CONSTRUCŢII DIN LEMN

Materialul lemnos are o structurã fibroasã, direcţia fibrelor fiind paralelã în general cu axul cilindrului lemnos.

Structura macroscopicã poate fi analizatã în secţiune transversalã, putându-se evidenţia mai multe zone.

Fig. 3.4. - Structura macroscopicã a lemnului1 - ritidom; 2 - strat liber; 3 - cambiu;

4 - alburn; 5 - duramen; 6 - mãduvã;7 - canal medular

Fig. 3.5. - Trunchiul lemnos

Zonele lemnului propriu-zis sunt formate din mai multe inele anuale, grosimea şi raportul dintre ele variind cu specia arborelui, vârsta şi clima.

Inelele anuale prezintă spre interior ţesuturi poroase cu celule mai mari, formate primăvara (lemn de primăvara), iar spre exterior ţesuturi mai compacte, celule mai înguste formate lent în perioada răcoroasa a anului (toamna), fiind mai închise la culoare (lemn de toamnã).

Trunchiul arborelui reprezintă pânã la 85% din volumul lemnos total, în funcţie de vârstã, esenţã şi locul unde creştere.

Ca material de construcţie, este folosit în special cilindrul lemnos care este mai mare la esenţele răşinoase şi la arborii crescuţi în păduri faţã de cei izolaţi.

În funcţie de densitatea aparentã şi rezistenţele mecanice se deosebesc: materialul lemnos tare (stejar, frasin, salcâm, nuc, fag); material lemnos moale (brad, molid, tei, plop, salcie etc.).

Creşterea umidităţii determinã scăderea rezistenţelor (până la 30%), după care aceasta nu mai influenţează sensibil rezistenţa, fenomen mai important de sesizat la compresiune.

1

Creşterea temperaturii în intervalul 25...50C conduce la scăderea rezistenţei la întindere cu 15... 20 %, iar la compresiune cu 20 ... 40 %.

- Rezistenţele admisibile, în funcţie de solicitare, specia lemnului şi tipul îmbinărilor variază în limite de (10 N/mm2, încovoiere pentru brad, până la ± 2 %, forfecare în lungul fibrelor la chertãri laterale la unghiuri de îmbinare a pieselor ± 3% pentru lemnul de plop).

Produse lemnoaseA. Produsele lemnoase brute sunt produsele obţinute din cilindrul lemnos

după retezare şi curăţare de scoarţã. Exemple: Lemnul rotund de foioase, cu 4...20 cm şi l = 1,5…2,5 m;Bile, manele şi prăjini, cu 4...16 cm şi l = 2...9 m;Lemn rotund pentru piloţi, cu 14...36 cm şi l = 6...12 m.

B. Produsele semifabricate din lemn se obţin din lemnul rotund prin cioplire sau tãiere rezultând:

a. cioplitura (elemente pentru şarpante - grinzi, pane, căpriori, traverse, bulumaci);

Fig.3.6. Piese de lemn ecarisat (cioplituri)

b. cheresteaua - scânduri, dulapi, şipci, grinzi şi rigle (tabel 3.1, 3.2.).Tabel 3.1.

Grosimi mm Lăţimi mm Lungimi m12; 18; 24; 28; 38; 48; 58; 68; 75; 96 18..96

1,00..2,75/3,00..6,00

Produsele semifabricate utilizează raţional secţiunea lemnoasã în funcţie de destinaţie, solicitări. Principalele sortimente de material lemnos folosite în construcţii sunt: lemn sub formã brutã, semibrutã, prelucratã, sau, ca produs derivat din lemn.

Tabel 3.2. Grosime x Lăţime mm x mm Lungimi m

10 x 12; 15; 1912 x 12; 15; 19; 2515 x 15; 17; 19; 25; 3019 x 19; 25; 3030 x 30

3,00..6,00 m, cu treapta de lungimi din 25 în 25 cm

2

Materialele lemnoase brute se folosesc sub formã de lemn rotund. Se obţin prin curăţirea de crãci şi coajã a buştenilor. În funcţie de dimensiuni, lemnul poate fi sub formã de bile, manele, prăjini, conform datelor din tabelul 3.3.

Tabel 3.3.

