ANALIZA CAUZELOR DEGRADĂRII ELEMENTELOR STRUCTURALE DIN

LEMN ALE CLĂDIRILOR

SOLUŢII DE PREVENIRE ŞI REABILITARE A ACESTORA

Multe clădiri şi în special clădirile istorice, de patrimoniu, aupărţile structurale ale acoperişurilor (şi nu numai) din lemn.

După o perioadă îndelungată de exploatare, uneori câteva sute deani, elementele din lemn sunt slăbite chiar dacă nu au avut contact directcu umezeala sau insectele xilofage.

Similar, dar în urma unor procese mai rapide, în structurile expusedirect atmosferei degradările pot apare după 50 de ani sau chiar mai puţin

Astăzi, există solutii şi metode de protecţie şi conservare astructurilor din lemn

O atenţie deosebită trebuie acordată modului în care s-au asiguratşi se respectă condiţiile normale de exploatare (prevăzute în proiect), atâtîn ceea ce priveşte încărcările cât şi în ceea ce priveşte umiditatea şitemperatura mediului ambiant, cu menţiunea că respectarea acestorcondiţii nu exclude apariţia unor defecte în exploatare ale structurii.

În unele cazuri degradările produse se datorează deplasăriiincărcării – de exemplu, în cazul acoperişurilor pot interveni în perioadade iarnă situaţii cind aglomerări sau alunecări ale straturilor de zăpadăpot conduce la supraîncărcarea structurii, cu consecinţe asuprarezistenţei si stabilitatii acesteia şi apariţiei unor deformaţii peste valoareacelor admisibile (impunând curăţirea zăpezii).

Exploatarea construcţiilor din lemn

– Principalele probleme care trebuie urmărite pe parcursulexploatării construcţiilor din lemn sunt:- apariţia crăpăturilor datorită fenomenului de contragere şi umflare;- fenomenele de putrezire – atac al ciupercilor lignivore;- atacul insectelor xilofage;- deformaţii excesive şi slăbirea elementelor de îmbinare;- comportarea la temperaturi ridicate şi la foc;- comportarea la acţiunea agenţilor chimici.

– Urmărirea comportării elementelor structurii se impune cuacurateţe in primii ani de exploatare. În această perioadă suntnecesare cel puţin două verificări anuale:

• primavara, pentru a putea observa eventualele degradăriproduse de încărcarea excesivă cu zapadă şi umezireastructurii, pentru stabilirea măsurilor de remediere care seimpun;

• toamna, pentru a putea constata efectele produse deuscarea lemnului pe timpul verii (apariţia crăpăturilor).

1. CAUZELE DEGRADARII ELEMENTELOR DE CONSTRUCTIE DIN LEMN

- Urmărirea comportării structurii pe parcursul cîtorva cicluriprimăvară-toamnă în primii ani de exploatare a construcţiei se faceprin măsurarea deformaţiilor elastice şi remanente

Denumirea elementului (h/L)minim (f/L)mediu

Grinzi si pane de acoperiş cu secţiune simplă

1 / 20 1 / 80

Grinzi si pane cu secţiune compusă 1 / 15 1 / 120

Grinzi cu inima din scânduri 1 / 10 1 / 100

Grinzi cu zabrele 1 / 5 – 1 / 6 1 / 150

Stilpi cu secţiunea simplă - 1 / 80

Stilpi cu secţiunea compusă - 1 / 80

• Comparând deformaţiile înregistrate cu cele admisibile sepot formula concluzii cu privire la condiţiile de exploatare aleelementelor de rezistenţă ale construcţiei şi a structurii înansamblu.

Dacă valorile măsurate ale săgeţilor depăşesc valorilenormate medii - raportul f/L(ef) > f/L(med), se trece la determinareasolicitărilor conform încărcărilor efective şi secţiunilor neteefective, în grupările de încărcări cele mai defavorabile.

În funcţie de rezultatele obţinute, se stabilesc condiţiile încare elementele structurale pot rămîne în exploatare şi măsurileconstructive de reparare sau consolidare care se impun. Înunele situaţii este necesar a se înlocui elementul de construcţiedeteriorat.

• O atenţie deosebită se va acorda stabilirii cauzelor şi naturiidegradărilor, în special a elementelor întinse, încovoiate şi aîmbinărilor. Se va verifica respectarea condiţiilor de calitate amaterialelor utilizate.

În primii ani de exploatare, uscarea bruscă a lemnului, maiales dacă acesta nu a fost uscat sau condiţionat înainte de a fipus în opera, determină apariţia unor crăpături cu dimensiuniapreciabile care pot conduce la diminuarea capacităţii portante şia rigidităţii elementului structural, cu urmări grave în cazul încare aceste defecte apar în zone periculoase (zona cu moment

maxim,etc.).

Mai mult, o dată cu acestea se deschide drum pătrunderiiinsectelor, acumulării apei, cu efecte defavorabile deosebite.

O atenţie deosebită trebuie acordată sistemului decontravântuiri care asigură stabilitatea elementelor structurale.

Se vor urmări, de asemenea, eventualele abateri de laplaneitate a elementelor comprimate (tălpile superioare alefermelor, stâlpii etc.), ca urmare a apariţiei flambajului.

În aceste cazuri, se vor lua măsuri adecvate pentrucorectarea şi eliminarea consecinţelor acestor defecte.

Uscarea (contragerea) excesivăPunctul de echilibru este starea obişnuită de umiditate alemnului în condiţii climaterice specifice unei ţări sau uneizone climatice.– Din cauza anizotropiei lemnului, contragerea şi umflarea

nu sunt uniforme şi variază în funcţie de direcţiilecaracteristice ale secţiunii transversale:- axială – cca. 1%;- radială – cca. 5-6%;- tangenţială – cca. 10-12%.Apariţia unor crăpături sau plesnituri din această cauzănu afectează, în general, rezistenţa structurii deoareceaceste defecte sunt previzibile şi au fost luate înconsiderare la evaluarea eforturilor admisibile (decalcul).

Lemnul uscat natural suferă, în general, fenomenul decontragere şi după ce a fost asamblat, deoarece elcontinuă să se usuce.

