Curs lemn 3.pdf

7/29/2019 Curs lemn 3.pdf

1/12

CURS 3

CALCULUL ELEMENTELOR DE CONSRUCIE DIN LEMN

1. PROPRIETILE FIZICE I MECANICE ALE LEMNULUI

1.1 Proprietile fizice ale lemnului

Contragerea i umflareaFiind alctuit din esuturi vegetale, lemnul are proprieti hidrofile. Astfel,nafara apei de constituie, legat chimic, care reprezint cca. 1% din masalemnoas, lemnul mai poate conine ap higroscopic i ap liber saucapilar.

Higroscopicitatea lemnului se caracterizeaz prin faptul ca umiditatea lui segsete ntr-un anumit echilibru cu umiditatea aerului nconjurtor i oscileazmpreun cu acesta. n aerul saturat cu vapori de ap la temperatura de200C, lemnul poate conine o umiditate higroscopic (n funcie de esen) dela 25 pn la 33% cnd este perfect uscat. Odat cu creterea temperaturii,cantitatea de umiditate pe care o conine higroscopic lemnul, se micoreaz.Apa higroscopic se elimin greu i, variaia coninutului ei conduce lamodificarea proprietilor fizico-mecanice ale lemnului i la modificri devolum ale pieselor de lemn. Creterea umiditii higroscopice produceumflarea lemnului iar uscarea, contragerea sa.

Greutatea lemnuluiGreutatea specific a masei lemnoase, absolut uscat, indiferent de specie,poate fi considerat ca fiind egal cu 1,54 daN/cm3. Greutatea specificaparent ns, variaz de la specie la specie, i chiar la aceeai specie,depinde i de umiditate, de procentul de lemn trziu, etc. Cantitateasubstanei lemnoase, care revine la unitatea de volum a unui element delemn, cu alte cuvinte densitatea lui, determin, la temperatura i umiditateadate, nu numai greutatea specific a lemnului, ci i rezistena acestuia laaciunile mecanice.

Dilataia termic a lemnuluiDilataia termic se suprapune cu contragerea dar, deformaiile dincontragere sunt mai mari dect cele din variaii de temperatur. Dilataia

liniar a lemnului n lungul fibrelor la nclzire i rcire este mult mai micdect la celelalte materiale de construcii tradiionale (de 2-3 ori mai mic


2/12

dect la oel, beton, etc), din acest motiv neinndu-se cont n calculeleobinuite de eforturile din variaii de temperatur.Valoarea mic a dilataiei termice a lemnului n lungul fibrelor eliminnecesitatea executrii rosturilor de dilataie.

Conductivitatea termic a lemnuluiDatorit structurii sale poroase i a compoziiei sale celulozice, lemnul are oconductivitate termic redus.Conductivitatea termic a acestui material de construcie n lungul fibreloreste mai mare dect cea normal pe fibre; un lemn dens i umed este maibun conductor de caldur dect un lemn uor i uscat.

1.2 Proprietile mecanice ale lemnului

Influena anizotropiei. Rezistena lemnului la solicitri de lung duratStructura anizotropic a lemnului exercit o influen nu numai asupraproprietilor fizice, dar i asupra proprietilor mecanice, elastice i plasticeale lemnului. Rezistena lemnului difer, n diferite direcii, i depinde deunghiul dintre direcia efortului i direcia fibrelor. n cazul n care direcia deaciune a forei coincide cu direcia fibrelor lemnului, rezistena atinge o

valoare maxim; ea este de cteva ori mai mic n cazul n care foraacioneaz sub o nclinare mare fa de direcia fibrelor. n aceast privin,lemnul se deosebete fundamental de oelul de construcii i de alte materialeizotrope.Rezistena lemnului determinat pe epruvete mici nu poate servi totui dreptindice de rezisten a sortimentelor reale: brne, scnduri, dulapi i grinzi ntrebuinate n construcii. La indicii de rezisten ai epruvetelor standardtrebuie introduse corecii substaniale, care iau n consideraie, n special,influena defectelor lemnului. Dintre aceste defecte, o mare importan o aunodurile limitate de fibre torse, fibra tors n general i crpturile. Influenanegativ a defectelor, care micoreaz mult capacitatea de rezisten aelementelor, aa cum arat experienele, are un efect diferit la ntindere,compresiune, ncovoiere, strivire i forfecare.

Comportarea lemnului la ntinderencercrile epruvetelor standard dovedesc c lemnul are o rezisten mare la

ntindere.


