CONTRIBUȚII LA STUDIUL STRUCTURILOR UȘOARE TEZA... · Lucrarea este structurată pe opt capitole,...

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

Facultatea de Construcţii şi Instalaţii

CONTRIBUȚII LA STUDIUL STRUCTURILOR UȘOARE

DIN LEMN

- REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT -

Doctorand:

Ing. Ion Florența

Conducător de doctorat:

Prof. univ. dr. ing. Nicolae Ţăranu

IAȘI – 2019

UNIVERSITATEA TEHNTCA "GHEORGHE ASACHI. DIN IA$t

RECTORATUL

Vi facem cunoscut c5, in ziua de 21 iunie 2019 la ora 10.00. in Amfiteatrul O.4, Corp R,

Cうtre

Comisia de doctorat este alcituiti din:

l-. Conf.univ.dr.ing.ClOCAN Vasilicd - Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din lasi

2. Prof.univ.dr.ing. fARANU Nicolae - Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din lasi

3. Prof.univ.dr.ing.STOlAN Valeriu - Augustin - Universitatea POLITEHNICA Timigoara

4. Prof.univ.dr.ing.MANEA Daniela Lucia - Universitatea Tehnica Cluj Napoca

5. Conf.univ.dr.ing. MIHAI Petru - Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din lasi

de la Facultatea de Constru.fii ri lnstalalii, Bdul. D Mangeron nr. L , va avea loc suslinerea

publici a tezei de doctorat intitulatS:

“CONTR:BU丁‖LA STUD:UL STRUCTUR:LOR U50ARE D:N LEMN″

elaboratd de domnul FLORENTA ION in vederea confeririititlului gtiinlific de doctor.

pregedinte

conducitor de doctorat

referent oficial

referent oficial

referent oficial

Cu aceastd ocazie v5 invitim sd participali la suslinerea publici a tezei de doctorat.

認 11:Ite′

CUPRINS

I

CUPRINS

Pagina Teză / Rezumat

Cuprins.......................................................................................................................................I / -

Lista figurilor.............................................................................................................................IV/-

Lista tabelelor.......................................................................................................................VIII / -

Capitolul 1. Introducere.........................................................................................................1 / 1

1.1. Motivaţia cercetării..............................................................................................1 / 1

1.2. Scopul şi obiectivele tezei de doctorat.................................................................1 / 1

1.3. Conţinutul tezei de doctorat.................................................................................2 / 2

Capitolul 2. Lemnul – material de construcție.....................................................................5 / 5

2.1. Generalități..........................................................................................................5 / 5

2.2. Structura și compoziția lemnului..........................................................................6 / -

2.3. Proprietățile fizice și mecanice ale lemnului......................................................10 / -

2.3.1. Proprietățile fizice ale lemnului..........................................................................11 / -

2.3.2. Proprietățile mecanice ale lemnului...................................................................15 / -

2.4. Avantajele și dezavantajele utilizării lemnului în construcții.............................17 / -

2.5. Scurt istoric al construcţiilor din cadre ușoare din lemn....................................20 / 6

Capitolul 3. Structura din cadre uşoare din lemn de tip „platformă”......................25 / 9

3.1. Generalități........................................................................................................25 / 9

3.2. Avantajele și dezavantajele structurii din cadre ușoare din lemn de tip

„platformă”.........................................................................................................26 / -

3.3. Conceptul şi particularitățile sistemului structural de tip „platformă”.............29 / 10

3.4. Alcătuirea elementelor de construcţie ale sistemului structural de tip

„platformă”.........................................................................................................31 / -

3.4.1. Alcătuirea pereților și cadrelor ușoare............................................................... 31 / -

3.4.2. Alcătuirea planșeului.........................................................................................39 / -

3.4.3. Alcătuirea acoperișului......................................................................................40 / -

Capitolul 4. Calculul pereţilor structurali specifici structurilor din cadre uşoare din lemn

de tip „platformă”..........................................................................................45 / 13

4.1. Aspecte generale..............................................................................................45 / 13

4.2. Metode de calcul ale pereţilor structurali din lemn conform normelor

americane...........................................................................................................46 / -

4.2.1. Metoda peretelui structural segmentat................................................................46 / -

4.2.2. Metoda peretelui structural perforat...................................................................48 / -

4.3. Metode de calcul ale pereţilor structurali din lemn conform normelor

europene.............................................................................................................51 / -

CUPRINS

II

4.3.1. Metoda A de calcul.............................................................................................51 / -

4.3.2. Metoda B de calcul.............................................................................................55 / -

4.4. Modalități de determinare a deplasării laterale pentru pereţii structurali din

lemn....................................................................................................................59 / -

4.4.1. Calculul deplasării laterale a peretelui structural din lemn conform normelor

americane...........................................................................................................59 / -

4.4.2. Calculul deplasării laterale a peretelui structural din lemn conform cercetărilor

europene.............................................................................................................62 / -

4.5. Determinarea rigidității laterale a pereților structurali din lemn......................66 / 14

4.6. Concluzii............................................................................................................66 / -

Capitolul 5. Determinarea pe cale experimentală a proprietăților mecanice ale

lemnului..........................................................................................................69 / 15

5.1. Generalități......................................................................................................69 / 15

5.2. Încercări experimentale la întindere paralelă cu fibrele lemnului......................70 / -

5.2.1. Pregătirea epruvetelor din lemn..........................................................................70 / -

5.2.2. Desfăşurarea încercărilor experimentale............................................................71 / -

5.2.3. Rezultatele obţinute la încercarea de întindere paralelă cu fibrele lemnului......71 / -

5.3. Încercări experimentale la compresiune paralelă cu fibrele lemnului................72 / -



5.3.3. Rezultatele obţinute la încercarea de compresiune paralelă cu fibrele

lemnului..............................................................................................................74 / -

5.4. Încercări experimentale la încovoiere a lemnului...............................................75 / -



5.4.3. Rezultatele obţinute la încercarea de încovoiere a lemnului..............................76 / -

5.5. Determinarea clasei de rezistență pentru elementele din lemn analizate...........78 / -

5.6. Concluzii..........................................................................................................80 / 16

Capitolul 6. Cercetări experimentale privind evaluarea comportării la acţiuni dinamice a

pereţilor structurali specifici structurilor din cadre uşoare din lemn de tip

„platformă”....................................................................................................81 / 17

6.1. Prezentare generală..........................................................................................81 / 17

6.2. Concepția și alcătuirea modelului experimental...............................................82 / 18

6.3. Execuția modelului experimental.....................................................................87 / 20

6.4. Echiparea modelului experimental...................................................................91 / 23

6.5. Desfășurarea încercărilor experimentale..........................................................93 / 24

6.5.1. Desfășurarea încercărilor pentru modelul experimental în varianta de alcătuire

M1....................................................................................................................94 / 24

6.5.2. Desfășurarea încercărilor pentru modelul experimental cu varianta de alcătuire

M2....................................................................................................................97 / 26

CUPRINS

III

6.5.3. Desfășurarea încercărilor pentru modelul experimental cu varianta de alcătuire

M3....................................................................................................................98 / 27

6.6. Rezultatele încercărilor experimentale.............................................................99 / 28

6.6.1. Rezultatele obținute în urma încercărilor efectuate pentru modelul experimental cu

varianta de alcătuire M1.................................................................................100 / 29





6.7. Determinarea forțelor de inerție și deplasărilor relative ale pereților structurali

longitudinali pe baza rezultatelor experimentale............................................122 / 43

6.8. Concluzii...........................................................................................................125 / -

Capitolul 7. Analiza comparativă între rezultatele obținute pe cale experimentală și cele

obținute pe cale analitică.............................................................................127 / 45

7.1. Introducere....................................................................................................127 / 45

7.2. Analiza comparativă între valorile capacității portante la deplasare laterală a

peretelui structural „longitudinal Est” obținute pe cale experimentală și cele

obținute pe cale analitică................................................................................129 / 46

7.3. Analiza comparativă între valorile deplasărilor laterale ale peretelui structural

„longitudinal Est” obținute pe cale experimentală și cele obținute pe cale

analitică..........................................................................................................133 / 48

7.4. Concluzii..........................................................................................................136 / -

Capitolul 8. Concluzii. Contribuţii. Valorificarea rezultatelor.....................................139 / 51

8.1. Concluzii generale.........................................................................................139 / 51

8.2. Contribuții personale......................................................................................144 / 56

8.3. Valorificarea rezultatelor...............................................................................146 / 57

Bibliografie...........................................................................................................................149 / 59

1

CAPITOLUL 1 – Introducere

CAPITOLUL 1

Introducere

1.1 Motivația cercetării

Preocupările legate de sustenabilitate din ultimii ani, au dus la o creștere a utilizării

lemnului în sectorul construcțiilor. Prin urmare, a apărut tendinţa de a se utiliza materiale ecologice

astfel încât impactul construcţiei asupra mediului să fie pozitiv iar consumul de energie pe durata

exploatării construcţiei să fie cât mai mic. O soluţie foarte bună în acest scop poate fi dată de către

structurile ușoare din lemn care utilizează materialul lemnos într-un mod eficient. Astfel,

construcțiile din cadre ușoare din lemn, cunoscute în limba engleza sub denumirea de „light wood-

frame construction” reprezintă un „pretendent” principal în atingerea acestui deziderat.

La momentul actual, în Statele Unite ale Americii și în Canada aproximativ 90 % din

clădirile rezidențiale sunt construite pe structură din cadre ușoare din lemn (Ellingwood și colab.,

2008; Loss și colab., 2018). Datorită numeroaselor sale avantaje de ordin economic, tehnologic,

structural și ecologic, acest sistem de construcție s-a răspândit în întreaga lume.

În România, apariția acestui sistem de construcție este relativ recentă, când locuinţele

individuale au început a deveni predominante faţă de cele colective. Însă până în acest moment,

utilizarea acestor structuri în România nu are o rezolvare adecvată din punct de vedere tehnic

deoarece conceptul și alcătuirile sunt puţin cunoscute iar proiectarea nu are la bază norme tehnice

româneşti cu privire la calculul acestui sistem structural. Singurele surse de informare sunt date de

normativele SR EN 1995-1– 2004, NP 005 – 2003, NE 018 – 2003, P 100-1 – 2013, de rezultatele

unor teze de doctorat și articole ştiinţifice, însă acestea nu sunt suficiente pentru o proiectare şi

execuţie adecvată a structurilor din cadre ușoare din lemn.

Prin urmare, această realitate implică un studiu aprofundat al literaturii de specialitate și al

normativelor americane cu privire la conceptul, alcătuirea, proiectarea și execuția acestui sistem

structural, în vederea implementării corecte a acestuia.

1.2 Scopul și obiectivele tezei de doctorat

Scopul principal al tezei de doctorat este sistematizarea cunoștințelor tehnico-științifice

referitoare la proiectarea structurilor din cadre ușoare din lemn de tip „platformă” pe teritoriul

României, precum și studiul comportării la acțiuni dinamice a pereților structurali specifici acestui

tip de structură.

2


Obiectivele tezei de doctorat sunt următoarele:

prezentarea evoluției structurilor din cadre ușoare din lemn și identificarea tipurilor de

sisteme structurale specifice acestora;

studierea documentației din literatura de specialitate cu privire la proiectarea structurilor

din cadre ușoare din lemn;

prezentarea noțiunilor teoretice referitoare la concepția și alcătuirea structurilor din cadre

ușoare din lemn de tip „platformă”;

identificarea soluțiilor de alcătuire a pereților structurali specifici structurilor din cadre

ușoare din lemn de tip „platformă”;

studierea și prezentarea metodelor analitice de calcul cunoscute și folosite la evaluarea

deplasării laterale și a capacității portante la deplasare laterală a pereților structurali

specifici structurilor din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”;

determinarea proprietăților mecanice și a clasei de rezistență a lemnului utilizat la execuția

prototipului, prin încercări experimentale pe epruvete din lemn;

desfășurarea unui program experimental prin încercarea pe platforma seismică a unui

model structural cu trei variante de alcătuire, în vederea evaluării comportării la acțiuni

dinamice a pereților structurali specifici structurilor din cadre ușoare din lemn de tip

„platformă”;

verificarea rezultatelor obținute prin metodele analitice de calcul prin compararea acestora

cu rezultatele obținute în urma încercărilor experimentale;

formularea concluziilor rezultate în urma studiilor teoretice și experimentale.

1.3 Conținutul tezei de doctorat

Lucrarea este structurată pe opt capitole, după cum urmează:

Capitolul 1 – Introducere, face o scurtă prezentare a preocupărilor actuale de cercetare la nivel

mondial și a premiselor care au dus la necesitatea studierii structurilor din cadre ușoare din lemn

pe teritoriul României. În continuare, sunt definite scopul și obiectivele acestei teze de doctorat iar

în final, se prezintă succint conținutul fiecărui capitol în parte.

Capitolul 2 – Lemnul – material de construcție, prezintă lemnul, ca material de construcție. Este

descrisă detaliat structura și compoziția lemnului. Deasemenea, sunt prezentate principalele

proprietăți fizice și mecanice ale acestui material. În continuare, sunt prezentate avantajele și

dezavantajele utilizării lemnului în construcții. Capitolul se încheie cu un scurt istoric al

construcțiilor din cadre ușoare din lemn.

Capitolul 3 – Structura din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”, face o descriere amplă a

structurii din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”. Sunt prezentate avantajele și dezavantajele

împreună cu soluțiile inginerești de îmbunătățire ale performanțelor acestui tip de structură. În

continuare, sunt explicate conceptul și particularitățile structurii din cadre ușoare din lemn de tip

„platformă”, fiind tratate principiile generale de proiectare. În final, se prezintă alcătuirea

3


elementelor de construcție (pereți, planșee, acoperiș) ale acestui sistem structural prin selectarea

tipurilor de materiale/produse și a rolului acestora în alcătuirea elementului de onstrucție.

Capitolul 4 – Calculul pereţilor structurali specifici structurilor din cadre uşoare din lemn de tip

„platformă”, prezintă metodele analitice de calcul a pereţilor structurali specifici structurilor din

cadre uşoare din lemn de tip „platformă” la acțiuni orizontale, prin care se determină deplasarea

laterală și capacitatea portantă la deplasare laterală. În ultima parte a capitolului se descrie

importanța rigidității laterale a peretelui structural din lemn în proiectarea structurilor din cadre

uşoare din lemn de tip „platformă” și se prezintă modalitatea de calcul a acestei caracteristici.

Capitolul 5 – Determinarea pe cale experimentală a proprietăților mecanice ale lemnului,

prezintă încercările experimentale efectuate în laboratorul de încercări din cadrul Facultății de

Construcții și Instalații din Iași, în vederea determinării clasei de rezistență a lemnului utilizat la

execuția modelului experimental.