Specie Denumire produsDiametru

cmLungime

m

Răşinoase

bilemaneleprăjini

12..168...114....7

>6,00>3,00>2,60

Foioasebile

maneleprăjini

12..188...114....7

>2,50

Materialele lemnoase semiprelucrate sau ecarisate sunt produse care pot avea una sau mai multe feţe plane. Sunt utilizate sub formã de:

- cioplituri (fig. 3.7) având lungimi mai mari de 7 m, obţinute din lemn rotund cu diametrul 15…18 cm;

- lemn semirotund întrebuinţat la fixarea unor piese din lemn (ex.: cleşti la fermele de acoperiş, f ig.3.8);

Fig.3.8 Lemn semirotund

a) debitare; b) utilizarea lemnului semirotund; 1) cleşti

Tabel 3.4.Sortiment Grosimi mm Lăţimi cm Lungimi mScânduri 12; 18; 24 6…30 1,00…6,00Dulapi 28…75 7…30 1,00...6,00

Materialele lemnoase prelucrate sau ecarisate au muchii vii, mărginite de feţe plane; se pot prezenta sub formã de:

- scânduri şi dulapi, având raportul dintre dimensiunile secţiunii transversale mai mare decât 2;

- şipci şi rigle, cu raportul dintre dimensiunile secţiunii transversale mai mic ca 2;

3

- grinzi, la care raportul dintre dimensiunile secţiunii transversale este maxim 2;

Materialele lemnoase finite sunt produse utilizate fără prelucrări ulterioare. Cele mai utilizate sunt:

- şiţa şi şindrila, utilizate ca învelitori;- scânduri fălţuite, utilizate ca tavane, placări de pereţi (fig.3.9);- duşumele îmbinate în sistem lambã şi uluc din lemn de răşinoase

(fig.3.10.);- parchete, executate din lemn de stejar sau fag (fig. 3.11.).

Fig. 3.9. Scânduri fãlţuite

Fig. 3.10. Duşumele Fig. 3.11. Parchete

Produsele derivate din lemn sunt rezultatul valorificării aproape integrale a masei lemnoase. Dintre derivatele frecvent utilizate în construcţii cel mai frecvent întâlnite sunt:

- Placajul este alcătuit din trei sau mai multe foi de furnir dispuse cu fibrele straturilor succesive perpendiculare, încleiate cu adeziv sintetic (fig.3.12). Se utilizează la realizarea grinzilor cu inimã plinã, a cofrajelor, a stratului suport pentru pardoseli sau învelitori şi pentru finisaje uscate.

- Panelul este realizat în sistem sandviş fiind utilizat pentru foi de uşi, finisaje uscate.

- PAL- ul este obţinut prin aglomerarea aşchiilor de lemn neindustrializabil sau din deşeuri lemnoase, sub presiune şi la temperaturã înaltã, utilizând ca liant ureea formaldehidicã şi clei. Se utilizează pentru realizarea pereţilor despărţitori, foilor de uşã, finisajelor uscate, stratului suport pentru pardoseli, etc.

- PFL- ul se obţine prin încleierea la presiune şi temperaturã ridicatã a fibrelor de lemn obţinute prin defibrare mecanicã sau chimicã, formând

4

plãci. Se obţin diferite tipuri de plãci: foarte poroase, dure, semidure, finisate prin aplicare de tratamente chimice superficiale ca lacuri şi vopsele ce pot fi aplicate şi ulterior. Au aceeaşi utilizare ca şi plăcile din PAL.

Fig. 3.12. Alcătuirea placajului Fig. 3.13. Alcătuirea panelului1) furnir; 2) miez (şipci)

Elementele portante ale construcţiilor din lemn se executã în special din esenţe de răşinoase (brad, molid).

Lemnul de foioase se foloseşte la construcţii provizorii sub forma cofrajelor, schelelor precum şi pentru elemente de finisaj şi tâmplărie.

La alegerea materialului lemnos se au în vedere disponibilităţile locale, cerinţele de durabilitate cerute lucrării.

