 att. 1990, Trento. /19/ LOBEL Y. - Performances des constructions à structures bois, soumises aux sollicitations seismiques. Annales L' I.T.B.T.P., nr.481, février 1990, Paris. /20/ LYOT M.G. – Déformatios engendreés par le retrait dans les éléments courbes en bois lamellé – collé. Annales L' I.T.B.T.P., nr.497, octobre 1991, Paris. /21/ MANUSCIAC D. - Constuc ii moderne din lemn, Ed. Tehnic , Bucureşti, 1997 /22/ MENICALI U. - Legno olimpico. Rev. Construire, nr. 113, ottob.1992, /23/ MERCEA G. - Construc ii din lemn. Centrul de multiplicare, Universitatea Politehnica Timişoara, 1998. /24/ MILLEREUX D. - La distribution des efforts horizonteaux sur les refends et pignons des constructions a ossature bois. Annales L' I.T.B.T.P., nr.463, mars-avril 1988, Paris. /25/ MORLIER P., - Résistence a long terme du bois, Annales L' I.T.B.T.P., nr.469, décembre 1988, Paris. /26/ NATTERER J., HERZOG T., VOLZ M. – Holzbau Atlas Zwei. Institut fur interna ionale Arhitektur – Dokumentation, 1991, Munchen. 93 /27/ PERCHAT M. – Calcul des éléments et structures en bois initiation aux états limites. Principes généraux. Annales L'I.T.B.T.P., nr.497, octobre, Paris. /28/ RACHER PATRICK s.a - Structures en bois aux états limites.Matériaux et Bases de calcul. Ed. Eyrolles, 1996, Paris. /29/ RACHER PATRICK s.a - Structures en bois aux états limites. Calcul de structure. Ed. Eyrolles, 1997, Paris. /30/ RACHER P:; VERGNE A: _ Recueil de contribution au calcul des éléments et structures en bois. Volume contraint et effet d'échelle. Annales L'I.T.B.T.P., nr.497, octobre 1991, Paris. /31/ RACHER P., GALIMARD P. – Les assembloges de structures bois. Annales L'I.T.B.T.P., nr.504, juin 1992, Paris. /32/ TRUONG M. ş.a - Charpentes en bois lamellé -collé . Guide pratique de conception et de mise en oeuvre. Ed. EYROLLES, 1976, Paris. /33/ TOWNSLEY W. – La maison a ossature bois en Grande – Bretagne. Annales L' I.T.B.T.P. nr. 479, décembre 1989, Paris. /34/ VIDON M., TETARD M. – Encostrement pateau-traverse par couronnes de boulores en locaux dos st chauffés. Annales L' I.T.B.T.P., nr.497, octobre 1991, Paris. /35/ ZELLER E., - Performances des constructions en bois et maintenance. Annales L' I.T.B.T.P. nr.492, mars – avril 1991, Paris. /36/ ● ● ● Structures en bois aux états limites. Introduction à l' Eurocode 5 – Matériaux et bases de calcul Ed. Eyrolles, 1996, Paris. /37/ ● ● ● Structures en bois aux états limites. Introduction à l'Eurocode 5 - Calcul de structure, Ed. Eyrolles, 1997, Paris. / 38 / ● ● ● Eurocode 5, Calcul des structures en bois, part 1.1,.Règles générales et régles pour les bâtiments. Norme P21- 711, Ed. Eyrolles, Paris. /39/ ● ● ● Manuel de calcul des charpentes en bois. Canadian Wood Council, 1991, Ottawa. /40/ ● ● ● Cod pentru calculul şi alc tuirea elementelor de construc ii din lemn. NP. 005-2003. Buletinul Construc iilor. Vol.12, 2003, Bucureşti. /41/ ● ● ● EUROCODE 5 – Design of timber structures. Part 1.2 – General rules supplementary rules for structural fire desing. ENV 1995 –1-2 /42/ ● ● ● EUROCODE 1 – Basis of desing and actions on structures, 1995 /43/ ● ● ● EUROCODE 1 – Basis of desing and actions on structures. Part 2.2 – Actions on structures exposed to fire.ENV 1991-2-2 /44/ ● ● ● EUROCODE 1 – Plansee compuse lemn-beton. Faza 1.1 – Studiu de sintez asupra cercet rilor efectuate pân în prezent asupra planşeelor compuse lemn-beton. INCERC, Filiala Timişoara, Contract nr. 34484/2002 /45/ ● ● ● - Normativ privind proiectarea construc iilor din lemn NP. 018-2003 (revizuire NP 005-96) /46/ ● ● ● - Normativ privind calculul structurilor de rezisten din lemn amplasate în zone seismice NP 019-2003 (Completare P100) /47/ ● ● ● - Brandschutz im Holzbau. Schweizerischer Ingenieur – und Architekten-Verin, Zurich, 1997 /48/ ● ● ● - Norme tehnice privind ignifugarea materialelor şi produselor combustibile din lemn şi textile utilizate în construc ii, C58-96 /49/ ● ● ● SR EN 518-1998 –“Lemn pentru construc ii. Clasificare. Condi ii pentru standardele de clasificare vizual dup rezisten ”. /50/ ● ● ● SR EN 599/1,2-1998 –“Durabilitatea lemnului şi a materialelor derivate din lemn”. /51/ ● ● ● SR EN 335/1,2-1997 –“Durabilitatea lemnului şi a materialelor derivate din lemn. Definirea claselor de risc de atac biologic” /52/ ● ● ● SR EN 336 –“ Lemn de construc ii. R şinoase şi plop. Dimensiuni şi abateri admisibile” 94