Lemnul in constructii


1.      GENERALITATI
Lemnul poate fi considerat primul material de constructie. Din preistorie si pana astazi acest material a fost utilizat constant, in cele mai variate moduri, in alcatuiri constructive cu sau fara rol structural. Acest fapt se datoreaza atat randuirii lemnului, sub forma unor specii diverse, in toata lumea, cat si lucrabilitatii sale, greutatii reduse si bunelor sale caracteristici mecanice.
Cu toate acestea, putine sunt marturiile unor realizari foarte vechi din lemn si, in orice caz, mult mai putine decat cele din piatra. Intr-adevar, lemnul este caracterizat de o perisabilitate crescuta, legata de factori multipli, si nu in ultimul rand de bine cunoscuta sa vulnerabilitate la foc. Totusi poate fi cu usurinta constatata si astazi o larga utilizare in timp a planseelor din lemn, in special in zonele rurale si in vecinatatea padurilor. Succesul si raspandirea planseelor din lemn, ca si a sarpantelor din lemn, este justificata de posibilitatea acoperirii unor deschideri destul de mari cu structuri usoare, costuri reduse si fara a fi necesari pereti perimetrali masivi ca in cazul boltilor din zidarie.
Termenul "lemn" nu desemneaza un material in sensul strict al cuvantului. Intr-adevar, fiecare "lemn" este caracterizat de dimensiuni, aspect si proprietati (durabilitate, lucrabilitate etc.) tipice pentru specia careia ii apartine. Ca atare, prin acest termen se desemneaza de regula la modul general partea rezistenta (care nu e verde) a plantelor.
Lemnul care raspunde cel mai bine cerintelor de utilizare provine din plante ce pot fi grupate in doua mari specii: foioasel, carora le corespund lemnele dure, si coniferele, carora le corespund lemnele moi.
Pentru aceste doua mari familii, procesul de dezvoltare, atat fizica, cat si a proprietatilor mecanice, are loc in acelasi mod si anume prin suprapunerea in sens radial a inelelor de crestere. Zona interna, cea mai veche, este cea mai rezistenta. Cu referire la trunchi - partea din care se extrage lemnul de constructie - pot fi evidentiate 3 sectiuni: transversala, radiala, tangentiala. Fiecareia din aceste trei sectiuni ii corespund proprietati de rezistenta mecanica specifice: lemnul raspunde diferit functie de planul in care actioneaza fortele. De aceea, se spune ca lemnul este un material puternic anizotrop.
Cu referire la un segment de trunchi, cu cele 3 sectiuni evidentiate, se pot recunoaste zonele caracteristice de crestere. Partea cea mai rezistenta este constituita de duramen, in timp ce alburnul, sau lemnul tanar, reprezinta partea fiziologic activa, si, prin substantele depozitate, constituie o zona putrescibila. Zonele externe nu prezinta de regula interes pentru imbunatatirile curente.
Lemnul de constructii se poate clasifica in diverse categorii, functie de diverse criterii: provenienta, caracteristici botanice, mod de prelucrare etc.
Astfel, pot fi identificate urmatoarele categorii:
- functie de provenienta: esente (sortimente de lemn) europene si exotice;
- functie de caracteristicile botanice: conifere (plante cu frunze aciculare) si foioase (plante cu frunze late);
- functie de modul de prelucrare:
- lemn rotund: stalpi, bile, manele piloti
