Construcţii din lemn - Ediţia a 4-a Revizuită - PDF

RODICA CRIŞAN CONSTRUCŢII DIN LEMN EDIŢIA A 4-A REVIZUITĂ EDITURA UNIVERSITARĂ “ION MINCU” BUCUREŞTI, 2012 Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României CRIŞAN, RODICA Construcţii de lemn : publicaţii de uz didactic / Rodica Crişan. - Ed. a 4-a, rev. - Bucureşti...

RODICA CRIŞAN CONSTRUCŢII DIN LEMN EDIŢIA A 4-A REVIZUITĂ EDITURA UNIVERSITARĂ “ION MINCU” BUCUREŞTI, 2012 Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României CRIŞAN, RODICA Construcţii de lemn : publicaţii de uz didactic / Rodica Crişan. - Ed. a 4-a, rev. - Bucureşti : Editura Universitară "Ion Mincu", 2012 Bibliogr. ISBN 978-606-638-044-7 624.011.1(075.8) Coperta 1: Structură de acoperire din lemn, Lyon, Franţa (foto R. Crişan, 2003) Tehnoredactare computerizată: arh. Anca Hintz Machetare: ing. Elena Dinu © 2012 Editura Universitară “Ion Mincu”, Str. Academiei 18-20, Sector 1, Bucureşti, cod 010014, tel. + 40.21.30.77.193  CONSTRUCŢII DIN LEMN 1. LEMNUL DE CONSTRUCŢII 1.1. GENERALITĂŢI Lemnul poate fi considerat primul material de construcţie. Din preistorie şi până astăzi acest material a fost utilizat constant, în cele mai variate moduri, în alcătuiri constructive cu sau fără rol structural. Acest fapt se datorează atât răspândirii lemnului, sub forma unor specii diverse, în toată lumea, cât şi lucrabilităţii sale, greutăţii reduse şi bunelor sale caracteristici mecanice. Cu toate acestea, puţine sunt mărturiile unor realizări foarte vechi din lemn şi, în orice caz, mult mai puţine decât cele din piatră. Intr-adevăr, lemnul este caracterizat de o perisabilitate crescută, legată de factori multipli, şi nu în ultimul rând de bine cunoscuta sa vulnerabilitate la foc. Totuşi poate fi cu uşurinţă constatată şi astăzi o largă utilizare în timp a planşeelor din lemn, în special în zonele rurale şi în vecinătatea pădurilor. Succesul şi răspândirea planşeelor de lemn, ca şi a şarpantelor din lemn, este justificată de posibilitatea acoperirii unor deschideri destul de mari cu structuri uşoare, costuri reduse şi fără a fi necesari pereţi perimetrali masivi ca în cazul bolţilor din zidărie. Termenul ‘lemn’ nu desemnează un material în sensul strict al cuvântului. Intr-adevăr, fiecare ‘lemn’ este caracterizat de dimensiuni, aspect şi proprietăţi (durabilitate, lucrabilitate, etc) tipice pentru specia căreia îi aparţine. Ca atare, prin acest termen se desemnează de regulă la modul general partea rezistentă (care nu e verde) a arborilor. Lemnul care răspunde cel mai bine cerinţelor de utilizare provine din arbori ce pot fi grupaţi în două mari specii: foioasele, cărora le corespund lemnele dure, şi coniferele, cărora le corespund lemnele moi. Pentru aceste două mari familii, procesul de dezvoltare, atât fizică, cât şi a proprietăţilor mecanice, are loc în acelaşi mod şi anume prin suprapunerea în sens radial a inelelor de creştere. Zona internă, cea mai veche, este cea mai rezistentă. Cu referire la trunchi - partea din care se extrage lemnul de construcţie - pot fi evidenţiate 3 secţiuni: transversală, radială, tangenţială. Fiecăreia din aceste 3 secţiuni îi corspund proprietăţi de rezistenţă mecanică specifice: lemnul răspunde diferit funcţie de planul în care acţionează forţele. De aceea, se spune că lemnul este un material puternic anizotrop. Cu referire la un segment de trunchi, cu cele 3 secţiuni evidenţiate, se pot recunoaşte zonele caracteristice de creştere. Partea cea mai rezistentă este constituită de duramen, în timp ce alburnul, sau lemnul tânăr, reprezintă partea fiziologic activă, şi, prin substanţele depozitate, constituie o zonă putrescibilă. Zonele externe nu prezintă de regulă interes pentru întrebuinţările curente. 1 CONSTRUCŢII DIN LEMN Lemnul de construcţii se poate poate clasifica în diverse categorii, funcţie de diverse criterii: provenienţă, caracteristici botanice, mod de prelucrare, etc Astfel, pot fi identificate următoarele categorii: - Funcţie de provenienţă: esenţe (sortimente de lemn) europene şi exotice - Funcţie de caracteristicile botanice: conifere (plante cu frunze aciculare) şi foioase (plante cu frunze late) - Funcţie de modul de prelucrare: - Lemn rotund: stâlpi, bile, manele, piloţi - Lemn cioplit: blăni, grinzi cioplite, bulumaci - Lemn de cherestea1: scânduri, dulapi, grinzi, şipci, rigle.2 1.2. CARACTERISTICI TEHNICE 1.2.1. Sensibilitatea la umezeală. ‘Lucrul’ lemnului. Unul dintre aspectele cele mai semnificative ale lemnului, cu implicaţii directe asupra folosirii sale în construcţii, îl constituie sensibilitatea sa la umezeală. Conţinutul de apă influenţează greutatea specifică, dimensiunile, stabilitatea formelor şi rezistenţa mecanică (care scade cu creşterea umidităţii); totodată umiditatea crescută (peste 18%) determină procese biologice de degradare a lemnului. Procesul de uscare a lemnului proaspăt tăiat (al cărui conţinut de apă poate ajunge la 75% din greu- tate) are ca scop aducerea umidităţii conţinute la o limită acceptabilă pentru utilizarea lemnului în construcţii fără pericolul unor fenomene deformative importante; se recomandă ca umiditatea conţinută să fie de cca 8-12% pentru utilizare la interior şi cca 13-18% pentru utilizare la exterior. Lemnul păstrează însă proprietatea de a realiza schimburi de umiditate cu mediul ambiant (este higro- scopic): de aceea, dincolo de practica uscării prealabile, este indicată adaptarea lemnului la mediul în care va sta, respectiv atingerea unui echilibru higroscopic optim, înaintea punerii în operă. Modificarea conţinutului de apă al lemnului între anumite limite, respectiv între starea anhidră şi valoarea de saturaţie a fibrelor, determină variaţii de volum şi dimensiuni pe cele trei direcţii principale: axială, radială şi tangenţială; se spune că lemnul ‘lucrează’. Sub valoarea de saturaţie a fibrelor (cca 30%) volumul se reduce: are loc o ‘contragere’. Peste starea anhidră, se produce ‘umflarea’ lemnului. Pentru o aceeaşi modificare de umiditate, aceste variaţii depind esenţial de esenţa lemnoasă (ex. con- tragerea este mai mare la lemnul dur decât la răşinoase) şi au valori diferite pe cele trei direcţii (ex. contragerea este mai mare pe direcţie tangenţială decât pe direcţie radială). Valoarea contractibilităţii volumetrice totale (contragere axială, radială şi tangenţială) permite clasificarea esenţelor lemnoase în 3 categorii: - esenţe cu contrageri reduse: 5 - 10% (ex. plop, nuc); sunt potrivite pentru lucrări de tâmplărie şi furnire; - esenţe cu contrageri medii: 10 - 15% (ex. răşinoasele); pre- zintă fisuri medii şi pot fi conservate ca lemn rotund; - esenţe cu contrageri mari: 15 - 20% (ex. stejarul); prezintă crăpături mari din uscare şi este necesară debitarea rapidă, A- contragere tangenţială (maximă) B- contragere radială (medie) înaintea uscării. C- contragere axială (minimă) Contragerea este direct proporţională cu conţinutul în celuloză; ca atare, lemnul cel mai dens (care deci conţine mai multă celuloză) este cel care prezintă cele mai mari contrageri. 1 Cherestea: denumire dată materialului lemnos cu cel puţin două feţe plane şi paralele, rezultat din tăierea buştenilor la gater 2 V. şi Materiale pentru construcţii şi finisaje - curs UAUIM, an I. 2  CONSTRUCŢII DIN LEMN Contragerea lemnului prin uscare provoacă tensiuni şi deci tensiuni deformaţii, cu efecte diferite pe diferite direcţii şi în diferite datorate contragerii secţiuni ale trunchiului. radiale Contragerea axială este mai redusă decât contragerea transversală (radială şi tangenţială). Funcţie de zona de trunchi din care au fost extrase, piese- le de lemn se vor deforma diferit. tensiuni datorate contragerii tangenţiale Sensul probabil al variaţiilor dimensionale şi de formă ale pieselor din lemn, ca urmare a îmbătrânirii (uscării) şi a variaţiilor de umiditate inerente, trebuie prevăzut şi avut în vedere la proiectarea de detaliu a construcţiilor din lemn. 1.2.2. Degradarea biologică Dată fiind originea sa organică, lemnul este atacabil de micro şi macro organisme: bacterii de putrefacţie, ciuperci, insecte parazite. Unii agenţi biologici atacă lemnul uscat (insectele parazite), alte atacuri biologice (bacterii de putrefacţie, ciuperci parazite) sunt favorizate de umiditatea crescută asociată căldurii şi lipsei ventilaţiei. In ceea ce priveşte putrescibilitatea, lemnul este afectat în special de situaţiile mixte (părţi ude / părţi uscate) şi de variaţiile ciclice de umiditate. Agenţii biologici sunt de regulă specifici fiecărui tip de lemn. Sunt mai vulnerabile părţile tinere ale lemnului şi, în general, speciile de lemn moale, decât cele de lemn dur. Aplicarea unor tratamente protective (vopsire sau lăcuire, catran sau carbonatare) trebuie făcută pe lemn bine uscat; apa menţinută în interiorul unui lemn prea tânăr impermeabilizat superficial va deter- mina în scurt timp putrezirea acestuia. 1.2.3. Sensibilitatea la foc Lemnul este un material combustibil. Supus unor temperaturi 0 crescânde în prezenţa aerului, lemnul se descompune progresiv, pentru a se aprinde la 270 C. Puterea calorifică este proporţională cu densi- tatea. Asigurarea unei rezistenţe omogene la foc a tuturor pieselor unei structuri din lemn implică o serie de constrângeri în ceea ce priveşte dimensionarea pieselor, îmbinările, calitatea lemnului şi gradul de expunere la foc a pieselor, precum şi unele tratamente superficiale ignifuge. 1.2.3. Greutatea specifică Intre materialele folosite la realizarea structurilor portante, lemnul este considerat un material uşor. 3 CONSTRUCŢII DIN LEMN Greutatea specifică a lemnului variază funcţie de specie şi funcţie de conţinutul de apă. Ca atare, în cadrul fiecărei specii în parte, se pot face referiri la valori stabile ale greutăţii specifice numai în raport cu conţinutul de apă. In tabelul de mai jos sunt prezentate cîteva exemple de greutăţi specifice (t/m3) pentru diverse specii de lemn, pentru o umiditate de 15%. 