LEMNUL ÎNCLEIAT – ALTERNATIVA PERFORMANTĂ

DUMITRU VASILE MOLDOVAN1)

Îndrumător , Prof. Dr. Ing. Horia Andreica2)

Îndrumător , Asist. Ing. Adrian Berindean2)

Rezumat

Lucrarea îşi propune să realizeze o scurtă incursiune în problematica lemnului încleiat abordând chestiuni generale precum : criterii de selecţie a aditivilor utilizaţi , criterii de realizare a îmbinărilor încleiate , particularităţi constructive . Se prezentă un studiu al comportării unei grinzi de lemn încleiat cu deschiderea de 15 m , realizată in colaborare cu facultatea noastră .

Prin modalităţile de realizare , prin comportarea sa performantă si nu în ultimul rând prin aspectul estetic deosebit , lemnul încleiat se impune ca o variantă fiabilă pentru realizarea unor elemente de construcţie care acoperă deschideri mari , îndeplinind exigenţele de rezistenţă şi arhitecturale ale unei game largi de construcţii . În viitorul apropiat se estimează o explozie a utilizării si pe piaţa românească , în domeniul construcţiilor civile , industriale sau agrozootehnice .

1. Introducere

Lemnul a constituit din cele mai vechi timpuri un material de bază în orice construcţie , începând cu cele de mică amploare care se realizau integral din lemn şi continuând cu cele care atingeau dimensiuni impresionante şi prezentau o concepţie arhitectonică deosebită în cadrul cărora lemnul juca numai un rol secundar .

Odată cu apariţia unor noi materiale de construcţii precum oţelul sau betonul , lemnul a fost aruncat într-un nemeritat con de umbră . Evident , exigenţele de rezistenţă ale acestor materiale nu vor putea fii egalate de lemn , care prin însăşi natura sa organică prezintă o serie de dezavantaje . Dar , tehnologia actuală permite ca pentru o largă varietate de construcţii lemnul să se dovedească sub toate criteriile de analiză , fie ele economice sau estetice , alegerea cea mai potrivită .

1) Student anul IV , Secţia Construcţii Civile , Industriale şi Agricole , Facultatea de Construcţii şi Instalaţii , Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.2) Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

Binemeritata revitalizare a utilizării acestui material de construcţie a devenit realitate odată cu utilizarea adezivilor la realizarea elementelor de construcţii din lemn încleiat . Până la începutul secolului al XX - lea , s-au utilizat adezivii naturali , care nu au permis realizarea unor elementele structurale în maniera îmbinării unor pachete de scânduri sau dulapi . Aceştia au fost înlocuiţi după 1930 cu aditivii sintetici obţinuţi în industria chimică . Printre aceştia se remarcă adezivii sintetici de tipul fenolformaldehidic , rezocinoformaldehidic , melaminoformaldehidic .

2. Caracteristici ale îmbinărilor încleiate

2.1 Generalităţi

Îmbinările încleiate lucrează , în general , la forfecare în lungul rosturilor încleiate , fără împingeri transversale . Se asigură astfel o comportare monolită a pieselor şi se înlătură posibilitatea deformaţiilor independente ale pieselor componente .

Elementele din lemn încleiat executate raţional au proprietăţi elastice şi mecanice superioare elementelor realizate din lemn obişnuit . Sporul de rezistenţă se realizează pe seama unei dispuneri corecte a materialului lemnos de diferite clase de calitate ( I ; II ; III ) în alcătuirea secţiunii transversale permiţând folosirea pieselor cu secţiuni mici pentru alcătuirea elementelor cu secţiuni mari .

Elementele de construcţie lemn încleiat se realizează numai din lemn ecarisat . Tipurile de elemente de construcţie încleiate pot fi foarte variate : grinzi drepte sau curbe , arce , cadre , ferme etc.2.2 Date constructive

Îmbinările încleiate de prelungire se realizează in următoarele moduri :- cap la cap - pe suprafeţe teşite - în formă de dinţi sau dinţi panăÎmbinările încleiate în noduri se pot realiza prin intermediul unor şaibe metalice .Îmbinările cap la cap se folosesc la elementele comprimate şi în zona comprimată a

acestora , precum şi în zona centrală , slab solicitată .

Îmbinările pe suprafeţe teşite sau în dinţi pană se folosesc în zonele întinse şi pentru elementele întinse .

Într-o singură secţiune transversală a unui element de construcţie realizat prin încleiere, numărul scândurilor sau dulapilor întrerupţi va fi de 1 / 4din secţiune .

Lungimea minimă a scândurilor sau dulapilor din pachetul care alcătuieşte elementul de construcţie realizat prin încleiere se recomandă de 2,50 m , iar grosimea acestora de cel mult 50 mm la elementele liniare şi cel mult 1 / 300 din raza de curbură la elementele curbe .