Putrezirea

Putrezirea provine din acţiunea unor tipuri de ciuperci care se hrănesc cu lemn şi care provoacă alterarea structurii celulare a materialului.

Ciupercile inferioare nu afectează rezistenţa lemnului. Ele produc doar defecte de culoare (de exemplu inima roşie la fag sau albăstreala la răşinoase).

Ciupercile superioare pot ataca, în funcţie de specie, lignina (putregaiul alb, care atacă arborii în picioare),lemnul atacat crăpând după conturul inelelor anuale, al razelor medulare şi al fibrelor, desfăcându-se în lamele; aceste ciuperci sunt ciuperci parazite, de pădure.

Alte ciuperci superioare atacă celuloza (de ex. putregaiul roşu, care atacă arbori doborâţi), sunt ciuperci saprofite şi se numesc ciuperci de depozit sau ciuperci de casă.

Viteza de putrezire depinde de tipul ciupercii, de climat, decondiţiile de utilizare a construcţiei şi de natura lemnuluifolosit. Pentru a se dezvolta ciupercile au nevoie deumiditate, aer, temperatură adecvată şi hrană. În lipsa uneiadin aceste condiţii, dezvoltarea lor încetează, dar sporii potredeveni activi imediat ce condiţiile devin propice dezvoltării.

Cele mai periculoase ciuperci care provoacă putrezireamaterialului lemnos de construcţii sunt buretele de casă(Merulius lacrymans) şi buretele alb de casă (Poliporusvaporarius) care atacă părţile ascunse ale lemnului.

Suprimarea umidităţii, prin evitarea condensului, umezirii,datorită unor infiltraţii de apă, etc., previne dezvoltareaciupercilor. Lemnul care conţine max. 20% umiditate (cazullemnului uscat în aer liber) este la adăpost de efecteledistructive ale ciupercilor. Apa în exces favorizează însădezvoltarea acestora până când procentul de umiditatescade, când acţiunea ciupercilor este din nou întreruptă.

Se va da o atenţie specială zonelor de reazem a elementelorstructurale din lemn, (în special grinzi sau stâlpi) rezematesau încastrate în elemente de închidere sau fundaţii, înlocaşuri închise, neventilate (cornişe, dolii, capete de grinzide planşee, podini de planşee oarbe, diverse îmbinări etc.).

Toate suprafeţele de contact lemn-zidărie, lemn-lemn, lemn-beton trebuie să fie aerisite şi să se poată usca. Se vor evitalegături de asamblare în apropierea solului sau nivelului apei.

Astfel, în activitatea de proiectare, execuţie şi exploataretrebuie luate măsurile adecvate prevenirii procesului deputrezire a elementelor structurale şi nestructurale din lemn.

Dacă totuşi acestea s-au produs, se va efectua o inventariereatentă a acestora, a amplorii fenomenului, a tipului deciupercă, a cauzelor apariţiei fenomenului, stabilindu-se,după caz, măsuri de remediere a defecţiunilor constatate.

Acţiunea insectelor şi altor vietăţi

Unele specii de coleoptere, furnici şi chiar unele insecte de tâmplărie atacă şi degradează lemnul căutând adăpost în galeriile pe care le sapă, reducând într-o oarecare măsură rezistenţa elementelor structurale.

Alte specii de coleoptere xilofage atacă chiar şi inima lemnului, cu consecinţe foarte grave.

În apa de mare lemnul este atacat de moluşte şi crustacee.

Constatarea existenţei unui atac din partea insectelor asupra elementelor structurale sau nestructurale ale construcţiilor din lemn, impune identificarea agresorului, a pagubelor produse, a efectelor agresiunii şi a măsurilor adecvate de tratament.

Deformaţiile excesive şi slăbirea îmbinărilor

Deformaţiile excesive sunt deosebit de periculoase în special pentru că ele conduc la o distribuţie a eforturilor cu totul diferită de cea presupusă pe baza ipotezelor de calcul.

Un alt fenomen periculos este slăbirea îmbinărilor, impunându-se în primii ani de exploatare strângerea pieselor (buloanelor) de îmbinare. Legăturile elementelor din lemn ca şi cele ale elementelor din oţel sunt calculate pentru o presiune efectivă bine definită între bulon şi lemn, contându-se pe situaţia în care piesele din lemn asamblate sunt în contact. Slăbirea şi jocul legăturilor poate conduce la strivirea lemnului, la eforturi secundare locale excesive.

Slăbirea legăturilor poate însă avea efecte dezastruoase atunci când structura este supusă şocurilor – seimul, de ex. deoarece sarcinile sunt concentrate pe elemente izolate în loc să fie preluate de ansamblul structurii.

Comportarea lemnului la agenţi chimici

În condiţii obişnuite lemnul rezistă bine la agenţi chimici. Celuloza, predominantă în compoziţia lemnului, este insolubilă în apă, eter, acetonă, alcool s.a.

Acizii minerali (acidul sulfuric, azotic, clorhidric) carbonizează însă celuloza.

Acizii organici au o acţiune mai slabă.

Bazele concentrate umflă celuloza.

Substanţele alcaline dizolvă lignina.

Cromul, bromul, alţi oxidanţi, actionează asupra ligninei şi celulozei, reducând rezistenţele mecanice ale lemnului.

Sărurile antiseptice sau ignifuge introduse prin impregnare reduc rezistenţele lemnului, mai ales la solicitări dinamice.

Comportarea lemnului la temperaturi ridicate şi la foc

Sub influenţa unei temperaturi mai mari de 105oC, lemnul începe să se descompună în mod progresiv, degajând gaze inflamabile (hidrogen, metan, etan). În prezenţa aerului, sub acţiunea flăcării directe, lemnul începe să ardă. Pentru lemnul de rasinoase procesul se desfăşoară astfel:- la o temperatură de 225-250oC se atinge punctul de inflamabilitate când au loc mici explozii ale gazelor de ardere formate prin descompunerea termică a lemnului;- la o temperatură de 260-290oC se formează o flacără continuă.În absenţa flăcării directe, la temperatura de 330-470oC, se produce autoaprinderea lemnului.