Capitolul 6 – Cercetări experimentale privind evaluarea comportării la acţiuni dinamice a

pereţilor structurali specifici structurilor din cadre uşoare din lemn de tip „platformă”, prezintă

programul de testare la acțiuni dinamice a unui model cu trei variante de alcătuire, pornind de la

conceperea, proiectarea și execuția modelului exeperimental, până la testarea acestuia pe platforma

seismică, în pentru analiza comportării pereților structurali.

Capitolul 7 – Analiza comparativă între rezultatele obținute pe cale experimentală și cele obținute

pe cale analitică, prezintă o comparație între rezultatele obținute prin metodele analitice de calcul

și rezultatele obținute în urma încercărilor experimentale pentru peretele structural „longitudinal

Est” al modelului experimental.

Capitolul 8 – Concluzii. Contribuții. Valorificarea rezultatelor, conține concluziile finale,

contribuțiile personale ale autorului, precum și modul de valorificare a rezultatelor obținute în

cadrul programului de cercetare doctorală.

4


5

CAPITOLUL 2 – Lemnul - material de construcție

CAPITOLUL 2

Lemnul - material de construcție

2.1 Generalități

Lemnul este unul din cele mai vechi materiale de construcție fiind utilizat în cele mai

variate moduri. Până la jumătatea secolului al XIX-lea, acesta a fost principalul material de

construcție folosit la execuția clădirilor și a lucrărilor inginerești. Utilizarea acestui material de

construcție a cunoscut apoi o relativă descreștere după apariția oțelului și a cimentului. Din cauza

schimbărilor climatice din ultima perioadă, în domeniul construcţiilor a apărut tendinţa de a se

utiliza materiale ecologice astfel încât impactul construcţiilor asupra mediului să fie cât mai redus.

Totodată se urmăreşte şi diminuarea consumului de energie pe durata exploatării construcţiei.

Aceste cerințe au dus la o sporire a utilizării lemnului în construcții (Dan și colab., 2016; Isopescu

și Stănilă, 2014; Maxineasa și colab., 2018).

În domeniul construcțiilor, lemnul poate fi folosit sub forma anumitor produse care pot fi

clasificate funcție de gradul de prelucrare în două categorii:

produse care păstrează structura lemnului;

produse care nu păstrează structura lemnului sau o păstrează în proporție redusă.

Produsele care păstrează structura lemnului sunt produsele din lemn brut, produsele din

lemn ecarisat, produsele din lemn semifinite și finite. Produsele din lemn brut sunt obținute din

trunchiurile arborilor care în afară de procesele de recoltare, decojire și tratare nu au suferit nici o

altă prelucrare. Din aceste produse fac parte buștenii, bilele, manelele și prăjinile. Produsele din

lemn ecarisat (cheresteaua) sunt obținute prin tăierea lemnului brut în sens longitudinal, rezultând

produse de diferite dimensiuni care au cel puțin două suprafețe plane și paralele. Din aceste

produse fac parte grinzile, dulapii, scândurile, riglele și șipcile. Produsele din lemn semifinite sunt

obținute prin încleierea cu adezivi a unor produse din lemn ecarisat sau a furnirului. Din aceste

produse fac parte lemnul încleiat, lemnul stratificat, panelurile, placajele etc., acestea fiind numite

și produse din lemn compozit. Produsele din lemn finite sunt produsele care după procesele

tehnologice de prelucrare din fabrică sunt puse în operă în formă lor finită, fără a mai suferi

modificări a dimensiunilor. Din această categorie fac parte panourile celulare, lambriurile,

frizurile, pervazurile, pavelele, parchetele etc.

Produsele care nu mai păstrează structura lemnului sunt produsele care datorită unor

procese tehnologice de prelucrare a lemnului (așchiere, defibrare, impregnare, încleiere, presare,

etc.), își modifică structura și compoziția materialului lemnos. Aceste produse au caracteristici

6


tehnice superioare produselor care își păstrează structura lemnului datorită anizotropiei reduse și

sunt considerate produse moderne din lemn sau produse din lemn reconstituit. Ele sunt realizate

sub formă de panouri cu dimensiuni standardizate. Din această categorie de produse fac parte

plăcile din așchii orientate (OSB), plăcile din așchii de lemn (PAL), plăcile din fibre de lemn (PFL)

etc. (Furdui, 2005).

Lemnul este singurul material de construcție regenerabil, fiind disponibil aproape peste tot

în lume. Chiar dacă acest material este natural și ecologic iar prin utilizarea lui în construcții se

reduc emisiile de gaze cu efect de seră în atmosferă, exploatarea acestuia în mod abuziv poate duce

la adevărate dezastre ecologice. De aceea trebuie elaborate și aplicate diverse strategii prin care să

se asigure o exploatare sustenabilă a pădurilor și o dezvoltare a sectorului forestier astfel încât rata

defrișărilor să nu depășească rata de regenerare a pădurilor (Ciornei, 2008; Marusciac, 2015;

Maxineasa și colab., 2018).

2.5 Scurt istoric al construcţiilor din cadre ușoare din lemn

Construcțiile din cadre ușoare din lemn, cunoscute în limba engleza sub denumirea de

„light wood-frame construction”, au apărut în prima jumătate a secolului XIX pe continentul

Americii de Nord, în localitatea Fort Dearborn (în prezent orașul Chicago), Illinois. Cel care a

inventat acest tip de construcție se consideră a fi dulgherul Augustin Deodat Taylor (1796-1891),

însă există câteva surse scrise care îl menționează pe inginerul George Washington Snow (1797 -

1870) ca fiind inventatorul acestei construcții din lemn (Pizzi, 2003; Sprague, 1981; Turan, 2009).

În anul 1833, Augustin Taylor construiește o biserică (fig. 2.1) în localitatea Fort Dearborn

(Chicago), folosind un nou sistem constructiv (Năstase și Secu, 2009). Structura avea în plan

dimensiunile de 7,30 m x 10,95 m și a fost construită la un preţ de numai 400 $ (Năstase și Secu,

2009).

Fig. 2.1 Imaginea bisericii din Fort Dearborn (Chicago), 1833 (Turan, 2009)

https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=2ahUKEwi2l_3QiazdAhWI-aQKHUhBBd8QFjAAegQIBxAB&url=https%3A%2F%2Fwww.geni.com%2Fpeople%2FGeorge-W-Snow-inventor-balloon-frame-construction%2F6000000004957932184&usg=AOvVaw1F9H7x4E9qgjH5DlefS1bw

https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=2ahUKEwi2l_3QiazdAhWI-aQKHUhBBd8QFjAAegQIBxAB&url=https%3A%2F%2Fwww.geni.com%2Fpeople%2FGeorge-W-Snow-inventor-balloon-frame-construction%2F6000000004957932184&usg=AOvVaw1F9H7x4E9qgjH5DlefS1bw

7


Constructorii au fost sceptici în privința acestei structuri ușoare și au numit-o „ballon

framing” deoarece credeau că la primul vânt mai puternic aceasta va fi luată pe sus asemenea unui

balon cu aer cald. S-a dovedit însă că structura a rezistat bine la vânt. Alcătuirea sistemului

structural de tip „balon” este prezentată în fig. 2.2. (Secu și Roșu, 2013; Secu și colab., 2015).

Fig. 2.2 Alcătuirea sistemului structural de tip „balon” (Secu și Roșu, 2013)

Incendiul din Chicago (1871) şi cutremurul urmat de incendiu din San Francisco (1906) au

arătat că acest sistem de construcţie este vulnerabil la incendiu. Astfel, după Primul Război

Mondial (1918), constructorii au adoptat sistemul structural de tip „platformă” (fig. 2.3), numit în

limba engleză „platform framing” (Secu și Năstase, 2009). Acest sistem de construcţie era diferit

de celălalt sistem prin faptul că montanţii pereților aveau lungimea egală cu înălţimea unui singur

nivel. Peste pereții primului nivel era construit planșeul iar pe acesta se ridica următorul nivel

(O’Brien, 2010).

8


Fig. 2.3 Alcătuirea sistemului structural de tip „platformă” (Secu și Roșu, 2013)

De la apariție și până la momentul actual, sistemul structural de tip „platformă” a cunoscut

o dezvoltare continuă datorită progresului tehnologic. Posibiliatea prefabricării elementelor

componente ale sistemului, apariția noilor produse pe bază de lemn (plăci OSB, elemente cu

secțiune I), precum și a materialelor termoizolante, fonoizolante, hidroizolante etc., au ridicat

foarte mult performanțele acestui tip de construcție (Forest Products Laboratory, 2010).

În Statele Unite ale Americii și în Canada, casele pe structură din cadre ușoare din lemn de

tip „platformă” au ajuns să reprezinte aproximativ 90 % din clădirile rezidențiale (Ellingwood și

colab., 2008). Datorită numeroaselor sale avantaje, acest sistem de construcție s-a răspândit în

întreaga lume și a devenit dominant în Australia, Noua Zeelandă, Țările Nordice (Suedia,

Norvegia, Danemarca). În România, apariția acestui sistem de construcție a avut loc după perioada

comunistă și este încă la început de drum, fiind utilizat mai mult în regiunile Bucovinei,

Maramureșului și Ținutului Secuiesc (Corduban, 2013).

9

CAPITOLUL 3 – Structura din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”

CAPITOLUL 3

Structura din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”

3.1 Generalități

Construcțiile pe structură din cadre ușoare din lemn de tip „platformă” sunt specifice, în

general, caselor unifamiliale și fac parte din categoria construcțiilor moderne din lemn. Acest

sistem este un exemplu foarte bun de construcție sustenabilă datorită consumului redus de materii

prime și a eficienței economice (APA, 2014; Corduban, 2013). Denumirea de „cadre ușoare”

provine de la numele structurii inițiale a pereților care reprezintă cadre executate din dulapi de

lemn cu o secțiune redusă în comparație cu cea a stâlpilor. Particularitatea acestui sistem structural,

care constă în întreruperea montanților pe verticală în dreptul planșeelor, a condus la atribuirea

numelui de „platformă” pentru acest tip de structură (CMHC, 1999).

Sistemul structural se realizează sub forma unui schelet din dulapi din lemn (traverse,

montanți, grinzi) asamblați între ei cu cuie sau alte elemente metalice. Scheletul din lemn este

acoperit cu materiale de închidere și finisaj care pot avea rol de rezistență la preluarea încărcărilor

orizontale provenite din seism sau vânt, dar și rol de izolare termică, acustică, hidrofugă etc.

În faza de montaj, structura este alcătuită din cadre uşoare contravântuite şi legate la nivelul

planşeului peste parter şi a acoperişului prin diafragme iar în faza finală, structura este realizată

din pereţi structurali, pereţi portanţi, cadre uşoare şi diafragmele planşeului şi acoperişului (fig.

3.1). Datorită tehnologiilor moderne, elementele componenete ale sistemului structural pot fi

prefabricate parțial sau total, fapt care duce la creșterea calității execuției și la reducerea

considerabilă a duratei de execuție a construcției (Ciornei, 2008; Secu, 2015; Williamson, 2002).

Sistemul structural de tip „platformă” este unul din cele mai răspândite sisteme

constructive moderne din lemn și reprezintă o modalitate ieftină și accesibilă de a construi o casă

care asigură toate cerințele de siguranță și confort (Pașcu, 2011).

10


Fig. 3.1 Alcătuirea generală a structurii din cadre ușoare din lemn de tip „platformă” (http://case-de-lemn.com/tehnologie/)

3.3 Conceptul şi particularitățile sistemului structural de tip „platformă”

Structura din cadre ușoare din lemn de tip „platformă” este un sistem structural dual cu

pereți (P100-1/2013, 2013). Concepția acestui sistem este bazată pe utilizarea eficientă a lemnului

la alcătuirea structurii. Utilizarea rațională a lemnului este foarte importantă deoarece regenerarea

acestui material se produce într-o perioadă mai mare de timp (Ciornei, 2008).

În general, structurile din cadre uşoare din lemn de tip „platformă” sunt specifice caselor

unifamiliale. Structura este alcătuită din: pereţi structurali (sub această denumire fiind și pereții

care preiau numai forță tăietoare), pereţi portanţi, cadre uşoare şi diafragmele planşeului şi

acoperişului. Pereţii structurali şi cei portanţi sunt dispuşi, de regulă, pe conturul clădirii iar cadrele

uşoare în centrul acesteia (fig. 3.2), astfel se poate afirma că acest tip de structură este inversa unei

structuri cu nucleu central. Existenţa cadrelor uşoare la interiorul structurii permite, atunci când

este cazul, renunţarea la unele cadre pentru realizarea unor spaţii mai mari (Secu și colab., 2015).

Planșeul și acoperișul structurii prin alcătuirea lor pot îndeplini rolul de diafragmă rigidă

dacă deplasarea laterală a diafragmei este mai mică de cel puțin două ori deplasarea laterală medie

a elementelor verticale de rezistență. În cazul în care această condiție nu este îndeplinită, atunci

diafragma planșeului sau acoperișului este considerată flexibilă (ASCE/SEI 7-16, 2016;

http://case-de-lemn.com/tehnologie/

http://case-de-lemn.com/tehnologie/

11


International Codes Council, 2015). Conexiunea dintre pereţii structurali şi diafragmele planşeului

şi acoperişului este realizată cu elemente metalice speciale (ancore pentru prevenirea răsturnării,

benzi metalice, conectori metalici) care conduc la formarea unui ansamblu unitar. Structura este

ancorată de fundație prin intermediul ancorelor pentru prevenirea lunecării și al ancorelor pentru

prevenirea răsturnării (Graf, 2008; Thallon, 2008; Williamson, 2002).

Fig. 3.2 Planul Parter a unei case pe structură din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”

(http://sagelanddesign.com/our-process/design-build/plans-drawings/)

http://sagelanddesign.com/our-process/design-build/plans-drawings/

12


13

CAPITOLUL 4 – Calculul pereților structurali specifici structurilor din cadre ușoare din lemn

de tip „platformă”

CAPITOLUL 4

Calculul pereţilor structurali specifici structurilor din cadre

uşoare din lemn de tip „platformă”

4.1 Aspecte generale

Pereţii structurali specifici structurilor din cadre ușoare din lemn de tip „platformă” sunt

elemente de rezistență verticale care se proiectează pentru a rezista la acţiunile verticale şi

orizontale. Cele mai importante acțiuni aplicate peretelui structural sunt cele orizontale (seism sau

vânt). Acestea pot provoca lunecarea sau răsturnarea acestuia. Prin urmare, peretele structural din

lemn trebuie calculat astfel încât să reziste la efectele produse de forțele laterale (Harrington și

colab., 2006; Shadravan și Ramseyer, 2018; SR EN 1995-1-1, 2005).