Îmbinarea pe suprafeţe teşite se face pe 0,10 - 0,15 din înălţimea secţiunii ( h ) , în zona întinsă a elementelor liniare , panta teşiturii fiind de 1 / 10 , iar la elementele curbe ( arce ) îmbinarea pe suprafeţe teşite se face atât în zona întinsă cât şi în zona comprimată a acestora , panta teşiturii fiind de 1/6. La elementele curbe ( arce ) având R / a >300 ,

îmbinarea se va face în dinţi pană pe o adâncime de 0,10 h atât în zona întinsă cât şi în zona comprimată ( R este raza de curbură iar a grosimea scândurii sau dulapului ).

Distanţa minimă dintre două îmbinări cap la cap învecinate ( pe rânduri succesive în pachet ) este de 20 a ; distanţa similară dintre două îmbinări pe suprafeţe teşite este demin 10a .

Aşezarea scândurilor sau dulapilor în secţiunea elementelor încleiate se va face astfel încât inelele anuale să fie în acelaşi sens , spre a se evita solicitarea cleiului la întindere datorită contragerii şi umflării lemnului .

Lăţimea maximă a secţiunii elementelor din lemn încleiat realizate dintr-o singură piesă ( scândură sau dulap ) se recomandă 14 cm ; peste această lăţime , secţiunea este bine să se realizeze din două sau mai multe piese suprapuse în rânduri succesive , prin ţesere.2.3 Figuri explicative

Fig. 1 : Îmbinarea pieselor din cherestea în elemente şi structuri încleiate :a. îmbinare cap la cap;b. îmbinare pe suprafeţe teşite;c. îmbinare în formă de dinţi;d. îmbinare în formă de dinţi pană

Fig. 2 : Modul de ţesere în lăţime şi pe înălţime a pieselor în cazul elementelor încleiate cu lăţimea secţiunii transversale > 14 cm

Fig. 3 : Modul de realizare a pachetelor de scânduri încleiate cu aşezarea alternantă( incorectă ) a inelelor anuale şi aşezarea convergentă ( corectă ) a inelelor anuale

Fig. 4 : Modul de dispunere a cherestelei de calităţi diferite pe înălţimea secţiunii transversale în cazul elementelor solicitate la încovoiere

Fig. 5 : Recomandări privind îmbinarea scândurilor pe înălţimea secţiunii transversale şi în lungul elementelor încovoiate ( sus – la grinzi ; jos – la arce )

Fig. 6 : Alcătuirea constructivă a elementelor încleiate şi dispunerea cherestelei de diferite categorii de calitate , în funcţie de natura solicitării

Fig. 7 : Îmbinări cu şaibe metalice încleiate :a. îmbinare de prelungireb. îmbinare de nod1 – eclise2 – şuruburi de lemn3 – şaibe ( plăcuţe )

3. Realizarea şi testarea unei grinzi de lemn încleiat cu deschiderea de 15 m

3.1 Generalităţi

Grinda are rezultate din calcul următoarele dimensiuni :- secţiune : 30 m x 100 cm- lungime : 15 m- îmbinările de prelungire s-au făcut prin dinţi pană .Încercările s-au realizat pe două tipuri de epruvete :- epruvete realizate din materialul folosit ( scânduri )- epruvete realizate din piese încleiateRezultatele încercărilor efectuate au scos în evidenţă următoarele:

- rezistenţa la încovoiere a lemnului brut este superioară rezistenţei de calcul la încovoiere pentru piese din categoria I de calitate de 24,0 N/mm2 conform Normativului NP 005 - 96 ;- rezistenţa la compresiune în lungul fibrelor a lemnului brut este superioară rezistenţei de calcul la compresiune în lungul fibrelor pentru piesele de categoria I de calitate de 15,0 N/mm2 conform Normativului NP 005 - 96 ;- rezistenţa la încovoiere a lemnului încleiat este superioara rezistenţei de calcul la încovoiere pentru piese din categoria I de calitate de 24,0 N/mm2 conform Normativului NP 005 - 96 ;- rezistenţa la compresiune în lungul fibrelor a lemnului încleiat este superioară rezistenţei de calcul la compresiune în lungul fibrelor pentru piesele din categoria I de calitate de 15,0 N/mm2 conform Normativului NP 005 - 96 ;- rezistenţa la forfecare a zonelor încleiate este superioară rezistenţei lemnului la forfecare în lungul fibrelor pentru piesele din categoria I de calitate de 3,0 N/mm2 conform Normativului NP 005 – 96 .