1.2.5. Porozitatea Porozitatea este o caracteristică generală a lemnului, ce priveşte utilizarea şi consevarea diverselor tipuri de lemn. Porozitatea influenţează capacitatea de izolare termică (lemnul poros este mai bun izolant termic), dar şi sensibilitatea la umezeală (accentuată de o porozitate crescută). Porozitatea lemnului variază funcţie de specie. In general, se consideră mai poros lemnul moale, decât cel dur; cel cu vase mici şi difuze, decât cel cu vase mari; cel fără răşină, decât cel cu răşină. Suprafeţele de capăt (secţiuni transversale) sunt mai poroase decât cele longitudinale, deci mai vul- nerabile din punct de vedere al absorbţiei de apă. 1.2.6. Conductibilitatea electrică, termică, fonică Conductibilitatea electrică variază funcţie de conţinutul de apă, esenţa lemnoasă şi densitate; în general, creşte cu umiditatea. Conductibilitatea termică a lemnului este slabă; lemnul este un bun izolant termic (ex. lemnul de brad este de peste 3 ori mai izolant decât cărămida cu goluri) Conductibilitatea fonică a lemnului este redusă; deşi uşor, lemnul este poros, şi ca atare un bun izolant acustic (ex. lemnul de balsa, la 20 mm grosime, determină o reducere a nivelului sonor de 27 dB pen- tru sunete de 1000Hz) 1.2.7. Caracteristicile mecanice 1 Lemnul este un material HETEROGEN (neuniform ca structură, calitate, etc) şi ANIZOTROP (pentru o aceeaşi solicitare, rezistenţa este diferită funcţie de direcţie; pe aceeaşi direcţie, rezistenţa la întindere şi cea la compresiune au valori sensibil diferite) Rezistenţa mecanică creşte în general cu greutatea specifică. Ea este influenţată (negativ) de conţinutul de apă al lemnului. La evaluarea proprietăţilor mecanice ale unui element din lemn, este bine să se verifice regularitatea creşterii, ca şi prezenţa, localizarea şi starea eventualelor noduri sau alte defecte. Funcţie de felul în care se prezintă lemnul, sunt definite mai multe clase de calitate cărora le corespund caracteristici mecanice diferite. Rezistenţa şi deformabilitatea îmbinărilor depind esenţial de proprietăţile elementelor de lemn asamblate. In zona îmbinărilor este necesar să fie utilizat cel puţin lemn cu rezistenţă medie sau lemn lamelar încleiat de calitate; anumite tipuri de îmbinări speciale pot să impună condiţii mai severe. In zonele de îmbinare eforturile sunt verificate ţinând cont de slăbirea secţiunii interesate prin chertare. 1 Anizotrop. Care nu are aceleaşi proprietăţi fizice în toate direcţiile; care prezintă direcţii privilegiate (DEX, 1996) 4  CONSTRUCŢII DIN LEMN Rezistenţa la compresiune creşte aproape proporţional cu densitatea şi scade odată cu creşterea conţinutului de apă (ex. o creştere de 1% a umidităţii determină în medie o scădere a rezistenţei cu 4%). Rezistenţa la compresiune pe direcţie transversală (radială şi tangenţială) este 15-20% din rezistenţa pe direcţie axială. Rezistenţa la compresiune transversală este în general slabă, dar este ceva mai bună la lemnul dur de foioase. Rezistenţa la întindere a lemnului are valoarea maximă. Pe direcţie axială, rezistenţa la întindere este apropape dublul celei la compresiune.Totodată, această caracteristică este puternic influenţată de sensul fibrelor, precum şi de defecte (cum sunt nodurile sau fibrele torsionate). Rezistenţa la întindere transversală este în general foarte slabă; o astfel de utilizare trebuie evitată. Prezenţa fisurilor din contragere scade foarte mult rezistenţa la întindere perpendiculară pe fibre. Rezistenţa la încovoiere Pentru probe de aceleaşi dimensiuni şi aceleaşi forţe care acţionează perpendicular pe axă, comportarea la încovoiere variază funcţie de poziţia suprafeţelor de separaţie între inelele de creştere (v.dispunerea inelelor de creştere în secţiune) Rezistenţa la forfecare în lungul fibrelor (lunecare longitudinală) - solicitarea la forfecare cel mai frecvent întâlnită în construcţii - este proporţională cu densitatea; din acest punct de vedere, răşinoasele au o comportare mai slabă. Rezistenţa la forfecare în lungul fibrelor este cu 50 - 60% mai mică decât cea la forfecare transversală (perpendiculară pe direcţia fibrelor) Deformabilitatea este diferită pe cele trei direcţii de solicitare (axială, radială, tangenţială), pentru o aceeaşi încărcare. Deformabilitatea pe direcţie axială este de regulă ceva mai mare la compresiune decât la întindere. Duritatea exprimă rezistenţa pe care lemnul o opune la penetrarea unui corp dur (o unealtă de prelucrare, un cui, un şurub, etc). Duritatea mare implică o lucrabilitate mai redusă a lemnului. Duritatea este diferită pentru diferite zone ale trunchiului (duramenul este mai dur ca alburnul). Este proporţională cu densitatea lemnului şi scade cu creşterea umidităţii. 1 Rezistenţa la şoc (rezilienţa) maximă se manifestă pe direcţie radială, iar cea minimă pe direcţie tangenţială. Funcţie de rezistenţa la şoc, lemnul se clasifică astfel: - lemn rezilient: frasin, brad; apt pentru unelte, schiuri, grinzi; - lemn mediu rezilient: stejar, fag; apt pentru tâmplărie; - lemn fragil: pin, cedru; apt pentru alcătuiri fixe (ex. tavane suspendate) Flexibilitatea caracterizeză mai mult sau mai puţin lemnul, în raport cu următoarele proprietăţi: - rezistenţă la îndoire: săgeată mică înainte de rupere; în raport cu greutatea lor specifică mai mică, răşinoasele au o rezistenţă semnificativă la îndoire, de unde utilizarea lor la schelete structurale; în schimb fagul, care se curbează uşor, este folosit la fabricarea mobilei; - tenacitate: fermitate; proprietatea de a suporta simultan eforturi ridicate şi deformaţii mari, înainte de a se rupe; - rigiditate: raportul între secţiunea piesei şi săgeata sa în momentul ruperii; între diversele esenţe, lem- nul cel mai rigid se rupe repede şi casant. 1 Rezilienţă (s.f). Mărime caracteristică pentru comportarea materialelor la solicitări prin şoc, egală cu raportul dintre lucrul mecanic consumat pentru ruperea unei epruvete şi aria secţiunii transversale în care s-a produs ruperea respectivă. (Academia Română, DEX. Ed.Univers enciclopedic, Bucureşti, 1998) 5 CONSTRUCŢII DIN LEMN 1.2.8. Durabilitatea Se referă la proprietatea lemnului de a rezista la acţiunea factorilor de mediu (umiditate atmosferică, apă absobită prin capilaritate, intemperii, ciuperci şi insecte, solicitări termice, chimice şi mecanice). In general, lemnul cel mai durabil în condiţii normale de utilizare este cel care: - conţine cantităţi suficiente de răşini (pin, pitchpin), oleo-răşini (tek, eucalipt), tanin (stejar, castan); - este dens; - nu conţine substanţe care fermentează; alburnul conţine amidon şi glucoze ce constituie o hrană obişnuită a insectelor xilofage; - este amplasat într-un mediu uscat. Lemnul supus unei umidităţi constante este durabil; lemnul de arin, stejar, ulm, complet scufundat în apă dulce poate dura cinci secole. In atmosferă uscată, la adăpost, acesta poate dura mai multe milenii (v. mormintele egiptene) Conservarea lemnului Longevitatea lucrărilor executate din lemn este asigurată printr-o concepţie corectă a construcţiei şi a detaliilor, alegerea judicioasă a materialelor şi a tehnicilor de punere în operă şi, la nevoie, prin trata- mente superficiale adecvate sau printr-o protecţie chimică în masă. Produsele chimice fungicide (antiseptice) nu acţionează eficient contra putrezirii decât dacă pătrund suficient în masa lemnului; această condiţie nu este îndeplinită decât de tehnologiile industriale de impregnare. 1 MIJLOACE DE CONSERVARE A ELEMENTELOR DE CONSTRUCŢIE DIN LEMN 1 Conform Normelor SIA 164, Construction en bois (după VITTONE, Renée, Bâtir. Manuel de la construction. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 1996, p.105) 6  CONSTRUCŢII DIN LEMN 2. SISTEME CONSTRUCTIVE A. SISTEME CU STÂLPI ŞI GRINZI (sisteme „deschise”) Închiderile şi compartimentările sunt diferite de structura portantă a clădirii (sunt neportante sau auto- portante; au structură proprie) A1 A2 A3 A4 A5 CU GRINZI CU GRINZI CU GRINZI CU STILPI 'ÎN CU GRINZI PRINCIPALE SI PRINCIPALE SI SECUNDARE 'ÎN CLESTE'+ PRINCIPALE SI SECUNDARE SECUNDARE CLESTE' GRINZI SECUNDARE 'ÎN SUPRAPUSE COPLANARE SECUNDARE 'ÎN CLESTE' CLESTE' NOD CARACTERISTIC NR. NIVELE 1 2 2 2 2 IMBINARI DULGHERESTI  IMBINARI INGINERESTI      OBS. Acoperis plat Adecvat pt. Posibilã variantã cu prefabricare în serie stîlpi din 4 elem. + mare grinzi simple B. SISTEME CU PEREŢI PORTANŢI (sisteme ‘închise’) PERETI DIN BÎRNE PERETI CU SCHELET PERETI DIN SUPRAPUSE PANOURI (BLOCKHAUS) IN ZABRELE DIN DULAPI (FACHWERK) B1 B2 B3 B4 B1a B1b B3a B3b FĂRĂ FÃRÃ CU MONTANTI TIP 'BALOON" TIP 'PLATFORM" MONTANTI NOD CARACTERISTIC NR. NIVELE 2 2 >2 >2 >2 1 IMBINARI DULGHERESTI    IMBINARI INGINERESTI      OBS Sistemul Sistemele traditionale americane Adecvat pt. traditional cu (Baloon Frame, Draced Frame, prefabricare în umpluturã din Westwrn Frame) s i cele serie mare a zidãrie si contemporane derivate clãdirilor sistemele Adecvat pt. prefabricarea în serie contemporane mare a clãdirilor derivate Inchiderile şi compartimentările coincid cu structura portantă a clădirii. 