Aceste puncte caracteristice ale comportării lemnului la foc diferă de la o specie la alta, inflamabilitatea şi viteza de ardere fiind cu atât mai mare cu cât densitatea este mai mică.

Lemnul nu poate fi făcut incombustibil, dar poate fi făcut greu combustibil şi neinflamabil, prin măsuri adecvate.

Comportarea lemnului la foc. Măsuri de protecţie contra incendiului

Secţiune de lemn atacată de foc: a) zona carbonizată; b) zona protejată.

PREVENIREA DEGRADARII ELEMENTELOR STRUCTURALE

• Construcţiile din lemn sunt foarte rezistente şi pot duramult timp dacă se respecta normele de folosire şiîntreţinere.

• Când proiectarea este greşit concepută şi execuţiadefectuoasa sau exploatarea necorespunzătoare, apardificultăţi care conduc cel mai adesea la necesitateaînlocuirii elementelor afectate, ceea ce este deosebit decostisitor. Prevenirea degradării elementelor structuraleeste cea mai sigură şi eficientă metodă de salvgardare astructurilor construcţiilor din lemn.

Prevenirea şi limitarea efectelor uscării excesive (contragerii)

• Condiţionarea uscării lemnului în cuptoare speciale cuaer cald, abur şi aer cald sau folosind curenţi de înaltăfrecvenţâ poate elimina fenomenul de contragere şiefectele acestuia (crăpături, plesnituri).

In cazul apariţiei unor crăpături marginale importante la elementele din lemn ecarisat se limitează deschiderea lor prin strângerea acestora cu piese din oţel în formă de “S” sau “C”

• Se poate împiedeca producerea sau extinderea crăpăturilorprin înfigerea unor şuruburi pentru lemn sau a unorbuloane, perpendicular pe crăpătură. Se pot închidecrăpăturile şi prin comprimarea elementului şi strângerealocală a piesei cu etrieri. Preferinţa pentru etrieri estemotivată de faptul că secţiunea nu este slăbită prinstrăpungerea ei, ceea ce ar conduce la diminuareasecţiunii transversale a elementului. Pe de altă parte însă,un etrier ocupa loc, este inestetic şi uneori nu poate fiacceptat.

• Prevenirea contragerii şi efectelor sale se poate realiza şiprin prevederea unor degajări de material în lungul piesei,de forma unor crestături care pot ajunge la lemnul rotundpâna la inimă; soluţia se poate aplica şi pentru elementedin lemn ecarisat. Se foloseşte în special pentru evitareaefectelor uscării excesive la grinzi şi uneori la dulapi cândsunt componente ale unor secţiuni compuse masive.

Prevenirea putrezirii• Tratamentele preventive au ca efect îndepartarea sau

distrugerea florei şi faunei care pot agresa lemnul. Un materiallemnos tratat corespunzător are o durata de viaţă de 5 ori maimare decit lemnul netratat, utilizat în aceleaşi condiţii deexploatare. Printre produsele cele mai obişnuite destinate săprotejeze lemnul sunt:

Creozotul este protecţia cea mai bună şi durabilă pe care o potasigura produsele autohtone. Protecţia cu creozot are însădezavantaje: lemnul devine mai inflamabil în primele luni dupătratament, are miros dezagreabil, culoare maronie-neagră,neplacută ochiului, face imposibilă vopsirea suprafeţelor tratate,poate irita pielea care vine în contact cu substanţa, vaporiidegajaţi sunt nocivi pentru oameni, plante, animale.Alte produse, de exemplu uleiurile grele, ca pentaclorfenolul,lasă o suprafaţă curată, potrivită pentru vopsire, dar sunt multinferioare creozotului ca eficienţă.

Soluţiile apoase sunt inferioare creozotului, deoarece se pot spălade pe suprafaţa elementelor tratate. Cele mai utilzate suntclorura de zinc, sărurile arsenioase de zinc şi arseniatul de zincşi crom. Aceste tratamente lasă o suprafaţă curată, fără miros şicare se poate vopsi. Clorura de zinc concentrată serveşte şi casubstanţă ignifugă.

- Prevenirea putrezirii presupune măsuri adecvate de tratarepreventivă a lemnului, precum şi soluţii constructive judicioaseadoptate prin proiectare şi o execuţie corectă şi îngrijită.

- Tratamentele preventive se aplică fie sub presiune, fie lapresiune atmosferică, prin înmuiere, în baie succesivă la cald şila rece, prin injecţie la faţa locului, ş.a.

• In general, este bine ca lemnul sa fie uscat înainte de tratament,deoarece injectarea soluţiilor apoase presupune o cantitatesuplimentară de umiditate, care ar putea accentua fenomenul decontragere la evaporarea acesteia. Fasonarea finală trebuiefacută întotdeauna după aplicarea tratamentului şi uscareamaterialului lemnos tratat.

Prevenirea atacului insectelor si a altor vietuitoare

• Principalele măsuri de prevenire constau în lupta împotrivareproducerii insectelor, tratarea lemnului cu un produs chimiccare le distruge, asigurarea inaccesibilităţii lemnului la acţiunealor.

• Aceste măsuri se concretizează în:-verificarea şi dacă este cazul, sterilizarea lemnului înainte

de utilizare;-vopsirea, respectiv acoperirea cu un strat de ulei sau ceară,

pentru a impiedeca insectele să depună ouă în porii lemnului;-îmbibarea lemnului cu o soluţie de pentaclorfenol, pentru a

opri acţiunea insectelor (efectul este provizoriu);-aplicarea unui tratament similar celui recomandat pentru

distrugerea ciupercilor, descris mai sus, cu acelaşi tip de soluţii.

• În ceea ce priveşte măsurile de prevenire a pericolului ataculuiciupercilor sau insectelor xilofage asupra lemnului se impune caîn fazele de proiectare, execuţie şi în exploatare să se respecteacele măsuri constructive care să asigure împiedecarea umeziriiexcesive a elementelor structurale, precum şi alte măsuri,descrise pe larg mai sus.