3/12

Prezena nodurilor micoreaz mult rezistena la ntindere; prezintimportan nu numai dimensiunile nodurilor, dar i poziia lor, pe perimetruldimensiunii elementului.Experienele arat, de asemenea, c nu numai nodurile dar i slbirileseciunilor prin gurire i tieturi, din cauza concentrrii eforturilor n acele

zone, micoreaz rezistena elementelor ntinse, n comparaie cu elementeleneslbite, cu aceeai seciune net util.n plus, pentru a evita o slbire exagerat a elementelor de construcie dinlemn, chiar prin noduri i fibre torse mici, normele interzic ntrebuinarea laelementele principale ale construciilor de lemn a unor seciuni utile (nete)mai mici de 50 cm2.

Comportarea lemnului la compresiune n lungul fibrelorPentru lemnul de rinoase, rezistena la compresiune n lungul fibrelor, laepruvetele standard, este de aproximativ 2-2,5% ori mai mic dectrezistena la ntindere.Influena defectelor a nodurilor i a slbirilor locale este mai mic lacompresiune n comparaie cu ntinderea, din cauza comportrii mai plasticela compresiune, care contribuie la uniformizarea suprancrcrilor locale.Avnd n vedere c dimensiunile seciunii transversale a elementelorcomprimate n construcii se stabilesc lund ca baz rezistena redus, nlegtur cu luarea n considerare a posibilitii flambajului, trebuie s serecunoasc faptul c elementele de lemn lucreaz mai sigur la compresiunedect la ntindere. Prin aceasta se explic utilizarea pe scar mare, ca fiindcele mai rezistente, a construciilor mixte de metal i de lemn, ale crorelemente principale ntinse sunt executate din oel, iar cele comprimate dinlemn.

Comportarea lemnului la ncovoiereRezistena lemnului de pin i de molid la ncovoiere ocup o poziieintermediar ntre rezistena de rupere la ntindere i rezistena de rupere lacompresiune.Influena defectelor principale a nodurilor i a fibrei torse la ncovoiere este foarte mare, n special n cazul prezenei lor n zona ntins.

Comportarea lemnului la strivireStrivirea lemnului se poate produce n lungul fibrelor, normal pe fibre i subun unghi fa de direcia fibrelor.Rezistena la strivire n lungul fibrelor difer puin de rezistena lacompresiune n lungul fibrelor. Cel mai slab rezist lemnul la strivire normal


4/12

pe fibre. Strivirea sub un unghi fa de direcia fibrelor ocup un locintermediar. Comportarea la strivirea normal pe fibre este caracterizat prinelasticitatea i prin valorile mari ale deformaiilor, pn la o limit binedeterminat.

2. SPECII DE LEMN UTILIZATE I DOMENII DE FOLOSIN

Principalele specii de lemn indigen utilizate sunt:

Lemn de rinoase bradul, care se ncadreaz la categoria lemnului uor i moale, cu

contrageri mici i rezistene mecanice medii; prelucrrile mecanice se facfr dificulti, dar relativ mai greu dect la molid din cauza smulgerilor de

fibre; laricele, caracterizat ca un lemn potrivit de greu, moale, cu rezistene

mecanice foarte mari pentru specia de rinoase; molidul, caracterizat ca un lemn uor i moale, cu contragere total mici

rezistene mecanice medii; prelucrarea mecanic a lemnului de molid serealizeaz fr dificulti;

pinul, care se ncadreaz n categoria lemnului greu i moale, cu rezistenebune la solicitri mecanice.

Lemn de foioase carpenul, care se ncadreaz n categoria lemnului greu i tare, cu

contrageri mari i rezistene mecanice medii, superioare fagului; fagul, lemn greu i tare, cu contrageri mari i proprieti mecanice medii;

prezint dificulti la uscare, avnd tendina de a crpa i a se deforma; frasinul, care se ncadreaz n categoria lemnului greu i tare, cu

contrageri i rezistene mecanice la nivel mediu pentru specia de foioase; mesteacnul, lemn relativ greu i tare, cu contracii mari;paltinul de cmp sau de munte, lemn relativ greu i tare, cu rezistenencadrate n categoria medie;

plopul, din clona indigen, negru sau tremurtor, i din clona adaptat lacondiiile de vegetaie din ara noastr (euramerican), lemn uor i moale,cu contrageri reduse i rezistene mecanice reduse;

salcmul de plantaie, care este un lemn greu i tare, cu contrageri irezistene mecanice reduse;

cerul, lemn greu i potrivit de tare, cu contrageri mari i rezisteneapropiate de cele ale stejarului;

gorunul, lemn greu i tare, cu contrageri mari i rezistene mecanice mari,similare cu cele ale stejarului;


5/12

stejarul, atestat ca un lemn greu i tare, cu contrageri i rezistenemecanice mari.