- lemn cioplit: blani, grinzi cioplite, bulumaci
- lemn de cherestea: scanduri, dulapi, grinzi, sipci, rigle.
2.      CARACTERISTICI TEHNICE
2.1.            Sensibilitatea la umezeala. "Lucrul" lemnului
 Unul dintre aspectele cele mai semnificative ale lemnului, cu implicatii directe asupra folosirii sale in constructii, il constituie sensibilitatea sa la umezeala. Continutul de apa influenteaza greutatea specifica, dimensiunile, stabilitatea formelor si rezistenta mecanica (care scade cu cresterea umiditatii); totodata umiditatea crescuta (peste 18%) determina procese biologice de degradare a lemnului.
Procesul de uscare a lemnului proaspat taiat (al carui continut de apa poate ajunge la 75% din greutate) are ca scop aducerea umiditatii continute la o limita acceptabila pentru utilizarea lemnului in constructii fara pericolul unor fenomene deformative importante; se recomanda ca umiditatea continuta sa fie cca 8-12% pentru utilizare la interior si cca 13-18% pentru utilizare la exterior.
Lemnul pastreaza insa proprietatea de a realiza schimburi de umiditate cu mediul ambiant (este higroscopic): de aceea, dincolo de practica uscarii prealabile, este indicata adaptarea lemnului la mediul in care va sta, respectiv atingerea unui echilibru higroscopic optim, inaintea punerii in opera.
Modificarea continutului de apa al lemnului intre anumite limite, respectiv intre starea anhidra si valoarea de saturatie a fibrelor, determina variatii de volum si dimensiuni pe cele 3 directii principale: axiala, radiala si tangentiala; se spune ca lemnul "lucreaza". Sub valoarea de saturatie a fibrelor (cca 30%) volumul se reduce: are loc o "contragere". Peste starea anhidra, se produce "umflarea" lemnului. Contragerea are valori diferite pe cele 3 directii: contragerea este mai mare pe directie tangentiala decat pe directie radiala; contragerea axiala este mai redusa decat contragerea transversala (radiala si tangentiala).
Contragerea lemnului prin uscare provoaca tensiuni si deci deformatii, cu efecte diferite pe diferite directii si in diferite sectiuni ale trunchiului. Contragerea axiala este mai redusa decat contragerea transversala (radiala si tangentiala). Functie de zona de trunchi din care au fost extrase, piesele de lemn se vor deforma diferit.
Sensul probabil al variatiilor dimensionale si de forma ale pieselor din lemn, ca urmare a imbatranirii (uscarii) si a variatiilor de umiditate inerente, trebuie prevazut si avut in vedere la proiectarea de detaliu a constructiilor din lemn.
Pentru o aceeasi modificare de umiditate, procent mai mic sau mai mare de scanduri cu latura mare a sectiunii perpendiculara pe directia cercurilor anuale (nedeformabile sau putin deformabile).
2.2.            Degradarea biologica
Data fiind originea sa organica, lemnul este atacabil de micro si macro organisme: bacterii de putrefactie, ciuperci, insecte parazite. Unii agenti biologici ataca lemnul uscat (insectele parazite), alte atacuri biologice (bacterii de putrefactie, ciuperci parazite) sunt favorizate de umiditatea crescuta asociata caldurii si lipsei ventilatiei.
In ceea ce priveste putrescibilitatea, lemnul este afectat in special de situatiile mixte (parti ude / parti uscate) si de variatiile ciclice de umiditate.