• Prevenirea degradarii elementelor de imbinare- Ca măsură preventivă, în vederea evitării coroziunii, se impune pentruelementele metalice de îmbinare respectarea dimensiunilor minime date întabel:

Imbinare Buloane[mm]

Table[mm]

Saibe[mm]

In interiorul

constructiilor

12 6 6

In exteriorul

constructiilor

16 6 6

In mediu marin 25 12 6

• Prevenirea degradarii structurilor din lemn la acţiunea focului- Solutia clasică de protecţie a structurilor din lemn la acţiunea foculuieste ignifugarea. Operaţiile de ignifugare se desfasoară de obiceiconcomitent cu cele de protecţie insectofungicidă.- Este de remarcat faptul ca soluţiile insectofungicide şi ignifugereprezintă pina la 8% din greutatea totala a structurilor de rezistenţă dinlemn.

CONSERVAREA LEMNULUI

Protectia preventivă a materialului lemnos, elementelor si pieselor dinlemn pentru constructii

Protectia preventivă a lemnului verdea). Impregnarea pieselor din lemn cu solutii insectofungicide si ignifugeprin osmoză si capilaritate.

• Impregnarea prin capilaritate presupune introducerea pieselor dinlemn verde (trunchiuri dar şi piese din lemn ecarisat) cu un capătîntr-o cuvă conţinând substanţe insectofungicide şi ignifuge,capilaritatea conducând la impregnarea în o anumită durată de timpa acestor piese.

• Impregnarea prin osmoză constă în aplicarea unor paste pesuprafaţa pieselor din lemn şi apoi acoperirea pieselor astfel tratatespre a se evita evaporarea substanţelor insectofungicide şi ignifugeconţinute de aceste paste şi pentru a favoriza absorbţia acestora înstructura pieselor din lemn. Procedeul se aplică pe trunchiuridecojite, dar şi pe piese din cherestea verde

• Bandijonarea (pensularea) suprafeţelor pieselor din lemn cu soluţiiinsectofungicide şi ignifuge

a).Pensularea pieselor din lemnProcedeul este simplu dar are o productivitate redusă. Se foloseştepentru piese mici şi în special la protecţia îmbinărilor înainteaasamblării acestor piese şi imediat după realizarea asamblărilor.

b).Aplicarea prin pulverizare a soluţiilor de protecţieinsectofungicidă şi ignifugă. Procedeul este de mare randament,eficient şi presupune un consum relativ mare de substanşe chimiceîn soluţii. Aplicarea se face prin procedee mecanice şi presupunemăsuri speciale de protectia muncii (produsele aplicate sunt toxiceşi uneori inflamabile).

Penetrare (longitudinal şi transversal pe fibre), după o imersie de 24 de ore în lichid.

Bandijonarea (pensularea) suprafeţelor pieselor dinlemn cu soluţii insectofungicide şi ignifuge.

• Tratamentul preventiv al trunchiului verde decojit sau nedecojitprin impregnare se poate face sub presiune, vidare sau princădere liberă în vasele liberiene, introducând-se pe la capeteletrunchiului soluţiile insectofungicide şi ignifuge

Metoda foloseşte în special soluţii cu sulfat de cupru. Înacest caz, viteza de penetrare a soluţiei de sulfat de cupruinjectată sub presiune este de cca. 1,50 m / 24 ore, iar consumuleste de cca. 4 kg de sulfat de cupru cristalizat pentru 1 mc dematerial lemnos tratat. Procedeul este eficace în special pentrutratarea lemnului de răşinoase.

• Imersia sau tratamentul în cuve inchiseProcedeul imersiei presupune instalaţii cu volume

importante (cuve) în care imersia se poate face prin scufundarea(îmbibarea) pieselor din lemn în soluţii insectofungicide şiignifuge aflate la anumite temperaturi, alternarea acestortemperaturi (băi calde-reci) sau în cuve închise în care serealizează suprapresiuni sau subpresiuni alternante, combinatecu variaţii de temperatură ale soluţieiMetoda asigura o impregnare deosebită a pieselor din lemn cusubstanţe insectofungicide şi ignifuge, fiind folosită inclusiv latratamentul traverselor de cale ferată.

Injectarea sub presiune în piesele din lemn verde a soluţiilorinsectofungicide şi ignifuge prin diferite procedee.

Imersia sau tratamentulin cuve inchise

Protectia preventivă a lemnului uscat - procedee de tratamentpreventiv a lemnului uscat în recipienţi închişi

Aceste procedee sunt cele mai eficiente, dar necesită instalaţiispeciale, costisitoare şi rentabilitatea lor este justificatănumai dacă se impregnează volume importante decherestea. În aceste instalaţii se pot trata insectofungicid şiignifug grinzi, stâlpi etc.

Cele mai cunoscute procedee sunt:– Metoda Bethell (vid şi presiune) presupune existenţa unei

autoclave de impregnare (închisă ermetic), suficient de marepentru a cuprinde vagoneţii încărcaţi cu piesele decherestea (dar şi lemn rotund uscat) care urmează a fiimpregnat. Instalaţiile mai cuprind rezervoare, dozatoarepentru soluţiile de impegnat, pompe de vid, compresoare,aparatura de comandă şi control, etc. Consumul desubstanţe insectofungicide şi ignifuge este de cca. 4 kg / mcpentru lemnul de răşinoase si 6 kg / mc pentru lemnul defoioase.

• Metoda Ruping (vidarea celulelor materialului lemnos)presupune crearea în prima fază a unei suprapresiuni de 1-4 at.în autoclava care umple cu aer celulele materialului lemnos.Apoi se injectează în autoclavă creozot cald şi se creştepresiunea pâna la 6-9 at. Se videază apoi autoclava, astfel încâtcreozotul înlocuieste total aerul în celulele materialului lemnosde impregnat. Metoda se aplica cu succes la lemnul derăşinoase.