Domeniile de utilizare n construcii ale diverselor specii de lemn de rinoasei foioase sunt prezentate n tabelul 3.1.

Domeniile de utilizare a diverselor specii de lemn indigenla realizarea elementelor structurale

Tabelul 3.1

Specia Domenii de utilizare

Brad, molidElemente structurale la cldiri civile, industriale iagrozootehnice, lemn lamelat ncleiat, case prefabricate,

construcii provizorii, panouri de cofraj, tmplarieLarice

Elemente structurale la cldiri civile, industriale iagrozootehnice, stlpi pentru eafodaje i susineri

PinElemente structurale la cldiri civile, industriale iagrozootehnice, case prefabricate, construcii provizorii,panouri de cofraj, tmplrie

Carpen,frasin, paltin

Elemente structurale cu solicitri reduse, arpante deacoperi cu deschideri mici i medii

Fag Elemente de rezisten la construcii provizorii, stlpipentru eafodaje i susineri

MesteacnElemente structurale la construcii civile, industriale iagrozootehnice

PlopElemente structurale n cazul unor solicitri mecanicereduse

SalcmElemente structurale la construcii agrozootehnice, stlpipentru eafodaje i susineri

Cer, gorun

Stlpi de rezisten la construcii civile, industriale i

agrozootehnice, arpante de acoperi pentru deschiderimici i medii, tmplrie

StejarElemente structurale cu solicitri mecanice importante laconstrucii civile, industriale i agrozootehnice, caseprefabricate, construcii provizorii, tmplrie

Observaie:Domeniile de utilizare pentru diferitele specii de lemn prezentate n tabel nusunt restrictive. Pentru diversele categorii de construcii se pot utilizai alte specii, cu respectareacondiiilor de rezisten, stabilitate, comportare la umiditatei biodegradare etc


6/12

Masa volumic a speciilor de lemn

Masa volumic pentru principalele specii de material lemnos utilizate nconstrucii, care se ia n considerare la stabilirea greutii proprii aelementelor de construcie din lemn este specificat n tabelul 3.2:

Masa volumic (kg/m3)Tabelul 3.2

Nr. Specia 0,05 0,95 Nr. Specia 0,05 0,951 Brad 400 480 7 Fag 630 7502

Larice500 600 8 Mesteacn 600 700

3 Molid 375 440 9Paltin

510 600

4 Pin negru 520 750 10 Plop 310 5505 Pin silvestru 430 560 11 Salcm 710 8406 Carpen 775 900 12 Cer, gorun, stejar 640 780

Observaie: La stabilirea celor mai defavorabile condiii de solicitare luate n

considerare n calcul se va adopta valoarea maxim a masei volumice (0,95) n cazul ncare rezultanta suprancrcrilor care solicit elementele de construcie acioneaz

gravitaional i valoarea minim a masei volumice (0,05) n cazul n care rezultantasuprancrcrilor ce solicitelementele de construcie din lemn acioneazantigravitaional(caz frecvent ntlnit la calculul acoperiurilor uoare din lemn cu pant redus n zonelecu valori mari ale presiunii dinamice de baza vntului).

3. CLASIFICAREA ELEMENTELORI A CONSTRUCIILOR DIN LEMN

Conform NP 005-03 Normativ privind proiectarea construciilor dinlemn (revizuire NP 005-96) din punct de vedere al raportului

dimensiunilor geometrice, elementele de construcie din lemn, se clasific n:

elemente liniare (bare), la care lungimea elementului este sensibilmai mare dect dimensiunile seciunii transversale (grinzi simple saucompuse, stlpi)

structuri plane, la care una dintre dimensiunile elementului estesensibil mai mic dect celelalte dou i care pot prelua fore n planulacestora (grinzi cu zbrele, cadre, arce); pentru asigurarea stabilitii n plan

transversal n planul elementului se iau msuri suplimentare de rigidizare icontravntuire


7/12

structuri spaiale, dezvoltate tridimensional, care preiau solicitri petrei direcii (boli, cupole, paraboloizi, hiperboloizi, case integral realizate dinlemn).

