Date post: | 08-Feb-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | adina-molocea |
View: | 770 times |
Download: | 84 times |
Conținutul prezentării
• Introducere
• Avantaje si dezavantaje
• Elemente și structuri din lemn
• Îmbinări
• Studii de caz
Principii de proiectare Elementele structurale - Rezistenta si stabilitate locala
Observația 1:
-Asigurarea rezistenței elementelor structurale: aria necesară a secțiunii este determinată de raportul dintre încărcările aferente respectivului element structural și rezistența mecanică a materialului (lemnul) la solicitarea specifica acelui element
-Limitarea deformabilității elementelor structurale: depinde de caracteristicile materialului (modul de elasticitate), aria și geometria secțiunii, condiția de rezemare a elementului și eventualele legături suplimentare
-Dimensionarea aproximativa a zvelteții pieselor comprimate din lemn masiv pentru limitarea riscului la flambaj:
-d min=1/18H in care d este latura sectiunii iar H inaltimea piesei sau a stalpului
-h=1/17÷1/20L in care h este inaltimea sectiunii iar L este deschiderea dintre reazeme
-Vezi normative lemn:
Avantaje
• Materie prima folosită la realizarea elementelor structurale din lemn se poate găsi în resursele locale obţinând astfel costuri mai mici pentru transport si pentru punerea în operă a construcţiei.
• Existenţa unor sortimente variate de material lemnos, oferă posibilitatea realizării unor sisteme structurale complexe.
• Structurile din lemn au o durabilitate mare dacă sunt exploatate în condiţii optime impuse de mediul înconjurător.
• Greutatea specifică aparentă a lemnului (500 – 700 kg/mc) este redusă şi anume de 3 până la 16 ori mai mică decât cea a betonului (2400 kg/mc) şi a oţelului (7800 kg/mc). Acest avantaj conduce la realizarea unor construcţii din lemn uşoare care au caracteristici dinamice bune şi o comportare favorabilă a structurii la acţiuni seismice.
• Valoarea mare a raportului rezistenţă-densitate impune folosirea lemnului ca material de construcţii atunci când sunt îndeplinite condiţiile de rezistenţă şi stabilitate conform normelor în vigoare.
• Lemnul se poate prelucra uşor cu utilaje si scule simple atât în fabrică, cât şi pe şantier. Se pot realiza produse sau sisteme structurale prefabricate astfel încât durata de execuţie a unei construcţii din lemn să se micşoreze. Deoarece pentru prelucrarea şi punerea în operă a lemnului se folosesc tehnologii uscate, structurile din lemn pot fi folosite imediat după execuţia acestora.
• În cazul deteriorării sau degradării unui element structural, se poate interveni uşor în structură prin demontarea şi refacerea sau înlocuirea parţială sau totala a elementului respectiv.
• Prezintă calităţi superioare din punct de vedere al izolării termice si acustice. Coeficientul de conductibilitate termică al lemnului este mai mic decât cel al betonului, zidăriei de cărămidă sau b.c.a.
• Lemnul este un material reciclabil, poate fi refolosit, după o perioadă de exploatare în cadrul unui sistem structural, la obţinerea altor elemente structurale şi nestructurale.
Dezavantaje
• Variabilitatea foarte mare a caracteristicilor mecanice şi elastice atât între specii cât şi în cadrul aceleiaşi specii datorită orientării fibrelor şi anizotropiei materialului lemnos dar şi a existenţei unei gamă foarte mare de specii lemnoase;
• Micşorarea rezistenţelor mecanice ale lemnului şi implicit înrăutăţirea comportării la acţiunile fizice şi mecanice din cauza neomogenităţii structurii şi a defectelor de structură (noduri, fibre deviate etc.);
• Forma, dimensiunile secţiunii transversale şi lungimea sortimentelor din lemn, pentru elementele cu secţiune simplă, sunt limitate. Atunci când folosim elemente din lemn care necesită dimensiuni mai mari sau forme complexe ale secţiunii transversale dar şi a structurii se pot folosi produse din lemn lamelat încleiat sau elemente cu secţiune compusă
• Lemnul este sensibil la variaţiile de umiditate care conduc la instabilitate dimensională a elementelor (în sens longitudinal, tangenţial sau radial) deformaţii însemnate (umflarea şi contragerea) şi la modificarea proprietăţilor fizice şi mecanice;
• Elementele şi structurile din lemn necesită tratamente periodice cu substanţe fungicide şi ignifuge în scopul creşterii durabilităţii. Lemnul netratat corespunzător este expus pericolului de incendiu, la putrezire şi la degradări în urma atacului de insecte, ciuperci sau de către rozătoare.