Dificultatea proiectării unui asemenea tip de perete structural este determinată de faptul că

peretele este alcătuit din mai multe elemente componente (fig. 4.1), fiecare având caracteristicile

sale unice de geometrie și de material. La proiectarea pereților structurali din lemn trebuie luate în

considerare: raportul înălțime/lungime, tipul și grosimea placării structurale, elementele de

îmbinare, montanții marginali, traversa inferioară, sistemul de ancorare, deplasarea laterală

(Breyer și colab., 2007).

Fig. 4.1 Structura de rezistență a peretelui structural din lemn (http://hawk-haven.com/wood-shear-wall-seismic-design.html)

http://hawk-haven.com/wood-shear-wall-seismic-design.html


14

CAPITOLUL 4 – Calculul pereților structurali specifici structurilor din cadre ușoare din lemn

de tip „platformă”

Există mai multe metode de calcul pentru proiectarea pereților structurali specifici

structurilor din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”. Conform normelor americane

„International Building Code” (IBC), „Special Design Provisions for Wind and Seismic Load”

(SDPWS) și „Wood Frame Construction Manual for One-and-Two Family Dwellings” (WFCM)

privind calculul pereţilor structurali din lemn, există trei metode de calcul:

metoda peretelui structural segmentat;

metoda peretelui structural perforat;

metoda proiectării peretelui structural pentru transferul forţelor în jurul deschiderilor.

Conform normelor europene Eurocode 5 și PD 6693 1:2012, calculul pereţilor structurali

din lemn se realizeză utilizându-se următoarele metode de calcul:

metoda A;

metoda B;

metoda PD.

4.5 Determinarea rigidității laterale a pereților structurali din lemn

Rigiditatea laterală a peretelui structural este un parametru foarte important în proiectarea

structurilor cu pereți structurali la acțiuni orizontale (seism, vânt). Cunoașterea acestui parametru

este necesară pentru distribuția forțelor laterale (orizontale) la pereții structurali din planul

structurii (Kasal și colab., 2004; Coulbourne și colab., 2017).

Calculul rigidității laterale, K, pentru un perete structural specific structurilor din cadre

ușoare din lemn (fig. 4.2), care este solicitat la o acțiune orizontală, se determină cu următoarea

relație generală de calcul (Hoekstra, 2012; Rossi și colab., 2016):

F

K (4.1)

unde:

F- forța laterală, în N;

Δ - deplasarea laterală, în mm.

Fig. 4.2 Forma deformată a peretelui structural din lemn: F - forţa laterală aplicată peretelui

structural din lemn; Δ - deplasarea laterală a peretelui structural din lemn (Hoekstra, 2012)

15

CAPITOLUL 5 – Determinarea pe cale experimentală a proprietăților mecanice ale lemnului

CAPITOLUL 5

Determinarea pe cale experimentală a proprietăților

mecanice ale lemnului

5.1 Generalități

Pentru a determina proprietățile mecanice ale lemnului s-au realizat mai multe încercări

experimentale pe epruvete standardizate care nu conțin defecte naturale. Epruvetele au fost

debitate din materialul lemnos care va fi utilizat la execuția modelului experimental. Lemnul este

de esență moale (rășinoase) și face parte din specia molidului. Acesta a fost recoltat din regiunea

de Sud-Vest a județului Neamț, România.

Epruvetele au fost testate la mașina universală de încercare WAW-600E fiind solicitate la

întindere, compresiune și încovoiere (fig. 5.1) în conformitate cu prevederile standardului

românesc SR EN 408: 2004. Testele au fost efectuate în laboratorul de încercări din cadrul

Facultății de Construcții și Instalații din Iași.

a. b. c.

Fig. 5.1 Încercarea epruvetelor din lemn la: a. întindere paralelă cu fibrele lemnului; b.

compresiune paralelă cu fibrele; c. încovoiere Înainte de efectuarea încercărilor, epruvetele au fost măsurate cu un șubler digital (fig. 5.2

d) și apoi cântărite cu ajutorul unei balanțe de precizie (fig. 5.2 e) pentru a determina densitatea

acestora. Umiditatea epruvetelor a fost măsurată cu ajutorul umidometrului LG43 (fig. 5.2 f). Pe

durata încercărilor experimentale, temperatura aerului în laborator a fost de 21°C, iar umiditatea

relativă de 58 %, acestea fiind măsurate cu termohigrometrul digital Testo 435 (fig. 5.2 c).

Rezultatele experimentale obținute în urma testelor efectuate au fost înregistrate pe

echipamentul de calcul al mașinii universale WAW-600E (fig. 5.2 a) prin intermediul softului de

achiziție și procesare a datelor (fig. 5.2 b). Astfel, pentru fiecare tip de încercare s-au obținut

curbele forță-deplasare pentru epruvetele din lemn testate.

16

CAPITOLUL 5 – Determinarea pe cale experimentală a proprietăților mecanice ale lemnului

Calculul valorilor proprietăților mecanice s-a realizat utilizându-se relațiile analitice de

calcul din standardele românești SR EN 408: 2004 și SR EN 384: 2004. În final, pe baza valorilor

caracteristice ale proprietăților mecanice obținute a fost evaluată clasa de rezistență a lemnului

conform standardului SR EN 338: 2010.

a. b.

c. d. e. f.

Fig. 5.2 Echipamente de testare și măsurare: a. presa hidraulică universală WAW-600E; b. imagine din timpul achiziției și procesării datelor; c. termohigrometrul digital Testo 435; d.

șublerul digital Unior 270A; e. balanța de precizie Precisa XB 1200C; f. umidometrul LG43

5.6 Concluzii

Proprietățile fizice și mecanice ale lemnului sunt esențiale în vederea proiectării și

modelării numerice a structurilor din lemn. Cunoașterea acestor proprietăți conduce la clasificarea

lemnului într-o clasă de rezistență.

Pentru evaluarea clasei de rezistență, datele minime necesare sunt: modulul de elasticitate

la încovoiere global, dimensiunile epruvetelor încercate, densitatea și umiditatea acestora.

Încadrarea lemnului testat într-o clasă de rezistență s-a realizat pe baza rezultatului obținut pentru

modulul de elasticitate la încovoiere global. În urma testelor și a calculelor efectuate, clasa de

rezistență pentru epruvetele din lemn a rezultat C18.

17

CAPITOLUL 6 – Cercetări experimentale privind evaluarea comportării la acţiuni dinamice a

pereţilor structurali specifici structurilor din cadre uşoare din lemn de tip „platformă”

CAPITOLUL 6

Cercetări experimentale privind evaluarea comportării la

acţiuni dinamice a pereţilor structurali specifici structurilor

din cadre uşoare din lemn de tip „platformă”

6.1 Prezentare generală

Programul experimental cuprinde testarea la acțiuni dinamice a unui model cu trei variante

de alcătuire în vederea studierii comportării pereților structurali. Modelul experimental este o

structură din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”.

Experimentul are ca scop principal evaluarea comportării la acțiuni dinamice a pereţilor

structurali specifici structurilor din cadre uşoare din lemn de tip „platformă”. Testele au fost

efectuate pe platforma seismică din cadrul Facultății de Construcții și Instalații din Iași (Fig. 6.1).

Fig. 6.1 Platforma seismică

Testele s-au desfășurat pe modelul experimental cu următoarele variante de alcătuire:

M1: structură cu patru pereți structurali și planșeu. Plăcile de OSB/3 de pe toți pereții

structurali sunt poziționate pe verticală;

M2: structură cu patru pereți structurali și planșeu. Plăcile de OSB/3 de pe pereții structurali

longitudinali sunt poziționate pe orizontală iar cele de pe pereții structurali transversali sunt

poziționate pe verticală;

M3: structură cu doi pereți structurali pe direcție transversală, cadre ușoare din lemn pe

direcție longitudinală și planșeu. Plăcile de OSB/3 de pe pereții structurali transversali sunt

poziționate pe verticală.

18



Modelul experimental a fost testat la acțiuni de tip: seismic (S), sinus glisant (G) și sinus

beat (B). Determinarea răspunsului structural s-a realizat cu ajutorul traductorilor de deplasare și

de accelerații. Datele răspunsului structural au fost înregistrate digital prin intermediul sistemului

de achiziție.

6.2 Concepția și alcătuirea modelului experimental

Modelul experimental reprezintă o structură din cadre ușoare din lemn de tip ,,platformă”,

pe un singur nivel, fiind realizat la scara 1:1 (fig. 6.2). Modelul a fost conceput să fie simetric în

plan și în elevație pentru a se evita efectul de torsiune. Deoarece scopul experimentului a fost acela

de a studia comportarea pereților structurali la acțiuni dinamice, aceștia au fost proiectați astfel

încât să lucreze individual unul față de altul. Prin urmare, structura prezintă goluri speciale la toate

cele patru colțuri. Planșeul modelului experimental a fost conceput și proiectat astfel încât să aibă

efect de diafragmă infinit rigidă în raport cu rigiditatea laterală a pereților structurali. Acesta a fost

încărcat cu o greutate uniform distribuită formată din 4 dale de beton armat, masa totală acestora

fiind egală cu 1,44 tone.

Fig. 6.2 Vedere axonometrică a modelului experimental cu varianta de alcătuire M1

Caracteristicile geometrice ale modelului experimental au fost stabilite astfel încât să fie

respectate atât normele de proiectare în vigoare cât și limitele de mărime și greutate ale platformei

seismice. Astfel, structura are în plan dimensiunile de 2774 x 2774 mm iar înălțimea de 2725 mm.

Masa modelului experimental cu varianta de alcătuire M1 sau M2 este egală cu 0,74 tone iar în

varianta de alcătuire M3 este egală cu 0,65 tone, fără a se lua în calcul încărcarea distribuită pe

planșeu. În fig. 6.3 se arată planul dispunerii pereților structurali pe platforma seismică (cota ±0.00

este cota platformei seismice).

19



Fig. 6.3 Planul de poziționare a pereților structurali pe platforma seismică

Pereţii structurali (fig. 6.4) sunt realizați din dulapi de lemn de răşinoase (clasa C18),

placaţi pe o singură faţă cu plăci de OSB/3 cu grosimea de 12 mm. Îmbinarea dintre dulapi a fost

realizată cu ajutorul elementelor metalice de tip tijă (cuie inelate 3,1 x 90 mm), acestea formând

cadrul uşor al peretelui. Îmbinarea placării structurale de cadrul uşor s-a realizat cu ajutorul

elementelor metalice de tip tije (cuie inelate 2,8 x 64 mm). Pereții structurali au fost ancorați de

platforma seismică cu ajutorul ancorelor metalice pentru prevenirea răsturnării şi ancorelor

metalice pentru prevenirea lunecării.

Fig. 6.4 Elementele componente ale peretelui structural (M1)

20



Planșeul modelului experimental (fig. 6.5) s-a realizat din dulapi de lemn de răşinoase

(clasa C18), placat pe o singură faţă la partea superioară cu plăci de OSB/3 de grosime 25 mm.

Îmbinarea dintre grinzile planșeului, elementele de bordare și blocatori se va realiza cu ajutorul

elementelor metalice de tip tijă (cuie inelate 3,1 x 90 mm). Grinzile planșeului se vor îmbina de

pereții structurali cu șuruburi pentru lemn de tip HBS (6 x 28 mm). Îmbinarea pardoselii structurale

de grinzile planșeului se va realiza cu ajutorul elementelor metalice de tip tije (cuie inelate 2,8 x

64 mm).

Fig. 6.5 Elementele componente ale planșeului (M1, M2 și M3)

6.3 Execuția modelului experimental

Execuția modelului experimental în variantele de alcătuire M1, M2 și M3 a fost realizată

în mai multe etape respectându-se tehnologia și cerințele date de către ghidurile americane de

execuție. Pentru realizarea modelului experimental s-au folosit următoarele materiale: dulapi de

lemn de rășinoase (clasa de rezistenșă C18), plăci de OSB/3, cuie inelate, șuruburi pentru lemn,

șuruburi pentru plăcile metalice, corniere pentru forțe de tracțiune, șuruburi cu cap hexagonal și

șaibe.

Execuția modelului experimental în varianta de alcătuire M1 a avut ca primă etapă trasarea

și centrarea amprentei poziției pereților structurali pe platforma seismică conform planului de

poziționare a pereților (fig. 6.6 a). Acest lucru s-a realizat cu ajutorul unei rulete de măsurat și a

unui marker. Apoi s-a trecut la execuția propriu-zisă a pereților structurali care a cuprins

următoarele etape:

realizarea la sol, pe orizontală a cadrelor ușoare din lemn (fig. 6.6 b);

ancorarea cadrelor ușoare din lemn de platforma seismică și contravântuirea temporară a

acestora (fig. 6.6 c, d);

placarea cadrelor ușoare din lemn cu plăci de OSB/3 de grosime 12 mm (fig. 6.6 e);

înlăturarea contravântuirilor temporare ale cadrelor ușoare din lemn (fig. 6.6 f).

21



Execuția cadrelor ușoare din lemn a fost efectuată cu ajutorul pistolului pneumatic de bătut

cuie în benzi 34° conectat la un compresor electric monofazat (fig. 6.6 b). Pentru ancorarea

acestora de platforma seismică s-au folosit șuruburi cu cap hexagonal M24. Placarea cadrelor

ușoare din lemn cu plăci de OSB/3 s-a realizat deasemenea cu ajutorul pistolului pneumatic de

bătut cuie.

În continuare s-a trecut la procesul de execuție a planșeului prin prinderea grinzilor și a

elementelor de bordare de pereții structurali (fig. 6.6 g). Prinderea a fost realizată cu ajutorul

șuruburilor pentru lemn de tip HBS. După această etapă au fost montați blocatori între grinzile

planșeului. În final, s-a efectuat îmbinarea pardoselii structurale (OSB/3) de elementele

componente ale planșeului utilizându-se pistolul pneumatic de bătut cuie (fig. 6.6 h).

a) b)

c) d)

e) f)

22



g) h)

i)

Fig. 6.6 Etapele execuției modelului experimental în varianta de alcătuire M1: a) trasarea poziției

pereților structurali; b) execuția cadrelor ușoare din lemn; c), d) ancorarea și contravântuirea

cadrelor ușoare din lemn; e), f) realizarea pereților structurali; g), h) execuția planșeului; i)

ansamblul modelului experimental

După execuția modelului experimental în varianta de alcătuire M1 a urmat procesul de

montare a dalelor din beton armat pe planșeul structurii. Astfel, s-au montat 4 dale de beton armat,

fiecare dală având dimensiuni de 1,60 x 0,80 x 0,10 m și o masă de 360 kg. Prinderea acestora de

planșeul modelului s-a realizat prin intermediul a 8 tije metalice filetate utilizându-se și 2 profile

metalice la partea inferioară a planșeului.