• Metoda Estrade presupune expunerea pieselor din lemn timp de48-100 ore în autclave în care circulă un curent de aer uscat la otemperatură de cca. 100oC, provocând uscarea şi fisurareasuperficială a lemnului supus tratamentului preventiv. Seintroduc apoi în autoclavă substanţele insectofungicide şiignifuge care pătrund în microfisurile lemnului. La reducereatemperaturii în autoclavă microfisurile se închid, înglobândsubstanţele de tratament utilizate (creozot etc).

• În literatura de specialitate se mentionează şi alte metodecombinate sau derivate din cele expuse mai sus: procedeulDessemond, procedeul Poulain ş.a.

• Metoda Kyan constă in imersia pieselor din lemn pentru odurată limitată de timp într-o soluţie de biclorură demercur. Operaţiunea se efectuează în bazine din betonarmat, ermetic închise, căptuşite cu zidărie antiacidă.Durata manoperei este de 4-10 zile. Rezultatele metodei potfi amplificate prin pregătirea prealabilă a lemnului deimpregnat (eliminarea răşinii din lemn, injecţia de vaporisupraincalziţi pentru deschiderea celulelor lemnului etc.).

• Metoda băilor calde – reci presupune imersia totală apieselor din lemn uscat în cuve din beton sau metal izolateantiacid şi alternarea temperaturii soluţiei de impregnat,care pătrunde în acest fel mai profund în masa lemnuluisupus tratamentului antiseptic şi ignifug.

REABILITAREA CONSTRUCTIILOR DIN LEMN

Reabilitarea unui element de constructie, subansamblu sauconstructie in intregimea ei, devine necesara atunci cind degradarileproduse afecteaza calitatea acestora, influentind printr-o multitudinede factori de natura fizica, chimica sau mecanica exigentele esentialepe care trebuie sa le indeplineasca o constructie pe intreaga durata avietii ei, conform prevederilor Legii nr. 10 – 1995 (Legea nr. 123 – 2007)privind calitatea in constructii.

Legat de aceasta, trebuie mentionat Sistemul calitatii in constructiisi Cartea constructiei in care se inregistreaza orice interventieefectuata asupra constructiilor.

ETAPELE REABILITĂRII :• Descoperirea degradarii• Determinarea cauzelor degradarilor• Evaluarea capacitatii portante in stare degradata• Estimarea reparatiilor necesare• Stabilirea si detalierea solutiei de remediere• Evaluarea rezervelor de rezistenta ale constructiilor din lemn• Repararea si consolidarea elementelor structurale• Asigurarea calităţii lucrarilor de remediere

Descoperirea degradarii• Descoperirea degradarii poate constitui o problema

dificila, mai ales daca aceasta se afla in partile inaccesibileale constructiei, cum sint capetele de grinzi din plansee,stilpi inglobate(i) etc., zone in care exista posibilitatea deacumulare a umiditatii si mentinerea acesteia astfel incit saconduca la putrezirea lemnului. Numai o buna practicaprofesionala, experienta, poate asigura identificareadegradarilor potentiale si a cauzelor care le-au produs.

Determinarea cauzelor degradarilor• Identificarea cauzelor degradarilor este indispensabila

stabilirii masurilor de reabilitare necesare.• Cind degradarea constatata este rezultatul actiunii mai

multor factori (agenti), se impune luarea unor masuri care saimpiedece degradarea ulterioara provocata de oricare dinacestia.

• In general, nu exista reguli prestabilite pentrudeterminarea cauzelor degradarilor, fiecare caz reprezentindo problema particulara, specifica si deci trebuie sa constituieobiectul unui diagnostic particular. Aceasta presupune oanaliza temeinica, evitarea unor decizii pripite.

Evaluarea capacitatii portante in stare degradata

a). Metoda evaluarii prestabilite• Se aplica atunci cind dupa o analiza temeinica, efectuata de

specialisti cu experienta, in cazuri concrete, tinind seama demetoda de calcul folosita, conditiile de exploatare, evolutiaincarcarilor in timp etc., se poate admite ca pierderile derezistenta a elementelor structurale nu depasesc cca. 15%.

b). Analiza starii reale de eforturi• Aceasta metoda tine seama de dimensiunea reala a

sectiunilor elementelor structurii de rezistenta, de rezistentaefectiva a materialelor (lemn, otel).

• Metoda se aplica dupa parcurgerea intr-o prima etapa ametodei mai sus amintita si descoperirea unor elementestructurale a caror rezistenta este diminuata cu mai mult de15%. Pentru acestea se propun variante de consolidari si seevalueaza din nou capacitatea portanta a structurii in ansamblu,tinind seama de aceste consolidari si de starea reala de eforturi,luind in considerare toti parametrii fizico-mecanici reali.

c). Analiza prin probe de incarcare• Metoda se foloseste atunci cind din calcule rezulta un

coeficient de siguranta suficient de mare in raport cu valoareaefortului admisibil in sectiunea considerata a fi cea maisolicitata, astfel incit incarcarea suplimentara de proba sa nuconduca la degradari si mai mari.

• Experienta arata ca in cazurile obisnuite, unde shemelestatice luate in calcul sunt in concordanta cu realizarea efectivaa structurii, capacitatea portanta a constructiei este mai mare cucca. 20% decit cea rezultata din calcule. Explicatia rezida dinconlucrarea spatiala a structurii de rezistenta (de obiceicalculele considera structurile ca sisteme plane), caracterulneliniar al diagramei σ - ε, varianta neliniara a modulului deelasticitate E, considerat constant etc. Se mai semnaleaza sifaptul ca, in conformitate cu prevederile legale, calcululstructurilor de rezistenta ale constructiilor din lemn se face inmediul elastic, incarcarile utile normate nu sint si efective,adeseori elementele de rezistenta sunt supradimensionate etc.

• Analiza prin probe de incarcare permite concluzii corecte(reale) de apreciere a capacitatii portante structurale.

Estimarea reparatiilor necesare

• Dupa stabilirea cauzelor deteriorarii elementelor structuralesi verificarea capacitatii portante se poate trece la stabilireamasurilor pentru oprirea degradarilor prin interventii adecvatesau, dupa caz, evacuarea, demolarea constructiei etc.