Agentii biologici sunt de regula specifici fiecarui tip de lemn. Sunt mai vulnerabile partile tinere ale lemnului si, in general, speciile de lemn moale, decat cele de lemn dur.
Aplicarea unor tratamente protective (vopsire sau lacuire, catran sau carbonatare) trebuie facuta pe lemn bine uscat; apa mentinuta in interiorul unui lemn prea tanar impermeabilizat superficial va determina in scurt timp putrezirea acestuia.
2.3.            Sensibilitatea la foc
Lemnul este un material combustibil. Supus unor temperaturi crescande in prezenta aerului, lemnul se descompune progresiv, pentru a se aprinde la 270oC. puterea calorifica este proportionala cu densitatea.
Asigurarea unei rezistente omogene la foc a tuturor pieselor unei structuri din lemn implica o serie de constrangeri in ceea ce priveste dimensionarea pieselor, imbinarile, calitatea lemnului si gradul de expunere la foc a pieselor, precum si unele tratamente superficiale ignifuge.
2.4.            Greutatea specifica
Intre materialele folosite la realizarea structurilor portante, lemnul este considerat un material usor (spre deosebire de zidarie si beton).
Greutatea specifica variaza functie de continutul de apa. Ca atare, in cadrul fiecarei specii in parte, se pot face referiri la valori stabile ale greutatii specifice numai in raport cu continutul de apa.
In tabelul urmator sunt prezentate cateva exemple de greutati specifice (t/m3) pentru diverse specii de lemn, pentru o umiditate de 15%.
Salcie
0,50 t/m
Paltin
0,70 t/m
Maslin
0,90 t/m
Plop
0,54 t/m3
Salcam
0,75 t/m3
Carpen
0,92 t/m3
Brad
0,60 t/m3
Cires
0,77 t/m3
Stejar
0,94 t/m3
Mesteacan
0,60 t/m3
Fag
0,80 t/m3
Abanos
1,26 t/m3
2.5.            Porozitatea
Porozitatea este o caracteristica generala a lemnului, ce priveste utilizarea si conservarea diverselor tipuri de lemn.
Porozitatea influenteaza capacitatea de izolare termica (lemnul poros este mai bun izolant termic), dar si sensibilitatea la umezeala (accentuata de o porozitate crescuta).
Porozitatea lemnului variaza in functie de specie. In general, se considera mai poros lemnul moale, decat cel dur; cel cu vase mici si difuze, decat cel cu vase mari; cel fara rasina, decat cel cu rasina.
Suprafetele de capat (sectiuni transversale) sunt mai poroase decat cele longitudinale, deci mai vulnerabile din punct de vedere al absorbtiei de apa.
2.6. Conductibilitatea electrica, termica, fonica
Conductibilitatea electrica variaza functie de continutul de apa, esenta lemnoasa si densitate; in general, creste cu umiditatea.
Conductibilitatea termica a lemnului este slaba; lemnul este un bun izolant termic (ex. lemnul de brad este de peste 3 ori mai izolant decat caramida cu goluri).
Conductibilitatea fonica a lemnului este redusa; desi usor, lemnul este poros, si ca atare un bun izolant acustic (ex. lemnul de balsa, la 20 mm grosime, determina o reducere a nivelului sonor de 27 dB pentru sunete de 1000Hz).
2.7. Caracteristicile mecanice 
Lemnul este un material HETEROGEN (neuniform ca structura, calitate etc.) si ANIZOTROP (pentru o aceeasi solicitare, rezistenta este diferita functie de directie; pe aceeasi directie, rezistenta la intindere si cea la compresiune au valori sensibil diferite).