Execuția modelului experimental în varianta de alcătuire M2 a fost realizată după testarea

modelului experimental în varianta de alcătuire M1 și a presupus înlocuirea plăcilor de OSB/3 de

pe pereții structurali longitudinali cu alte plăci de OSB/3 având aceleași caracteristici geometrice

și mecanice însă poziționate de această dată pe orizontală (fig. 6.13). Prinderea plăcilor de OSB

de cadrul peretelui s-a realizat cu același număr și tip de cuie, distanțate între ele la aceeași distanță

precum în cazul modelului experimental M1.

Execuția modelului experimental în varianta de alcătuire M3 a fost realizată după testarea

modelului experimental în varianta de alcătuire M2 și a presupus înlăturarea definitivă a plăcilor

de OSB/3 de pe pereții structurali longitudinali (fig. 6.14).

23



6.4 Echiparea modelului experimental

După procesul de montare a dalelor de beton armat pe planșeul structurii, a avut loc

echiparea modelului experimental cu instrumente de măsurat în vederea determinării răspunsului

structural. Pentru înregistrarea accelerațiilor s-au folosit 5 accelerometre de tip Dytran (fig. 6.8 a):

4 accelerometre pentru înregistrarea accelerațiilor modelului și un accelerometru pentru

înregistrarea accelerației platformei seismice. Cele 4 accelerometre au fost montați pe modelul

experimental conform fig. 6.7.

Fig. 6.7 Dispunerea accelerometrelor și traductorilor de deplasare

24



Înregistrarea deplasărilor a fost realizată cu ajutorul a 4 traductori de deplasare cu fir (fig.

6.8 b) care au fost montați în direcția X a platformei seismice în diferite puncte ale structurii

conform fig. 6.7. După montarea accelerometrelor și a traductorilor de deplasare a avut loc

procesul de calibrare și de verificare a acestora.

a) b) Fig. 6.8 Instrumente de măsurat răspunsul structural: a) accelerometru; b) traductor de deplasare

cu fir

6.5 Desfășurarea încercărilor experimentale

Încercările experimentale la acțiunile dinamice s-au desfășurat pe modelul experimental cu

trei variante de alcătuire: M1, M2 și M3. Fiecare variantă de alcătuire a presupus testarea

modelului la o serie de teste, acțiunile folosite fiind de tip: seismic, sinus glisant și sinus beat.

După fiecare acțiune simulată, modelul a fost examinat și verificat pentru a identifica zonele și

tipurile de degradări produse la nivel de structură. Preliminar încercărilor experimentale, s-a efectuat măsurarea umidității lemnului din

structură. Acest lucru s-a realizat cu ajutorul umidometrului. În urma acestui proces, umiditatea

lemnului a rezultat de aproximativ 11 %. Ulterior, pentru fiecare variantă de alcătuire în parte,

modelul experimental a fost supus la șocuri pentru determinarea frecvențelor proprii fundamentale

ale structurii. Șocurile au fost induse structurii prin impact cu ajutorul unei piese metalice sau prin

intermediul platformei seismice.

6.5.1 Desfășurarea încercărilor pentru modelul experimental în varianta de alcătuire M1

Pentru modelul experimental în varianta M1 s-au efectuat o serie de 9 teste. Pereții

longitudinali ai structurii au avut poziționate plăcile de OSB pe verticală (fig. 6.9). Pe baza

înregistrărilor făcute în urma încercărilor realizate prin șoc, aplicat la nivelul planșeului, s-a

determinat frecvența proprie fundamentală a structurii f1 = 14 Hz precum și perioada proprie

fundamentală T1 = 1/f = 0,071 s.

Primul test (M1-1) efectuat a constat în încercarea modelului experimental M1 la o acțiune

armonică de tip sinus glisant (G) pe bandă largă cu frecvențe cuprinse între 0,5 – 20 Hz, direcția

de acționare fiind cea longitudinală (direcția X a platformei seismice).

25



Fig. 6.9 Configurația modelului experimental în varianta alcătuire M1

Cel de-al doilea (M1-2) și al treilea test (M1-3) a presupus încercarea modelului M1 la

acțiunea seismică (S) la diferite trepte de intensitate. Acțiunea aplicată a fost cutremurul a1 din

Eurocod 8 a cărui valoare maximă a accelerației la nivelul platformei a fost de 0,65 g pentru testul

M1-2 și respectiv 1,3 g pentru testul M1-3 (fig. 6.10). În fig. 6.11 este prezentat spectrul de răspuns

elastic al pseudo-accelerației pentru acțiunea seismică din cadrul testului M1-3. Spectrul a fost

realizat cu ajutorul programului pentru analiza răspunsului seismic PRISM.

Fig. 6.10 Accelerograma cutremurului a1 înregistrată la nivelul platformei seismice pentru testul

M1-3

Fig. 6.11 Spectrul de răspuns elastic al pseudo-accelerației pentru acțiunea seismică (test M1-3)

26



În ultima serie de teste (6 teste), modelul experimental M1 a fost încercat la o acțiune

armonică de tip sinus beat (B) cu frecvența constantă de 5 Hz și cu grade diferite de intensitate

până la cedarea pereților structurali. Acțiunile au fost simulate pe direcția longitudinală a

modelului, intensitatea acestora fiind crescătoare. Valorile maxime ale accelerației platformei au

variat între 0,29 g – 2,87 g. La atingerea valorii maxime de 2,87 g, pereții structurali au atins un

grad de degradare ridicat, moment în care s-a decis încheierea programului experimental pentru

modelul M1. În fig. 6.12 este prezentată grafic acțiunea sinus beat (B) din cadrul testului M1-8,

înregistrată la nivelul platformei seismice prin intermediul accelerometrului A0.

Fig. 6.12 Accelerograma acțiunii sinus beat înregistrată la nivelul platformei seismice pentru testul M1-8

6.5.2 Desfășurarea încercărilor pentru modelul experimental cu varianta de alcătuire M2

Pentru modelul experimental cu varianta de alcătuire M2 au fost efectuate o serie de 7 teste.

S-a urmărit parcurgerea aproximativă al aceluiași program de testare folosit pentru modelul

experimental M1, cu scopul de a realiza o comparație a răspunsului structural între pereții

longitudinali. Plăcile de OSB de pe pereții longitudinali ai modelului experimental M2 au fost

poziționate pe orizontală (fig. 6.13). Deoarece pereții transversali ai modelului experimental M1

nu au suferit degradări, plăcile de OSB ale acestora n-au fost înlocuite pentru acest model.

Fig. 6.13 Configurația modelului experimental cu varianta de alcătuire M2

27



Preliminar testelor din această etapă, s-a determinat frecvența proprie fundamentală a

modelului experimental M2 prin șoc, aplicat la nivelul planșeului. În cadrul acestei încercări s-a

obținut o valoare a frecvenței proprii de f1 = 16,52 Hz, perioada proprie fundamentală fiind egală

cu T1 = 1/f = 0,061 s.

În primă fază, încercarea modelului experimental M2 a constat în repetarea acțiunii

armonice de tip sinus beat (B) cu frecvența constantă de 5 Hz și cu grade diferite de intensitate,

folosite pentru încercarea modelului experimental M1. Astfel, modelul M2 a fost încercat la o serie

de 6 teste (Test M2-4 – Test M2-9) la care intensitatatea acțiunii simulate a evoluat crescător, până

la atingerea accelerației de 3,15 g.

În ultimă fază, datorită faptului că pereții structurali n-au atins un grad ridicat de degradare,

modelul a fost încercat la acțiunea seismică (S) (Test M2-3). Acțiunea aplicată a fost cutremurul

folosit pentru încercarea modelului experimental M1 la care valoarea accelerația maximă a

platformei a fost de 1,09 g (fig. 6.10).

În acest program experimental realizat pentru modelul M2 s-a urmărit modificările ce apar

pe parcursul testelor desfășurate în ceea ce privește frecvențele proprii ale structurii. Astfel, s-au

efectuat șocuri cu frecvența de 1 Hz induse de platforma seismică după fiecare două teste. La

ultimele 3 teste, frecvența proprie a modelului M2 a fost verificată după fiecare test. Rezultatele

frecvențelor proprii obținute sunt prezentate în subcapitolul 6.6.2.

6.5.3 Desfășurarea încercărilor pentru modelul experimental cu varianta de alcătuire M3

Pentru modelul experimental cu varianta de alcătuire M3 au fost efectuate o serie de 4 teste

similare cu testele realizate pentru modelele experimentale M1 și M2. Plăcile de OSB au fost

înlăturate de pe pereții longitudinali ai structurii (fig. 6.14). Întrucât pereții transversali nu au

suferit degradări, plăcile de OSB ale acestora nu au fost înlocuite nici în acest caz.

Fig. 6.14 Configurația modelului experimental cu varianta de alcătuire M3

28



Scopul acestor încercări a fost acela de a analiza comportarea cadrelor ușoare și de a

compara rigiditățile acestora cu cele ale pereților structurali obținute din încercările efectuate

pentru modelele experimentale M1 și M2.

Acțiunea aplicată celor 4 teste (Test M3-4 – Test M3-7) a fost de tip sinus beat (B) cu

frecvența constantă de 5 Hz și cu grade diferite de intensitate. Acțiunile au fost simulate pe direcția

longitudinală a structurii, intensitatea acestora fiind deasemenea crescătoare. Valorile maxime ale

accelerației platformei au variat între 0,36 g – 1,08 g. La atingerea valorii maxime de 1,08 g, nu s-

a mai continuat cu creșterea progresivă a intensității acțiunii deoarece nu s-a dorit să se pună în

pericol stabilitatea structurii întrucât cadrele ușoare au prezentat deplasări mari la nivelul bazei.

Astfel, pentru modelul experimental cu cele trei variante de alcătuire M1, M2 și M3 s-au

efectuat un număr de 20 de teste, acțiunile aplicate fiind de tip: seismic (S), sinus glisant (G) și

sinus beat (B). Pentru fiecare test în parte s-a realizat și măsurarea deplasării absolute a platformei

seismice prin intermediul traductorului de deplasare cu fir TD0. Valorile maxime ale accelerațiilor

și deplasărilor absolute de la nivelul platformei seismice sunt date în tabelul 6.1. Aceste valori au

fost înregistrate de către accelerometrul A0 și traductorul de deplasare TD0.

Tabel 6.1 Valorile accelerației și deplasării absolute maxime ale platformei seismice

6.6 Rezultatele încercărilor experimentale

Rezultatele obținute în urma încercărilor experimentale la acțiunile aplicate sunt exprimate

sub formă de accelerații și deplasări. Obținerea acestora s-a realizat digital, prin înregistrarea pe

calculator a răspunsului structural cu ajutorul accelerometrelor și traductorilor de deplasare

29



montați la nivelul structurii. Înainte și după fiecare acțiune aplicată, modelul experimental a fost

examinat și verificat pentru a identifica tipurile și zonele de apariție a degradărilor ce pot rezulta

în urma testelor efectuate.

6.6.1 Rezultatele obținute în urma încercărilor efectuate pentru modelul experimental cu

varianta de alcătuire M1

Răspunsul modelului M1 la acțiunea armonică de tip sinus glisant (G) din cadrul primului

test (Test M1-1) este prezentat grafic în fig. 6.15 și fig. 6.16. Valoarea maximă a accelerației

modelului M1 a fost înregistrată de către accelerometrul A4 cu o valoare de 1,33 g. Traductorul de

deplasare TD3 a înregistrat o valoare maximă a deplasării absolute de 0,98 mm. Pe durata acestei

acțiuni modelul nu a suferit degradări vizibile.

Fig. 6.15 Răspunsul structurii în accelerații la acțiunea sinus glisant (Test M1-1)

30



Fig. 6.16 Răspunsul structurii în deplasări absolute la acțiunea sinus glisant (Test M1-1)

Pentru testele M1-2 și M1-3, în care a fost aplicată aceeași acțiune seismică (S) însă cu

grade diferite de intensitate, s-au înregistrat valori maxime ale accelerației modelului M1 de 0,49

g respectiv 0,81 g și deplasări absolute de 29,24 mm respectiv 40,49 mm. În fig. 6.17 și fig. 6.18

este prezentat grafic răspunsul structural în accelerații și deplasări absolute înregistrate pe modelul

experimental M1 la acțiunea seismică (S) din cadrul testului M1-3. Pe parcursul acestor două teste

nu s-au observat degradări vizibile la nivel de structură, modelul M1 având o comportare liniar-

elastică, păstrându-și astfel caracterul de corp rigid datorită deplasărilor relative mici.

Fig. 6.17 Răspunsul structurii în accelerații la acțiunea seismică (Test M1-3)

31



Fig. 6.17 Răspunsul structurii în accelerații la acțiunea seismică (Test M1-3)

Fig. 6.18 Răspunsul structurii în deplasări absolute la acțiunea seismică (Test M1-3)

32



Fig. 6.18 Răspunsul structurii în deplasări absolute la acțiunea seismică (Test M1-3)

Degradări ale modelului experimental M1 nu au fost observate nici în timpul testului M1-

4, acțiunea aplicată fiind de tip sinus beat (B). La nivelul accelerometrului A1 a fost înregistrată

valoarea maximă a accelerației modelului M1 cu o valoare de 0,44 g iar deplasarea absolută

maximă a fost înregistrată de către traductorul de deplasare TD3 cu valoarea de 3,96 mm.

Răspunsul modelului experimental M1 la acțiunea armonică de tip sinus beat (B) din cadrul

testului M1-4 este prezentat grafic în fig. 6.19 și fig. 6.20.

Fig. 6.19 Răspunsul structurii în accelerații la acțiunea sinus beat (Test M1-4)

33



Fig. 6.19 Răspunsul structurii în accelerații la acțiunea sinus beat (Test M1-4)

Fig. 6.20 Răspunsul structurii în deplasări absolute la acțiunea sinus beat (Test M1-4)

Odată cu creșterea intensității acțiunii armonice de tip sinus beat (B), începe să apară și

primele degradări ale structurii. Acest lucru se remarcă în timpul testului M1-5, atunci când

accelerația maximă a modelului M1 atinge valoarea de 1,64 g fiindu-i corespunzătoare o deplasare

absolută maximă de 15,14 mm.