• Decizia va fi luata in functie de factorii economici, dinconditii estetice sau de securitate a utilizatorilor. Daca analizafacuta arata ca rezistenta si stabilitatea constructiei se inscriu inparametrii de functionare a constructiei in conditii de siguranta,aceasta se pune sub observatie pentru a se constata dacadegradarea continua sau este stabilizata. Daca degradareacontinua, se va analiza din punct de vedere tehnic si economicsolutia optima:

- degradarea va fi lasata sa evolueze pina la stabilizare;- remedierea va fi efectuata imediat.

• In cazul in care degradarea este stabilizata se va analiza dacaprin aceasta este afectata capacitatea portanta si in ce proportiesau daca este afectat numai aspectul exterior, urmind a se luaapoi masurile de remediere care se impun.

• In cazul in care analiza arata ca rezistenta si stabilitateaconstructiei este afectata sau va fi iminent afectata, serecurge la una sau mai multe din urmatoarele masuri:

- consolidarea elementelor structurale, ansambluluistructural sau structurii in intregime;

- renuntarea partiala sau totala a exploatariiconstructiei;

- schimbarea destinatiei constructiei;- demolarea constructiei si postutilizarea materialelor.

• In general, in cazul in care cheltuielile necesare pentruefectuarea reparatiilor sunt sub 50% din valoarea lucrariiconsiderate noi, este eficient sa se faca aceste lucrari; incaz contrar este recomandabila demolarea saudezafectarea constructiei.

• In eventualitatea in care constructia reprezinta unmonument istoric sau este indispensabila unui procestehnologic cu implicatii importante, financiare sau de altanatura, repararea se va face indiferent de costuri.

Stabilirea si detalierea solutiei de remediere• Pentru stabilirea solutiei optime de remediere se va

urmari alegerea unui precedeu cit mai eficient din punct devedere al restabilirii capacitatii portante si stabilitatiiconstructiei la cel mai redus pret de cost.

• La alegerea masurii de remediere se va tine seama, inprincipal, de urmatorii factori:

- lucrarea trebuie sa se poata executa in timp scurt,fara a astepta sa devina urgenta, deoarece pe masura cestarea de degradare avanseaza, costul reparatiilor creste;

- in cazul unor degradari locale ale citorva elemente alestructurii se poate accepta numai remedierea acestora, dardaca degradarile sint extinse, afectind un numar mare deelemente structurale, se recomanda reparatii de ansamblu;

- analiza tehnico-economica va tine seama si deinfluenta costurilor intretinerii constructiei in exploatare,daca reparatiile se fac local, numai pentru citeva elementestructurale, cele mai afectate, sau se fac pentru ansamblulstructurii.

Calitatea lucrarilor de remediere• Principalele cauze ale degradarii structurii constructiilor din lemn

sunt erori sau neglijente in activitatea de proiectare si executie aacestora, precum si datorită intretinerii necorespunzatoare in perioadade exploatare.

• Lucrarile de remediere au menirea de a corecta si inlatura toateacesta cauze. In acest sens, lucrarile de remediere vor urmari cuacuratete:

- adoptarea unor solutii optime de remediere;- elaborarea cu competenta, de catre specialisti cu experienta in

domeniu, a proiectului lucrarilor de remediere, cu detalii de executieclare si fara echivoc si insotite de un proiect tehnologic de executie arealizarii lucrarilor de remediere riguros intocmit;

- executia va fi ingrijita, se vor utiliza muncitori de calificare inaltaiar calitatea manoperei va fi deosebita;

- se vor folosi in executie materiale de calitate superioara, inconformitate cu prevederile proiectului, precum si procedee, scule sidispozitive de punere in opera adecvate.

• Pentru asigurarea succesului lucrarilor de remediere o importantamajora va fi acordata indepartarii partilor structurale degradate,tratarea si dezinfectia insectofungica a constructiei (daca este cazul),asigurarea corecta a legaturilor de continuitate a elementelorstructurale.

• Se va da o atentie speciala controlului calitatii, incepind cu faza deproiectare si terminind cu receptia lucrarilor de remediere.

Rezerve de rezistenta ale constructiilor din lemn

• In general se poate constata ca o constructie deteriorata, a careicapacitate portanta este aparent mult afectata, prezinta de fapt orezerva de rezistenta mare in raport cu actiunile care o solicita.

• Aceasta stare de fapt se explica astfel:- calculul structural se face, de obicei, prin metode

(procedee) simplificate care conduc in mod evident la crestereasigurantei acestora in exploatare;

- elementele structurale sint calculate pentru incarcarimaxime care determina eforturi maxime numai in anumitesectiuni si situatii;

- incarcarile utile impuse de norme nu sint atinse in practicadecit partial;

Protectia curativa a constructiilor din lemn, elementelor si pieselor din lemn ale constructiilor

Tratamente de suprafataa). Pulverizarea mecanica – presupune existenta unui compresor si a

unor tije metalice destul de lungi pentru a ajunge in zone mai putin accesibile (de exemplu zona coamei la o sarpanta, colturi, dolii etc.). Metoda impune desprafuirea elementelor din lemn pe care urmeaza a se aplica prin pulverizare substantele insectofungicide si ignifuge. De obicei, se aplica prin pulverizare mai multe straturi de solutie. Substantele folosite fiind de regula toxice si uneori inflamabile, se vor lua masurile de protectie biologica a personalului si antiincendiu care se impun.

b). Aplicarea prin pensulare a substantelor insectofungicide si ignifuge este simpla, dar datorita productivitatii mici si imposibilitatii aplicarii eficiente in zone greu accesibile se foloseste numai pe scara limitata.

Tratamente de profunzimea). Metoda “forajului” care consta in forarea unor gauri cu diametrul

de 10 mm si avind adincimea de cca. 2/3 din grosimea piesei. Gaurile se practica la distanta de 30-60 cm una de alta in doua siruri paralele sau decalate. Cu ajutorul unui compresor si unor ace speciale se injecteaza in gauri pina la refuz substantele insectofungicide si ignifuge. In figura de mai jos se prezinta modul de realizare a acestei metode de tratament curativ al pieselor din lemn si efectele procedeului. Desigur, se va tine seama de slabirile sectiunii prin practicarea gaurilor, astfel incit procedeul va fi aplicat numai daca piesele din lemn supuse tratamentului permit aceste slabiri fara sa compromita rezistenta si stabilitatea elementului de constructie si a constructiei in ansamblu.