7 CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.1. SISTEME CONSTRUCTIVE CU STÂLPI ŞI GRINZI 2.1.1. GRINZI PRINCIPALE ŞI SECUNDARE SUPRAPUSE SCHEMĂ AXONOMETRICĂ A STRUCTURII (pentru simplificare nu au fost reprezentate diagonalele) SCHEMĂ DE PRINCIPIU A NODULUI CARACTERISTIC EXEMPLE DE ÎMBINĂRI a) Îmbinare cu cep si scobitură (tipul principal) b) Îmbinare cu guseu din lemn, încastrat si fixat cu, cuie (la extremităti) 8  CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.1.2. GRINZI PRINCIPALE ŞI SECUNDARE COPLANARE S C HEMĂ AXONOMETRICĂ A STR U C T U R I I (pentru simplificare nu au fost reprezentate diagonalele) SCHEMĂ DE PRINCIPIU A NODULUI CARACTERISTIC EXEMPLE DE ÎMBINĂRI a) Îmbinare grindă / stâlpi cu cornier din oţel b) Grinzi principale îmbinate la 60 pe un stâlp continuu 9 CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.1.3. GRINZI SECUNDARE „ÎN CLEŞTE” SCHEMĂ AXONOMETRICĂ A STRUCTURII (pentru simplificare nu au fost reprezentate diagonalele) SCHEMĂ DE PRINCIPIU A NODULUI CARACTERISTIC EXEMPLE DE ÎMBINĂRI cu eclise din lemn sau din otel; fixarea diagonalelor 10  CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.1.4. STÂLPI „ÎN CLEŞTE” + GRINZI SECUNDARE „ÎN CLEŞTE” SCHEMĂ AXONOMETRICĂ A STRUCTURII (pentru simplificare nu au fost reprezentate diagonalele) SCHEMĂ DE PRINCIPIU A NODULUI CARACTERISTIC EXEMPLE DE ÎMBINĂRI a) Îmbinare cu buloane; stâlp cu secţi- une compusă prin alipirea a doi dulapi b) Îmbinare cu buloane; stâlp cu secţi- une compusă din doi dulapi+furură Variantă: stâlp compus din 4 elemente + grinzi cu secţiune simplă continui pe două direcţii 11 CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.1.5. GRINZI PRINCIPALE ŞI SECUNDARE „ÎN CLEŞTE” SCHEMĂ AXONOMETRICĂ A STRUCTURII (pentru simpl i f i c a r e n u a u fost reprezentate diagonalele) SCHEMĂ DE PRINCIPIU A NODULUI CARACTERISTIC EXEMPLE DE ÎMBINĂRI a) Îmbinarea grindă / stâlp cu sectiune circulară cu buloane galvanizate si crampoane „bulldog”, la o constructie cu deschideri mici. b) Îmbinare cu buloane + gujoane; dopurile de lemn oferă îmbinării metalice o mai bună rezistentă la foc. 12  CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.2. SISTEME CONSTRUCTIVE CU PEREŢI PORTANŢI 2.2.1. PEREŢI DIN BÂRNE SUPRAPUSE (BLOCKHAUS) 2.2.1a. FĂRĂ MONTANŢI BÂRNE CU SECŢIUNI CIRCULARE a) Bârne din lemn brut, suprapuse alternativ în raport cu diametrele; perete aerat b) Bârne cu secţiune regulată; rost cioplit concav, etanşat cu muşchi sau fuior de cânepă gudronată c) Bârne cu suprafaţă mare de rezemare; îmbinare cu lambă adăugată. BÂRNE CU SECŢIUNI RECTANGULARE (LEMN ECARISAT) „inima” lemnului spre exterior Grosimi: - Pereţi exteriori: 10-12-14 cm - Pereţi interiori: 8-10 cm a) Bârne cu rosturi cioplite concav, umplute cu muşchi sau cânepă gudronată (streaşină destul de amplă) b) Bârne cu dublă lambă si uluc (10 cm grosime) c) Bârne cu dublă pantă, cu uluc si lambă adăugată. a b ÎMBINĂRI a) Bârne circulare: îmbinare de colţ la jumătate lemn b) Bârne circulare cu suprafaţă mare de rezemare: îmbinare de colţ la 2/4 lemn c) Bârne rectangulare: îmbinare de colţ la 2/4 lemn, cu capetele petrecute d) Bârne rectangulare: îmbinare de colţ în coadă de rândunică (la fată) e) Bârne rectangulare: îmbinare cu perete interior în coadă de rândunică (la faţă) c d e 13 CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.2.1b. CU MONTANŢI PEREŢI CU MONTANŢI DIN LEMN a b a) Montantul serveşte la asamblarea si rigidizarea pereţilor portanţi b) Montant cu rol de stâlp (dimensionat pentru preluarea încărcărilor verticale); perete autoportant Etanşeitatea poate fi ameliorată prin comprimarea unui resort. PEREŢI CU MONTANŢI METALICI 14  CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.2.2. PEREŢI CU SCHELET ÎN ZĂBRELE (FACHWERK) SCHEMĂ AXONOMETRICĂ A STRUCTURII (pentru simplificare nu au fost reprezentate diagonalele) SCHEMĂ DE PRINCIPIU A NODULUI CARACTERISTIC EXEMPLE DE ÎMBINĂRI a) Îmbinare cu cep si scobitură b-c) îmbinare în planul faţadei, în dreptul planşeului intermediar (varianta c – etaj în consolă) căprior cosoroabă grindă planseu stâlp (montant) traversă talpă inferioară talpă superioară buiandrug diagonală glaf PRINCIPALELE NODURI ALE SCHELETULUI TRADIŢIONAL talpă inferioară soclu 15 CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.2.3. PEREŢI CU SCHELET DIN DULAPI SCHEMĂ AXONOMETRICĂ A STRUCTURII (pentru simplificare nu au fost reprezentate diagonalele) Structură tip BALOON Structura tip PLATFORM SCHEMĂ DE PRINCIPIU A NODULUI CARACTERISTIC a) structura tip „BALOON” b) structura tip „PLATFORM” 1) stâlp 2) grindă secundară 3) grindă principală 4) talpă inferioară 5) talpă superioară c) pentru comparaţie, la aceeaşi scară, schema nodului cu stâlpi şi grinzi 16  CONSTRUCŢII DIN LEMN SISTEMELE CONSTRUCTIVE TRADIŢIONALE AMERICANE DIN DULAPI Balloon Frame, Draced Frame, Western Frame În sistemul Balloon Frame, cel mai simplu şi cel mai frecvent utilizat, stâlpii peretelui (montanţii), dis- puşi la circa 40 cm interval, sunt continui pe două nivele. În celelalte sisteme (Draced Frame si Western Frame) construcţia peretelui este întreruptă în dreptul fiecărui nivel de către o structură orizontală. Sistemul Western Frame se diferenţiază în plus prin faptul că se plachează cu scânduri diagonale atât pereţii, cât şi tavanele şi pardoselile; astfel scheletul este rigidizat în cel mai simplu mod, nemaifiind necesare elemente de contravântuire (diagonale) în compunerea scheletului. Toate piesele utilizate au dimensiuni standard; îmbinările sunt realizate cu cuie. Baloon Frame Western Frame 17 CONSTRUCŢII DIN LEMN SISTEM CONSTRUCTIV CONTEMPORAN DIN DULAPI 1. căprior; 2. cosoroabă; 3. stâlp (montant); 4. grindă de planseu; 5. traversă; 6. soclu; 7. talpă infe- rioară; 8. buiandrug si glaf fereastră; 9. diagonală. 18  CONSTRUCŢII DIN LEMN 2.2.4. CONSTRUCŢII CU PEREŢI DIN PANOURI Sistemele constructive bazate pe panouri prefabricate sunt în general sisteme modulare, urmărindu- se compunerea clădirilor cu un număr cât mai mic de elemente (panouri) repetabile. Sistemul permite prefabricarea cea mai completă a construcţiei de case din lemn, prin folosirea de panouri complet finisate, standardizate si produse industrial. In acest caz, proiectarea modulară este menită să permită integrarea si intercorelarea panourilor ‘de catalog’ în cadrul unor clădiri diverse. Panourile pot fi clasificate astfel: a) Dupa dimensiuni: — Panouri de dimensiuni mici: laţime l = 1 - 1.2 m (funcţie de materialul de placare); înalţime h = înalţimea etajului. Panourile de dimensiuni mici permit multiple combinaţiii în plan; sunt utile pentru partiuri flexibile, construcţii individuale şi prefabricare. — Panouri de dimensiuni mari: laţime l = 4.80... 10 m; înalţime h = înaltimea etajului. Panourile de mari dimensiuni se obţin din preasamblarea unor panouri de dimensiuni mici asociate prin tălpi superioare şi inferioare continui. Distanţa între montanţi depinde de sistemul de descarcare a forţelor, modul de racodare cu pereţii perpendiculari, trama compoziţionala, dimensiunea materialelor de placare. a. Construcţie din panouri portante de mici dimensiuni, fără placare exterioară supli- mentară; rosturile mai multe şi expuse implică rezolvări 'delicate' pentru asigurarea etanşarii b. Construcţie din panouri portante de mari dimensiuni, realizate prin preasamblarea unor panouri de dimensiuni mici, fără placare exterioară suplimentară c. Construcţie din panouri de mici dimensiuni, urmând să primească o placare exte- rioară în şantier d. Construcţie cu panouri chesonate de planşeu b) După poziţie:  Panouri verticale: panouri de pereţi, în variantele dimensionale definite anterior  Panouri orizontale (sau înclinate): panouri de planşeu intermediar; panouri de acoperiş (plan sau înclinat) 19 CONSTRUCTII DIN LEMN c) După formă: — Panouri plane (de diferite dimensiuni, în diverse poziţii, cu grad diferit de prefabricare) — Elemente spaţiale Elementele spaţiale permit un grad avansat de prefabricare a structurii, dar şi a compartimentărilor nestructurale, a finisajelor şi chiar a instalaţiilor integrate, făcând posi bil un montaj foarte rapid. Dimensiunile elementelor spaţiale sunt determinate, între altele, de greutatea acestora şi de posibilităţile de transport, depozitare şi manipulare existente. d) După gradul de prefabricare: — Panouri integral prefabricate — Panouri parţial prefabricate Panouri parţial prefabricate (numai scheletul) Panouri integral prefabricate (inclusiv tâmplăria) Panouri integral prefabricate (inclusiv tâmplăria) de dimensiunea unei încăperi de dimensiuni mici Elemente (celule) spaţiale prefabricate 20  CONSTRUCŢII DIN LEMN 3. ÎMBINAREA PIESELOR DIN LEMN 3.1. ÎMBINĂRI TRADIŢIONALE ŞI MODERNE Puţin dens, lemnul rezistă prost la încărcări concentrate şi legături punctuale. Transmiterea eforturilor trebuie făcută ţinând cont de direcţia fibrelor şi asigurată printr-o suprafaţă de contact suficientă. Toto- dată, în raport cu încărcările transmise, lemnul implică piese cu secţiuni mari, îndeosebi în cazul sis- temelor cu schelet tradiţionale. Pe de altă parte, fiind puţin dens, se fasonează uşor. Îmbinările tradiţionale (dulghereşti) corelează aceste caracteristici ale lemnului, bazându-se în mod esenţial pe geometria îmbinării, ceea ce implică tăierea adecvată a pieselor ce urmează a fi îmbinate (îmbinări cu chertare sau dulghereşti). Îmbinările tradiţionale - cu ajutorul cărora au fost realizate toate structurile clasice din lemn şi multe din cele recente, chiar de mari dimensiuni - pot necesita folosirea unor piese auxiliare de legătură, din lemn sau metalice (pene, dornuri, cuie, scoabe, buloane, plăcuţe dinţate, etc) cu rol de siguranţă, în sensul împiedicării deplasărilor relative ale pieselor în caz de încăr- cări neprevăzute. Îmbinările tradiţionale, sunt însă de natură empirică, bazându-se mai mult pe meşteşug decât pe cal- cule, implică o reducere importantă a secţiunii eficiente a pieselor în zona îmbinării (şi deci o majorare a secţiunii lor curente), precum şi o manoperă complicată ce lungeşte timpul de execuţie, crescând preţul construcţiei. Sistemele moderne de îmbinare (inginereşti) folosesc materiale auxiliare mai fiabile, permiţând geometrii mai puţin complicate şi restrictive ale îmbinărilor, şi sunt verificate în detaliu prin calcule. Piesele moderne de asamblare, mai simple sau mai sofisticate - buloane, gujoane metalice, broşe, şuruburi, conectori dinţaţi, etc - sunt în general produse în serie mare şi au capacitatea de a transmite diferite eforturi. Alegerea poate fi făcută în raport cu: cerinţele structurii portante (eforturi şi deformaţii), condiţiile de montaj, exigenţele de rezistenţă la foc, expunerea la intemperii, criterii estetice. Tratamentul anti-coroziv al elementelor metalice de asamblare trebuie în mod deosebit avut în vedere, în raport cu riscuri atăt structurale cât şi estetice. 