                                

Rezistenta mecanica creste cu greutatea specifica. Ea este influentata (negativ) de continutul de apa al lemnului.
La evaluarea proprietatilor mecanice ale unui element, este bine sa se verifice regularitatea cresterii, ca si prezenta, localizarea si starea eventualelor noduri sau alte defecte. Functie de felul in care se prezinta lemnul, sunt definite mai multe clase de calitate carora le corespund caracteristici mecanice diferite.
Rezistenta si deformabilitatea imbinarilor depind de proprietatile elementelor de lemn asamblate. In zona imbinarilor este necesar sa fie utilizat cel putin lemn cu rezistenta medie sau lemn lamelar incleiat de calitate; anumite tipuri de imbinari speciale pot sa impuna conditii mai severe. In zonele de imbinare eforturile sunt verificate tinand cont de slabirea sectiunii interesate prin chertare.
Rezistenta la compresiune creste aproape proportional cu densitatea si scade odata cu cresterea continutului de apa (ex. crestere de 1% a umiditatii determina in medie o scadere a rezistentei cu 4%).
Rezistenta la compresiune pe directie transversala (radiala si tangentiala) este de 15-20% din rezistenta pe directie axiala. Rezistenta la compresiune transversala este in general slaba, dar este ceva mai buna la lemnul dur de foioase.
Rezistenta la intindere a lemnului are valoare maxima. Pe directie axiala, rezistenta la intindere este aproape dublul celei la compresiune. Totodata, aceasta caracteristica este puternic influentata de sensul fibrelor, precum si de defecte (cum sunt nodurile sau fibrele torsionate).
Rezistenta la intindere transversala este in general foarte slaba; o astfel de utilizare trebuie evitata. Prezenta fisurilor din contragere scade foarte mult rezistenta la intindere perpendiculara pe fibre.
Rezistenta la incovoiere
Pentru probe de aceleasi dimensiuni si aceleasi forte care actioneaza perpendicular pe axa, comportarea la incovoiere variaza functie de pozitia suprafetelor de separatie intre inelele de crestere.
Rezistenta la forfecare in lungul fibrelor (lunecarea longitudinala) - solicitarea la forfecare cel mai frecvent intalnita in constructii - este proportionala cu densitatea; din acest punct de vedere, rasinoasele au o comportare mai slaba.
Rezistenta la forfecare in lungul fibrelor este cu 50-60% mai mica decat cea la forfecare transversala (perpendiculara pe directia fibrelor).
Deformabilitatea este diferita pe cele trei directii de solicitare (axiala, radiala, tangentiala), pentru o aceeasi incarcare.
Deformabilitatea pe directie axiala este de regula ceva mai mare la compresiune decat la intindere.
Duritatea exprima rezistenta pe care lemnul o opune la penetrarea unui corp dur (o unealta de prelucrare, un cui, un surub etc.). Duritatea mare implica o lucrabilitate mai redusa a lemnului.
Duritatea este diferita pentru diferite zone ale trunchiului (duramentul este mai dur ca alburnul). Este proprotionala densitatea lemnului si scade cu cresterea umiditatii.
Rezistenta la soc (rezilienta) maxima se manifesta pe directie radiala, iar cea minima pe directie tangentiala.
Functie de rezistenta la soc, lemnul se clasifica astfel:
- lemn rezilient: frasin, brad; apt pentru unelte, schiuri, grinzi;
- lemn mediu rezilient: stejar, fag,; apt pentru tamplarie;
- lemn fragil: pin, cedru; apt pentru alcatuiri fixe (ex. tavane suspendate)
Flexibilitatea caracterizeaza mai mult sau mai putin lemnul, in raport cu urmatoarele proprietati:
- rezistenta la indoire: sageata mica inainte de rupere; in raport cu greutatea lor specifica mai mica, rasinoasele au o rezistenta semnificativa la indoire, de unde utilizarea lor la schelete structurale; in schimb fagul, care se curbeaza usor, este folosit la fabricarea mobilei;
- tenacitate: fermitate; proprietatea de a suporta simultan eforturi ridicate si deformatii mari, inainte de a se rupe;
- rigiditate: raportul intre sectiunea piesei si sageata sa in momentul ruperii; intre diversele esente, lemnul cel mai rigid se rupe repede si casant.
2.8. Durabilitatea
Se refera la proprietatea lemnului de a rezista la actiunea factorilor de mediu (umiditate atmosferica, apa absorbita prin capilaritate, intemperii, ciuperci si insecte, solicitari termice, chimice si mecanice).
In general, lemnul cel mai durabil in conditii normale de utilizare este cel care:
- contine cantitati suficiente de rasini (pin, pitchpin), oleo-rasini (tek, eucalipt), tanin (stejar, castan);
- este dens;
- nu contine substante care fermenteaza; alburnul contine amidon si glucoze ce constituie o hrana obisnuita a insectelor xilofage;
- este amplasat intr-un mediu uscat.
            Lemnul supus unei umiditati constante este durabil; lemnul de arin, stejar, ulm, complet scufundat in apa dulce poate dura 5 secole. In atmosfera uscata, la adapost, acesta poate dura mai multe milenii.
            Conservarea lemnului
            Longevitatea lucrarilor executate din lemn este asigurata printr-o conceptie corecta a constructiei si a detaliilor, alegerea judicioasa a materialelor si a tehnicilor de punere in opera si, la nevoie, prin tratamente superficiale adecvate sau printr-o protectie chimica in masa.