Tratamente de profunzimea). Metoda “forajului”

b) Metoda “injectiilor” (metoda Cobra) presupune practicarea de gauri in elemetele din lemn (in special în cele verticale – stâlpi ), cu ajutorul unui aparat special dotat cu un ac asemanator cu cel de seringa, dar evident cu diametrul mai mare. Infingerea acului se face cu ajutorul unui levier special. Instalatia este dotata si cu un rezervor cu substante insectofungicide si ignifuge care patrund in piesa din lemn, randamentul injectarilor fiind foarte mare, de pina la 25.000 injectii / 24 ore

c) Metoda Dolger-Wolman consta in aplicarea unor bandaje din pisla speciala plasate la anumite intervale pe inaltimea elementului vertical tratat Bandajele se imbiba cu substante insectofungicide si ignifuge care impregneaza apoi piesa din lemn intr-un interval calculat

d). Metoda tratamentului cu aer supraincalzit. Procedeul se foloseste pentru tratamentul insectofungicid general al sarpantelor de pod si mansardelor din lemn. Constatarea existentei larvelor de insecte se face in afara observatiilor directe si cu aparate speciale de ascultatDesigur, inaintea insuflarii aerului supraincalzit in zona podului sau mansardei acest spatiu se desprafuieste, se curata si se etanseaza

In figura de mai jos se prezinta modul in care actioneaza aerul supraincalzit in incintele din lemn supuse tratamentului. Durata de insuflare necesara pina la distrugerea completa a ciupercilor si larvelor de insecte depinde de temperatura aerului supraincalzit.

b). Metoda “injectiilor” c). Metoda Dolger-Wolman

d). Metoda tratamentului cu aer supraincalzit

- Modul in care actioneaza aerul supraincalzit in incintele din lemn supusetratamentului :

REPARAREA ŞI CONSOLIDAREA ELEMENTELOR STRUCTURALERepararea unor elemente structurale care nu este oportun a fi inlocuite

din motive tehnice, economice, estetice, arhitecturale sau artistic-istorice constituie o problema extrem de delicata care implica solutii tehnice ingenioase si adesea deosebit de costisitoare.

Repararea şi consolidarea capetelor de grinziZonele cele mai expuse degradării, în cazul elementelor structurale, sunt cele aflate în locuri slab ventilate, capetele de grinzi încastrate în zidărie de cărămidă neprotejate corespunzător fiind tipice din acest punct de vedere. Capetele de grinzi putrezite se înlătură şi apoi grinzile se repară prin diferite metode.Repararea se poate se poate face cu ajutorul unor eclise laterale din scânduri bătute în cuie sau cupoane de oţel “U” sau cu o construcţie din bare şi şaibe sudate din oţel

Repararea si consolidarea capetelor de grinzi

Solutii moderne de inlocuire apeleaza la folosirea materialelornetraditionale. Astfel, solidarizarea segmentului nou cu elementul care serepara se poate face prin injectarea de rasini epoxidice armate cu fibre dinsticla in orificii practicate in cele doua elemente de imbinat, dupa schemebine stabilite, prin calcul, de la caz la caz.

Lipsa protectiei contra agresiunilor insectofungice si contraumiditatii, lipsa ventilarii acestor locasuri precum si vechimea acestorelemente de constructie sint factorii cei mai incisivi care contribuie ladegradarea elementelor structurale de acest tip.

Repararea si consolidarea elementelor comprimate (stilpi, piloti, diagonale si montanti ale fermelor etc.)

In functie de solutia de remediere adoptata, se poate inlocuielementul degradat, repara sau consolida.

• In cazul stilpilor, pentru realizarea operatiei deinlocuire sau reparare se impune descarcarea provizorie aconstructiei pe portiunea aferenta stalpului care urmeaza ase consolida. Se folosesc in acest scop sprijiniri provizorii,de regula din popi metalici reglabili, numarul si pozitia lorstabilindu-se de la caz la caz.

• In cazul stilpilor puternic solicitati la compresiune potinterveni situatii de pierdere a stabilitatii (aparitia sicresterea deformatiilor transversale) ca urmare asupraincarcarilor sau a reducerii rigiditatii.

• Daca sageata se inscrie in limitele admisibile (f < L /200), consolidarea se poate face fara indreptarea loranterioara, prin dispunerea pe ambele fete a unor eclisefixate prin cuie sau buloane.

Numarul legaturilor de imbinare (cuie, buloane) in cazul solicitarii la compresiune cu flambaj sau la compresiune cu incovoiere se stabileste prin calcul tinind seama de eforturile de lunecare.

În cazul stâlpilor obşnuiţi, pentru realizarea operaţieide înlocuire sau reparare se impune descărcarea provizorie aconstrucţiei pe porţiunea aferentă stâlpului care urmează a seconsolida. În cazul degradării parţiale (capătul superior,inferior sau o portiune mediană putrezite) se poate faceînlocuirea părţii degradate cu segmente de lemn sănătos.Extremităţile degradate ale lemnului afectat se înlătură printăieturi transversale executate la 90o, astfel încât să seasigure un contact perfect, pe toată suprafaţa între pieseleînnădite. Eclisele şi buloanele de înnădire trebuie să poatăprelua 0,3-0,5 din încărcarea axială care solicită stâlpul.

În unele situaţii se impune în prealabil reaxarea(îndreptarea, aducerea la verticală) a stâlpului cu ajutorulunor juguri metalice sau prese mecanice sau hidraulice,pentru prevenirea eforturilor suplimentare care, crescând întimp, pot duce la situaţii periculoase pentru elementul deconstrucţie afectat şi pentru construcţie în ansamblu.

Repararea si consolidarea elementelor comprimate

Repararea şi consolidarea elementelor întinse

Consolidarea acestor elemente se poate face prin eclise metalice sau din lemn dispuse simetric şi fixate cu buloane sau cu juguri din oţel.