• Structurile din lemn necesită lucrări de inspectare şi întreţinere periodice.
Se deosebesc patru stadii de umiditate
a lemnului şi anume: umiditatea lemnului proaspăt, după doborâre;
umiditatea lemnului uscat în aer;
umiditatea lemnului uscat în incintă închisă;
umiditatea lemnului ud.
Umiditatea lemnului ud, a celui uscat în aer şi a celui uscat în incinte închise. Lemnul care a stat mult timp în apă se spune că este lemn ud. De obicei, umiditatea acestui fel de lemn este mai mare decât aceea a lemnului dintr-un arbore proaspăt doborât.
Când lemnul proaspăt doborât sau acela ud stă mult timp în aer, el atinge umiditatea lemnului uscat în aer.
Umiditatea lemnului uscat în aer se consideră aproximativ 15% şi variază în funcţie de temperatura şi umiditatea aerului. În zona ţării noastre, umiditatea lemnului uscat în aer atinge 15 – 20 %, mai umed spre zonele din nord şi, dimpotrivă, ceva mai uscat spre sudul ţării.
Lemnul uscat în aer, adus într-o încăpere încălzită, atinge, după un timp oarecare umiditatea lemnului uscat în incintă închisă.
Umiditatea lemnului uscat în incintă închisă este de 18 – 13 %, în funcţie de umiditatea şi temperatura din încăpere.
Ţinut un anumit timp la temperatura de 100 – 105 ºC, lemnul pierde aproape toată apa, cu excepţia apei de constituţie şi ajunge la starea absolut uscată.
Umiditatea lemnului în stare absolut uscată se numeşte umiditatea lemnului absolut uscat.
Scos în aer liber, lemnul absolut uscat începe să absoarbă imediat apă din aerul înconjurător.
Punctul de saturaţie a fibrei lemnoase
În timpul umezirii lemnului au loc anumite modificări ale proprietăţilor sale mecanice şi ale conductivităţii electrice, termice, precum şi o creştere a dimensiunilor lui, denumită „umflare”. În momentul în care lemnul atinge punctul de saturaţie a fibrei, caracteristicile sale mecanice scad la minimum iar umflarea şi conductivitatea electrică devin maxime. De aceea, punctul de saturaţie a fibrei se poate stabili după umflarea lemnului, contragerea lui, rezistenţa la rupere prin compresiune sau alte rezistenţe sau după conductivitatea electrică.
Se dă punctul de saturaţie a fibrei, determinat la lemnul de molid prin cele trei tipuri de indicatori, menţionaţi mai sus:
după contragerea radială - 28 %;
după contragerea tangenţială - 30 %;
după rezistenţa de rupere la compresiune paralel cu fibrele lemnului - 27 %;
după conductivitatea electrică - 29 %.
Specia
Umiditatea
corespunzătoare
punctului de
saturaţie a fibrei,
în %
Pin obişnuit
Molid
Larice
Duglas
Fag
Tei
Frasin
Castan
29,0
29,0
30,0
30,5
30,0
29,0
23,0
25,0
Momentul în care întreaga cantitate de apă liberă este evaporată şi apa legată se găseşte la maximum poartă numele de momentul de saturaţie a fibrei lemnoase, iar umiditatea corespunzătoare acestui moment se numeşte punct de saturaţie a fibrei.
Contragerea
lemnului
Acest fenomen nu se produce în tot decursul evaporării apei din lemn, ci numai începând din momentul în care s-a evaporat întreaga cantitate de apă liberă şi începe evaporarea apei legate, adică din momentul în care umiditatea lemnului coincide cu punctul de saturaţie a fibrei.
S-a constatat că elemente diferitele ale lemnului se comportă diferit în timpul contragerii. Fibrele lemnoase se contrag uniform atât în direcţie radială cât şi în cea tangenţială. Razele medulare se contrag mai mult în lăţime decât în direcţie longitudinală.