3.2. PIESE DE LEGĂTURĂ 3.2.1. PIESE DE LEGĂTURĂ DIN LEMN DORNURILE (CUIELE) şi PENELE DE LEMN sunt cele mai frecvente piese complementare îmbinărilor tradiţionale. DORNURILE sunt piese din lemn dur, de formă cilindrică, uşor tronconice sau nu (în trecut, frecvent prismatice). În a general sunt asociate îmbinărilor cu cep şi scobitură, îmbinărilor ‘la jumătate-lemn’ şi celor ‘în furcă’, pentru a împiedicadeplasările şi/sau desfacerea îmbinării. Exemple: (a) îmbinare ‘în furcă’ + dorn; (b) îmbinare cu cep şi scobitură + dorn, permiţând demontarea. b 21 CONSTRUCŢII DIN LEMN PENELE sunt elemente prismatice din lemn dur, de două categorii: (a) pene cu feţe paralele, introduse în locaşuri de aceeaşi formă şi dimensiuni practicate la joncţiunea dintre două piese de lemn ce trebuie asamblate; sunt solici- tate în principal la compresiune axială şi forfecare; a (b) pene cu o faţă înclinată, solicitate la compresiune pe direcţie înclinată sau schiar transversală b ECLISELE de lemn (în general din con- traplacaj), leagă în acelaşi plan două sau mai multe piese de lemn, fiind fixate cu cuie sau şuruburi (eventual cu încleiere supli- mentară). Aceste îmbinări (de tip ingineresc), adecvate unor lucrări de mică şi medie importanţă, sunt calculate funcţie de grosimea plăcilor şi distanţele regle- mentare de fixare a cuielor. 22  CONSTRUCŢII DIN LEMN 3.2.2. PIESE DE LEGĂTURĂ DIN METAL I. TIJE METALICE Îmbinările cu tije funcţionează pe principiul repar- tizării eforturilor pe un număr mare de secţiuni mici. CUIELE: deopotrivă empirică şi modernă, asam- blarea cu cuie poate fi utilizată pentru îmbinări por- tante şi este simplu de pus în operă. De preferinţă găurile sunt date în prealabil, având un diametru de cca 95% din diametrul cuielor, ceea ce previne cră- parea lemnului şi permite utilizarea mai eficientă a cuielor (indispensabil în cazul lemnului de stejar sau fag). Distanţele între cuie şi faţă de margini sunt reglementate. În cazul solicitării la smulgere (nere- comandabil), trebuie utilizate cuie profilate. Foi de tablă (2 mm grosime) introduse în fante tăiate în lemn multiplică numărul de secţiuni pe care se repartizează eforturile. PLĂCILE PERFORATE FIXATE CU CUIE: ilustrează simplitatea şi performanţele cuielor (în acest caz, tije cu înaltă rezistenţă la smulgere). Plăci metalice de 4 - 6 mm grosime perforate (1) şi pre- văzute cu o străpungere axială cu margini ranforsate (2), sunt fixate în atelier cu cuie de interfeţele pieselor de asamblat. Pe şantier, un bulon de articu- laţie (3) asociază piesele realizând o articulaţie ide- ală cu părţi metalice ascunse şi deci protejate contra focului. 1. Plăci metalice (4-6 mm) fixate în atelier de interfeţele pieselor de asamblat. 2. Străpungere cu margini ranforsate. ŞURUBURILE PENTRU LEMN: prezintă avantajul 3. Bulon de asociere a pieselor pe şantier mai bunei rezistenţe la smulgere decât cuiele ne- tede. Această rezistenţă se reduce cu timpul, pe măsură ce lemnul se usucă. Pe de altă parte, cu cât lemnul este mai umed, cu atăt relaţia cui / gaură se alterează în raport cu eforturile perpendiculare pe cui (o dată în plus, este de dorit o umiditate adecvată şi constantă !) SCOABELE: sunt în general utilizate în cadrul con- strucţiilor tradiţionale, pentru menţinerea în poziţie a îmbinărilor, fără a transmite propriu-zis eforturi. îmbinări cu scoabe 23 CONSTRUCŢII DIN LEMN AGRAFELE: în general utilizate în atelier, cu pistoale performante şi calculate pe baza rezul- tatelor încercărilor de laborator; sunt de regulă Agrafe 0 1-2 mm; în general cu răşini sintetice aplicate pe vârfuri utilizate la pereţii clădirilor cu schelet de lemn. BULOANELE: asamblarea numai cu buloane prevăzute cu rondele sau plăcuţe, şi piuliţe (pentru îmbinări portante, min 2 buloane 12 - 14 mm) - este adecvată doar în cazul îmbinărilor solicitate la întindere şi pentru construcţii provi- zorii demontabile. In cazul în care buloanele lucrează la întindere, trebuie verificat ca ron- delele sau plăcuţele să aibă o suprafaţă sufi- cientă pentru repartizarea eforturilor de compre- siune pe lemn. îmbinări cu buloane BROŞELE: sunt tije de oţel cu diametre peste 6 mm, introduse forţat în perforaţii prealabile cu diametru cu 0.2 - 0.5 mm mai mic ca diametrul tijei (contrar perforaţiilor pentru bulonare) şi tra- versând integral ansamblul pieselor. Pentru sig- uranţă, este utilă prevederea unei legături supli- mentare (în general cu unul sau mai multe buloane). Permit realizarea de îmbinări fără joc, spre deosebire de buloane. Asamblarea are un comportament ductil (broşele cele mai solicitate ating ‘limita de plasticitate’ înaintea ruperii lem- nului şi permit astfel o redistribuire a eforturilor către broşele învecinate, fără rupere locală), favorizat de diametre cât mai mici. Tehnologii recente de mare precizie, asistate de computer, permit asocierea de broşe cu diametre foarte mici, cu piese metalice în plane multiple. ACELE sunt tije de oţel cu diametru foarte mic (< 6 mm), introduse forţat în găuri prealabile, în a b general prin presiune. Datorită diametrului foarte mic şi a penetrării lor ce perturbează nesemnificativ fibrele lemnului, ele transmit - la suprafaţă egală a îmbinării - eforturi mai mari decât broşele II. PIESE METALICE DE SUPRAFAŢĂ GUJOANELE: pot fi din fontă sau oţel (sau din lemn dur, v. ‘pene’). Exemple: (a) Gujoane din fontă Greim şi un nod de grindă cu zăbrele realizat cu un astfel de dispozitiv. (b) Gujoane din oţel: un gujon inelar şi un semi- crampon Bulldog. Crampoanele Bulldog sunt frecvent utilizate, dar rareori cu lemn dur. Trebuie să fie suficient de groase pentru a nu ‘dispare’ datorită ruginii care le poate afecta. 24  CONSTRUCŢII DIN LEMN CONECTORII DINŢAŢI (a) CONECTORII DINŢAŢI MENIG sunt com- puşi din tije de oţel fine şi ascuţite fixate într-o placă constituită din două straturi de material plastic. Plăcile standard pot fi decupate după geometria suprafeţei îmbinării. (b) CONECTORII DINŢAŢI OBIŞNUIŢI, cu uti- lizare diferită de cea a plăcilor Menig, sunt din tablă de oţel cu dinţi ridicaţi prin ştanţare pe una din feţe. Puşi în operă prin presare, permit asamblarea unor piese de aceeaşi grosime (min. 30 - 50 mm), pe baza unui principiu înru- dit cu prinderea în cuie dar asigurând o mai bună transmitere a eforturilor; zona de tablă neştanţată contracarează tendinţa de crăpare a lemnului. Constituie unul din cele mai economice sisteme de asamblare a pieselor cu secţiune mică. Necesită însă studii şi prevederi speciale în protecţie ceea ce priveşte exigenţele de rezistenţă la foc. antifoc III. PIESE METALICE SPAŢIALE Permit o gamă largă de asamblări, putând înlocui majoritatea îmbinărilor tradiţionale, cu condiţia pro- tejării lor anticorozive şi antifoc. Avantaje: montaj simplu; creştere sensibilă a valorii eforturilor posibil de preluat fără deplasări; perfor- manţe mari asociate unor secţiuni de lemn de dimensiuni reduse; permit un calcul mai puţin aleatoriu şi o verificare prin încercări (fiabilitate specifică verificărilor de atelier). Piesele metalice sunt fixate de piesele de lemn fie cu tije scurte galvanizate sau din inox (crestate, inelate sau spiralate), fie cu broşe şi/sau buloane. Unele piese sunt prevăzute cu pinteni de poziţionare care facilitează montajul. Pot fi piese STANDARD (disponibile pe bază de catalog, cu posibile adaptări) sau piese SPECIALE (realizate la comandă), ASCUNSE sau APARENTE. Piesele aparente presupun, dincolo de criteriile de rezistenţă şi montaj, un studiu estetic al conformării; uneori necesită aplicarea unui material de acoperire, cu rol de protecţie antifoc şi/sau estetic; implică un control riguros al tratamentului anticoroziv după punerea în operă. Piesele ascunse implică frecvent un tratament anticoroziv special’; precizia de montaj limitează multi- plicarea numărul de piese inimă şi ca atare eforturile posibil de preluat; presupun un utilaj asistat de calculator; necesită un montaj specific pentru tăierea axială a barelor de lemn. 25 CONSTRUCŢII DIN LEMN A. PIESE STANDARD SABOŢI Saboţi curenţi, relizaţi din tablă galvanizată (sau din inox, la comandă). Trebuie utilizate profilele adecvate (min de joc 2/3 din secţiunea lemnului de rezemat) a b c Exemple: (a) saboţi cu aripi exterioare şi pinteni de pre- protecţie poziţionare; antifoc (b) saboţi cu aripi interioare (posibil una inte- rioară şi alta exterioară) (c) saboţi cu unghi (în general unghi la comandă); 1 - gol de ghidaj pentru unghiul de d fixare; (d) saboţi cu bretele, îndeosebi pentru fixare pe profile metalice. (e) Saboţi Cantilever: permit continuitatea momentelor încovoietoare la reazeme şi deci e reducerea eforturilor şi deformaţiilor în grindă; de remarcat găurile ovale care pemit jocul nor- mal al pieselor de lemn. Exemple: (a) cornier pentru fixarea tălpii inferioare a unei ferme fără posibilitate lunecare şi (b) cu posibilitate de lunecare; (c) cornier de fixare a grinzilor de planşeu pe grinda de bordaj, împiedicând tendinţa de ridi- care. a CORNIERE Disponibile într-o gamă largă de dimensiuni, permit realizarea de legături simple, foarte frecvent utilizate. Există diverse tipuri ce răspund unor necesităţi specifice de împiedi- care a anumitor tendinţe de deplasare. c b PLATBANDE DE ANCORARE Sunt pre-perforate şi permit legarea feţelor superioare ale grinzilor, asigurând continuitatea şi conlucrarea între acestea. Exemplu de continuitate a două grinzi secun- dare, îmbinate cu grinda principală prin inter- mediul unor corniere. 26  CONSTRUCŢII DIN LEMN B. PIESE STANDARD CU PARAMETRI VARIABILI LA COMANDĂ Plecând de la piesele de catalog, fabricanţii realizează adaptări, îndeosebi la piesele pentru îmbinările de şarpante, rezolvând astfel asam- blări uneori foarte delicate. Exemplu de îmbinare la vîrful unei şarpante cu plane înclinate multiple. C. PIESE SPECIALE (DE COMANDĂ) PIESE METALICE APARENTE Pot constitui o parte integrantă şi valorizantă a arhitecturii unei clădiri. PIESE METALICE APARENTE TURNATE Progresele în domeniul turnării oţelului sau chiar aluminiului, au permis reducerea costurilor de realizare a unor astfel de piese şi deci ame- liorarea competitivităţii lor. Repetitivitatea rămâne totuşi un criteriu determinant în alegerea unei astfel de asamblări, ce face un larg apel la creativitatea arhitectului. Exemplu cu reazem articulat. 