In cazul elementelor puternic solicitate la intindere, prezenta nodurilor sau crapaturilor determina slabirea sectiunilor si aparitia concentrarilor de tensiuni care pot conduce la eforturi sectionale mai mari decit cele admise.

În măsura posibilului, găurile pentru buloane este bine să coincidă cu găurile existente în elementul care se consolidează pentru a evita noi perforaţii care slăbesc secţiunea.

Repararea si consolidarea elementelor intinse

In general, repararea si consolidarea elementelor intinse este dificila,deoarece presupune slabirea piesei care trebuie reparata datoritagaurilor practicate pentru solidarizarea acesteia cu eclisele saujugurile folosite.De aceea, de cate ori este posibil, elementele intinse din lemn se vorinlocui cu elemente noi, sanatoase, din lemn sau cu elemente dinmetal.

Repararea si consolidarea elementelor incovoiate (grinzi)

• Ponderea elementelor structurale ale constructiilor dinlemn solicitate la incovoiere este foarte mare, de aceearepararea si consolidarea acestor elemente este foarteimportanta si modalitatile de realizare a acestor remedierisunt foarte diverse.

• Planseele ca subansamble structurale orizontale,trebuie sa asigure preluarea si transmiterea incarcarilor laelementele structurale verticale, iar prin intermediullegaturilor de conlucrare realizate pe contur cusubansamblele structurii verticale trebuie sa asigurestabilitatea si rigiditatea ansamblului structural la preluareaincarcarilor orizontale. In aceste conditii, problemafundamentala pentru plansee consta in asigurareacapacitatii portante si rigiditatii necesare la preluareaincarcarilor verticale si realizarea unor legaturi stabile sirigide cu peretii de rezistenta (interiori si exteriori).

Capacitatea portanta si rigiditatea necesare la preluareaincarcarilor verticale se asigura prin evaluarea corecta aincarcarilor, stabilirea unei distante corespunzatoare intre grinzi,dimensionarea eficienta a sectiunii elementelor structurale, iarpentru asigurarea conlucrarii planseelor cu peretii de rezistenta,asigurarea unei dispuneri corespunzatoare a grinzilor pe douadirectii in plan si conlucrarea acestora cu peretii prin intermediulunor ancore metalice. In cazul cladirilor etajate, pentru realizareaefectului de saiba rigida in planul ei (al planseului), se impunerigidizarea grinzilor intre ele pe toata latimea planseului.

• Lucrarile de reparatii a planseelor presupun fie inlocuireaelementelor degradate, fie numai inlaturarea partilor degradateale acestora si inlocuirea cu elemente sanatoase, concomitentcu consolidarea elementului structural reabilitat, sau dupa caz, aplanseului in ansamblu. In ambele situatii, inainte de inceperealucrarilor planseul care urmeaza a fi reabilitat se descarcaprovizoriu pe stalpi, esafodaje, etc.

• Daca se constata ca au aparut fenomene de putrezire aelementelor structurale sau nestructurale, se verifica minutiostoate zonele planseului si se indeparteaza cu grija partile atinsede putregai, deoarece portiunile netratate sint atacate usor deciuperci.

Datorită ponderii foarte mare a elementelor încovoiate, se evidentiaza modalităţi foarte diverse de realizare a remedieriloracestora:

În cazul unor deteriorări importante ale planşeelor se impune înlocuirea lor în întregime, cu excepţia cazurilor în care din motive arhitectural-patrimoniale acest lucru nu se admite.

Grinzile care lucrează la încovoiere şi prezintă defecte în zona cu moment maxim pot fi eclisate cu eclise metalice sau de lemn dacă acest lucru nu creează disconfort estetic sau functional.

Eclisarea în câmp conduce cu greu la obţinerea rezistenţei necesare, deoarece slăbirile datorate găurilor pentru buloanele de prindere a ecliselor nu permite aceasta. Soluţia constă în folosirea unor eclise lungi.

O altă posibilitate de remediere a unor astfel de grinzi este dublarea cu profile metalice capabile să preia parţial sau integral solicitările la care sunt supuse acestea

O soluţie eficientă este suspendarea lor cu juguri de alte elemente portante care permit aceasta sau, de asemenea, dacă acest lucru se poate accepta, prevederea unor elemente portante verticale (stâlpi) în zona afectată şi a unei subgrinzi cu caracter definitiv.

In fine, se pot adopta solutii de consolidare a grinzii pe toata lungimea ei prin structuri din otel special concepute. Una dintre cele mai simple consta in aplicarea unei platbande longitudinale pe intradosul grinzii, legata de aceasta cu scoabe infipte la partea superioara si montate la 45 de grade care transmit

astfel la extradosul grinzii fortele de tractiune

Repararea si consolidarea elementelor incovoiate

Repararea si consolidarea elementelor incovoiate

Repararea si consolidarea elementelor incovoiate

Repararea si consolidarea elementelor structurale ale acoperisurilor

• Acoperisurile cu structura de rezistenta din lemn suntrealizate intr-o varietate mare de tipuri constructive si deschideridin cele mai diverse, mergind pina la cele foarte mari, chiarpeste 100m.

• La constructiile civile, in special cele de locuit, structura derezistenta a acoperisurilor din lemn este sub forma unorsarpante, cele mai frecvente fiind cele pe scaune. Elementelecare se degradeaza frecvent la acest tip de sarpante sunt:astereala, capriorii (cel mai adesea la streasina) si panele. Incazul panelor si capriorilor, foarte adesea sagetile efectivedepasesc sagetile admisibile.

• O solutie simpla de consolidare a elementelor degradateeste dublarea acestora cu elemente sanatoase din lemn.

• La constructiile industriale si agrozootehnice se realizeaza,de obicei, structuri de rezistenta ale acoperisurilor din grinzi cuinima plina din scanduri incrucisate batute in cuie, fermetriunghiulare sau trapezoidale (grinzi cu zabrele cu talpasuperioarea dreapta sau curba, realizate din lemn sau lemn simetal), cadre sau arce cu trei articulatii etc.