Contragerea minimă se constată în direcţie longitudinală iar cea maximă pe direcţie transversală. Pentru speciile de lemn din ţara noastră, contragerea pe direcţie longitudinală ajunge până la 0,10 %, pe direcţie radială de la 3 la 6 %, iar pe cea tangenţială între 6–12 %.
Contragerea,
%
0 10 20 30 40 50
Umiditatea, %
Diagrama contragerii lemnului.
Caracteristica lemnului de a-şi micşora
dimensiunile prin uscare se numeşte
contragere.
Umflarea lemnului
Proprietatea lemnului uscat de a-şi mări dimensiunile liniare şi volumice când absoarbe apă se numeşte umflare. Însuşirea de a se umfla o au şi alte corpuri: gelatina, caseina, amidonul. Cantitatea maximă de apă pe care o poate absorbi masa lemnoasă, este de 23-30 %, amidonul cca. 33 % iar caseina cca. 100 %.
La absorbirea apei de către lemnul uscat se degajă căldură, cunoscută sub denumirea de căldură de umflare şi are loc mărirea volumului piesei de lemn.
Volumul lemnului umflat este mai mic decât suma volumelor apei şi lemnului. Această diferenţă, denumită contracţie, caracterizează valoarea comprimării întregului sistem lemn-apă. Absorbirea apei continuă fără degajare vizibilă de căldură şi fără comprimarea sistemului.
Umflarea, ca şi contragerea, nu se produce uniform pe diferite direcţii. Cea mai mică umflare se observă pe direcţia longitudinală, iar cea mai mare, pe direcţia tangenţială. Umflarea longitudinală, în apă, ajunge până la 0,1-0,8 %, cea radială până la 3-5 %, iar cea tangenţială până la 6-13 %. Curbele umflării în apă arată că fenomenul de umflare se produce până în momentul cînd lemnul ajunge la umiditatea de 23-30 %, adică până la punctul de saturaţie a fibrei. Dacă umiditatea creşte mai departe, lemnul nu se mai umflă.
Higroscopicitatea lemnului sau capacitatea de absorbţie a
vaporilor de către masa lemnoasă se înţelege proprietatea lemnului de a
absorbi din aer vaporii de apă sau alte lichide.
Aceasta depinde de temperatura şi umiditatea relativă aerului. Unei anumite stări de temperatură şi umiditate a aerului îi corespunde o anumită umiditate a lemnului, datorită higroscopicităţii acestuia.
Umiditatea pe care o dobândeşte lemnul când se găseşte timp îndelungat în aerul cu umiditate şi temperatură constante, φ şi t = const., se numeşte umiditatea de echilibru a lemnului şi se ajunge la această stare atunci când tensiunea vaporilor din aerul înconjurător este egală cu tensiunea vaporilor de apă de pe suprafaţa lemnului. Practic această proprietate este aceeaşi pentru toate speciile.
Piesele din lemn care se află în timpul utilizării lor, în încăperi care îşi modifică parametrii de temperatură şi umiditate, îşi modifică şi ele umiditatea din cauza higroscopicităţii materialului. S-a constatat că apare o variaţie a umidităţii mobilei, uşilor şi pardoselilor din lemn la încăperile cu încălzire centrală, pe toată perioada anului. Cea mai mare umiditate a mobilei se observă în lunile de toamnă, când se ajunge la 11,6 %, iar în primăvară, aceasta atinge cea mai scăzută umiditate.
În afară de vaporii de apă, lemnul absoarbe din aer şi vaporii altor lichide, de exemplu vaporii de petrol.
Higroscopicitatea lemnului scade sub acţiunea temperaturilor ridicate şi este mai mult influenţată de valoarea temperaturii decât de durata acţiunii ei. Micşorarea higroscopicităţii lemnului prin uscare, un timp îndelungat, la temperatură ridicată nu este raţională deoarece se reduc proprietăţile lui mecanice.
Unul dintre cele mai simple procedee de micşorare a higroscopicităţii şi absorbţiei apei de către masa lemnoasă constă în acoperirea lemnului cu vopsele şi lacuri ce constituie o piedică de natură mecanică pentru pătrunderea apei în interiorul lemnului.