Astfel, pe durata acțiunii se observă mici rotiri ale plăcilor de OSB la nivelul pereților

structurali longitudinali. Acest lucru se întâmplă din cauza degradărilor locale care apar în

îmbinările dintre placă și cadrul peretelui prin cedarea cuielor inelate. Fenomenul de cedare a

cuielor inelate are loc prin rupere la oboseală. Acest mod de cedare se produce din cauza

34



solicitărilor de forfecare repetată, prin formarea articulațiilor plastice in tijele metalice până când

se atinge mecanismul de cedare.

Zonele în care apar aceste degradări sunt localizate la colțurile plăcilor de OSB, unde

tensiunile tangențiale sunt maxime (fig. 6.21). Prin urmare cuiele din această zonă sunt cele mai

solicitate și acestea cedează primele. În fig. 6.22 este prezentat răspunsul modelului experimental

M1 în deplasări absolute. Din grafic se poate observa momentul în care apar degradările în

structură datorită aliurii diagramei deplasărilor.

a) b) Fig. 6.21 Degradările pereților structurali longitudinali după efectuarea testului M1-5: a) perete

longitudinal Est; b) perete longitudinal Vest


În testele ulterioare (testele M1-6, M1-7, M1-8), din cauza creșterii progresive a intensității

acțiunii, are loc o extindere a degradărilor în pereții structurali longitudinali. Degradările se produc

tot la nivel de îmbinări dintre placă și cadrul peretelui. Astfel, cuiele inelate încep să cedeze

progresiv prin rupere la oboseală de-a lungul perimetrului fiecărei plăci. Ca urmare, în timpul

testelor se observă o rotire din ce în ce mai mare a plăcilor în raport cu cadrele pereților (fig. 6.23).

Deasemenea, din cauza acțiunii cu caracter alternant, majoritatea cuielor după cedare au fost

expulzate din locașul lor (fig. 6.25 a, b).

35



Fig. 6.23 Rotirea plăcilor de OSB în timpul testelor efectuate pentru modelul

experimental cu varianta de alcătuire M1

În ultimul test (test M1-9) a fost atinsă valoarea cea mai mare a accelerației modelului M1,

aceasta find înregistrată la nivelul accelerometrului A1 cu o valoare de 2,84 g. Traductorul de

deplasare TD1 a înregistrat o valoare a deplasării absolute de 13,22 mm. Pe durata încercării se

observă o rotire mai accentuată a plăcilor de OSB (fig. 6.23) din cauza accelerației mai mari a

platformei precum și a extinderii degradărilor în îmbinările dintre placă și cadrul peretelui (fig.

6.24). Similar testelor anterioare, cuiele care au cedat au fost expulzate din locașul lor (fig. 6.25 a,

b). Deasemenea, se mai observă o desprindere a plăcilor de cadrele pereților longitudinali de-a

lungul perimetrului acetora.

a) b)

Fig. 6.24 Degradările pereților structurali longitudinali după efectuarea testului M1-9: a) perete longitudinal Est; b) perete longitudinal Vest

În urma inspecției vizuale, s-a constatat că modelul M1 a suportat degradări doar la nivelul

pereților longitudinali, aceștia neajungând la un grad de degradare final. Deși s-au observat

oscilații destul de mari și la nivelul pereților structurali transversali, fiind solicitați preponderent

la acțiuni în afara planului lor, aceștia nu au prezentat nici o degradare vizibilă.

36



Din cauza degradărilor apărute ca urmare a testelor efectuate, modelul experimental M1 a

suferit unele modificări în ceea ce privește caracteristicile dinamice ale acestuia. Astfel, în urma

încercărilor realizate prin șoc, aplicat la nivelul planșeului, s-a constatat că frecvența proprie

fundamentală a modelului M1 a scăzut la o valoare de f1 = 11,48 Hz, perioada proprie fundamentală

fiind egală cu T1 = 1/f = 0,087 s.

O investigație mai detaliată cu privire la degradările apărute în structură s-a realizat după

înlăturarea plăcilor de OSB de pe pereții longitudinali. Se constată că îmbinările dintre elementele

cadrelor ușoare din lemn ale tuturor pereților n-au suferit degradări. Ancorele pentru prevenirea

răsturnării de la colțurile pereților, cât și ancorele pentru prevenirea lunecării au rămas intacte, fără

a fi observate vreo deformație.

Deasemenea, nici la nivel de planșeu nu s-a văzut vreo degradare atât la nivel de grinzi,

blocatori sau pardoseală structurală cât și la nivel de îmbinări ale acestora. Prin urmare, structura

a suferit degradări doar la nivelul pereților structurali longitudinali, în îmbinările dintre plăcile de

OSB și cadrele pereților (fig. 6.24, fig. 6.25). Toate cuiele inelate au cedat prin rupere la oboseală,

fiind solicitate la forfecare. Zonele de cedare ale acestora au fost în mare parte de-a lungul

perimetrului plăcilor de OSB. Doar două cuie inelate au cedat în câmpul unei plăci de OSB a

peretelui longitudinal Vest (fig. 6.24 b).

Ruperea cuielor inelate s-a produs în elementele din lemn (montanți, traverse inferioare și

superioare), la o distanță mică față de fețele acestora (fig. 6.25 f). Tija cu vârful cuiului inelat a

rămas în lemn (montant sau traversa inferioară/superioră) iar celălalt capăt de tijă cu cap a fost

scos afară din locașul său, acesta rezemăndu-se în gaura plăcii de OSB. Din fig. 6.25 c), d) și e) se

observă că locașul cuiului a fost lărgit la nivelul fețelor de îmbinare (planului de forfecare) dintre

cadru și placă prin strivirea locală a lemnului în direcția solicitării care a dus la cedarea cuiului. În

fig. 6.25 sunt prezentate degradările pereților structurali longitudinali apărute în urma tuturor

testelor efectuate pentru modelul experimental cu varianta de alcătuire M1. Rezultatele

experimentale obținute sunt prezentate în tabelul 6.2 sub formă de răspunsul modelului structural

în valori maxime ale accelerațiilor și deplasărilor absolute înregistrate la nivelul fiecărui

accelerometru, respectiv traductor de deplasare.

a) b)

37



c) d)

e) f)

Fig. 6.25 Degradările pereților structurali longitudinali ai modelului experimental cu varianta de

alcătuire M1: a), b) cedarea cuielor și expulzarea acestora din locașul lor; c) lărgirea locașului

cuiului în traversa inferioară; d) lărgirea locașului cuiului în montant; e) lărgirea locașului cuiului

în placa OSB; f) ruperea cuielor inelate din îmbinările placă-cadru perete

Tabel 6.2 Valorile accelerațiilor și deplasărilor absolute maxime ale modelului experimental cu

variantele de alcătuire M1, M2 și M3

38





În primul test (Test M2-4), modelul experimental cu varianta de alcătuire M2 a fost încercat

la o acțiune de tip sinus beat (B), similară cu acțiunea din cadrul testului M1-4. Valoarea maximă

a accelerației modelului M2 a fost înregistrată de către accelerometrul A2 cu o valoare de 0,36 g.

La nivelul traductorului de deplasare TD3 s-a înregistrat valoarea maximă a deplasării absolute

fiind egală cu 2,78 mm. Pe durata acțiunii aplicate nu s-a observat nici o degradare vizibilă.

În următoarele 5 teste (Test M2-5 – Test M2-9), intensitatea acțiunii sinus beat (B) a crescut

progresiv precum în testele efectuate pentru modelul experimental M1. Primele degradări ale

structurii apar în cadrul testului M2-5, atunci când modelul M2 înregistrează o accelerație maximă

de 1,64 g și o deplasare absolută maximă de 14,98 mm. Acest lucru este confirmat și prin

verificarea frecvenței fundamentale a modelului experimental M2. Astfel, în urma șocului indus

de platforma seismică s-a constatat că frecvența proprie fundamentală a structurii a scăzut la

valoarea de 14,6 Hz. Degradările se produc prin cedarea cuielor inelate de la nivelul îmbinării

dintre cadrul peretelui și placă, acestea făcându-și apariția la colțurile de jos ale plăcilor de OSB

de la baza pereților structurali longitudinali, unde tensiunile tangențiale sunt maxime (fig. 6.26).

Răspunsul modelului experimental M2 în deplasări absolute este prezentat în fig. 6.27.

a) b)

Fig. 6.26 Degradările pereților structurali longitudinali după efectuarea testului M2-5: a) perete longitudinal Est; b) perete longitudinal Vest


39



Pe parcursul testelor M2-6 și M2-7, degradările se dezvoltă în pereții longitudinali pe

lungimea marginii de jos a plăcilor de OSB, extinzându-se apoi pe marginile laterale și în

următorul rând de cuie din câmpul plăcilor de OSB de la baza pereților longitudinali. După testul

M2-7 s-a determinat frecvența fundamentală a structurii prin intermediul șocului indus de

platforma seismică. Astfel, în urma acestei încercări, a rezultat o frecvență fundamentală proprie

de 11,87 Hz.

Pe măsură ce intensitatea acțiunii aplicate crește, degradările se extind și în următoarele

rânduri de cuie din câmpul plăcilor de OSB de la baza pereților longitudinali. Pe durata testului

M2-8, modelul experimental M2 a înregistrat o accelerație maximă de 1,50 g și o deplasare

absolută de 12,43 mm. În urma încercării pe baza șocului indus de platforma seismică, s-a constatat

că frecvența fundamentală proprie a modelului structural M2 a scăzut la 11,74 Hz.

Intensitatea maximă a acțiunii sinus beat (B) a avut loc în cadrul testului M2-9. Accelerația

maximă a modelului M2 a fost înregistrată de către accelerometrul A3 cu o valoare de 2,05 g iar

deplasarea maximă absolută a fost înregistrată la nivelul traductorului de deplasare TD3 cu

valoarea de 7,91 mm. Pe durata acestui test se observă o dezvoltare mai accentuată a degradărilor,

acestea extinzându-se pe marginile laterale și în cel de-al treilea rând din câmpul plăcilor de OSB

de la baza pereților longitudinali. Cuiele inelate care au cedat prin rupere la oboseală din cauza

solicitărilor de forfecare repetată, au fost expulzate din locașul lor, acestea rezemându-se în găurile

plăcilor de OSB (fig. 6.30 a, b). La finalul testului a fost verificată frecvența fundamentală a

structurii prin intermediul șocului indus platformei seismice. În urma acestei încercări, a rezultat

o frecvență fundamentală proprie de 11,05 Hz.

Răspunsul structurii la acțiunea seismică (S) din cadrul ultimului test (Test M2-3) este

prezentat sub formă de accelerații și deplasări absolute. Modelul structural M2 a înregistrat o

accelerație maximă de 1,09 g și o deplasare absolută de 65,86 mm. În timpul încercării se observă

că plăcile de OSB de la baza pereților longitudinali s-au desprins aproape complet de cadrele

pereților, acestea rămânând prinse în ultimele trei rânduri de cuie (fig. 6.28).

Fig. 6.28 Desprinderea plăcii inferioare de OSB în timpul testelor efectuate pentru modelul

experimental cu varianta de alcătuire M2

40



În urma inspecției vizuale s-a remarcat și cedarea unor cuie de pe marginea de jos a plăcii

de OSB de la partea superioară a peretelui longitudinal Vest (fig. 6.29 b). La nivelul pereților

structurali transversali nu au fost depistate degradări vizibile. La finalul acestui ultim test a fost

determinată frecvența proprie a modelului experimental M2 prin intermediul șocului indus de

platforma seismică. Pe baza înregistrărilor făcute în urma acestei încercări, valoarea frecvenței

proprii fundamentale a modelului M2 a devenit egală cu f1 = 10,94 Hz, perioada proprie

fundamentală devenind egală cu T1 = 1/f = 0,091 s.

a) b) Fig. 6.29 Degradările pereților structurali longitudinali după efectuarea testului M2-3: a) perete

longitudinal Est; b) perete longitudinal Vest

În urma înlăturării plăcilor de OSB de pe pereții longitudinali, s-a realizat o investigație

mai profundă cu privire la toate degrădările apărute în structură. Astfel, precum în cazul modelului

experimental M1, îmbinările dintre elementele cadrelor ușoare din lemn ale tuturor pereților n-au

suferit degradări, același lucru s-a remarcat și pentru modelul experimental M2.

Deasemenea, degradări vizibile nu s-au produs nici la nivel de pereți transversali sau

planșeu și nici la nivelul ancorelor pentru prevenirea răsturnării sau lunecării. Prin urmare,

structura a suferit degradări doar la nivelul pereților structurali longitudinali, în îmbinările dintre

plăcile de OSB și cadrele pereților.

Degradările s-au produs local prin cedarea cuielor inelate în plăcile de la partea inferioară

a pereților (fig. 6.29, fig. 6.30). Doar câteva cuie inelate au cedat și la marginea de jos a plăcii de

OSB de la partea superioară a peretelui longitudinal Vest (fig. 6.29 b). Fenomenul de cedare a

cuielor inelate s-a produs prin rupere la oboseală în interiorul elementelor din lemn (traverse

inferioare, montanți, blocatori), la o distanță mică față de fețele acestora (fig. 6.30 f). Locașul

cuiului a fost lărgit la nivelul fețelor de îmbinare dintre cadru și placă prin strivirea locală a

lemnului în direcția solicitării care a dus la cedarea cuiului (fig. 6.30 c, d, e). Deoarece acțiunile

aplicate au fost de natură dinamică, bucățile de tijă cu cap au fost expulzate din locașul lor, acestea

rezemându-se în găurile plăcilor de OSB (fig. 6.30 a, b).

Degradările pereților structurali longitudinali apărute în urma testelor efectuate sunt

prezentate în fig. 6.30. Valorile maxime ale accelerațiilor și deplasărilor absolute înregistrate la

nivelul modelului experimental M2 sunt prezentate în tabelul 6.2.

41



a) b)

c) d)

e) f) Fig. 6.30 Degradările pereților structurali longitudinali ai modelului experimental cu varianta de

alcătuire M2: a), b) cedarea cuielor și expulzarea acestora din locașul lor; c) lărgirea locașului

cuiului în traversa inferioară; d) lărgirea locașului cuiului în montant; e) lărgirea locașului cuiului

în placa OSB; f) ruperea cuielor inelate din îmbinările placă-cadru perete



Modelul experimental cu varianta de alcătuire M3 a fost încercat doar la acțiunea de tip

sinus beat (B) cu o creștere progresivă a intensității acesteia. Lipsa plăcilor de OSB de pe pereții

longitudinali formează un mecanism de cedare deoarece îmbinările dintre elementele cadrelor

ușoare din lemn sunt de tip articulație. Prin urmare, cadrele ușoare din lemn ale pereților

longitudinali au o rigiditate foarte scăzută în planul lor, aceștia fiind susținuți de către pereții

structurali transversali prin intermediul planșeului.