            Produsele chimice fungicide (antiseptice) nu actioneaza eficient contra putrezirii decat daca patrund suficient in masa lemnului; aceasta conditie nu este indeplinita de tehnologiile industriale de impregnare.


MIJLOACE DE CONSERVARE A ELEMENTELOR DE CONSTRUCTIE DIN LEMN
Gradul de expunere
Agresiuni posibile
Mijloace de conservare
Elemnte protejate de intemperii
Insecte
Protectie chimica, impregnarea suprafetelor in general suficienta
Elemnte partial protejate de intemperii
Intemperii
Tratarea suprafetelor (vopsea sau lac protector)
Zone relativ uscate atacate de insecte
Protectie chimica
Zone umede atacate de ciuperci
Protectie chimica; folosirea unor esente rezistente la ciuperci
Elemnte expuse la intemperii
Intemperii
Tratarea suprafetelor (vopsea sau lac protector)
Ciuperci
Protectie chimica; folosirea unor esente rezistente la ciuperci
Elemente umede
Ciuperci
Protectie chimica; folosirea unor esente rezistente la ciuperci
Elemente scufundate in apa
Actiuni chimice ale apelor poluate; bacterii
Protectie chimica; folosirea unor esente rezistente
LEMNUL IN CONSTRUCTII

AVANTAJE SI DEZAVANTAJE

            Principalul avantaj al lemnului este ca se gaseste in natura, iar intr-o forma putin prelucrata poate fi folosit direct in constructie. Oricum, chiar folosind un grad ceva mai avansat de prelucrare (gater, taiere de margini, uscare, ajustarea grosimii cherestelei), utilizarea sa ramane simpla. Poate ca din acest fapt rezida si dezavantajul fata de propria fiinta: fiind prea usor prelucrabil si avand atatea calitati, exploatarea sa este irationala in raport cu cultivarea sa.
            Este relativ usor, are rezistente mecanice bune (in anumite conditii de aplicare a sarcinilor exterioare) si are in plus si rezistenta termica destul de ridicata. Este adevarat ca este sensibil la foc (dar poate fi protejat destul de eficient contra acestuia), poate putrezi (dar noi stim cum sa-l ferim de umiditate) si poate fi atacat de multi agenti patogeni sau daunatori, de la microbacterii, la micelii si pana la rozatoare. Dar si in aceste cazuri poate fi protejat, este adevarat, pentru o durata limitata in timp.
            Planta din care este extrasa partea denumita generic "lemn" (din brad, din stejar etc.) este o fiinta vie. Ceea ce este extras contine, mai mult sau mai putin, o structura interna sensibila la mediu. Variatiile de temperatura si umiditate, de incarcare exterioara sau tipul de imbinare cu alte elemente structurale au o mare influenta asupra comportamentului materialului in timp (aparitia de fisuri, crapaturi, modificare a dimensiunilor s.a.). Ceea ce trebuie facut, dupa parerea noastra, este aplicarea unuia sau a mai multor procedee de izolare fata de mediul exterior, in scopul protejarii lemnului fata de cat mai multi dintre factorii agresivi mentionati mai sus.
            ESENTE, DENSITATI, REZISTENTE
            Prezentam in tabelul de mai jos rezistentele caracteristice pentru trei dintre esentele cele mai folosite in Romania, si anume brad, fag si stejar. De la inceput, trebuie sa reamintim ca lemnul este un material anizotrop, iar in contact cu mediul materia misca. In functie de umiditate, volumul creste sau scade, de exemplu.
Tabel 1
Nr.
Solicitare
Brad
Fag
Stejar
1
Incovoiere si compresiune paralela cu fibrele
100
110
130
2
Intindere paralela cu fibrele
70
85
90
3
Compresiune perpendiculara pe fibre
15
24
30
4
Forfecare in lungul fibrelor
3
4
5
5
Forfecare in plan normal pe directia fibrelor
54
60
75
            Caracteristica principala in anizotropie o constituie forma fibroasa a lemnului. Coeziunea intre fibre este mult mai redusa decat rezistenta efectiva a fibrelor, fie ca sunt supuse la intindere sau la compresiune (in ultimul caz, tipul compresiunii este determinant deoarece efectele de deformatie transversala pot fi importante).
            Este clar de ce notiunea de "despicare" este cel mai adesea asociata cu lemnul. Ajunge o simpla comparatie intre punctele 1 si 4 din tabelul de mai sus, pentru a realiza cat de slaba este legatura intre fibre, iar daca vom compara liniile 4 si 5 vom observa ca fibrele in sine au o rezistenta apreciabila. Mai remarcam superioritatea stejarului, mai ales in legatura cu punctul 5, iar densitatea variaza intre 500-850 kg/mc, in functie de esenta (densitate mai mica inseamna rezistente mai mici).
            DEZAVANTAJUL PRELUCRARII SUMARE
            Lemnul este un material extrem de valoros. De la utilizarea sa in constructii si chiar pana la folosirea sa pentru incalzire, in "sublima" calitate de lemn de foc, acest material ne-a insotit in intreaga noastra istorie. Valoarea sa este inestimabila sub un alt aspect: plantele daunatoare de lemn absorb cea mai mare parte din bioxidul de carbon din atmosfera si dau in schimb oxigen.