Norme, specificaţii, standarde:
Eurocode 5, SR EN 1995 - 2005
Standardele pentru calculul şi alcătuirea elementelor de construcţii din lemn
prevăd calculul şi dimensionarea elementelor structurale din lemn pe baza metodei
stărilor limită şi iau în considerare două tipuri de stări limită:
stări limită ultime;
atingerea limitei de rezistenţă (epuizarea capacităţii portante)
pierderea stabilităţii formei sau a echilibrului static
ieşirea din lucru a elementelor prin deformaţii excesive sau datorită deformaţiilor
remanente excesive
fenomene de instabilitate şi de transformare a structurii în mecanism.
stările limită de exploatare normală.
deformaţii care afectează estetica sau exploatarea elementelor şi construcţiei
vibraţii care influenţează asupra confortului persoanelor sau exploatării normale a
structurii
alterarea materialului (incluzând şi dezvoltarea fisurilor sau a crăpăturilor) cu efect
defavorabil asupra durabilităţii structurii.
Cele mai uzuale specii de lemn de structura sunt in principal
- rasinoasele: molid, pin,
- foioase: stejar, salcam, in cazuri rare (dupa efectuarea de tratamente termice) fag,
paltin, gorun.
Folosirea cu precadere a speciilor de rasinoase este justificata in principal de
prelucrabilitatea usoara, proprietatile de forma, de dimensiune, fizice si mecanice
favorabile, precum si din considerente economice.
Lemnul ca material de construcţie – tipuri de produse
Produse brute, semiprefabricate şi finite – produse care păstrează
structura materialului lemnos din care provin:
produse brute din lemn rotund
sortimente de lemn rotund – bile, manele şi prăjini
lemn rotund pentru piloţi
traverse de cale ferată
cherestea
lemn încleiat
furnir
Produse obţinute prin operaţii de aşchiere, defibrare, impregnare, presare,
încleiere – produse care nu mai păstrează structura lemnului din care
provin
domeniu – protectia preventiva a
suprafetelor din lemn
eficienta – ciuperci, mucegai, insecte
aplicare – pensulare, pulverizare,
imersie 1 kg, 5 kg, 15 kg, 50 kg,
500 kg, 1000 kg
Bochemit QB Hobby
Bochemit Forte
domeniu – protectia neextractibila a
lemnului de constructie in interior si
exterior
eficienta – ciuperci, mucegai, insecte
aplicare – pensulare, pulverizare,
imersie, vid-presiune
5, 15, 50, 500 kg
destinatie – stalpi electrici, mobilier de
gradina
eficienta – protecţia pe termen lung a
lemnului, de interior şi exterior împotriva
insectelor și a ciupercilor dăunătoare
lemnului. Protejează lemnul aflat în
contact direct cu solul sau cu apa dulce.
aplicare – impregnare in vid-presiune 60 kg, 600 kg, 1200 kg
Bochemit Forte Profi
500 ml, 5 kg, 15 kg, 50 kg
domeniu – indepartarea mucegaiului
de la suprafata lemnului si a zidariei.
Reda culoarea naturala a lemnului
eficienta– mucegai, drojdii, alge
aplicare – pensulare, pulverizare
Savo antimucegai
Antimucegai
Cheresteaua – lemnul ecarisat
Produse semiprefabricate: necesită operaţii de cioplire şi ecarisare
Se obţine din lemn brut debitat în sens longitudinal
Rezultă produse de diferite dimensiuni cu cel puţin două suprafeţe plane şi paralele
Furnir, Placaj, Panel
Furnirul este un produs obţinut prin tăierea, longitudinală sau tangenţială a trunchiului
arborelui în foi subţiri (0,08 … 7 mm).
Operaţie de derulare cu maşini speciale
După modul de utilizare avem:
furnire estetice – pentru mobilier
furnire tehnice, de faţă sau miez, destinate fabricării placajelor, panelelor, lemnului stratificat
Furnir tehnic se obţine, din lemn de diverse esenţe: fag, stejar, brad, plop
Placaje – panouri de diferite dimensiuni formate dintr-un număr impar de straturi de
furnire suprapuse (3 … 9), în general alternative, perpendicular pe direcţia fibrelor,
obţinute prin încleierea şi presarea la cald.