27 CONSTRUCŢII DIN LEMN PIESE METALICE ASCUNSE Realizarea la comandă permite aproape orice geometrie. Punerea în operă implică însă anu- mite constrângeri de care arhitectul trebuie să ţină cont. În exemplu, un nod cu 10 bare; piesele laterale prind fiecare câte 4 bare. Barele centrale sunt broşate lateral (fixare prioritară) iar orizontalele la 450 sunt bulonate vertical pentru a permite montarea lor într-un al doilea timp. 3.2.3. MORTARE, RĂŞINI, ADEZIVI DIBLURI CU INJECTARE MORTARE PE BAZĂ DE RĂŞINI Sunt utilizate pentru blocarea jocului de montaj între dibluri, broşe şi golul prevăzut. Ex: diblu cu injectare: orificiu de injectare (1); ştift (2); broşe (3). Profilatura diblului permite un blocaj perfect. Absenţa unor solicitări de tip tracţiune transver- sală, asociată unei ajustări foarte precise, con- feră acestu tip de îmbinare un nivel înalt de per- formanţă. Diblurile cu injectare sunt în general prevăzute cu un pas de filet putând primi orice fel de tijă filetată. Exemplu de îmbinare: (1) diblu lucrând la tracţiune; (2) diblu de menţinere în poziţie lucrând la com- presiune axială. 28  CONSTRUCŢII DIN LEMN ÎMBINĂRILE PRIN ÎNCLEIERE Oferă avantajul unei distribuţii optime a eforturilor, realizând continuitatea dintre elementele îmbinate pe toate suprafeţele de contact. Acest fapt constituie un avantaj în ceea ce priveşte transmiterea eforturilor de tracţiune şi de forfecare. Alte avantaje: obţinerea de forme ‘pure’; reparaţii simple; protecţie la foc prin ‘scut termic. Constitue o etapă importantă într-un lung şir de inovaţii în domeniu. Aspecte delicate: ruperea în planul îmbinării nu trebuie să se producă anterior ruperii pieselor asamblate (trebuie asigurate rezistenţe mecanice comparabile); necesită testări de etalonare; implică menţinerea sub control a temperaturii ambiante şi a umidităţii lemnului. Sunt folosiţi adezivi pe bază de răşini sintetice rezistente la acţiuni climatice (de ex. pe bază de resorcină sau de melamină). Răşinile epoxidice sunt adecvate îndeosebi la îmbinări cu rosturi mari sau pentru asamblări lemn / metal. Progresele realizate în producţia de adezivi, în ceea ce priveşte calitatea şi fiabilitatea acestora, a permis dezvoltarea tehnicilor constructive bazate pe lemn lamelar încleiat. (v. cap 6) Încleierea poate fi utilizată, în condiţii economic avantajoase, pentru menţinerea provizorie în poziţie a pieselor de lemn, înaintea realizării fixării lor definitive. Pentru a răspunde acestei nevoi, a apărut o întreagă generaţie de adezivi cu priză rapidă. Îmbinare cu cuie ranforsată prin încleiere Exemple de îmbinare cap la cap a lamelelor de lemn prin încleiere. Modul particular de tăiere a capetelor are în vedere majorarea suprafeţei de contact. 29 CONSTRUCŢII DIN LEMN 3.3. EXEMPLE DE ÎMBINĂRI 3.3.1. ÎMBINĂRI LEMN PE LEMN ÎN ACELAŞI PLAN Cep şi scobitură + dorn Îmbinare tradiţională; unghiul poate fi oarecare. intersectarea a 2 grinzi pe stâlp trebuie să ţină cont de reducerea de secţiune a stâlpului. Cercetări actuale urmăresc ameliorarea acestui tip de îmbinare prin injectări cu răşini care să suprime jocul de montaj. Variantă cu pană de blocaj Dacă încărcările nu sunt mari, constituie o îmbinare ce permite montarea / demontarea foarte simplă şi reduce la minimum jocul între piesele asamblate. Este foarte des folosită în Japonia ca ‘amortizor seismic’ tradiţional: pana permite disiparea unei părţi din energia trans- misă structurii de mişcarea seismică şi poate fi înlocuită ori de câte ori este nevoie. (1 - pană de blocaj) Chertări compuse: cep şi scobitură + prag Ca şi alte tehnici tradiţionale, chertarea în prag prezintă inconvenientul slăbirii secţiunii şi per- mite jocuri importante între piese. Cercetări actuale urmăresc eliminarea acestor inconve- niente cu ajutorul unui mortar adeziv expansiv. Piese metalice ‘în inimă’ Sunt în general fixate cu broşe ce permit o îmbinare fără joc şi sunt mult mai discrete ca buloanele. Pentru un aspect cât mai îngrijit, este posibilă încastrarea platbandei în capătul grinzii sau în stâlp. 30  CONSTRUCŢII DIN LEMN ‘Cepuri’ metalice Piesele metalice rămân ascunse; montajul este facilitat prin asamblarea separată a pieselor prevăzute cu inserţii metalice profilate adecvat pentru îmbinarea între ele. Transmiterea efor- turilor se face de la grindă la inserţie prin broşe (legătură lemn - metal), de la inserţia metalică a grinzii la cea a stâlpului (legătură metal - metal) şi de la inserţia metalică a stâlpului la stâlp prin broşe (legătură metal - lemn). Sistemul poate rămâne şi parţial vizibil pentru a pune în valoare fineţea legăturii. Buloane + inserţie metalică Cu sau fără crampoane, îmbinarea se pretează în principal la legături de mai multe elemente sub un unghi oarecare, cu eforturi reduse în bare. Creşterea diametrelor inserţiilor metalice poate permite preluarea unor eforturi mai mari. Buloanele se înşurubează în piesele metalice înglobate. Îmbinare între un element oblic comprimat şi un element orizontal. -variante de realizare (ex. arbaletrier / talpă-tirant, la o fermă cu arbaletrieri; căprior / talpă, la o fermă cu căpri- ori; diagonală / talpă inferioară la sisteme în zăbrele) Îmbinare cu prag simplu Îmbinarea cu prag este singura îmbinare oblică dulgherească verificabilă prin calcul şi trebuie să respecte anumite reguli (dimensiuni, unghuri) 1. Îmbinare cu prag simplu anterior 1 2 2. Îmbinare cu prag simplu posterior: prezintă riscul despicării piesei înclinate în lung şi, ca atare, trebuie verificată prin calcul cu mare pre- cizie (idem cea cu prag dublu). Îmbinare cu prag dublu Îmbinare element înclinat din doi dulapi/talpă din element unic, ranforsată cu fururi. Trans- miterea eforturilor de forfecare este asigurată cu gujoane speciale - în acest caz crampoane Bulldog - stânse şi menţinute între piese cu buloane. Corect rezolvat, acest dispozitiv con- stituie o îmbinare rigidă, aproape nedeforma- bilă, adecvată pentru elemente portante şi uşor de pus în operă. Dezavantaje: legătura cu bu- loane trebuie să fie restrânsă după un timp; reducere locală a secţiunii pieselor. Îmbinare cu conectori Menig Piesele de lemn trebuie să aibă min. 80 mm grosime (fermă grea). 31 CONSTRUCŢII DIN LEMN 3.3.2. ÎMBINĂRI LEMN PE LEMN ÎN CLEŞTE Sistemele ‘în cleşte’ constituie o tehnică de îmbinare ce permite ca secţiunile pieselor de lemn să nu fie slăbite. Funcţie de efectul estetic căutat, deschiderile de acoperit şi încărcările de suportat, se preferă dublarea elementelor por- tante verticale sau orizontale. Grindă dublă Este cazul cel mai frecvent, întrucât, pentru lim- itarea deformaţiilor, grinzile de planşeu implică de multe ori secţiuni mai mari decât stâlpii, în general dimensionaţi la flambaj. În cazul unor solicitări importante la reazeme, pot fi inserate crampoane sau inele. Stâlp dublu Configuraţie interesantă atunci când se urmăreşte preluarea unor împingeri orizontale importante, cum ar fi cele ale arbaletrierilor de şarpantă fără talpă-tirant. Stâlp cvadruplu Configuraţie cu un potenţial formal extrem de bogat. Cu toate acestea este deficitară în ceea ce priveşte rezistenţa la foc (mai buna repartiţie a încărcărilor determină secţiuni mai mici ale pieselor) şi condiţiile de întreţinere. 1 - Furură de legătură, continuă sau locală, reducând lungimea de flambaj şi servind ca 1 reazem pentru grinzi în ambele direcţii. 32  CONSTRUCŢII DIN LEMN 3.3.3. ÎMBINĂRI LEMN PE LEMN ÎN PLANE OARECARE Sistemele în cleşte şi cele cu chertare permit o mare supleţe în ceea ce priveşte unghiurile pieselor de îmbinat. Cu toate acestea, căutările formale şi tehnologice orientate către alcătuiri uşoare conduc la realizarea unor structuri tridimensionale şi cu curburi libere ce reclamă noduri din ce în ce mai performante. Cep şi scobitură, praguri, dornuri Exemplul prezentat prezintă particularitatea de a utiliza un unic dorn (1) pentru asocierea a 3 piese îmbinate cu praguri şi cepuri. În cazul unui risc de deplasare pe verticală, pragul poate fi combinat cu cep şi scobitură. Piese metalice speciale, cep şi scobitură, buloane Exemplu de îmbinare mixtă: piesă metalică aparentă + chertare. Buloanele au ca rol asigu- rarea îmbinării. Eforturile fiind transmise de cepuri şi scobituri, sunt în mod obligat limitate. atenţie la întreţinere! Piese din tablă îndoită sau decupată Îndoirea şi decuparea tablei permit realizarea unor geometrii extrem de variate ale îmbinărilor, folosind pentru fixare buloane sau tije filetate; în particular, fac posibilă obţinerea unor forme geodezice. 33 CONSTRUCŢII DIN LEMN Tole sudate Concentrarea unui număr mare de bare într-un punct presupune folosirea unor piese metalice spaţiale mai mult sau mai puţin elaborate, mai mult sau mai puţin standardizate. Exemplul prezintă o piesă realizată din tole decupate în jumătăţi şi sferturi de discuri de acelaşi diametru, sudate între ele pe o placă circulară. Noduri de reţele tridimensionale, din sfere metalice Utilizarea diblurilor cu injectare permite rea- lizarea unor structuri tridimensionale din lemn, cu noduri din sfere (larg răspândite cele din oţel şi aluminiu); sferele sunt asociate barelor prin intermediul unor tije filetate înşurubate în diblurile din bare. 1 - Secţiune longitudinală printr-un capăt de bară, cu tijă filetată înşurubată într-un diblu cu injectare. 2 - Sferă din oţel sau aluminiu turnat. Reazeme pentru structuri textile Structurile textile au cunoscut o dezvoltare con- stantă în ultimii ani şi nu se mai limitează la lucrări provizorii sau urgente. În acest context, lemnul, prin excelenţă material pentru catarge de toate felurile, trebuia să-şi valorifice toate atuurile, în asociere cu oţel şi nylon, dar şi cu cordaje tradiţionale. 