  Prin lemn pus in utilizare dupa o prelucrare sumara intelegem inclusiv cheresteaua. Folosit la cofraje (popi, placaj interior), acest lemn isi pierde valoarea. El nu devine nici scara interioara, pentru a nu mai vorbi de sculptura.
            Inainte de a face o sinteza a acestei prime parti, se cuvine sa aruncam o privire la ceea ce gandesc altii despre subiectul aici tratat - lemnul, cum stiu sa il conserve si cum stiu sa il puna in adevarata sa valoare. Castigul momentan este aparent, el aduce in interiorul lui o paguba, uneori ireparabila. Ar fi bine sa utilizam lemnul numai pentru ceea ce dureaza.
            Lemnul, provenind dintr-o fiinta vie (planta cu denumiri generice, precum copac sau pom), are caracteristici speciale: o structura interna complicata, anizotropie (proprietati elastice diferite intr-un spatiu tridimensional) si un comportament in timp care se manifesta destul de imprevizibil. Acestea sunt motivele pentru care recomandam cateva reguli in cazul folosirii lemnului natural (de la barne pana la scandura):
- asigurati-va ca materialul este suficient de uscat pentru fiecare treapta de prelucrare; uscarea rapida excesiva poate duce la craparea lui in sens longitudinal - cu alte cuvinte, daca doriti sa folositi lemn sub forma de busteni, lasati-i coaja pana la obtinerea unui grad de uscare suficient, recomandabil intr-o incinta protejata si fara utilizarea de procedee de uscare artificiale; coaja actioneaza asemanator unei "camasi de forta" pentru materialul din interior;
- inainte de introducerea in gater in vederea obtinerii lemnului ecarisat (grinzi, stalpi, scandura), asigurati un grad mediu de uscare, pentru a evita contorsionarea ulterioara a produselor obtinute;
- dupa prelucrarea in vederea montajului structural, asigurati toate masurile tehnic posibile de izolare a materialului uscat fata de mediul exterior; aici nu este vorba numai de umiditate, ci si de parazitii omniprezenti care pot "ajuta" la scurtarea duratei de viata a elementului structural.
            Pe scurt, pentru o cat mai lunga si corecta durata de functionare a elementelor de constructie obtinute direct din lemn natural, cuvantul de ordine este mumificarea sa.
            In cea mai mare parte a aplicatiilor practice, produsele din lemn sunt folosite ca elemente liniare. Grinzile, stalpii, capriorii sarpantelor sunt numai cateva exemple. In anumite situatii, elementele liniare au marginile lungi prelucrate si alaturate in asa fel incat sa se obtina o forma aproximativa a unui comportament planar. Fara a face calcule, inaintasii au intuit moduri potrivite de punere in valoare a elementelor liniare din lemn.
     Dintre toate eforturile posibile, vom neglija cu o oarecare impertinenta torsiunea. In general, la structurile traditionale acest efort are o valoare foarte mica, desi nu stim daca acest fapt este voit sau nu. De celelalte eforturi ne ocupam in continuare si ar fi bine sa aveti un creion din lemn la dispozitie. Sau o sipca flexibila. Oricum, ceva dupa care sa nu va para rau - s-ar putea sa distrugem elementul.
            Sa vedem acum solicitarile:
(a)        incovoiere. Este produsa de momente incovoietoare aplicate la capetele segmentului de bara considerat. Remarcam liniaritatea capetelor - o ipoteza, de altfel;
(b)       efort axial (intindere/compresiune). Prin intindere, elementul ar trebui sa se dovedeasca destul de rezistent (aparenta care inseala). Prin compresiune sanatoasa, veti obtine flambajul (pierderea stabilitatii) relativ usor - daca depasiti o anumita limita, elementul cedeaza de-a binelea;
(c)        forta taietoare. Asa cum am vazut in precedentul capitol (si cum stiam, oricum), lemnul este format din fibre. Rezistenta unei fibre intinse este este incomparabil mai mare decat coeziunea dintre fibre. Despicarea lemnului este foarte usoara in raport cu taierea lui in sens transversal. In primul caz este doar firava coeziune care ni se opune, in al doilea caz fibrele sunt cele care trebuie taiate (cum asezam butucul pe taietor?). In realitate, in cazul elementelor de constructii, incovoierea pura nu exista. Solicitarea suplimentara care o insoteste este cea de forfecare (corespunzatoare fortei taietoare) si acest tip de solicitare compusa ne intereseaza in continuare.
In afara tensiunilor normale datorate incovoierii (M) , mai apar tensiuni tangentiale, provenite din solicitarea de forfecare (Q). Reflectate prin eforturi ca suma lor pe intreaga sectiune transversala, aceste tensiuni produc deplanarea sectiunii transversale. Ea este cu atat mai accentuata cu cat raportul intre lungimea elementului si inaltimea sectiunii transversale este mai mic. Evident, ceva tensiuni pun la incercare coeziunea dintre fibre. Contrar asteptarilor, aceste tensiuni "perverse" provin din forte taietoare.