În primul test (Test M3-4) efectuat pentru modelul experimental M3, acțiunea aplicată a

fost echivalentă cu cea de la testul M1-4 și M2-4. În timpul încercării s-a observat că structura

înregistrează deplasări foarte mici la nivelul superior în comparație cu baza structurii. Valoarea

maximă a deplasării absolute de la partea superioară a structurii a fost înregistrată de către

traductorul de deplasare TD3 cu o valoare de 0,31 mm. Accelerometrul A4 a înregistrat valoarea

42



maximă a accelerației modelului M3 fiind egală cu 0,23 g. Pe durata testului n-au fost observate

degradări vizibile.

Cu toate că intensitatea acțiunii simulate a crescut progresiv în următoarele teste care s-au

desfășurat (Test M3-5 – Test M3-7), structura a avut o comportare asemănătoare cu cea de la

primul test. La nivelul superior deasemenea au fost înregistrate deplasări foarte mici comparativ

cu deplasările de la baza structurii (fig. 6.31). Cea mai mare valoare a deplasării absolute de la

partea superioară a structurii a fost egală cu 1,14 mm și a fost înregistrată în timpul ultimului test

(Test M3-7) la nivelul traductorului de deplasare TD2. Deasemenea, în cadrul acestui test a fost

înregistrată și accelerația maximă a modelului M3 cu o valoare de 0,66 g.

Fig. 6.31 Deplasarea bazei modelului experimental M3 în timpul testelor efectuate

Întrucât modelul M3 prezintă o flexibilitate ridicată pe direcția longitudinală și pentru a nu

pune în pericol stabilitatea structurii prin creșterea intensității acțiunii, s-a luat decizia de a încheia

acest program experimental. Pe durata acestor teste desfășurate n-au fost observate degradări

vizibile. În vederea determinării frecvenței fundamentale proprii a modelului M3, s-a aplicat un

șoc platformei seismice. Pe baza înregistrărilor făcute, s-a constatat că frecvența proprie a

modelului experimental M3 este egală cu f1 = 10,7 Hz, perioada proprie fundamentală fiind egală

cu T1 = 1/f = 0,093 s.

În urma unei investigații mai detaliate a modelului experimental M3 s-a constatat că pereții

structurali transversali, cadrele ușoare din lemn, ancorele pentru prevenirea răsturnării și cele

pentru prevenirea lunecării, planșeul structurii cât și îmbinările acestora n-au suferit degradări

vizibile. Rezultatele experimentale ale testelor desfășurate sunt prezentate în tabelul 6.2 sub formă

de răspunsul modelului M3 în accelerații și deplasări absolute maxime.

43



6.7 Determinarea forțelor de inerție și deplasărilor relative ale pereților

structurali longitudinali pe baza rezultatelor experimentale

Pentru determinarea forțelor de inerție ce rezultă în urma aplicării acțiunilor dinamice,

modelul experimental cu variantele de alcătuire M1, M2 sau M3 este idealizat într-un sistem cu

un singur grad de libertate dinamică care este alcătuit dintr-o masă m fixată la capătul superior al

unei console fără masă, dar cu rigiditatea K (fig. 6.32). Masa m reprezintă masa modelului

experimental cu varianta de alcătuire M1, M2 sau M3 (masă structură + masă dale beton armat) și

este concentrată la nivelul planşeului. Ca urmare a acțiunilor dinamice, mișcarea structurii produsă

de accelerația orizontală a platformei seismice generează o forță de inerție pe direcția gradului de

libertate care acționează asupra componentei de masă.

Fig. 6.32 Forța seismică de inerție, Fi, aplicată sistemului cu un singur grad de libertate

dinamică: K – rigiditatea sistemului; m – masa sistemului; ag – accelerația platformei seismice;

Δpl – deplasarea laterală a platformei seismice; Δ – deplasarea relativă între masă și baza

sistemului; Δt – deplasarea laterală totală a masei sistemului

Conform principiului lui D'Alambert (principiul de echilibru dinamic), forța de inerție este

egală cu produsul dintre masă şi acceleraţia masei şi acţionează în sens invers acceleraţiei. Relația

de calcul este prezentată în ecuația (6.1). Valorile maxime ale forțelor de inerție obținute sunt

prezentate în tabelul 6.3.

amFi (6.1)

unde: m - masa modelului experimental în variantele de alcătuire M1, M2 sau M3, în tone;

a - accelerația masei, în m/s2.

Deplasările relative ale pereților structurali longitudinali se calculează ca diferența dintre

deplasările laterale înregistrate la nivelul traductorului de deplasare TD1 sau TD2 și cele

înregistrate la nivelul traductorului de deplasare TD0. Rezultatele deplasărilor relative maxime ale

pereților structurali longitudinali sunt prezentate în tabelul 6.3.

44



Tabel 6.3 Valorile maxime ale forțelor de inerție și deplasărilor relative ale pereților structurali

longitudinali

45

CAPITOLUL 7 – Analiza comparativă între rezultatele obținute pe cale experimentală și cele

obținute pe cale analitică

CAPITOLUL 7

Analiza comparativă între rezultatele obținute pe cale

experimentală și cele obținute pe cale analitică

7.1 Introducere

Analiza comparativă din cadrul acestui studiu a fost realizată între rezultatele obținute pe

cale experimentală și cele obținute pe cale analitică pentru peretele structural „longitudinal Est” al

modelului experimental în variantele de alcătuire M1 și M2 (fig. 7.1, 7.2). Scopul acestei analize

comparative a fost acela de a evalua diferențele dintre metodele analitice de calcul și a stabili care

dintre acestea furnizează rezultatele cele mai apropiate de cele experimentale.

Fig. 7.1 Peretele structural „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M1

46



Fig. 7.2 Peretele structural „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M2

În prima parte a acestui capitol se prezintă comparația dintre valorile capacității portante la

deplasare laterală a peretelui structural „longitudinal Est” determinate prin calculul analitic și cele

obținute din încercările experimentale. În cea de-a doua parte a capitolului, valorile deplasărilor

laterale calculate analitic cu ajutorul relațiilor de calcul sunt comparate cu cele rezultate în urma

încercărilor experimentale. Rezultatele obținute în urma calculelor analitice împreună cu cele

obținute din încercările experimentale sunt prezentate în tabele. Pe baza acestor rezultate au fost

elaborate grafice comparative.

7.2 Analiza comparativă între valorile capacității portante la deplasare laterală

a peretelui structural „longitudinal Est” obținute pe cale experimentală și cele


Calculul analitic al capacității portante la deplasare laterală a peretelui structural

„longitudinal Est” s-a realizat utilizându-se relațiile analitice de calcul (4.2), (4.4), (4.9) și (4.16)

specifice următoarelor metode de calcul: „Metoda peretelui structural segmentat”, „Metoda

peretelui structural perforat”, „Metoda A” și respectiv „Metoda B”. Aceste metode sunt prezentate

detaliat în capitolul 4 din cadrul acestei teze de doctorat. Forța laterală ce acționează la partea

superioară a peretelui este egală cu valoarea forței de inerție determinată din testele efectuate pe

modelul experimental în variantele de alcătuire M1 și M2. Valoarea încărcării verticale uniform

distribuită pe perete este de 0,706 kN/m. Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 7.1.

47



Tabel 7.1 Valorile forțelor maxime de inerție determinate experimental și a capacității portante

la deplasare laterală a peretelui structural „longitudinal Est” obținute analitic

Din analiza graficului din fig. 6.22 prezentat în subcapitolul 6.6.1, precum și a rezultatelor

experimentale exprimate sub formă de accelerații obținute în cadrul testului M1-5, se constată că

capacitatea portantă la deplasare laterală a peretelui structural „longitudinal Est” în varianta de

alcătuire M1 are o valoare de 10,767 kN. În fig. 7.3 este prezentat graficul comparativ dintre

valoarea capacității portante la deplasare laterală determinată experimental și valorile capacității

portante la deplasare laterală obținute pe cale analitică.

Fig. 7.3 Graficul comparativ dintre valorile capacității portante la deplasare laterală a peretelui

structural „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M1 obținute pe cale analitică și cea obținută

pe cale experimentală

48



În cazul peretelui structural „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M2, degradările

peretelui se produc în timpul testului M2-5. Din analiza graficului prezentat în fig. 6.27 și a

rezultatelor experimentale obținute în cadrul acestui test, se constată că capacitatea portantă la

deplasare laterală a peretelui structural „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M2 are o valoare

egală cu 11,097 kN. Comparația dintre valoarea capacității portante la deplasare laterală

determinată experimental și valorile capacității portante la deplasare laterală obținute pe cale

analitică este prezentată grafic în fig. 7.4.

Fig. 7.4 Graficul comparativ dintre valorile capacității portante la deplasare laterală a peretelui

structural „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M2 obținute pe cale analitică și cea obținută

pe cale experimentală

7.3 Analiza comparativă între valorile deplasărilor laterale ale peretelui

structural „longitudinal Est” obținute pe cale experimentală și cele obținute pe

cale analitică

Calculul analitic al deplasării laterale a peretelui structural „longitudinal Est” a fost efectuat

conform normativului american IBC (International Building Code), conform metodei propuse de

Casagrande și colaboratorii săi și a metodei propuse de Kallsner și Girhammar, utilizându-se

relațiile analitice de calcul (4.30), (4.38) și (4.39) prezentate în capitolul 4 din cadrul acestei teze

de doctorat. Forța laterală aplicată peretelui la partea superioară are valoarea egală cu cea a forței

de inerție determinată experimental și corespunzătoare testului efectuat iar valoarea încărcării

verticale uniform distribuită pe perete este de 0,706 kN/m. Rezultatele obținute au fost comparate

cu rezultatele experimentale și sunt prezentate în tabelul 7.2.

Graficele comparative dintre valorile deplasărilor laterale ale peretelui structural

„longitudinal Est” obținute pe cale experimentală și analitică au fost realizate pe baza rezultatelor

din tabelul 7.2 obținute inclusiv pentru primul test în care apar primele degradări ale peretelui.

Astfel, în cazul peretelui „longitudinal Est” cu varianta de alcătuire M1, a fost construit graficul

comparativ pentru testele M1-1 – M1-5 (fig. 7.5), iar în cazul peretelui „longitudinal Est” cu

varianta de alcătuire M2, graficul comparativ a fost realizat pentru testele M2-4 și M2-5 (fig. 7.6).

49



Tabel 7.2 Valorile deplasărilor laterale ale peretelui structural „longitudinal Est” obținute

experimental și analitic

Fig. 7.5 Graficul comparativ dintre valorile deplasărilor laterale ale peretelui structural

„longitudinal Est” în varianta de alcătuire M1 obținute pe cale experimentală și cele obținute pe cale analitică

50



Fig. 7.6 Graficul comparativ dintre valorile deplasărilor laterale ale peretelui structural

„longitudinal Est” în varianta de alcătuire M2 obținute pe cale experimentală și cele obținute pe cale analitică

51

CAPITOLUL 8 – Concluzii. Contribuţii. Valorificarea rezultatelor

CAPITOLUL 8

Concluzii. Contribuții. Valorificarea rezultatelor

8.1 Concluzii generale

Construcțiile din cadre ușoare din lemn sunt specifice, în general, caselor unifamiliale și

reprezintă un exemplu foarte bun de construcție sustenabilă datorită consumului redus de

materii prime și a eficienței economice. Posibilitatea prefabricării elementelor componente ale

structurii, apariția noilor produse pe bază de lemn (plăci OSB, elemente cu secțiune I), precum

și a materialelor termoizolante, fonoizolante, hidroizolante etc., ridică foarte mult

performanțele acestui tip de construcție, asigurând simultan cerințele de siguranță și confort.

Sistemul structural al caselor pe structură din cadre ușoare din lemn poate fi de două tipuri:

„balon” și „platformă”. Sistemul structural de tip „platformă” reprezintă cel mai utilizat sistem

și are ca particularitate principală întreruperea montanților pe verticală în dreptul planșeelor.

Concepția acestui sistem este bazată pe utilizarea eficientă a lemnului în alcătuirea structurii.

Structura din cadre ușoare din lemn de tip „platfomă” este alcătuită din: pereţi structurali (sub

această denumire fiind și pereții care preiau numai forță tăietoare), pereţi portanţi, cadre uşoare

şi diafragmele planşeului şi acoperişului. Pereţii structurali şi cei portanţi sunt dispuşi, de

regulă, pe conturul clădirii iar cadrele uşoare în centrul acesteia.

Conexiunea dintre pereţii structurali şi diafragmele planşeului şi acoperişului trebuie realizată

cu elemente metalice speciale (ancore pentru prevenirea răsturnării, benzi metalice, conectori

metalici) care să conducă la formarea unui ansamblu unitar și să asigure transferul eforturilor

către fundație. Structura trebuie ancorată de fundație astfel încât aceasta să reziste la efectele

produse de acţiunile orizontale.

Pereții structurali specifici structurilor din cadre ușoare din lemn de tip „platformă” sunt

elemente de rezistenţă verticale care au rolul principal de a prelua încărcările verticale şi

orizontale, sau, în unele cazuri, numai încărcările orizontale la care este supusă construcția şi a

le transmite la nivelul fundaţiei.

Cele mai utilizate variante de alcătuire a unui perete structural specific structurilor din cadre

ușoare din lemn de tip „platformă” sunt: peretele structural cu finisaj exterior din lambriu de

lemn; peretele structural cu parament din zidărie de cărămidă; peretele structural cu termosistem

exterior. Termoizolația din polistiren nu este recomandată deoarece acest material termoizolant

are o porozitate redusă care nu permite „respiraţia” anvelopei și o rezistență redusă la acțiunea

focului.

52


Proiectarea acestui tip de perete structural este dificilă din cauza faptului că peretele este alcătuit

din mai multe elemente componente, fiecare având caracteristicile sale de geometrie și de

material. Normele americane prezintă trei metode de calcul: metoda peretelui structural

segmentat, metoda peretelui structural perforat și metoda proiectării peretelui structural pentru

transferul forţelor în jurul deschiderilor. Normele europene prezintă următoarele metode de

calcul: metoda A, metoda B și metoda PD. Cele mai utilizate metode pentru calculul capacității

portante la deplasare laterală a peretelui structural sunt: metoda peretelui structural segmentat

și metoda A.