Panel – este fabricat din miezuri de şipci cu feţele din furnire de bază. Straturile din miez
se realizează din cherestea de brad, molid, tei care nu trebuie să conţină putregai, coajă
înfundată, noduri parţial concrescute
Sectia de furnire produce furnire estetice din specii indigene prin
debitare plana - echipamente si utilaje tehnologice :
http://www.furnirom.ro/tehnologie.html
- bazine de tratare termica a bustenilor cu sistem automat de urmarire si
reglare automata a diagramei termice de tratare;
- utilaj de rindeluit faţă plana prisme busteni -
- decupator vertical - productie Italia - cu reglaj electronic pentru avansul de debitare
al busteanului, asigurandu-se grosimea uniforma a foii de furnir;
- uscator de furnire cu călcare - la care reglarea vitezei de avans a benzii
transportoare se face automat, iar alimentarea cu furnir se face printr-un sistem cu
vacum de prindere a foii;
- linie de formatizare şi măsurare a pachetelor de furnir.
Lemn încleiat – produse finite din lemn
Lemnul încleiat este un material cu calităţi superioare obţinut în urma unui proces de
asamblare sau îmbinare a mai multor lamele din lemn ecarisat (scânduri sau dulapi).
Piesele de lemn sunt aşezate unele peste altele şi îmbinate prin intermediul unor
pelicule de încleiere, prin presare.
Elementele încleiate pot fi realizate de lungimi (20-30-40m) şi înălţimi foarte mari
(până la 2,00m), dimensiunile fiind limitate în general de mijloacele de transport.
În funcţie de domeniul de aplicare, lungimile elementelor diferă:
grinzi – 1…30 m;
cadre – 10 …50 m;
grinzi cu zăbrele sau arce – 20 … 100m
Lemnul lamelat încleiat se poate folosi pentru producţia elementelor
structurale folosite la construcţii industriale şi agrozootehnice, locuinţe, săli de
sport, piscine, magazine şi centre comerciale, biserici, poduri auto şi pietonale.
Deoarece glulam-ul se obţine prin încleierea unor lamele foarte subţiri şi elastice se pot produce
uşor sisteme sau elemente curbe (arce sau cadre curbe, dublu sau triplu articulate), ceea ce pentru
alte materiale de construcţii este un proces costisitor. În cazul grinzile drepte, cu o înălţime
transversală constantă, acestea se pot modela în procesul de fabricaţie cu contrasăgeată pentru
compensarea săgeţii de încovoiere a grinzilor. Astfel obţinem elemente suple, estetice din punct de
vedere arhitectural fără creşterea costului de producţie.
Grinzile din elemente de lemn încleiate pot fi drepte sau curbe, cu moment de inerţie constant sau
variabil.
Proces tehnologic de
obţinere a elementelor
din glulam
• Obţinerea elementelor lamelate încleiate se face prin
încleierea lamelelor care sunt în prealabil uscate în
camere de uscare, obţinându-se astfel o umiditate
constantă a produsului finit de circa 12-13%.
• Lamelele sau scândurile, se sortează, iar cele care nu
îndeplinesc aceste condiţii se casează. Scândurile
sunt tăiate drept la capete şi se frezează în dinți
(degete). Pe terminațiile frezate se aplica adeziv si
prin presare se încleiază cu celelalte scânduri
prelucrate asemănător.
• Aceste operații se repeta pana la obținerea lungimii
dorite a lamelelor care compun elementul ce trebuie
produs.
• Suprafețele lamelelor se șlefuiesc înaintea aplicării
adezivului pentru a obține o aderenta cat mai buna
intre ele. Prin aplicarea adezivului si apoi prin
presarea pana la întărirea si uscarea acestuia,
lamelele se încleiază in forma si la dimensiunile
dorite.
• Pentru a obține calitatea dorita, încleierea se produce la
temperaturi ridicate si umiditate constanta, evitându-se astfel
uscarea suprafețelor exterioare ale elementului din glulam şi
apariția crăpăturilor de suprafaţă.
• Produsul intră în procesul prelucrării finale care poate
cuprinde următoarele operaţii: şlefuire, fasonare, tratarea
suprafeţelor exterioare, montajul conexiunilor metalice.
Lemnul stratificat sau lamelat
(Laminated Veneer Lumber - LVL)
Lemnul stratificat se obţine prin lipirea unor lamele fine de tip furnir (1 … 5 mm grosime),
prin intermediul unor adezivi şi presarea pachetului la o temperatura de 150˚C.