Dar pentru a ilustra pe scurt ce se intampla, ca sa incheiem aceasta parte, sa consideram doua grinzisoare, pe care, suprapuse, sa le asezam pe doua reazeme, la capete. Actionate printr-o forta verticala, ele se vor deforma si vor aluneca (luneca

una in raport cu cealalta. Daca vrem sa obtinem o rezistenta sporita la incovoiere, vom fi tentati sa plasam un strat de adeziv intre ele. Avem suficienta rabdare si lasam adezivul sa se intareasca, dupa care supunem grinda "1 x 2" la o incarcare gravitationala din ce in ce mai mare. In cazul in care am folosit un adeziv slab, acesta se va rupe, sistemul revenind practic la vechea situatie.
Adezivul imaginat de noi nu este altceva decat coeziunea dintre fibre. Juravski a constatat singur ce inseamna incovoierea in prezenta fortei taietoare. Si ca sa fie si o parafraza bacoviana: "Sunt singur si ma duce-un gand la lemnul din traversa!"
Aflam istoria lemnului dupa inelele anuale, iar anii buni pentru lemn se transforma in deformatii mari pentru noi, atunci cand uscam respectivul lemn. In acest context, de diferentiere a contractiei (contragerii, dupa unii autori) in functie de grosimea stratului, intervine un element suplimentar legat de directiile straturilor. Aceste directii difera in functie de zona din trunchi din care a fost obtinut elementul liniar din lemn (scandura, sipca, pana de coama etc.).
Asimetria cea mai pronuntata in ceea ce priveste contractia la uscare este remarcata in situatia (a).
Daca in situatiile (b) si (c) caracteristicile geometrice sectionale nu se schimba foarte mult, in prima situatie (in zona marginala a trunchiului), avem de-a face cu incovoierea, respectiv cu departarea fibrelor superioare de planul nedeformat.
Revenind la situatia (a), data fiind intinderea fibrei inferioare, aceasta constituie locul de plecare a unor fisuri pe verticala (neprezentate in desen, pentru a evita incarcarea lui, dar usor de imaginat). Asemenea fisurari se produc si in cazurile (b) si (c), fisurile rezultate fiind perpendiculare pe directiile radiale ale fibrelor. Adaugate starii de fisurare datorate alunecarii radiale dintre fibre, noul grup de fisuri conduc la reduceri ale rezistentelor finale in raport cu cele ale materialului viu. Am prezentat anterior rezistente indicative de calcul pentru materialul uscat, din care rezulta comportamentul net superior al lemnului la solicitari ce conduc la tensiuni predominant paralele cu fibrele.
Tipurile de deformatii prezentate atrag atentia asupra unui comportament aleatoriu, mai ales in ceea ce priveste imbinarile. Este practic imposibila adaptarea unui proiect la tipul sectiunii lemnoase folosite. Remediile exista, iar probabil cel mai simplu este utilizarea lemnului in compozite si nu in sectiuni groase din material lemnos.
Cineva compara structura interna a lemnului cu "un manunchi de surcele lipite intre ele" si asa este. Urmarea uscarii este pierderea apei, respectiv moartea celulelor ce asigura coeziunea intre fibrele celulozice. Coeziunea intre fibre se reduce mult, desi nu dispare numai sub efectul uscarii. Ca urmare a micsorarii volumului, apar tensiuni interne principale (intinderi/contractii/forfecari in combinatie), ce conduc la fisuri in plane transversale si longitudinale, datorita ruperilor in zonele cu cea mai redusa coeziune inter-fibre.
Starea de fisurare mai depinde si de parametrul timp. Indiferent de modul de tratare, se dovedeste ca fisurarea avanseaza o data cu trecerea timpului, dar tratarea lemnului prelungeste durata lui de viata. Sa nu ignoram nici efectele nefaste pe care le au insectele, rozatoarele sau putregaiul asupra materialului. Tratarea lemnului ajuta foarte mult la combaterea factorilor nocivi amintiti, dar, in acelasi timp, reduce progresul pierderii rezistentei structurale interne. Dar, asa cum spuneam, este cazul sa analizam putin modul in care lemnul este util din punct de vedere structural.
APLICATII STRUCTURALE
Am vazut ca lemnul reprezinta, in sine, o structura. Dintr-un punct de vedere ideal, el reprezinta o alcatuire de fibre celulozice drepte, care conlucreaza printr-o anumita aderenta, pana la o limita. Dincolo de limita la care aderenta dintre fibre dispare, nu se mai poate vorbi decat de rupere. Acesta este un model care este extensibil in trei sensuri principale: modelele structural liniar, planar si spatial. Cum modelul structural liniar si cel spatial sunt strans legate (vom vedea imediat de ce), problema poate fi redusa la, sa spunem, modelul liniar si la cel planar.