C. Esenţele mai puţin utilizate în construcţiile curente sunt: plopul negru şi alb, salcia, teiul, dudul care sunt esenţe uşoare, înglobând

un volum mare de pori şi indicate pentru lucrări de sculpturã; chiparosul şi pinul, conţinând un suc special care permite auto-

impregnarea cu o substanţã insecticidã; în arhitectura veche a fost utilizat la construcţia sanctuarelor, plafoanelor şi chesoanelor, statuilor (statuia Dianei, din templul de la Efes).

Note: Cercetările arheologice şi cele etnologice, au demonstrat utilizarea nuielelor (împletituri) de arbuşti la construcţii de locuit, cult, precum şi la construcţiile de fortificaţii.

Paiele, rumeguşul, acele de brad, frunzele de bambus au fost şi continuã sã fie folosite la realizarea elementelor de anvelopã precum şi la stabilizarea argilelor utilizate în sistemele constructive.

3.4. Avantajele şi dezavantajele lemnuluiCa material de construcţie lemnul prezintă o serie de avantaje dintre care se

menţionează:

5

- coeficientul de calitate ridicat (raportul dintre greutatea materialului şi rezistenţa sa) comparabil cu oţelul şi superior betonului, zidăriei, indicându-l din punct de vedere constructiv pentru realizarea acoperişurilor;

- are coeficient de dilatare liniarã redus, motiv pentru care construcţiile din lemn pot fi realizate fără rosturi de dilatare;

- are o conductivitate termicã redusã, asigurând un confort termic convenabil elementelor de închidere;

- se prelucrează uşor necesitând forţã de muncã de calificare medie;- elementele de construcţie din lemn se pot executa şi monta independent

de condiţiile climatice, fără mãsuri suplimentare de protecţie;- construcţiile din lemn pot fi montate şi remontate uşor (vezi Muzeele

satului sau bisericile din lemn realizate din piese şi ansambluri componente în România şi asamblate ulterior în SUA, Canada);

- permite realizarea unor forme arhitecturale îndrăzneţe şi plăcute;- la prelucrare şi punere în operã consumul energetic este minim.

Structura internã şi natura materialului creează o serie de dezavantaje, printre care amintim:

- prezenţa defectelor structurale de tipul: noduri, crăpături, fibre deviate, pungi de răşină, găuri de insecte, influenţează defavorabil comportarea sub acţiuni mecanice;

- sortimentele de material lemnos sunt limitate ca secţiuni şi lungimi;- speciile frecvent utilizate sunt putrescibile şi inflamabile;- variaţiile de umiditate ale aerului conduc la variaţii dimensionale ale

elementelor din lemn ca urmare a anizotropiei structurale, chiar dacã se iau mãsuri constructive de tipul alcătuirii convenabile a detaliilor constructive, impregnări cu soluţii organice sau anorganice, aplicarea de vopsitorii;

- utilizarea în construcţii este limitatã întrucât în unele zone de pe glob lemnul este un material deficitar, iar folosirea pe scarã largã ar conduce la distrugerea echilibrului ecologic.

Domenii de utilizare a lemnuluiMulte construcţii sunt realizate integral din lemn, la altele lemnul fiind

utilizat doar ca element component al anvelopei şi al lucrărilor de finisaj. Lemnul mai este utilizat şi la realizarea unor tipuri de cofraje necesare punerii în operã a betoanelor.

În etapa actualã, dezvoltarea construcţiilor din lemn este favorizatã de posibilităţile tehnice relativ uşoare de prelucrare a materialului de bazã, de

6

dezvoltarea metodelor ştiinţifice de calcul dar este limitatã de concurenţa cu noile materiale de construcţii: oţel, aluminiu, materiale compozite, precum şi de condiţiile de păstrare ale echilibrului ecologic.

Tipuri curente de construcţii din lemnConstrucţiile din lemn cuprind obiecte realizate integral sau aproape

integral din lemn. Aceste obiecte pot fi definitive sau provizorii. Folosirea lemnului la execuţia unei construcţii este decisã şi din considerente economice (folosirea materialelor locale, dacă structura construcţiei permite acest lucru).

Exemple: construcţii agricole (şoproane, pătule, coteţe); construcţii forestiere (cabane, hale pentru gatere), poduri rutiere cu trafic redus şi pasarele pietonale.