Deplasarea laterală a peretelui structural este un parametru important în proiectarea seismică a

structurilor din cadre ușoare din lemn în vederea satisfacerii exigențelor de siguranță a vieții și

a celor de limitare a degradărilor. Deasemenea, acest parametru este esențial și pentru calculul

rigidității laterale a peretelui structural. Deplasarea laterală a peretelui structural este dată de

deplasările care rezultă din efectele diferite pe care le are acțiunea forțelor laterale asupra

elementelor componente ale peretelui structural. Normativul american „International Building

Code” (IBC) prezintă o modalitate de calcul a deplasării laterale a peretelui structural specific

structurilor din cadre ușoare din lemn. Alte modalități de calcul sunt prezentate în studiile de

cercetare realizate de către Casagrande și colab. (2016), Kallsner și Girhammar (2009).

Rigiditatea laterală a peretelui structural este un parametru foarte important în proiectarea

structurilor cu pereți structurali la acțiuni orizontale. Cunoașterea acestui parametru este

necesară pentru distribuția forțelor laterale (orizontale) la pereții structurali din planul structurii.

Programul experimental desfășurat în cadrul acestei teze de doctorat a avut drept obiective

principale studierea comportării la acțiuni dinamice a peretelui structural specific structurilor

din cadre ușoare din lemn de tip „platformă” și verificarea metodelor analitice de calcul a

deplasării laterale și a capacității portante la deplasare laterală a peretelui structural.

În prima etapă a programului experimental a fost determinată clasa de rezistență a lemnului

utilizat la execuția modelului experimental. Pentru determinarea proprietăților mecanice ale

lemnului, au fost testate mai multe epruvete din lemn de rășinoase (molid) la solicitările de

întindere, compresiune și încovoiere. Încercările experimentale au fost efectuate pe baza unor

proceduri standard în laboratorul de încercări al Facultății de Construcții și Instalații din Iași.

Valorile proprietăților obținute au fost corectate pentru un conținut de umiditate de 12%.

Rezultatele experimentale obținute au fost prelucrate/corectate prin analiză statistică.

Încadrarea lemnului testat într-o clasă de rezistență s-a realizat pe baza rezultatului obținut

pentru modulul de elasticitate la încovoiere global. În urma testelor și calculelor efectuate, clasa

de rezistență pentru epruvetele din lemn a rezultat C18.

În cea de-a doua etapă a programului experimental a fost evaluată comportarea la acțiuni

dinamice a pereților structurali prin încercarea la o serie de 20 de teste a unui model

experimental cu trei variante de alcătuire: M1 (structură din cadre ușoare din lemn de tip

,,platformă”cu patru pereți structurali și planșeu, plăcile de OSB/3 de pe toți pereții structurali

53


fiind poziționate pe verticală), M2 (structură din cadre ușoare din lemn de tip ,,platformă” cu

patru pereți structurali și planșeu, plăcile de OSB/3 de pe pereții structurali longitudinali fiind

poziționate pe orizontală iar cele de pe pereții structurali transversali fiind poziționate pe

verticală) și M3 (structură din cadre ușoare din lemn de tip ,,platformă” cu doi pereți structurali

pe direcție transversală, cadre ușoare din lemn pe direcție longitudinală și planșeu, plăcile de

OSB/3 de pe pereții structurali transversali fiind poziționate pe verticală).

Fiecare variantă de alcătuire a presupus testarea modelului experimental la o serie de teste,

acțiunile simulate fiind de tip: seismic, sinus glisant și sinus beat. Testele au fost efectuate pe

platforma seismică din cadrul Facultății de Construcții și Instalații din Iași. Determinarea

răspunsului structural s-a realizat cu ajutorul accelerometrelor și a traductorilor de deplasare iar

datele răspunsului structural au fost înregistrate digital prin intermediul sistemului de achiziție.

Analizând rezultatele experimentale obținute în urma încercărilor efectuate rezultă următoarele

concluzii:

modelului experimental M2 indică o creștere a frecvenței proprii inițiale cu 15,25 % față de

modelului experimental M1;

frecvența proprie a modelului experimental M1 și M2 scade odată cu creșterea intensității

acțiunilor aplicate și extinderea degradărilor în pereți. În consecință scad și rigiditățile

laterale ale pereților structurali longitudinali;

modelul experimental cu variantele de alcătuire M1, M2 și M3 nu a suferit degradări la

valoarea accelerației platformei seismice de 0,40 g fiind echivalentă cu valoarea maximă de

proiectare a accelerației terenului pentru România, precizată în normativul românesc

P100/2013;

primele degradări apar la modelul experimental cu variantele de alcătuire M1 și M2 pe

parcursul testului M1-5 respectiv M2-5 atunci când accelerația platformei seismice atinge

valoarea maximă de 0,67 g. Degradările se extind odată cu creșterea intensității acțiunii

aplicate;

degradările s-au produs doar la nivelul pereților structurali longitudinali prin cedarea cuielor

inelate în îmbinările dintre plăcile de OSB și cadrele pereților. Pentru modelul experimental

M1, zonele de cedare a îmbinărilor au fost localizate în general de-a lungul perimetrului

plăcilor de OSB. Pentru modelului experimental M2, cedările îmbinărilor s-au produs de la

baza peretelui pană la mijlocul acestuia, atât pe marginile cât și în câmpul plăcii de OSB;

fenomenul de cedare a cuielor inelate are loc prin rupere la oboseală. Acest mod de cedare

se produce datorită solicitărilor de forfecare repetată, prin formarea articulațiilor plastice in

tijele metalice până când se atinge mecanismul de cedare;

în cazul pereților cu plăcile de OSB poziționate pe verticală (model experimental M1) au

cedat un număr mai mare de cuie față de celălalt caz când plăcile de OSB sunt poziționate

pe orizontală (model experimental M2);

valorile deplasărilor relative maxime ale pereților structurali longitudinali obținute pentru

modelul experimental M1 sunt puțin mai mari decât cele obținute pentru modelul

54


experimental M2. Prin urmare, pereții cu plăcile de OSB poziționate pe orizontală au o

rigiditate puțin mai mare față de pereții cu plăcile poziționate pe verticală;

prin înlăturarea plăcilor de OSB de pe pereții longitudinali (model experimental M3) are loc

o scădere considerabilă a rigidității structurii;

în cazul modelului experimental cu varianta de alcătuire M3, pe durata testelor desfășurate

s-a constatat că structura a înregistrat deplasări foarte mici la nivelul superior în comparație

cu baza structurii. Acest lucru s-a datorat flexibilității ridicate a structurii pe direcția

longitudinală cauzate de lipsa plăcilor de OSB;

analizând valorile accelerațiilor modelului experimental se constată o diferență majoră între

accelerațiile modelului cu variantele de alcătuire M1, M2 și cele cu varianta de alcătuire M3

când plăcile de OSB sunt înlăturate de pe pereții longitudinali;

pe parcursul testelor desfășurate se constată că există diferențe mici între valorile maxime

ale deplasărilor relative obținute pentru peretele longitudinal Est și cele obținute pentru

peretele longitudinal Vest. Prin urmare, efectul de torsiune al modelului experimental a fost

foarte redus.

cu toate că accelerația platformei seismice a atins o valoare de 3,15 g, modelul experimental

nu și-a pierdut stabilitatea. Prin urmare, acest tip de structură are o comportare foarte bună

la acțiunile dinamice.

Analiza comparativă din cadrul acestei teze de doctorat a fost realizată între rezultatele obținute

pe cale experimentală în urma testelor efectuate pe platforma seismică și cele obținute pe cale

analitică pentru peretele structural „longitudinal Est” al modelului experimental, cu scopul de

a evalua diferențele dintre metodele analitice de calcul și a stabili care dintre acestea furnizează

rezultatele cele mai apropiate de cele experimentale. În urma analizelor comparative efectuate

au rezultat următoarele concluzii:

capacitatea portantă la deplasare laterală a peretelui a fost calculată prin următoarele metode

analitice de calcul: „Metoda peretelui structural segmentat”, „Metoda peretelui structural

perforat”, „Metoda A” și „Metoda B”. Valorile capacităților portante la deplasare laterală

ale peretelui obținute prin „Metoda A” sunt cele mai apropiate față de valorile obținute

experimental, între acestea existând o diferență de 10,23% în cazul peretelui „longitudinal

Est” cu varianta de alcătuire M1, și de 12,9% în cazul peretelui „longitudinal Est” cu varianta

de alcătuire M2;

valoarea obținută prin „Metoda peretelui structural segmentat” este egală cu cea obținută

prin „Metoda peretelui structural perforat” datorită faptului că peretele nu are goluri de uși

sau ferestre în alcătuirea sa;

conform rezultatelor experimentale, peretele „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M2

are o capacitate portantă la deplasare laterală puțin mai mare decât cea a peretelui

„longitudinal Est” în varianta de alcătuire M1 din cauza că placile de OSB/3 au o rigiditate

puțin mai mare pe direcția longitudinală a acestora;

55


conform rezultatelor obținute prin metodele analitice de calcul, valorile capacităților portante

la deplasare laterală ale peretelui „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M1 sunt egale

cu cele ale peretelui „longitudinal Est” în varianta de alcătuire M2. Aceasta demonstrează

faptul că în relațiile metodelor analitice de calcul nu se ia în considerare poziționarea plăcilor

de OSB/3;

cuiele inelate care asigură îmbinarea dintre plăcile de OSB/3 și cadrul ușor al peretelui

„longitudinal Est” sunt elementele care influențează foarte mult capacitatea portantă la

deplasare laterală a peretelui;

metodele analitice de calcul a capacității portante la deplasare laterală a peretelui s-au

dovedit a fi destul de precise în comparație cu rezultatele experimentale datorită diferențelor

reduse dintre valorile acestora;

deplasarea laterală a peretelui a fost calculată conform normativului american IBC

(International Building Code), conform metodei propuse de Casagrande și colaboratorii săi

și a metodei propuse de Kallsner și Girhammar. Valorile deplasărilor laterale obținute prin

aceste metode sunt supraevaluate în comparație cu valorile obținute experimental.

Diferențele dintre acestea variază între 20,53%...187,10% în cazul peretelui „longitudinal

Est” cu varianta de alcătuire M1, și 242,17%...406,38% în cazul peretelui „longitudinal Est”

cu varianta de alcătuire M2. Elementele componente ale peretelui care influențează în mod

semnificativ valoarea deplasării laterale obținută pe cale analitică sunt cuiele și ancorele

pentru prevenirea răsturnării;

valorile deplasărilor laterale ale peretelui determinate conform normativului american IBC

sunt cele mai apropiate față de valorile obținute experimental. Pentru forțe laterale cu valori

mai mici de 5,457 kN, cea mai apropiată valoare a deplasării laterale față de cea

experimentală devine valoarea determinată conform metodei propuse de către Kallsner și

Girhammar. Aceasta se întâmplă din cauza componentei deplasării laterale a peretelui

rezultată din deformația ancorelor pentru prevenirea răsturnării, specifică relației analitice

de calcul din normativului IBC, care are aceeași valoare pentru orice forță laterală care este

aplicată peretelui;

cu toate că valorile deplasărilor laterale obținute pe cale analitică n-au arătat o bună corelare

cu valorile obținute pe cale experimentală, acestea totuși le confirmă pe cele experimentale

deoarece ele sunt mai mici ca valori, și astfel, se îndeplinesc condițiile de verificare;

pentru peretele care prezintă degradări locale, valorile deplasărilor laterale ale peretelui

obținute pe cale analitică sunt mai mici față de cele obținute pe cale experimentală. Prin

urmare, în acest caz nu sunt îndeplinite condițiile de verificare a deplasărilor laterale;

atât în cazul deplasării laterale, cât și a capacității portante la deplasare laterală a peretelui,

diferențele dintre rezultatele experimentale și cele analitice apar și datorită faptului că

metodele analitice de calcul au fost determinate pe baza unei forțe statice iar solicitările reale

din cadrul programului experimental efectuat s-au realizat cu încărcare dinamică. Astfel,

încărcările aplicate dinamic au un efect mai dezavantajos, fapt pentru care normativul

românesc P 100-1/2013 ia în considerare un factor de amplificare dinamică cu valori de până

56


la 2,5. Acest factor depinde de frecvențele proprii ale structurii. Deasemenea, rezistența unui

material nu este constantă ci depinde de viteza de încărcare. Astfel, elementul/structura

rezistă la valori mai mari ale forțelor dacă încărcarea este aplicată rapid;

rezultatele metodelor analitice de calcul confirmă rezultatele experimentale doar în domeniul

elastic, atunci când peretele nu prezintă degradări.

Casele pe structură din cadre ușoare din lemn de tip ,,platformă” sunt sustenabile și fac parte

din categoria construcțiilor moderne din lemn. Acest tip de construcție ar putea fi implementat

cu succes în România datorită comportării foarte bune la acțiunile seismice și a numeroaselor

avantaje pe care le are.

8.2 Contribuții personale

Realizarea unui studiu documentar cu privire la evoluția construcțiilor din cadre ușoare din

lemn prin identificarea celor două tipuri de sisteme structurale.

Identificarea avantajelor și dezavantajelor caselor pe structură din cadre ușoare din lemn.

Prezentarea unor soluții inginerești pentru înlăturarea dezavantajelor aferente.

Elaborarea unei sinteze referitoare la conceptul, particularitățile și alcătuirea structurilor din

cadre ușoare din lemn de tip „platformă”.

Identificarea tipurilor de materiale și produse utilizate la alcătuirea sistemului structural de tip

„platformă”.

Prezentarea soluțiilor de alcătuire ale pereților structurali specifici structurilor din cadre ușoare

din lemn de tip „platformă”.

Realizarea unui studiu documentar cu privire la proiectarea structurilor din cadre ușoare din

lemn de tip „platformă” la acțiuni orizontale.

Realizarea unui studiu documentar cuprinzând normele americane și europene, prin întocmirea

unei ample sinteze referitoare la metodele analitice de calcul, cu privire la evaluarea deplasării

laterale și a capacității portante la deplasare laterală a pereților structurali specifici structurilor

din cadre ușoare din lemn de tip „platformă”.

Realizarea unui studiu documentar cu privire la determinarea pe cale experimentală a

caracteristicilor mecanice ale lemnului utilizat la execuția modelului experimental, evidențiind

tipurile de solicitări, metodologia și echipamentele de testare. Din încercările experimentale

efectuate în laboratorul de încercări din cadrul Facultății de Construcții și Instalații din Iași, se

pot distinge următoarele contribuții:

stabilirea dimensiunilor epruvetelor din lemn;

determinarea densității și a umidității epruvetelor din lemn prin alegerea unor proceduri

standard specificate în standardele din vigoare;

57


investigarea mecanismelor de cedare ale epruvetelor din lemn solicitate la întindere,

compresiune și încovoiere;

determinarea rezistenței lemnului la întindere paralelă cu fibrele, la compresiune paralelă cu

fibrele și încovoiere;

determinarea modulului de elasticitate la încovoiere global și stabilirea clasei de rezistență a

lemnului analizat.

