,!,;: '

Cu privire la rezistentele caracteristice qi de calcul ale lemnului utilizat instructuri de constructii

Prof.dr.ing. Dogaru Victor

Proiectarea gi reabilitarea structurilor din lemn presupune, in primul rdnd,cunoaqterea rezistenlelor caracteristice qi de calcul ale lemnului.

In continuare se procedeazdla calculele bazate pe:- sistemul de verificare a secfiunilor, cAnd se impune prin proiectare;- sistemul de dimensionare a secfiunilor, cAnd prin proiectare se determind

secliunile minime.Prezenta lucrare are ca scop de a prezenta o sintezd a datelor referitoare la

rezistentele caracteristice qi de calcul ale lemnului, pentru u$urarea gi simplifi careaproiectdrii structurilor din lemn. Aceste date se vor prezenta ?n sisternul normelor deproiectare NP005-03 gi in sistemul european ETIROCODE 5.

Rezistenlele caracteristice si de calcul ale lemnului masiv (natural)Valorile caracteristice ale rezistenlelor lemnului masiv se determind

func{ia de distribulie normald gi luAnd in considerare o valoare minimd (Rexclude 5% dinvalorile inferioare dintr-o mullime determinatd experimental.

Determinarea rezistenlelor caracteristice ale lernnului natural seurm[toarele etape:

aplic6nd

s,65) care

face in

1. Determinarea rezistenlelor caracteristice ale lernnului ideal, ffiri. defecte,pentru umiditatea de echilibru de 12% Si durata de acliune aincdrcdrilor decel mult 3 minute (tabelul 1).

OB S : Pentru lemnul rotund rezistenfele caracteristice specificate in tabel se vor maj ora cu 15%o

indiferent de specie, deoarece in acest caz lipsesc iegirile pe muchii ale fibrelor tliateladebitare.

alleRTabelul 1.

ezrstentele caractenstrce ale lemnulur masiv ideal lNimm

Natura solicitirii Molid, brad,larice, pin Plop

Stejar,gorun, cer,

salcdm

Fago mestea-

cin, frasin,carpen

Incovoiere staticd 48.0 40.0 80.0 90.0Intindere ?n lungui fibrelor 48.0 70.0 75,0 93.0Compresiune in lungul fibrelor 25.0 23.0 33.0 40.0Compresiune in plan normal pedirectia fibrelor

4.1 4.0 13.0 14.a

Forfecare in lungul fibrelor 3.8 3.4 8.0 6.2

Forfecare in plan normal pedirectia fibrelor

15.0 13.0 30.0 20.0

2. Corectarea rezistentelor lemnului ideal cu influenta eventualelor defecteadmise qi gradul de influenli a lor asupra cornportdrii la diferite solicitiri(tubelul 2).

Coeficienlii care introduc influenfa defectelor s-au luat in considerare cu valorile:0,3 - pentru solicitarea de intindere in lugul fibrelor0,5 - pentru solicitarea de incovoiere static[0,6 - pentru solicitarea de compresiune in lungul fibrelor0,8 - pentru solicit[rile de compresiune in plan normal pe direclia fibrelor,

forfecare in lungul fibrelor qi forfecare in plan nonnal pe direcliafibrelor.

Aceqti coeficienfi s-au aplicat rezistenlelor caracteristice ale iemnului ideal(tab.l.) stabilindu-se rezistentele caracteristice pentru lemnul natural din clasa(categoria) I.

Pentru lemnul din clasele (categoriile) II gi III, reducerile rezistenlelormecanice fa16 de cele ale lemnului din clasa I sunt de 10. ..40oA, respectiv 60...70oA,in funclie de solicitdri.

Calitatea lemnului masiv utihzatin construc{ii este stabilitd prin STAS 857-83.Astfel piesele gi elementele de construclii din lemn se clasificd dupd destinalie inraport cu natura gi mdrimea solicitirii la care sunt supuse astfel:

I a) Elemente supuse la intindere sau intindere de incovoiere, a cdror effortunitar depdgegte 70o/o dinvaloarea rezistenlei admisibile la aceste solicitdri.