Alcătuirea construcţiilor din lemnConstrucţiile din lemn sunt realizate din bile, grinzi, cherestea , plăci din

PAL sau PFL îmbinate între ele şi solidarizate cu piese metalice (cuie, buloane) sau pane încleiate. Piesele din lemn se pot îmbina în mai multe variante: prin chertare cu cep, cu prag, cu falţ, cu lambă şi uluc (fig.3.14).

Fig. 3.14 - Îmbinări la piese de lemn

a) chertare; b)cep; c) prag; d) falţ; e) lambă şi uluc1)cep; 2)prag; 3)falţ; 4)uluc; 5)lambă

Tipuri de construcţiiA. Construcţii civile În zonele montane, construcţiile de locuit şi anexele acestora se

construiesc integral sau aproape integral din lemn. Fundaţiile, treptele, trotuarele se realizează din piatră naturală.

7

Fig. 3.15 - Sistem constructiv„Casa de piatră, jud. Harghita

Cabanele din lemn au pereţii din bârne aşezate una peste alta (aparente la exterior), din planşeu şi acoperiş din lemn. Se execută în general parter, cu posibilitatea amenajării de camere la mansardă.

B. Construcţii industriale Pentru deschideri mari, la halele gaterelor sau chiar la săli de sport, se folosesc arcele din lemn (fig. 3.16).

Cadrele sunt sisteme constructive alcătuite din stâlpi şi rigle sau ferme care formează o structură unitară. Cadrele se pot realiza cu inimă plină în sistemul cadrelor cu două, trei articulaţii sau, în sistem cadru cu zăbrele.

Arcele sunt sisteme constructive care reazemă pe fundaţii, ziduri, stâlpi cărora le transmit reacţiuni verticale şi împingeri. Prezintă avantajele unor consumuri mici de materiale şi dau posibilitatea realizării unor deschideri mari.

Fig. 3.16 Cadre şi arce din lemn

8

C. Construcţii zootehnice cu structuri de rezistenţă din lemnElementele structurii de rezistenţă ale construcţiilor zootehnice se pot

realiza din lemn, beton armat sau precomprimat, metal.Alegerea materialului de construcţie utilizat la realizarea elementelor

structurale este dictat de valoarea parametrilor: caracteristici de ordin tehnologic caracteristici de ordin constructiv (deschideri, travei, înălţime liberă, sisteme de iluminare şi ventilare), condiţii de execuţie, de tradiţii

Domeniile optime de utilizare pentru materialele de construcţie se stabilesc în funcţie de indicatorii ca: deschidere, distanţa dintre reazeme, şa.

În cazul structurilor tradiţionale, concepute integral din lemn, caracterizate prin deschideri şi travei reduse, elementele structurale se realizează din lemn rotund, tip cadru cu contrafişe, având o deschidere de 9...24 m (fig.3.18).

În ultimele decenii, în scopul folosirii cât mai raţionale a materialului lemnos s-au remarcat tendinţe de utilizare a unor tipuri de structuri caracterizate prin indici tehnico-economici scãzuţi şi prin posibilităţi de prefabricare şi industrializare a execuţiei (fig.3.17).

Fig. 3.16 Cost-deschidere liberă, în funcţie de materialul de construcţie

utilizat pentru realizarea structurii de rezistenţă

1)lemn; 2)oţel; 3)beton

l6 m, 45 ; 40; 30; 35

Fig. 3.18 Structuri de rezistenţădin lemn rotund, tip cadru, folosită la construcţii

agricole

Exemple: - structuri prefabricate sub forma unor cadre cu trei articulaţii, cu inimă

plină sau zăbrelite (fig.3.19 a);- arce din lemn lamelar încheiat, placaj de construcţie, îmbinate prin

încleiere sau lemn semiecarisat îmbinate cu cuie (fig.3.19 b).a) Cadre triplu articulate cu inimă plină din

9

placaj de construcţie şi tălpi din dulapi, îmbinate prin încleiere sau cu zăbrele, îmbinate prin cuie;

b) Cadre triplu articulate din lemn lamelat încleiat;1. cadru cu inimă plină sau cu zăbrele;2. panouri uşoare pentru pereţi;3. panouri uşoare de tavan sau de acoperiş;4. învelitoare bituminoasă sau din azbociment ondulat;5. pane din lemn; 6 . fundaţie

Fig. 3.19. Structuri de rezistenţă integralprefabricate din lemn şi produse pe bază de lemn

O soluţie având un grad înalt de industrializare este următoarea: a) panouri portante din lemn şi produse derivate (PAL, PFL) într-un cadru perimetrial din şipci de lemn având feţe din placaj la exterior, impregnat şi realizat termoizolant; b) acoperiş din ferme de scânduri cu învelitoare din panouri termoizolante.