34  CONSTRUCŢII DIN LEMN 3.3.4. ÎMBINĂRI LEMN PE METAL SAU BETON Evident, toate piesele metalice spaţiale pot servi pentru legături între piesele de lemn şi suporturile din metal sau beton. De notat faptul că legăturile lemn / metal permit combinaţii foarte uşoare. Lemnul lucrează în general la compresiune, iar oţelul la întindere, fiind frecvent folosit sub formă de cabluri sau tiranţi. Montanţi de lemn şi tiranţi metalici Tiranţii metalici sunt astăzi oferiţi pe bază de catalog de către diverşi fabricanţi, inclusiv toate accesoriile de montaj şi de tensionare. Sisteme mixte pentru stâlpi şi grinzi Îmbinările structurilor din lemn sunt prin exce- lenţă de tip articulaţie, încastrările având drept consecinţă concentrări mari de eforturi sau necesitatând secţiuni prea mari, cu efecte neg- ative atât în plan economic, cât şi în plan este- tic. Un mod simplu de a rezolva problemele de stabilitate verticală constă în a recurge la stâlpi metalici, cu încastrare la bază, dacă este posi- bil, sau la partea superioară. Ţinând însă cont de slaba rezistenţă la foc a acestor stâlpi, de exigenţa simplificării îmbinărilor şi cea de a nu mări numărul materialelor, este deosebit de interesantă realizarea unor stâlpi micşti lemn / oţel. Legendă: 1 - Profil metalic H; 2 - Stâlp din lemn lamelar; 3 - Grindă din lemn lamelar; 4 -Piese metalice de îmbinare, disociate pentru asigu- rarea unui joc diferit al lemnului şi al oţelului, permiţând totodată încastrarea. Relaţia consolă lemn / element de beton armat Pentru a evita încastrarea pieselor de lemn în b.a., se poate recurge la ancoraje cu platbande (1) şi rezemare pe piese metalice la partea infe- rioară (2) 35 CONSTRUCŢII DIN LEMN Legătura stâlp de lemn / fundaţie beton A Stâlp pe reazem constituit din 2 plăci şi o bară de oţel rotund sau o ţeavă; solicitare numai la compresiune. B. Stâlp pe reazem constituit dintr-o placă şi un profil de oţel; solicitare numai la compre- siune. A B C. Stâlp pe ţeavă rotundă de oţel, fixare cu şuruburi; solicitare la compresiune sau întin- dere. D. Stâlp pe ţeavă pătrată cu piesă metalică de îmbinare bulonată; solicitare la compre- siune sau întindere. C D E. Stâlp fixat între eclise bulonate; solicitare la compresiune sau întindere. F. Stâlp aşezat pe soclu de beton, cu strat de separaţie din carton asfaltat; partea infe- rioară a stâlpului trebuie pe cât posibil pro- tejată de ploaie; solicitare la compresiune sau întindere. E F 36  CONSTRUCŢII DIN LEMN 3.3.5. TRIANGULAŢII În cazul pieselor de lemn, realizarea unor noduri de tip încastrare necesită de regulă secţiuni mari, nejustificate în raport cu deschiderile sau încărcările. Ca atare, se impune introducerea triangulaţiilor, ca o compensare firească a îmbinărilor de tip articulaţie. Blocaj cu contrafişe Blocarea articulaţiilor cu contrafişe se poate face cu sisteme în cleşte, cu îmbinări tradi- ţionale cu chertare (cep şi scobitură + prag), sau cu îmbinări moderne, cu piese metalice aparente sau ascunse, sau chiar combinând îmbinări cu chertare (în furcă) cu piese metalice ‘în inimă’, ca în exemplul alăturat. Legendă: 1 - Dublă bulonare; 2 - Piesă metali- că ‘în inimă’ cu broşe; 3 - Îmbinare ‘în furcă’ şi asigurare prin bulonare. Contravântuire din lemn Blocarea articulaţiilor unui portic se poate face în multe feluri, putându-se totodată adapta exi- genţelor arhitecturale. În aceste condiţii, nu trebuie subestimate com- presiunile din diagonale care, funcţie de modul de dispunere, vor prelua - în plus faţă de solic- itările din forţe orizontale - şi o parte a încăr- cărilor verticale transmise de grindă. Contravântuire cu cabluri tensionate Cablurile tensionate constituie sisteme de con- travântuire economice şi uşoare. Posibilităţile de reglare a tensiunilor sunt simple şi fiabile. În cazul unor cerinţe speciale privind rezistenţa la foc, aceste contravântuiri pot fi completate cu altele din lemn sau din zidărie. 37 CONSTRUCŢII DIN LEMN 3.4. PROTECŢIA PIESELOR METALICE DE ÎMBINARE 3.4.1. PROTECŢIA ANTICOROZIVĂ A PIESELOR METALICE DE ÎMBINARE Variaţiile de echilibru higroscopic al lemnului trebuie luate în considerare în ceea ce priveşte trata- mentul necesar a fi aplicat pieselor metalice de îmbinare. În cazul îmbinărilor cu tije (buloane, cuie, şuruburi, etc) este contraindicată utilizarea unor piese din oţel netratat. Funcţie de caracteristicile mediului ambiant (normal, expunere la intemperii, mediu coroziv sau foarte coroziv), tratamentele preconizate sunt (în ordine crescătoare a performanţelor): zincare, galvanizare, inox, inox ameliorat (cu molibden). Pentru celelalte piese metalice, diversele tratamente preconizate reiau procedeele descrise mai sus cu referire la tije. În plus pot fi adăugate trei alte procedee curent utilizate: pentru mediu normal, vopsito- rie antirugină bogată în zinc sau bicromatare, iar pentru expunere la intemperii şi mediu salin, pudre termorigide pe bază de răşină poliesterică. 3.4.2. ÎMBINĂRI UNDE LEMNUL PROTEJEAZĂ METALUL CONTRA FOCULUI În contact cu focul, lemnul se consumă lent, formând un strat izolant de cărbune. Acest strat întîrzie ridicarea temperaturii în piesa de lemn şi deci progresia combustiei (viteza de combustie a lemnului dur şi dens este de aproape 2 ori mai mică decât a răşinoaselor curente). Ca atare, în îmbinările ce folos- esc piese metalice, lemnul face oficiul de scut termic şi limitează creşterea temperaturii în piesele met- alice. Îmbinare în cleşte cu crampoane şi buloane. Crampoanele (1) sunt protejate de cleşti; buloanele trebuie protejate cu dopuri de lemn lipite în lăcaşurile de la capetele acestora (2) Îmbinare cu piesă metalică ‘în inimă’ (1) şi broşe (2), protejate cu dopuri de lemn lipite în lăcaşurile de capăt. Îmbinare cu placă metalică (1) protejată de o furură termică din lemn (2). 38  CONSTRUCŢII DIN LEMN 4. PRINCIPII DE PROIECTARE 4.1. CONCEPŢIA STRUCTURII PORTANTE 4.1.1. ELEMENTELE STRUCTURALE Orice element structural trebuie să se afle în stare de echilibru sub acţiunea forţelor exterioare (încăr- cări utile, greutate proprie, vânt, etc.) şi a legăturilor care îl menţin în poziţie (reazeme, încastrări). Încărcările pot fi grupate în mai multe categorii: Încărcări statice: greutate proprie, încărcări utile uniform repartizate sau concentrate, presiunea pamântului sau a apei. Încărcări dinamice: vânt, trepidaţii ale unor utilaje, vibraţii din trafic auto. Încărcări ocazionale: variaţii de temperatură, atacuri chimice, contracţia betonului Încărcări speciale: cutremur, impact, incendiu. Principiile de bază pentru dimensionarea şi conformarea unui element structural sunt: - REZISTENŢA LA SOLICITĂRI - STABILITATEA LOCALĂ - LIMITAREA DEFORMAŢIILOR La acestea se adaugă, în cazul lemnului, REZISTENŢA LA FOC, respectiv durata de conservare a pro- prietăţilor de rezistenţă la solicitari prin mecanisme proprii materialului, exigenţa ce poate impune majorări ale secţiunii în raport cu aria necesară pentru asigurarea rezistenţei la solicitări. REZISTENŢA LA SOLICITĂRI Transmiterea încărcărilor implică 'mobilizarea' forţelor interne, numite solicitări. Limitele în care aces- tea pot fi 'suportate' de elementele structurale (rezistenţa ultimă) sunt determinate de caracteristicile materialului şi ale secţiunii utilizate (aria); funcţie de solicitarea specifică fiecarui element structural (grindă, stâlp, tirant, etc) vom avea: rezistenţa la încovoiere, rezistenţa la compresiune, rezistenţa la întindere, etc. Verificarea rezistenţei presupune a demonstra că solicitarile rezultate din încărcări, multiplicate cu un coeficient de siguranţă, nu depăşesc rezistenţa ultimă a elementelor structurale. SECŢIUNI DE LEMN ECARISAT ŞI TIPUL DE SOLICITARE LA CARE RĂSPUND CU MINIMUM DE MATERIAL1 cm 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Deasupra liniei A: secţiuni supuse la eforturi de compresiune (stâlpi, 6 6/6 popi, montanţi, contrafişe, A contravântuiri) 8 6/8 8/8 B Între liniile A şi B: secţiuni supuse 10 6/10 8/10 10/10 la eforturi de încovoiere reduse, cu un raport al laturilor cca. 5 / 7 12 6/12 8/12 10/12 12/12 (piese de schelet în zăbrele, arbaletrieri) C 14 6/14 8/14 10/14 12/14 14/14 jntre liniile B şi C: secţiuni supuse la eforturi normale de încovoiere, 16 6/16 8/16 10/16 12/16 14/16 16/16 cu un raport al laturilor cca. 4 / 7 (grinzi, tălpi, căpriori de deschideri 18 6/18 8/18 10/18 12/18 14/18 16/18 18/18 uzuale) 20 6/20 8/20 10/20 12/20 14/20 16/20 18/20 20/20 Sub linia C: sectiuni rectangulare dezvoltate pe înaltime, permitînd 22 8/22 10/22 12/22 14/22 16/22 18/22 20/22 22/22 obtinerea unei bune rezistente la încovoiere în conditiile unui volum 24 8/24 10/24 12/24 14/24 16/24 18/24 20/24 22/24 24/24 mic de lemn. 26 10/26 12/26 14/26 16/26 18/26 20/26 22/26 24/26 1După TSCHUMI, AG. LUPU. M. construction 1- Le bois, EPFL-DA-ITB 28 10/28 12/28 14/28 16/28 18/28 20/28 22/28 24/28 Chaire d’Architecture et Construction, C B A Lausanne , 1989-’90. 39 CONSTRUCŢII DIN LEMN STABILITATEA LOCALĂ Problema stabiltăţii se referă la prevenirea flambajului şi a răsucirii elementelor comprimate şi respec- tiv încovoiate, ca şi la 'voalarea' (ieşirea din planul propriu) a unor părţi de secţiune. Exemplul cel mai frecvent întâlnit îl constituie barele comprimate zvelte ce prezintă o forma de instabilitate specifică, numită flambaj. Această zvelteţe (raportul între secţiunea transversală şi înălţime) depinde de lungimea liberă a elementului (lungimea de flambaj) şi de 'împrăştierea' materialului în secţiune. Astfel, cu cât elementul este mai zvelt (lungime de flambaj mare şi/sau material concentrat în centrul secţiunii), cu atât încărcarea la care elementul comprimat îşi pierde stabilitatea va fi mai mică. Dimensionarea aproximativă a 'zvelteţei' pieselor comprimate din lemn masiv supuse la încărcari obişnuite, pentru limitarea riscului de flambaj: d min = 1 / 18 H (unde d = latura sectiunii; H = înaltimea piesei) INFLUENŢA CONDIŢIILOR DE REZEMARE A UNUI STÂLP ASUPRA RISCULUI DE FLAMBAJ: Conditiile de rezemare determina lungimea de flambaj (Lfl); riscul de flambaj creste propor- tional cu lungimea de flambaj. ÎMPIEDICAREA VOALĂRII UNEI GRINZI ÎNALTE: Împiedicarea ieşirii grinzii din planul vertical (voalare) datorită eforturilor locale de compre- siune, prin sisteme de rigidizare. (a) Rigidizarea grinzii cu colţare (b) Rigidizarea grinzii cu bare din oţel a b INFLUENŢA GEOMETRIEI SECŢIUNII UNUI STÂLP ASUPRA RISCULUI DE FLAMBAJ: 'Împrăştierea' materialului în secţiune influ- enţează pozitiv rigiditatea elementelor compri- mate (stabilitatea la flambaj). Exemple de stâlpi cu secţiuni compuse: a. Barele supuse la compresiune sunt asociate între ele prin: fururi încleiate, fixate cu cuie sau cu gujoane; zăbrele fixate cu cuie. b. Stâlp cu secţiune compusă încastrat în fun- daţie (v. şi influenţa condiţiilor de rezemare). 