II a) Piese supuse la compresiune qi incovoiereb) Piese supuse la intindere qi intindere din incovoiere a c5ror efort unitar

reprezintd maximum 7A% dinrezistenfa admisibilS la aceste solicitdri.m Elemente supuse la incdrcdri accidentale, de exemplu astereal6., lucrdri

auxiliare, piese a c5.ror deteriorarhu pericliteazd,reiistenla gi stabilitateaconstrucliei

Condifiile de admisibilitate ale defectelor gi anomaliilor lemnului pentrucategoriile I, II, III pentru cherestea gi lerhn rotund sunt stabilite de STAS 857-83.

3. Luarea in calcul a diferililor coeficienli de siguranfd.Ca urmare rezistenlele de calcul Ri ale diferitelor specii de lemn masiv, ladiferite solicitdri se determind, conform normei NP 005 - 03, cu relalia:

Rf : ry,, .nto, .R,ly,

in care:R1- rezistenfele caracteristice ale lemnului masiv (natural) din tabelul 2.ffiui - coeficient ce line seama de condiliile de lucm in funclie de solicitare gi de

clasele de exploatare a elementelor de construclie din lemn care se proiecteazl,(tabelul 3).

Inoi - coeficient al condiliilor de lucru, stabilit in funclie de durata de actiune a

incdrcdrilor (tabelul 4)

|; - coeficientparlial de siguranld",in funclie de tipul solicitdrilor (tab.5).

Rezistentele

Obs: Lemnul ce se inscrie in clasa III de calitate nu va fi folosit larealizwea elementelor struciuiatedecAt in cazul unirsolicitiri foarte reduse.

Tabelul 2.ezrstentele caracteristice a e lemnului natural (N/mm

l.rO

zNatura

solicitlrii a

Molid, brad,larice. nin

Plop, salcie,arin

Stejar, gorun,cer. salcAm

Fag, mesteacln,frasin, carpen

Clasa (categoria) de caiitateI iI m I I ilI I iI ilI I I ili

IIncovoierestaticd R1

24.0 16.8 9.6 20.0 14.0 8.0 40.0 28.0 16.0 4s.0 31.5 18.0

2 Intindere inlunsul fibrelor

& 14.4 8.6 4.3 2r.0 12.6 6.3 22.5 13.5 6.8 27.9 16.7 8.4

1J Compresiune iniuneul fibrelor

Rr,, 15.0 12.0 4.5 r 3.8 1 1.0 4.1 19.8 15.8 5.9 24.0 19.2 7.2

A.+ Compresiune ?n

plan normal pedirectia hbrelor

R.r 3.3 3.0 2.9 10.4 9.4 IT.2 10.0

5 Forfecare inlungul fibrelor

Rrrl 3.0 2.7 2.7 2.5 6.4 5.7 5.0 4.5

6 Forfecare inplan normal

Rrr 12.0 10.8 10.4 9.4 24.0 21.6 16.0 14.4

Tabelul 3.alorlle coenclen or I or de lucru mu

Solicitarea Simtrol EsentaValorile coeficientului mu;pentru clasa de exploatare

1 2 3

Incovoiere staticl IIluiR5s noase

1,00 0,90

0,75Fo oLse

Intindere in lungul fibrelor III uiRdsinoase

0,90Foioase

Compresiune in lungul fibrelor IllucitRd$inoase 0,75Foioase 0,70

Compresiune in plan normal pe direcliafibrelor

IIluflR[sinoase

0,70Foioase

Forfecare in lungul fibrelor tlluf1;Rdsinoase

0,80Foioase

Forfecare in plan normal pe direclia fibrelor IIluf!Risinoase

0,80Foioase

Modulul de elasticitate la incovoiere staticd IIIuBRisinoase

0,90Foioase

OBS:Clasa 1 de exploatare: caracterizatd, prin urniditatea conlinutd de materialul lerrnos corespunz[toare

unei temperaturi 0 : 20 + 20C Si a unei Lrmiditdli relative a aerului de < 65Yo (umiditatea de eclrilibru este deaprox 12o/o).