Testarea pe platforma seismică a unui model experimental cu trei variante de alcătuire, în

vederea evaluării comportării la acțiuni dinamice a pereților structurali specifici structurilor din

cadre ușoare din lemn de tip „platformă”. În cadrul acestui program experimental, se pot

identifica următoarele contribuții:

conceperea, proiectarea și execuția modelului experimental;

echiparea modelului experimental cu instrumente de măsurat corespunzătoare, în vederea

obținerii răspunsului structural la acțiunile dinamice simulate;

stabilirea tipurilor de acțiuni dinamice simulate;

prelucrarea și interpretarea datelor obținute în urma încercărilor experimentale prin

intermediul unor softuri specializate, în vederea obținerii răspunsului structural sub formă

de accelerații și deplasări;

identificarea degradărilor apărute și a modului de cedare ale acestora pentru fiecare variantă

de alcătuire a modelului experimental;

determinarea forțelor de inerție și a deplasărilor relative ale pereților structurali pe baza

rezultatelor experimentale obținute;

realizarea unor comparații între rezultatele experimentale obținute pentru cele trei variante

de alcătuire ale modelului experimental.

Realizarea unei analize comparative între rezultatele experimentale și cele analitice pentru

evaluarea diferențelor dintre acestea și identificarea metodelor analitice de calcul care

furnizează cele mai apropiate rezultate de cele experimentale.

8.3 Valorificarea rezultatelor

Pe parcursul programului de cercetare doctorală, rezultatele obținute au fost valorificate

astfel:

Publicarea, în calitate de autor sau coautor, a unui număr de 9 lucrări științifice în reviste de

specialitate și în volumele unor conferințe naționale și internaționale, după cum urmează:

Lucrări publicate în reviste cotate ISI (zona roșie):

1. Sebastian George Maxineasa, Ioana-Sorina Enţuc, Nicolae Țăranu, Ion Florența,

Alexandru Secu (2018), Environmental performances of different timber structures for

pitched roofs. Journal of Cleaner Production, Vol. 175, pp. 164-175.

58


Lucrări publicate în reviste indexate BDI (B+) incluse în baze de date internaționale:

2. Ion Florența, Nicolae Țăranu, Alexandru Secu, Ioana-Sorina Enţuc, Maria-Cristina

Scutaru, Dragoș Ungureanu (2017), Evaluation of the wood strength class using the

experimental approach, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Secția Construcții.

Arhitectură, Volumul 63 (67), Nr. 2, pp. 121-132.

3. Ioana-Sorina Enţuc, Alexandru Secu, Nicolae Țăranu, Ion Florența, Sebastian-George

Maxineasa, Gabriel Oprișan (2016), A comparative study of timber structures for pitched

roofs. , Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Secția Construcții. Arhitectură, Tomul 62

(66), Fasc. 2, pp. 47-57.

4. Alexandru Secu, Ion Florența, Nicolae Țăranu, Vlad Lupășteanu (2015), Particularities

of platform wooden framing structures, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Secția

Construcții. Arhitectură, Tomul LXI (LXV), Fasc. 1, pp. 87-92.

Lucrări publicate în volume ale conferințelor internaționale:

5. Ion Florența, Nicolae Țăranu, Alexandru Secu, Vlad Lupășteanu (2016), Comparative

analysis of design methods for timber shear walls. ”XVI International Scientific

Conference VSU’2016”, Volume I, ISSN: 1314-071X, pp. 140-146, Sofia.

6. Ion Florența, Nicolae Țăranu, Alexandru Secu, Ana-Raluca Roșu, Dragoș Ungureanu

(2016), Analytical Procedures for Calculation of Horizontal Displacement. ”Towards a

Sustainable Urban Environment (EBUILT-2016)”, Advanced Engineering Forum, Volume

21, ISSN: 2234-991X, pp. 135-140, Iași.

7. Dragoș Ungureanu, Nicolae Țăranu, Iuliana Dupir (Hudișteanu), Ion Florența, Vlad

Lupășteanu (2016), Shear Structural Response of Adhesive Joints for FRP Composites.

”Towards a Sustainable Urban Environment (EBUILT-2016)”, Advanced Engineering

Forum, Volume 21, ISSN: 2234-991X, pp. 280-285, Iași.

Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale cu participare internațională:

8. Ion Florenţa, Marian Pruteanu, Ciprian-Ionuţ Zub (2016), FEM analysis of a Platform

Framing timber structure, Computational Civil Engineering, The 13th International

Symposium, Vol. 13, No. 2, pp. 60-67, Iaşi.

Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale:

9. Ion Florenţa (2015), Calculul pereţilor structurali tip framing prin metoda peretelui

structural segmentat, Al VIII-lea Simpozion Național „Creații Universitare 2015”, Editura

Societății Academice „Matei-Teiu Botez”, Iași.

Susținerea prezentării „Considerații privind alcătuirea și calculul structurilor din lemn de tip

framing” în cadrul workshop-ului „Structuri și prelucrări elemente structurale din lemn”, Iași,

30 iunie – 01 iulie 2016.

59

BIBLIOGRAFIE

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Andreica H.A., Berindean A.D., Dârmon R.M. (2007), Structuri din lemn, Editura U.T. PRESS,

Cluj-Napoca.

2. APA – The Engineered Wood Association (2014), Advanced Framing. Construction Guide,

Tacoma, WA.

3. Breyer D.E., Fridley K.J., Cobeen K.E., Pollock D.G. (2007), Design of Wood Structures –

ASD/LRFD, Sixth Edition, McGraw-Hill Companies, New York.

4. Brischke C. (2019), Timber, Long-Term Performance and Durability of Masonry Structures,

pp. 129-168.

5. Budescu M. (2005), Noi Concepții privind Protecția Seismică a Structurilor, Editura Societăţii

Academice „Matei-Teiu Botez”, Iași.

6. Casagrande D., Rossi S., Sartori T., Tomasi R. (2016), Proposal of an analytical procedure and

a simplified numerical model for elastic response of single-storey timber shear-walls,

Construction and Building Materials, 102 (2), pp. 1101-1112.

7. Ciornei Al. (2008), Clădiri moderne din lemn, Editura Junimea, Iași.

8. CMHC (2013), Canadian Wood-Frame House Construction, Canada Mortgage and Housing

Corporation, Canada.

9. Corduban C.G. (2013), Structuri moderne din lemn pentru dezvoltare sustenabilă, Teză de

doctorat, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Facultatea de Construcții și Instalații, Iași.

10. Coulbourne W.L., Bracken W., Van de Lindt J., Prevatt D. (2017), Residential Structural

Design Guide – A State-of-the-Art Engineering Resource for Light-Frame Homes, Apartments,

and Townhouses, Second Edition, Casey Thayer of Outreach Process Partners, LLC,

Washington, DC.

11. Dan D., Tanasa C., Stoian V., Brata S., Stoian D., Nagy Gyorgy T., Florut S.C. (2016), Passive

house design – An efficient solution for residential buildings in Romania, Energy for

Sustainable Development, 32, pp. 99-109.

12. Decher E. (2003), Construcții din lemn. Studiul lemnului, Vol. I, Editura Societăţii Academice

„Matei-Teiu Botez”, Iași.

13. Forest Products Laboratory (2010), Wood handbook — Wood as an engineering material,

General Technical Report FPL-GTR-190, Centennial Edition, United States Department of

Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, Madison, WI.

14. Furdui C. (2005), Construcții din lemn. Materiale și elemente de calcul, Editura Politehnica,

Timișoara.

15. Gauthier P. (2015), Timber Frame Engineering in Limit States Design, Canada’s Timber

Engineering & Wood Design Method, TFE Publishing Company, Vancouver.

16. Guinez F., Santa Maria H., Almazan J.L. (2019), Monotonic and cyclic behaviour of wood

frame shear walls for mid-height timber buildings, Engineering Structures, 189, pp. 100-110.

60

BIBLIOGRAFIE

17. Isopescu D., Stănilă O. (2014), Lemnul în construcții. Îndrumar pentru lucrări de laborator,

Editura Societății Academice ,,Matei-Teiu Botez”, Iași.

18. Isopescu D., Stănilă O., Astanei I., Corduban C. (2012), Experimental analysis of wood

mechanical properties from bending, tensile and compression tests, Romanian Journal of

Materials, 42 (2), pp. 204-219.

19. Kallsner B., Girhammar U.A. (2009), Analysis of fully anchored light-frame timber shear walls

– elastic model, Materials and Structures, 42, pp. 301-320.

20. Karlsen G.G., Bolșakov V.V., Kagan M.H., Svențițki G.V. (1955), Construcții de lemn, Ediția

a II-a, Vol. I, Traducere din limba rusă, Editura de Stat pentru Arhitectură și Construcții,

București.

21. Leonardo da Vinci Pilot Project (2008 b), HANDBOOK 2 – Design of Timber Structures

according to EC 5, First Edition, TEMTIS.

22. Lindt J.W., Pryor S.E., Pei S. (2011), Shake table testing of a full-scale seven-story steel–wood

apartment building, Engineering Structures, 33, pp. 757-766.

23. Loss C., Tannert T., Tesfamariam S. (2018), State-of-the-art review of displacement-based

seismic design of timber buildings, Construction and Building Materials, 191, pp. 481-497.

24. Lupan L.M., Manea D.L., Moga L.M. (2016), Improving Thermal Performance of the Wall

Panels Using Slotted Steel Stud Framing, Procedia Technology, 22, pp. 351-357.

25. Marusciac D. (1997), Construcții moderne din lemn, Editura Tehnică, București.

26. Maxineasa S.G., Enţuc I.S., Țăranu N., Florența I., Secu Al. (2018), Environmental

performances of different timber structures for pitched roofs. Journal of Cleaner Production,

175, pp. 164-175

27. Năstase I., Secu Al. (2009), Construcția caselor pe structuri din cadre ușoare din lemn.

Utilizarea elementelor cu secțiune I, Curs Construcții și structuri moderne din lemn,

Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Facultatea de Construcții și Instalații, Iași.

28. Pașcu D. (2011), Contribuții la dezvoltarea unor sisteme constructive eficiente pentru clădiri

cu structură din lemn în concordanță cu standardele europene prin comparație cu alte

standarde, Teză de doctorat, Universitatea Tehnică de Construcții București, Facultatea de

Construcții Civile, Industriale și Agricole, București.

29. Pătraș S. (2015), Instrucțiuni tehnice pentru realizarea caselor cu structura din lemn și pereți

stratificați (framing), Romwoodhouse – Asociația Constructorilor de Case pe Structură din

Lemn, București.

30. Porteous J., Kermani A. (2013), Structural Timber Design to Eurocode 5, 2nd Edition,

Blackwell Publishing Ltd., Oxford.

31. Rossi S., Casagrande D., Tomasi R., Piazza M. (2016), Seismic elastic analysis of light timber-

frame multi-storey buildings: Proposal of an iterative approach, Construction and Building

Materials, 102, pp. 1154-1167.

32. Secu Al., Roșu A.R. (2013), Structuri în cadre din lemn cu porțiuni hibride (lemn-platbande

compozite), Editura Societăţii Academice „Matei-Teiu Botez”, Iași.

61

BIBLIOGRAFIE

33. Shadravan S., Ramseyer C.C. (2018), Investigation of Wood Shear Walls Subjected to Lateral

Load, Structures, 16, pp. 82-96.

34. Solnosky R., Parfitt M.K. (2016), Shear wall Design in Residential Construction: A

Comparison of Methods, 3rd Residential Building Design & Construction Conference,

University Park, Penn State.

35. Stănilă O. (2012), Consolidarea elementelor din lemn folosind materiale composite, Teză de

doctorat, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Facultatea de Construcții și Instalații, Iași.

36. Thallon R. (2008), Graphic Guide to Frame Construction, 3rd Edition, The Tauton Press,

Newtown, CT.

37. TRADA (2006), Timber frame housing: UK Structural recommendations, 3rd Edition, TRADA

Technology Ltd., High Wycombe.

38. Turan M. (2009), Reconstructing the Balloon Frame: A Study in the History of Architectonics,

METU Journal of the Faculty of Architecture, 26 (2), pp. 175-209.

39. Wijnants L., Allacker K., Troyer F. (2019), Life-cycle assessment of timber frame constructions

– The case of rooftop extensions, Journal of Cleaner Production, 216, pp. 333-345.

40. Williamson T.G. (2002), Apa Engineered Wood Handbook, McGraw-Hill Companies, New

York.

41. ***ANSI/AWC (2015 a), National Design Specification for Wood Construction (NDS),

American Wood Council, Leesburg, VA.

42. ***ANSI/AWC (2015 b), Special Design Provisions for Wind and Seismic (SDPWS),

American Wood Council, Leesburg, VA.

43. ***ANSI/AWC (2015 c), Wood Frame Construction Manual for One-and-Two Family

Dwellings (WFCM), American Wood Council, Leesburg, VA.

44. ***ASCE/SEI 7-16 (2016), Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and

Other Structures, American Society of Civil Engineers, Reston, VA.

45. ***International Codes Council (2015), International Building Code, Chapter 23, Country Club

Hills, IL.

46. ***P100-1/2013 (2013), Cod de proiectare seismică – Partea I – Prevederi de proiectare

pentru clădiri, Monitorul Oficial al României, București.

47. ***SR EN 338: 2010 (2010), Lemn pentru construcții. Clase de rezistență. Asociația de

Standardizare din România (ASRO), București.

48. ***SR EN 408: 2004 (2004), Structuri de lemn. Lemn masiv și lemn lamelat încleiat.

Determinarea anumitor proprietăți fizice și mecanice, Asociația de Standardizare din România

(ASRO), București.

49. ***SR EN 1995-1-1 (2005), Eurocod 5: Proiectarea structurilor de lem. Partea 1-1:

Generalităţi-Reguli commune şi reguli pentru clădiri, Asociația de Standardizare din România

(ASRO), Bucureşti.

50. http://hawk-haven.com/wood-shear-wall-seismic-design.html

51. http://sagelanddesign.com/our-process/design-build/plans-drawings/


http://sagelanddesign.com/our-process/design-build/plans-drawings/

CONTRIBUȚII LA STUDIUL STRUCTURILOR UȘOARE TEZA... · Lucrarea este structurată pe opt capitole,...

Documents

Transcript of CONTRIBUȚII LA STUDIUL STRUCTURILOR UȘOARE TEZA... · Lucrarea este structurată pe opt capitole,...