40  CONSTRUCŢII DIN LEMN LIMITAREA DEFORMAŢIILOR Este cazul general al elementelor încovoiate (grinzi, plăci). Verificarea presupune a demonstra că deformaţiile corespunzătoare încărcărilor reale din exploatare ('săgeţile') nu vor depăşi valori accept- abile pentru utilizarea clădirii. Pentru un anumit material solicitat la încovoiere, singurul factor care influenţează deformaţia este forma secţiunii, respectiv 'împrăştierea' materialului pe direcţia de încovoiere ('săgeata' unei grinzi va fi cu atît mai mica cu cît materialul este mai 'împrăştiat' pe verticală). Dimensionarea aproximativă a înalţimii secţiunii unei grinzi supuse la încărcări obişnuite 1 (ex.locuinţe) pentru limitarea 'săgeţii': h = 1 / 17 - 1 / 20 L (unde h = înălţimea secţiunii grinzii; L = deschiderea grinzii) REZISTENŢA LA FOC Este vorba despre cerinţele ce privesc durata de conservare a proprietăţilor de rezistenţă la solicitări prin mecanisme proprii materialului şi care pot impune majorări ale secţiunii în raport cu aria necesară pentru asigurarea rezistenţei la solicitări. DIMENSIONAREA GRINZILOR DIN LEMN ECARISAT ŞI DIN LEMN LAMELAR, PENTRU O REZISTENŢA LA INCOVOIERE DATĂ, ÎN RAPORT CU NUMARUL DE FEŢE EXPUSE ŞI DURATĂ DE CONSERVARE A PROPRIETĂŢILOR DE REZISTENŢĂ (30 min şi 60 min)1 N.B. Pentru a trece de la o rezistenţă la foc F30 la F60, lăţimea (b) şi înălţimea (h) se dublează. F 30 F 60 expunere la foc 3 laturi 4 laturi 3 laturi 4 laturi Eforturi din încovoiere b min h min b min h min b min h min b min h min (N/mm2) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 14 150 260 160 300 300 520 320 600 11 120 200 130 240 240 400 260 480 7 90 160 100 200 200 320 220 400 3 80 140 90 180 180 240 200 320 F 30 F 60 expunere la foc 3 laturi 4 laturi 3 laturi 4 laturi Eforturi din încovoiere b min h min b min h min b min h min b min h min (N/mm2) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 14 140 260 150 310 280 520 300 620 11 110 200 120 250 220 400 240 500 7 80 150 90 190 160 300 180 380 3 80 120 80 160 140 220 160 300 1Dupa TSCHUMI, AG. LUPU. M. Construction 1- Le bois, EPFL-DA-ITB Chaire d'Architecture et Construction, Lausanne , 1989-'90. 41 CONSTRUCŢII DIN LEMN 4.1.2. STABILITATEA ANSAMBLULUI STRUCTURAL În cazul sistemelor constructive cu stâlpi şi grinzi, stabilitatea ansamblului structurii în raport cu forţele orizontale ce acţionează asupra unei construcţii (vânt, cutremur, etc), presupune prezenţa unor aşa- numite plane de contravântuire rigide (nedeformabile), verticale şi orizontale. COMPORTAMENTUL LAACŢIUNI ORIZONTALE A 2 SEMI-TRAVEI STRUCTURALE, ÎN 3 SITUAŢII (1) Fără contravântuiri: deformare laterală ce poate duce la prăbuşirea structurii (colaps). (2) Numai contravântuire verticală: instabilitatea zone comprimate a grinzilor în sens longitudinal. (3) Contravântuire în plan vertical şi orizontal: stabilizarea grinzilor împotriva ieşirii din plan vertical; structură nedefor- mată. SCHEMA DISPUNERII PLANELOR DE CONTRAVÂNTUIRE în 2 sisteme posibile: (1) Rigidizare numai în plane verticale: presupune câte un plan de contravântuire verticală pe fiecare axă a tramei structurale, pe cele două direcţii; grizile perimetrale asociază planele verticale şi le transmit încărcările orizontale; nu este necesară contravântuirea la nivelul planşeelor. (2) Rigidizare în plane verticale şi orizontale: prezenţa contravântuirilor orizontale permite reducerea la 3 a planelor verticale de contravântuire, cu condiţia ca ele să nu fie concurente; presupune o concepţie particulară a planşeelor (rigide în planul lor) Posibilităţi de realizare a planelor rigide: Contravântuiri verticale: de utilizat pe cât posibil pereţii de compartimentare; pot fi pereţi din zidărie sau beton, sau pereţi cu schelet de lemn prevăzuţi cu sisteme de rigidizare: diagonale din bare de oţel tensionate dispuse în cruce; diagonale din lemn; scânduri bătute diagonal; panouri rigide din derivate de lemn. Contravântuiri orizontale: în planul planşeelor şi acoperişelor trebuie prevăzute sisteme de rigidizare: scânduri aşezate diagonal în raport cu trama, în 2 straturi pe direcţii opuse; panouri din derivate de lemn, în două straturi cu rosturi 1 2 decalate; diagonale din platbande de oţel dispuse în cruce 3 Exemple de contravântuiri verticale din lemn. (1) Semi-cadre contravântuite cu contrafişe din lemn, rezistent la întindere şi compresiune. 4 (2) Contravântuiri verticale cu o diagonală rezistentă atât la întindere cât şi la compresiune. (3 - 4) Pereţi contravântuiţi prin închideri realizate cu placare sau umplutură din scânduri aşezate diagonal. Fixarea unei diagonale din oţel rotund de o grindă principală, cu sabot meta l i c. 42  CONSTRUCŢII DIN LEMN 4.2. PROTECŢIA CONTRA UMIDITĂŢII O construcţie din lemn care se menţine într-o stare higroscopică stabilă, de echilibru cu mediul ambi- ent, se va comporta evident mai bine decât dacă este supusă unei permanente instabilităţi. Ca atare, funcţie de esenţele de lemn şi tratamentele hidrofuge alese, proiectarea de detaliu trebuie să aibă în vedere protejarea lemnului împotriva riscului retenţiei de apă. În acest sens se disting două cat- egorii de măsuri: a. protejarea în raport cu surse de apă (ape meteorice şi contacte cu alte materiale sau medii cu umid- itate mare). b. asigurarea posibilităţii de uscare a pieselor ocazional umede, prin ventilare. 4.2.1. PROTECŢIA ÎMPOTRIVA SURSELOR DE APĂ Se va avea în vedere; - protejarea faţadelor expuse ploii (ceea ce poate asigura totodatăprotejarea lemnului împotriva radi- aţiei solare excessive); - prevenirea infiltraţiilor directe ale apei de ploaie - favorizarea scurgerii rapide a apei şi evitarea acumulărilor - eliminarea sau acoperirea suprafeţelor orizontale - acoperirea suprafeţelor oblice - acoperirea capetelor pieselor de lemn a căror expunere favorizează absorbţia apei - protejarea lemnului împotriva transferului de umiditate prin ascensiune capilară - protejarea lemnului împotriva umidităţii din depunerea de zăpadă şi din ricoşeul apei de ploaie Streşini ample, decroşuri pe verticală: volumetrie tipică pentru costrucţiile din lemn, ca autoprotecţie împotriva ploii. Asigurarea unei cât mai bune etanşeităţi la pereţi din bârne suprapuse, prin forma acestora în secţiune + straturi de material izolant 1. cioplirea concavă a părţii inferioare a bârnelor asigură o bună rezemare şi împiedică într-o oarecare măsură pătrun derea apei în rosturi. 2. suprafeţele plane asigură rezemarea pe o suprafaţă mai mare, dar nu împiedică pătrunderea apei în rosturi 3. profilul triunghiular adăugat şi ulucul tăiat în bârna supe- rioară asigură o bună etanşare În rosturi se introduc straturi de materiale izolante: muşchi, lut, mortar, fuior de cânepă gudronat, etc. Pereţi din elemente profilate cu lambă şi uluc; îmbinare etanşă. 43 CONSTRUCŢII DIN LEMN Două tipuri de placare cu scânduri verticale care favorizeză scurgerea rapidă a apei; rezolvare preferabilă pentru faţade neadăpos- tite. (1). placare cu scânduri verticale cu lambă şi Dluc formând nuturi verticale; două variante de rezolvare a colţului. Lungimile scândurilor sunt limitate pentru limitarea lucrului lemnului. Scân- durile provenite dintr-o tăiere radială se vor comporta evident mai bine la variaţiile climatice mari. (2). placare cu scânduri verticale simple, cu baghetă de acoperire a rostului Placare cu scânduri orizontale. Profilele obişnu- ite de scânduri fălţuite (1) nu asigură o bună etanşare contra ploii + vânt; (2) scânduri fălţuite cu o geometrie adecvată unei protecţii contra ploii + vânt. (3-4) scânduri orizontale în capla- ma, cu lăcrimar. Suprapunere: 12% din lăţimea scândurii şi minim 10 mm. Scândurile sunt fix- ate cu un singur rând de cuie, pentru a le per- mite deformarea liberă. În loc de a urmări împiedicarea infiltraţiilor de apă în îmbinările expuse, este uneori mai sim- plă şi mai fiabilă prevederea posibilităţii de evacuare rapidă a apei; exemplu cu lăcrimar (1) şi exemplu cu drenare rapidă din “scobitură”(2). atenţie la întreţinere! (prevenirea înfundării scurgerii) 44  CONSTRUCŢII DIN LEMN Nuturile verticale previn formarea de crăpături aleatorii la suprafaţa lemnului şi totodată, în cazul expunerii exterioare, permit scurgerea rapidă a apei de ploaie; în exemplu: stâlp circu- lar cu piesă metalică de îmbinare atenţie la intreţinere! Evitarea suprafeţelor orizontale expuse sau protejarea lor prin acoperire cu elemente de lemn sau metal posibil de înlocuit.