De ce modelele liniare s spatiale sunt strans legate?
Pentru ca nu prea poate fi imaginata o structura din lemn spatiala, care sa nu fie formata din elemente liniare. Fie ca este vorba de lemn semi-prelucrat (busteni fasonati), fie ca este vorba de elemente din lemn prelucrat (de exemplu, lemn armat), se ajunge la compozitii de elemente conectate la capete. Grinda din lemn, stalpul din lemn sunt asemenea exemple. Un element dintr-o structura spatiala reticulara din lemn este format din elemente liniare. Aceste elemente nu mai pot purta denumiri generice ca grinda sau stalp, ele formeaza o structura spatiala, dar raman interconectate la capete.
Tipul de conexiune a elementului este foarte important si, de aceea, am insistat asupra acestui aspect. Un element conectat la capete intr-o structura si liber in campul sau, supus la compresiune are tendinta de a-si pierde stabilitatea daca este comprimat. Mai mult, si in special in cazul lemnului, din cauza naturii sale fibroase, anumite solicitari de intindere, respectiv eforturi taietoare, pot declansa ruperea adeziunii inter-fibre si distrugerea partiala sau totala a elementului. Daca elementul are un rol important in structura si este distrusa conexiunea (imbinarea) lui cu structura, atunci acest lucru poate antrena prabusirea intregului ansamblu.
O sursa bibliografica de referinta: Gustav Blohm, "Manualul constructorului de case", Berlin, 1932.
Ne simtim datori sa intrerupem putin seria Aplicatii structurale. Vom urma o cale mai putin obisnuita, ignorand tema aplicatiilor moderne ale lemnului. Motivul este ca, din punct de vedere principal, ne simtim datori sa redam anumite extrase din "Manualul constructorului de case"aparut la Berlin in 1932.
Publicatia nu mai face obiectul unor drepturi de autor, dar noi vom mentiona atat editura, cat si autorul principal. Nici o alta publicatienu a fost mai clara pentru noiin ceea ce priveste principiile de utilizare a lemnului in structuri, de aceea consideram aceasta publicatie demna de toata atentia.
Incepem cu planseele din lemn si ne conformam standardului DIN 104/1920  din care este reprodusa (cu unele prelucrari) figura urmatoare.
Podina este prezenta peste tot. Ea reazema pe grinzi din lemn, care, la randul lor, reazema pe ziduri ce se constituie in diafragme. Inchiderea inferioara nu mai este omniprezenta si cota ei de montaj difera in functie de tipul izolatiei termice sau fonice folosite. Era vorba probabil de zgura,  in nici un caz de vata minerala sau polistiren.
Sa observam ca fiecare sectiune transversala este insotita (alaturat) de o sectiune longitudinala. In toate cazurile, atentia de detaliu (inclusiv lucrul bidirectional al materialului) ni se pare a fi de natura germanica. Fisurile radiale sunt indicate. Formele elementelor de sustinere a stratului termo/fonoizolator sunt de asemenea schitate. Nici prinderile cu suruburi sau imbinarile lamba-si-uluc nu au fost uitate.
In modelul din figura urmatoare sunt prezentate doua tipuri de grinzi cu zabrele si un arc cu tirant - asa l-am defini, desi a numi elementul ca grinda tip Viereendel modificat ar putea insemna acelasi lucru. In afara elementelor de solidarizare, totul este din lemn. De asemenea, ultimele doua modele indica intuirea fortelor taietoare mari la extremitati, deci a lunecarilor importante. De unde atentia data detaliilor de capat.
Mai asociem doua detalii ilustrative, care ne spun, o data in plus, ca, din punctul de vedere al tehnologiei curente utilizate la constructiile din lemn, nici nu am avansat prea mult si nici nu am demonstrat suficient capacitatea de a folosi mai putin material si mai multa tehnologie, totul in conditiile respectarii principiilor statice si dinamice ale Mecanicii Constructiilor, cu aceeasi vechime ca gravitatia.

SISTEME CONSTRUCTIVE

SISTEME CONSTRUCTIVE CU STALPI SI GRINZI

SISTEME CONSTRUCTIVE CU PERETI PORTANTI

PRINCIPII DE PROIECTARE
        

No comments:

Post a Comment