Din punct de vedere al condiiilor n care se exploateaz elementele deconstrucie din lemn, se definesc urmtoarele clase de exploatare aleconstruciilor:

clasa 1 de exploatare, caracterizat prin umiditatea coninut dectre materialul lemnos corespunztoare unei temperaturi = 2020C i aunei umiditi relative a aerului i 65% (construcii obinuite, de locuit)

clasa 2 de exploatare, caracterizat prin umiditatea coninut dectre materialul lemnos corespunztoare unei temperaturi = 2020C i aunei umiditi relative a aerului 65%< i


8/12

exploatare, confortul oamenilor/ocupanilor construciei i limitarea vibraiilor,a deplasrilor i a deformaiilor structurii.Au n vedere ntreruperea capacitii de asigurare a unei exploatri normale aelementelor i se refer la:

deformaii care afecteaz estetica sau exploatarea elementelor i aconstruciei

vibraii care influeneaz asupra confortului persoanelor sauexploatrii normale a structurii

alterarea materialului (incluznd i dezvoltarea fisurilor sau acrpturilor) care este susceptibil de a avea efect defavorabilpentru durabilitatea structurii.

Observaie: n afara verificrilor menionate prin proiectare se va asiguraobligatoriu durabilitatea construciei din lemn la biodegradare i la aciuneafocului, printr-o alctuire corespunztoare i msuri de prezervare.

5. REZISTENELE CARACTERISTICE ALE LEMNULUI MASIV LADIFERITE SOLICITRI

Rezistenele caracteristice, exprimate n N/mm2, sunt date n NP 005-03, nfuncie de solicitare, specia de material lemnos i de clasa de calitate alemnului.Valorile specificate sunt date pentru umiditatea de echilibru a lemnului de12% i pentru durata de aciune a ncrcrilor de cel mult 3 minute.Lemnul care se nscrie n clasa III de calitate NU se va folosi la realizareaelementelor structurale.Pentru lemnul rotund, rezistenele caracteristice specificate n norm se vormajora, indiferent de specie, cu 15%.Valorile rezistenelor caracteristice ale lemnului de construcii sunt prezentaten tabelul 3.3.Valorile caracteristice ale modulului de elasticitate pe direcie longitudinal

fibrelor (E0,05) i ale modulul de elasticitate transversal (G0,05), precum ivalorile medii (E, G) pentru diferite specii de lemn i pentru umiditatea deechilibru a lemnului avnd valoarea de 12% sunt date n tabelul 3.4.


9/12

Rezistenele caracteristice ale lemnului natural (N/mm2)

Tabelul 3.3

Molid, brad,larice, pin

PlopStejar, gorun,cer, salcm

Fag,mesteacn,

frasin, carpenClase de calitateNr.crt.

Natura solicitrii Simbol

I II III I II III I II III I II III1

ncovoierestatic

R 24,0 16,8 9,6 20,0 14,0 8,0 40,0 28,0 16,0 45,0 31,5 18,0

2ntinderen lungul fibrelor

Rt 14,4 8,6 4,3 21,0 12,6 6,3 22,5 13,5 6,8 27,9 16,7 8,4

3 Compresiune n

lungul fibrelor

Rc 15,0 12,0 4,5 13,8 11,0 4,1 19,8 15,8 5,9 24,0 19,2 7,2

4 Compresiune nplan normal pedirecia fibrelor

Rc 3,3 3,0 - 3,2 2,9 - 10,4 9,4 - 11,2 10,0 -

5 Forfecare nlungul fibrelor

Rf 3,0 2,7 - 2,7 2,5 - 6,4 5,7 - 5,0 4,5 -

6 Forfecare nplan normal pedirecia fibrelor

Rf12,0 10,8 - 10,4 9,4 - 24,0 21,6 - 16,0 14,4 -

Valorile caracteristice i medii ale modulului de elasticitateTabelul 3.4

Modulul deelasticitate paralel cu

direcia fibrelor lalimita de

proporionalitate E

(N/mm2)

Modulul deelasticitatetransversal

G (N/mm2)Specia materialului lemnos

E0,05 E G0,05 GMolid, brad, larice, pin 9 000 11 300Plop 8 000 10 000

4 000 5 000

Stejar, gorun, cer, salcm 9 500 11 500Fag, mesteacn, frasin,carpen

12 000 14 3008 000 10 000


10/12

6. REZISTENELE DE CALCUL ALE LEMNULUI MASIV LA DIFERITESOLICITRI

Rezistenele de calcul ale diferitelor specii de material lemnos, Ric la

diverse solicitri, n funcie de condiiile de exploatare ale elementelor de

construcie care se proiecteaz se stabilesc cu relaia:

iidiui

c

i/RmmR =

n care: mui sunt coeficieni ai condiiilor de lucru care introduc n calcul umiditatea

de echilibru a materialului lemnos, definii pe baza condiiilor de

microclimat n care sunt exploatate elementele de construcie care seproiecteaz.Valorile lor sunt date n funcie de solicitare, clasa de exploatare a construcieii de esena de lemn (tab. 3.5).