(1) protecţie cu scândură + tratament hidrofug; (2) protecţie cu piesă de lemn cu secţiune curbă + tratament hidrofug; (3) protecţie cu copertină de tablă aşezată pe piese de calare. Capăt expus prote- jat cu o piesă de lemn cu lăcrimar, fixată pe o furură cu rol de distanţier. Protejarea secţiunilor de capăt ale pieselor din lemn, cu capacitate mare de absorbţie. (1) tra- versă de parapet cu curbură redusă, prevăzută cu lăcrimare, protejând capetele montanţilor de lemn; (2) stâlp tăiat oblic şi acoperit cu un strat protector subţire. Piesele orizontale de lemn al căror capăt ar rezulta expus (pane, grinzi de 1 2 planşeu) pot fi de asemenea tăiate oblic în jos. tratament Rezemarea unei grinzi pe toată grosimea zidu- hidrofug lui (traversantă) lasă lemnul să respire, dar faţa sa exterioară trebuie protejată în raport cu riscul expunerii la apă. Exemplu cu secţiune de capăt hidrofugată prin badijonare (1), protejată cu o piesă de lemn, prevăzută cu lăcrimar (2) şi placă de calare din lemn dur, contraplacaj sau material plastic (3). atenţie la intreţinere 45 CONSTRUCŢII DIN LEMN Rezemarea unui stâlp exterior pe un soclu de beton ( h min = 30 cm) ce fereşte lemnul de acumulările de apă, zăpadă şi ascensiunea capilară a umidităţii. Componente: soclu din beton cu pante spre exterior, talpă metalică în formă de T încastrată în capătul lemnului, ţeavă pătrată, buloane (3), crestătură închisă cu mastic elastic (4). Forma piesei metalice şi legăturile sale cu stâlpul răspund necesităţii de transmitere a unor diverse solicitări: greutate, dar şi acţiuni orizon- tale, întinderi, momente. Acest tip de reazem necesită o pregătire exactă a fundaţiei şi, pe cât posibil, prevederea reazemului cu sisteme de reglare (pene, găuri ovale, şuruburi). Perete de lemn pe un soclu masiv din zidărie cu înălţimea de min 30 cm de la nivelul terenului (protecţie contra stropirii). Un strat hidroizolant separă lemnul de soclu (umiditate din ascensi- une capilară, transfer de la un material la altul). Talpa uşor în consolă, formează împreună cu paramentul exterior un lăcrimar. 46  CONSTRUCŢII DIN LEMN 4.2.2. VENTILAREA ALCĂTUIRILOR Streaşină cu prize de aer pentru ventilarea unui acoperiş cu termoizolaţie în planul învelitorii; placarea cu scânduri la extradosul căpriorilor include fante de ventilare închise cu grile anti- insecte. Stratul de aer ventilat al acoperişului continuă pe cel din alcătuirea pereţilor exteriori. Placajele exterioare din lemn trebuie ventilate pe toată suprafaţa lor internă: trei tipuri de rezolvare a suportului ce permit o circulaţie de aer verticală (prin convecţie) şi orizontală (datorită diferenţelor de presiune a vântului ce acţionează asupra faţadelor. Secţiunile orificiilor de intrare şi ieşire a aerului însumează o suprafaţă de 1/500 din suprafaţa de ventilat. Placare cu lemn retrasă, protejată de soclu şi distanţată de acesta, permiţând astfel intrarea aerului. Mici grile împiedică intrarea insectelor xilofage sau altele. Încastrarea grinzilor de lemn într-un perete de zidărie. Transferul de umiditate de la zidărie la lemn este prevenit prin: contact cu zidăria redus la faţa superioară, zidită ‘uscat’; strat hidroizolant sub grindă; spaţiu de ventilare (1-2 cm) lateral şi în spatele capătului grinzii (tratat chimic). În cazul pereţilor exteriori, fundul golului de rezemare este termoizolat pentru prevenirea condensului. (v. şi Prevenirea strivirilor locale – rezemarea pieselor de lemn pe zidărie) Gol sanitar ventilat sub un planşeu de lemn: degajarea de umiditate din sol este împiedicată de un strat mai mult sau mai puţin etanş. Orificii prevăzute în soclu permit ventilarea golului san- itar (min.1/500 din suprafaţa acestuia). Grinzile sunt tratate chimic. 47 CONSTRUCŢII DIN LEMN 4.3. CONTROLUL DEFORMĂRII LEMNULUI Deformabilitatea lemnului din variaţii inerente de umiditate şi anizotropia sa (deformabilitate diferită pe cele trei direcţii, în ciuda simetriei aparente a pieselor) joacă un rol important în ceea ce priveşte cri- teriile de proiectare şi punere în operă. Atunci când aceste caracteristici sunt luate în considerare atât la tăierea pieselor, cât şi la proiectarea şi execuţia construcţiilor, respectivele deformări ale materialu- lui pot fi nu numai compatibile cu construcţia şi soliditatea ei, ci pot fi chiar folosite în favoarea aces- teia. (Ex: ‘precomprimarea’ naturală a stâlpilor de lemn rotund sau ecarisat simetric faţă de inima trunchiului, prin contragerea axială simetric repartizată în secţiune şi crescând către periferie; com- pensarea deformaţiilor din încovoiere şi contragere axială la grinzi – v. desen) Menţinerea sub control a deformării lemnului prin proiectare şi punere în operă se referă, pe de o parte, la orientarea secţiunilor în raport cu solicitările şi, pe de altă parte, la modul de prindere şi îmbinare a pieselor (sisteme de fixare, rosturi, toleranţe). Orientare corectă a unei piese încovoiate (grindă, pană): defor- marea datorată contragerii axiale (mai mare către periferia secţiunii) este contrabalansată de ‘săgeata’ din încărcare. Contragerea tangenţială avînd valori de cca 2 ori mai mari decât cea radială, secţiunile cleştilor se deformează, dar fiind dispuse în acest fel, deschizându-se ele se ‘aşează’ progresiv pe marginile lat- erale, rămân stabile şi întăresc legătura. O parte a caracterului particular al îmbinărilor duble (în cleşte) sau mul- tiple din lemn se explică prin valorificarea în acest mod a asimetriei cvasi-inevitabile a pieselor ce le compun (cleşti, secţiuni compuse, secţiuni din lemn lamelar). exterior Orientare judicioasă a bârnelor din lemn ecarisat şi a scândurilor de placare, lăsând crăpăturile din uscare la interior. Fixarea scândurilor de placare, în aşa fel încât ‘lucrul’ acestora să nu fie împiedicat (cuiele fixează fiecare scândură într-un singur punct al secţiunii sale). Crestăturile practicate în lungul scândurilor permit deformarea acestora fără a crăpa (v. şi crestarea bârnelor la construcţiile cu pereţi masivi, nuturile verticale ale stâlpilor, etc). 48  CONSTRUCŢII DIN LEMN 4.4. PREVENIREA STRIVIRILOR LOCALE 4.4.1. REZEMĂRILE Condiţiile de rezemare a pieselor de lemn nu trebuie să conducă la apariţia unor eforturi locale de com- presiune transversală mai mari decât cele capabil a fi suportate de lemn. Pe de altă parte, rezemările implică frecvent relaţia dintre lemn şi un alt material (zidărie, beton) cu rezistenţe mecanice mai mari. La ora actuală, soluţiile cele mai fiabile sunt cele bazate pe piese metalice de legătură. În continuare sunt prezentate câteva elemente necesar a fi avute în vedere în cazul în care rezemarea directă nu poate fi evitată. Rezemarea lemnului pe zidărie sau beton. (a) Rezemare cu talpă de lemn continuă care repartizează greutatea grinzii pe suportul din zidărie şi totodată previne o posibilă strivire locală a grinzii de lemn. (b) Rezemare pe con- solă metalică înglobată în beton, putând acom- pania deformaţiile elastice ale grinzii. (c) Reze- mare într-un gol practicat în zid (dacă este posi- legendă: 2 hârtie bitumată; 3. grindă; 4. furură de reglare a distanţei faţă de zid; 5. piesă de calare; 6. consolă metalică bilă o profunzime suficientă a golului) Toler- anţele mult mai mari specifice lucrărilor de zidărie impun un sistem de rezemare cu piese de calare din lemn dur, contraplacaj sau mate- rial plastic. Rezemarea în nişe prezintă riscul retenţiei de umiditate. După verificarea umidităţii lemnului (max 18%), acesta trebuie hidrofugat pe zona în contact cu zidăria. Atunci când finisajul interi- or permite, se va prevedea o prindere ‘uscată’. (1) Piesă de calare; (2) Zonă hidrofugată; (3) Piesă metalică de montaj ‘uscat’. Fixarea în dibluri expansive constituie o soluţie eficientă de realizare a unei simple rezemări, atunci cînd dimensiunea pieselor de lemn per- mite traversarea cu un ştift metalic filetat, eventual cu interpunerea unor piese de calare. 49 CONSTRUCŢII DIN LEMN Rezemare lemn pe lemn Rezemare grindă pe stâlp cu talpă de repartiţie din lemn dur (1) pentru limitarea eforturilor de compresiune transversală în grindă. 4.4.2. EFECTELE TASĂRILOR La construcţiile tip ‘blockhaus’, bârnele se tasează prin uscare şi, ca atare, trebuie prevăzut un joc (luft) de tasare la capetele superioare ale pieselor verticale - în principal montanţii laterali de uşi şi ferestre (contragerea transversală a lemnului este mai mare decât cea axială). Traversa superioară este prevăzută cu un uluc adânc, care, pe măsura tasării bârnelor, coboară şi acoperă cepul montantului, iniţial lăsat descoperit pe câţiva centimetri. Montanţii laterali se prevăd cu ulucuri în care vor aluneca, pe măsura tasării peretelui, cepurile în coadă de rândunică cu care sunt prevăzute capetele bârnelor. 50  CONSTRUCŢII DIN LEMN 5. ALCĂTUIREA PRINCIPALELOR SUBANSAMBLURI CONSTRUCTIVE Componentele constructive ale unei clădiri pot fi grupate în 2 mari categorii: - închideri - compartimentări Pentru buna funcţionare a clădirii, la aceste categorii de componente constructive se adaugă instalaţiile şi echipamentele, care nu fac însă obiectul lucrării de faţă. Ele pot fi înglobate în închideri şi compartimentări. 5.1. ÎNCHIDERILE Această denumire generică se referă la componentele (subansamblurile) constructive care separă spaţiul interior al clădirii de mediul ambiant. In condiţii de climă rece, închiderile delimitează spaţiile încălzite, formând ceea ce se mai numeşte şi ‘anvelopa’ (sau ‘anvelopanta’) construcţiei. Închiderile pot fi verticale (pereţi exteriori), orizontale (acoperişe de tip ‘terasă’, planşee peste spaţii exterioare sau pe pământ) şi înclinate (acoperişe cu pantă vizibilă). Din punct de vedere static, închiderile pot fi portante (parte a sistemului portant al clădirii – cazul pereţilor exteriori la construcţii cu pereţi portanţi) sau neportante (independente de sistemul portant al clădirii – cazul pereţilor de închidere la construcţii cu stâlpi şi grinzi). În general, închiderile trebuie să satisfacă următoarele CERINŢE: - rezistenţă şi stabilitate (locală şi de ansamblu, a clădirii, în cazul pereţilor portanţi, al aco- perişelor şi al planşeelor, sau numai locală, a respectivei componente, în cazul pereţilor neportanţi) - izolare termică - controlul migraţiei vaporilor de apă - izolare acustică - protecţie la intemperii - protecţie mecanică - protecţie la foc - protecţie împotriva intruziunilor (ex. insecte, rozătoare) - aspect În cazul construcţiilor din lemn, pereţii exteriori pot fi realizaţi din lemn masiv (bârne suprapuse) sau pot avea alcătuiri cu schelet: scheletul constituie ‘structura’ peretelui, la care se adaugă alte straturi ce îndeplinesc diverse funcţiuni, în raport cu cerinţele de mai sus. Inchiderile verticale (pereţii exteriori) pot avea o deci alcătuire monostrat (un material care trebuie să îndepli