3.2 Determinarea săgeţii efectiveDupă realizarea grinzii încleiate s-a testat săgeata efectivă . Grinda a fost încărcată cu

forţe concentrate dispuse la distanţe egale cu 100 cm. Încărcarea s-a efectuat in cinci trepte:

treapta 1: încărcare totala de 2448 daN fef= 4,00 mmdupă 5 minute fef= 4,00 mm

treapta 2: încărcare totala de 4896 daN fef=10,10 mmtreapta 3: încărcare totala de 6480 daN fef=13,80 mm

după 5 minute fef=18,00 mmtreapta 4: încărcare totala de 8424 daN fef=20,00 mmtreapta 5: încărcare totală de 9720 daN fef=23,80 mm

după 30 de minute fef=24,50 mm

Datele obţinute au fost sistematizate sub forma unui grafic , prezentat în figura următoare :

Sageata efectiva sub actiunea incarcarii in trepte

0,0

2448,0 2448,0

4896,0

6480,0 6480,0

8424,0

9720,0 9720,0

0 4,00 4,00 10,10 13,80 18,00 20,00 23,80 24,50

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

f [mm]

F [daN]

Incarcarea

Sageata

Incarcarea 0 2448,002448,004896,006480,006480,008424,009720,009720,00

Sageata 0 4,00 4,00 10,10 13,80 18,00 20,00 23,80 24,50

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3.3 Concluzii

În urma acestui studiul s-au desprins următoarele concluzii :

1 ) Îmbinările încleiate ale pieselor din lemn sunt superioare tuturor tipurilor de îmbinări deoarece rosturile încleiate sunt practic absolut rigide, în acest fel fiind împiedecate complet deformaţiile independente ale pieselor îmbinate ( scânduri, dulapi, rigle, etc. ) astfel încât elementele structurale realizate prin încleiere se comportă ca elemente monolite din lemn, dar având caracteristici fizico-mecanice superioare comparativ cu elemente structurale analoge realizate din lemn masiv. Sporul de rezistentă al elementelor structurale realizate din lemn încleiat se realizează prin dispunerea judicioasă pe înălţimea secţiunii transversale a materialului lemnos având diferite categorii de calitate – în zonele puternic solicitate material de calitate superioară , iar în zonele mai slab solicitate , material de calitate inferioară.

2 ) Elementele de construcţii structurale se realizează numai din lemn ecarisat , în special de răşinoase. Realizarea încleierii lemnului de foioase este mai dificilă si nu se justifică tehnico-economic decât în situaţii speciale ( reabilitarea unor structuri realizate din lemn încleiat de foioase , cereri exprese ale proiectantului sau beneficiarului, etc. ) . Lemnul folosit trebuie să fie cu umiditatea între 8 - 15% ; pentru lemnul tratat cu produse de protecţie în

masă se admite o umiditate de 11 18% ; ( se admite o abatere a umidităţii lamelelor din acelaşi element structural de 3% ) . Lemnul de foioase se admite numai dacă se iau măsuri de protecţie împotriva biodegradării si se creează un regim special de încleiere .

3 ) Elementele structurale din lemn lamelar încleiat se pot realiza cu lamelele aşezate orizontal si cu lamelele aşezate vertical. Secţiunile având lăţimea mai mare de 14 cm, cu lamelele aşezate orizontal, se realizează prin ţeserea pieselor din lemn ecarisat în asize. Piesele din lemn se amplasează în ansamblul elementului structural cu inelele anuale convergente , astfel încât în rostul încleiat să apară numai eforturi de lunecare .

4 ) Avantajul esenţial al utilizării îmbinărilor încleiate în construcţiile din lemn constă în posibilitatea realizării unor secţiuni si lungimi ( deschideri ) mari ale elementelor structurale utilizând piese de lemn ecarisat cu secţiuni si lungimi mici . Forma si dimensiunile transversale ale secţiunii transversale, teoretic nelimitate, pot fi realizate în aşa fel încât să corespundă cât mai bine naturii si distribuţiei tensiunilor rezultate în urma solicitărilor specifice . Elementele structurale masive din lemn încleiat au şi o rezistentă mai bună la foc . Prin extrapolare , se poate afirma că realizarea lemnului încleiat reprezintă pentru construcţiile din lemn ceea ce reprezintă îmbinările prin sudură pentru construcţiile metalice.

5 ) Adezivul trebuie ales în funcţie de specia de lemn utilizată, de condiţiile climatice, eventual de produsele de protecţie insectofungicide si ignifuge utilizate, precum si de procesul de fabricaţie.

6 ) Depozitarea elementelor structurale încleiate trebuie să se facă în anumite condiţii de temperatură si umiditate . În timpul perioadei de depozitare se realizează maturarea, adică desăvârşirea în timp a prizei cleiului . În perioada de depozitare se va asigura climatizarea elementelor structurale încleiate în condiţii de umiditate si temperatură cât mai apropiate de cele din exploatare, în vederea echilibrării complete a tensiunilor interioare.

Prin urmare recomandăm utilizarea îmbinărilor din lemn încleiat pentru o gamă largă de construcţii în domeniul construcţiilor civile , industriale sau agrozootehnice . Varianta propusă se impune prin economicitate , îndeplinirea exigenţele de rezistenţă şi de arhitectură şi nu în ultimul rând prin varietatea formelor de realizare concretă .