Valorile coeficienilor condiiilor de lucru muiTabelul 3.5

Valorile

coeficienilor muipentru clasa deexploatare

Nr.crt. Solicitarea

Simbol Esena

1 2 3

Rinoase1 ncovoiere static muFoioase

0,75

Rinoase2 ntindere n lungul fibrelor mut Foioase0,90

Rinoase 0,753 Compresiune n lungulfibrelor muc Foioase 0,70Rinoase4 Compresiune n plan normalpe direcia fibrelor muc Foioase

0,70

Rinoase5 Forfecare n lungul fibrelor muf Foioase0,80

Rinoase6 Forfecare n plan normal pedirecia fibrelor muf Foioase0,80

Rinoase7 Modulul de elasticitate lancovoiere static muE Foioase

1,00 0,90

0,90


11/12

mdi sunt coeficieni ai condiiilor de lucru, stabilii n funcie de durata deaciune a ncrcrilor.

Valorile coeficientului mdi se stabilesc lund n considerare pondereaprocentual pe care o au diferitele tipuri de ncrcri, n funcie de clasa dedurat a acestora (permanent, de lung durat sau de scurt durat).

Valorile coeficienilor de lucru mdiTabelul 3.6

Valorile coeficienilor mdipentru esena:

SolicitareaClasa de durata ncrcrilor Simbol rinoase,

foioase moifoioase tari

Permanente0,55 0,60

Lung durat 0,65 0,70ncovoiere staticForfecare Scurt durat

md1,00

Permanente 0,80 0,85Lung durat 0,85 0,90

CompresiuneScurt durat

mdc1,00

Permanente 0,90 0,95Lung durat 0,95 1,00ntindereScurt durat

mdt1,00

Modulul deelasticitate

Toate clasele mdE 1,00

Observaii:

- n categoria rinoase sunt incluse speciile: molid, brad, laricei pin;- n categoria foioase moi este inclus plopul;- n categoria foioase tari sunt incluse: stejarul, gorunul, cerul, salcmul, fagul,

mesteacnul, frasinuli carpenul.

Ri sunt rezistenele caracteristice ale diferitelor specii de lemn, la diversesolicitri.

i sunt coeficieni pariali de siguran, definii n funcie de tipulsolicitrilor (tab. 3.7).


12/12

Valorile coeficienilor pariali de siguran iTabelul 3.7

Nr. crt.Solicitarea Simbol

Valorile coeficienilor

i1 ncovoiere i 1,10

ntindere:- n seciuni fr slbiri 1,202- n seciuni cu slbiri

t 1,40

3 Compresiune n lungul fibrelor iperpendicular pe direcia fibrelor

c; c 1,25

Forfecare n lungul fibrelor- unilateral 1,254

- bilateral f 1,105

Forfecare n plan normal pe direciafibrelor

f 1,10

7. PRESCRIPII GENERALE DE ALCTUIRE I CALCUL

Pentru asigurarea comportrii n exploatare a sistemelor constructiveadoptate ct mai aproape de ipotezele de calcul admise trebuie respectate

urmtoarele recomandri: se vor evita mbinrile la care transmiterea eforturilor se face prin mai

multe mijloace de asamblare cu rigiditi diferite (ex: chertri i tije); se va urmri, pe ct posibil, repartizarea uniform a eforturilor n toate

elementele componente ale barelor compuse comprimate sau ntinse, prinadoptarea unor prinderi corespunztoare;

la elementele comprimate, se recomand ca mbinrile de continuitate sfie amplasate n apropierea nodurilor i s se realizeze transmitereaeforturilor direct prin mbinare cap la cap;

la elementele ntinse se recomand ca eforturile s se transmit centric,evitndu-se momentele datorate excentricitii, iar mbinrile decontinuitate vor fi amplasate n zonele cu solicitri reduse;

la grinzile cu zbrele, barele vor fi considerate centrate la noduri.

Curs lemn 3.pdf

Documents

Transcript of Curs lemn 3.pdf