Clasa 2 de exploatare: caracterizatd prin urniditatea conlinut6 de rnaterialul lemnos corespunzdtoareunei temperaturi 0 :20 L 20C gi a unei urliditdli relative a aerului de < 80% (urniditatea de echilibru este de

aprox 18%).Clasa 3 de exploatar'e: caracterizatd prin Luniditatea conlinutd de rnaterialul lemnos superioard celei

din clasa 2 de exploatare.Obs:

R6ginoase : molid, brad, larice, pinFoioase moi: plopFoioase tari: steiar, gorun, cer, salcAtn, fag, mesteacS.n, frasin, carpen.

Tabelul 4.

Valorile coeficientului de lucru m61 in funcfie de durata incdrcirilor

Solicitarea Clasa de durati a

incircdrilor Simbol

Valorilecoeficientului m6;

pentru esentaRS.ginoase,

foioasemoi

Foioasetari

Incovoiere staticdforfecare

Permanente

IIlai0,55 0,60

Lungd durati 0,65 0,70Scurtd duratd 1,00

CompresiunePermanente

IIldc

0,90 0,85Lungd duratd 0,85 0,90Scurtd duratd 1,00

IntinderePermanente

IIloi0.90 0,95

Luned duratd 0,95 1,00Scurtd duratd

IIIOe1,00

Modulul de elasticitate Toate clasele 1,00

OBS:Incbrcdri permanente: incircarea se aplic[ in mod continuu, cu o intensitate

practic constantd in raport cu timpul, cu durata de aclionare asupra elementelorde construclie intre 10 gi 50 ani (ia limiti pe intraga duratS de via!6, aconstrucfiei).

Incdrcdri de lungi durat6: durata cumulat[ de aclionare asupra elementelorde construclie intre 7 zile gi 10 ani (de exemplu incdrcarea din zdpadd., din vAnt,din incdrcdri utile).

IncS.rcdri de scurtl durat6: ac[ioneazd asupra elementelor de constructiemai pufin de 7 zlIe consecutive sau cumulate pe durata de viald a construcliei(de exemplu inc[rciri din vdnt sau zdpad6, cu intensitdli de vArf din seisme,gocuri, etc).

Obs:In norma canadiand tl16 ?re vaioriie:- 0,65 pentru acfiuni cu duratd continud (permanente)- 1,00 pentru acliuni cu duratl normalS (standard)- I,15 pentru acliuni de scurti duratd

Solicitarea Simbol Valorilecoeficientilor y;

Incovoiere Yi 1,10

i ,. , - in sectiuni fdrd slibirir hTr6 AAF^

Yir,20

- in sectiuni cu sl[biri r,40Compresiune in lungul fibrelor qi perpendicular pedirec{ia fibrelor 1,25

Forfecare in lungul - unilateraldfibrelor - bit"t.."le Yrrt

r,251,10

Forfecare in plan normal pe direclia fibreior Yrr 1,10

OBS:Valorile coeficienlilor parfiaii de sigurantd au fost stabili{i pe baza testdrilor

numerice efectuate.In normele strdine aceqti coeficienli sunt definili astfel:1. - Norma canadiand CAN/CSA 086.1 - M 89 coeficienlii parliaii de

siguranld care afecteazd. capacitatBa portantd a elernentului de lemn, suntdispugi in relalia de calcul la numdrdtor avAnd urmitoarele valori:

0,9 - pentru solicitarea de incovoiere, lunecare, compresiune oblici qide intindere in lungul fibrelor;

0,8 - pentru . solicitbrile de compresiune in lungul fibrelor gi de

compresiune perpendicular pe direclia fibrelor.2. -InEurocode nr. 5 (Draft 1991), coeficienlii parliali de siguranld intervin

in relalia de stabilire a capacitdlii portante la nurnitor, ca gi in prezentanormd gi au valorile:

