Curs lemn 3.pdf
-
Upload
adrianmesteru -
Category
Documents
-
view
219 -
download
0
Transcript of 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
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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.
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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;
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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.
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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).
-
7/29/2019 Curs lemn 3.pdf
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.