Orientarea fibrelor tuturor foilor sau majorităţii lor este paralelă.
Prin obţinerea acestui produs s-a urmărit reducerea efectelor negative datorate defectelor
produsului brut.
Se obţin grinzi cu lungimi de aproximativ 20-25m
Domenii de utilizare:
•Elemente structurale pentru acoperiş
•Grinzi pentru planşee din lemn
•Poduri, podeţe
•Talpi pentru grinzi
•Grinzi cu zăbrele
Lemnul stratificat se caracterizează faţă de
lemnul natural prin durabilitate comparabilă,
umiditate de echilibru în serviciu cu 2% mai
mică, caracteristici mecanice superioare, variaţii
dimensionale în funcţie de umiditate mai mici.
Placi aglomerate din lemn
Materiale aglomerate din lemn sub forma de placi care se utilizeaza in structura de rezistenta a
caselor din lemn pot fi :
placi stratificate (placaj, panel)
placi din aschii de lemn (PAL)
placi din aschii orientate de lemn (OSB)
placi fibrolemnoase cu diverse densitati (MDF, HDF, PFL)
Placile stratificate se compun din doua straturi exterioare din furnir si un miez, care poate fi
furnir in mai multe straturi (placaj) sau lemn incleiat (panel).
Caracteristici fizice:
densitate 0,40-0,60 g/cmc (exceptional 1,40 g/cmc)
umiditate 5-15 %
modificari dimensonale in functie de umiditate – longitudinal si transversal 0,01-0,02%, in grosime 0,25-
0,30 %
conductivitate termica 0,15 W/mK
Placi din aşchii de lemn se
obţin prin presare de covoare
realizate din aşchii si adeziv.
In funcţie de mărimea aşchiilor
pot fi uni sau multistratificate.
Presare
Proces termic
Lipire cu adezivi
Studii de caz
Structura de rezistenta a constructiilor moderne din lemn este realizata din material
lemnos de rasinoase, consolidata de panouri tip OSB si de alte elemente metalice de
legatură. Acest tip de structura ofera avantaje net superioare fata de constructiile din
beton si fata de cele tradiţionale din lemn:
obtinerea unei structuri usoare si foarte rezistente;
siguranta in cazul producerii seismelor;
folosirea eficienta si economica a materialului lemnos;
realizarea in timp redus a constructiei;
Daca la aceasta structura adaugam folosirea unor materiale moderne de constructie
(vata minerala, rigips, membrane etc.) obtinem o izolatie termica si fonica foarte bună,
umiditate interioara optima, precum si un climat de locuit foarte sanatos.
O configuratie tipica pentru peretii exteriori este (de la
interior spre exterior):
panouri de rigips,
bariera (sau membrana semipermeabila) de vapori,
structura portanta din lemn, constituita din dulapi cu dimensiunea 150x50 mm,
pozitionati perpendicular pe directia peretelui si formand spatii de 410 mm sau 610 mm,
izolatia termica (cel mai uzual formata din vata minerala) introdusa in spatiile dintre
dulapi,
panouri de OSB (sau alte materiale similare),
bariera de aer,
invelitoare exterioara (placaje, tencuieli, etc.).
rigips
membrana - vapori vata minerala
OSB
bariera aer
invelitoare exterioara
Structura acoperis-Aquapark Spania (analiza cu elemente
finite-execuție structură din elemente de lemn lamelate
incleiate)
http://www.caesoft.es/productos/AxisVM/Galeria/bp_aquapark_1w.jpg
Structura acoperis-Aquapark Spania (vedere din
interior)
http://www.caesoft.es/productos/AxisVM/Galeria/bp_aquapark_1w.jpg
Structuri din lemn
http://www.bona-dea.ro/constructii-din-lemn-case-mansarde-etc/constructii-hale-
industriale-din-lemn.html
Structuri din lemn
http://www.bona-dea.ro/constructii-din-lemn-case-mansarde-etc/constructii-hale-
industriale-din-lemn.html
Structuri din lemn
http://www.bona-dea.ro/constructii-din-lemn-case-mansarde-etc/constructii-hale-
industriale-din-lemn.html
Structuri din lemn
http://www.bona-dea.ro/constructii-din-lemn-case-mansarde-etc/constructii-hale-
industriale-din-lemn.html