Fig. 3.20. Construcţie din panouri prefabricate din lemn şi produse pe bază de lemna-plan; b-secţiune transversală; c-detaliu pereţi; d-detaliu tavan; 1-panou de perete; 2-fermă din

scânduri cu consum redus de oţel; 3-contrafişă; 4-panouri de tavan; 5-panouri pentru acoperiş; 6-contravântuire verticală longitudinală; 7-placaj cu tegofilm; 8-PFL poros sau izolemn; 9-

termoizolaţie uşoară; 10-şipcă din lemn; 11-eclisă din placaj cu şipcă triunghiulară; 12-buloane de îmbinare; 13-eclisă metalică

D. Construcţii inginereştiConstrucţiile inginereşti executate din lemn sunt: infrastructuri din piloţi de

10

lemn şi podurile din lemn, ca lucrări definitive, eşafodajele şi cintrele pentru poduri din beton armat monolit, ca lucrări provizorii.

Piloţii din lemn au diametrul de 25...30 cm, sunt ascuţiţi la capătul care se bate în pământ. Se folosesc atunci când terenul bun de fundare se găseşte la adâncime mai mare (5...8 m) la realizarea fundaţiilor indirecte pentru clădiri, poduri sau pot constitui paleele şi culeele podurilor din lemn.

Podurile din lemn au infrastructura alcătuită din culee şi palee şi suprastructura alcătuită din: grinzi, subgrinzi, suburşi, contrafişe, podină, parapete şi trotuare (fig.3.21).

Grinzile şi urşii pot fi simple sau suprapuse şi sunt solidarizate cu pene şi buloane; reazemă pe capul culeelor şi paleelor prin intermediul unor grinzi scurte (suburşi).

Podina de circulaţie este alcătuită din dulapi aşezaţi unul peste altul.Eşafodajele şi cintrele sunt construcţii provizorii folosite pentru susţinerea

cofrajelor la podurile din beton armat. Sunt alcătuite din: piloţi. pile, dulapi şi grinzi de lemn (fig.3.22).

Fig. 3.21. Pod din lemn

1)culee; 2)palee; 3)contravântuiri;4)urşi; 5)suburşi; 6)parapet

Fig. 3.22. Cintru cu contrafişe

Stabilitatea spaţială a construcţiilor din lemnÎntrucât elementele descrise în subcapitolele anterioare sunt elemente plane

capabile să preia numai încărcări acţionând în planul lor, iar o construcţie trebuie să preia în ansamblu orice tip de acţiuni din orice direcţie şi sens, este necesară asigurarea stabilităţii generale. Stabilitatea generală a construcţiilor din lemn se asigură prin contravântuirea lor (fig.3.23).

Stabilitatea transversală se asigură cu ajutorul unui element rigid de acoperiş pe care reazemă capătul superior al stâlpilor, element rezemat pe

11

frontoane rigide, sau la lungimi mari construite, şi pe pereţii transversali intermediari.

Frontoanele rigide pe care descarcă această fermă se prevăd cu diagonale care, împreună cu stâlpii frontonului, formează o grindă cu zăbrele capabilă să transmită fundaţiilor eforturile din suprastructură. O altă soluţie este de a prevedea frontoane din zăbrele.

Stabilitatea longitudinală la încărcările care acţionează după axa longitudinală a construcţiei (frânare, seism, vânt) se asigură prin contravântuiri dispuse transversal în planul acoperişului sau tavanului în traveele de capăt şi apoi la 20 m în lungul construcţiei.

Fig. 3.23. Contravântuiri transversale şi longitudinale1) fronton; 2) contravântuire transversală; 3, 4) contravântuiri longitudinale

12