2.1. pentru stlrile iimitd ultime:- incani combinaliilor fundamentale de incdrcdri........... 1,30

- in cantl combinaliilor accidentale de incdrcdri . . . ... 1,002.2. perftru stirile limitd ale exploatirii nonnale 1,00

Tabelul 5.Valorile coeficientului parfial de siguranp S;

I

Rezisteniele de\calcul ale lemnului dupb EUROCODE 5 se determind cu relatia:

R*: K,no6 .R tyt

R - rezistenlele caracteristice in funclie de specia qi calitatea lemnului (tab. 6,7 gi 8)Kroa - coeficient ce line seama de varia[ia rezistenlei cu durata de incdrcare qi cuurniditatea elementului (tab. 9).yy - coeficient de siguranfd.

Rezistenlele caracteristice sunt:

2Tabelul 6

inoase. N/mrn

Solicitarea Clase de calitatect4 c16 c18 c22 c24 c27 c30 c3s c40

Incovoiere T4 16 18 22 24 27 30 35 40Intindere paraleldcu fibrele 8 10 ti 13 t4 16 18 21 24

Intindere perpen-dicuiard pe fibre

0,3 0,3 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4 4,4 0,4

CompresiuneparalelS cu fibrele

T6 L7 18 20 2L 22 ZJ 25 26

Compresiune per-pendiculard pe fibre

4,3 4,6 4,8 5,1 5,3 5,6 5,7 6,0 6,3

Forfecare r,7 1,8 2.0 2,4 )\ 2,8 3,0 3,4 3,8

Tabelul 7Rezistentele caracteristice" foi rase. N/mm

Solicitarea Clase de calitateD30 D3s D40 Ds0 D60 D70

Incovoiere 30 35 40 50 60 70Intindere paraleld cufibrele 18 21 24 30 36 42

Intindere perpendicuiar5pe fibre 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,9

Compresiune paraleld cufibrele /.) 25 26 29 7L 34

Compres iune pelpendiculardpe fibre 8,0 8,4 8,8 9,7 10,5 13,5

Forfecare 3.0 3.4 3.8 4,6 5?J)J 6.0

Tabelul B

Clase de rezistenld a lemnului din elemente incleiate, in N/rnm2

Caracteristica Clase de rezistenti (calitate)GL 20 GL 24 GL 28 GL32 GL 36

Rezistenla laincovoiere 20 24 28 5Z 36

Rezistenta laintindere

- paraleld cu fibrele 15 18 2I 24 27- perpendicular[

Pe fibre0,35 0,35 4,45 0,45 0,45

Rezistenla lacompreslune

- paraleld cu fibrele 21 24 27 29 31

- perpendiculardpe fibre

5,0 5,5 6,0 6,0 6,3

Rezistenta la forfecare 2,8 2,8 3,0 3,5 3,5Modulul deelasticitateN/mm2

mediu x 103 t0 11 T2 13,5 14,5

minim x 103 8 8,8 9,6 10,8 lr,6Densitate,ke/m3

360 380 4r0 440 480

Condilii p entr u elementele tncleiate

Tipuri deelemente

Condifiipentru:

Clasele de rezistenti a elementului

GL 2A GL 24 GL28 GL 32 GL 36Elementeomogene

- ToatescAndurile

cl8 c22 c27 c3s c40

Elementeneomogene

- ScAnduriexterne (1/6din in61limeaelementului lafala superiaardsau inferioard;

c22 c24 c24 c35 c40

- Scdnduriinterne

c16 c18 c22 c27 c3s

Tabelul 9.Valorile coeficientului k*06

Clasa de durati aAVlncarcarrr

DurataAVlncarcartt

Valorile coefi cientului pentruclasa de exploatare

1si2 -tPermanente peste 10 ani 0,60 0,50Lungd duratd 6 luni - 10 ani 0,70 0,55Duratd medie 1 s[pt-6luni 0,80 0,65Scur[d durat6 sub I sdpt. 0,90 0,70Instantanee 1,10 0,90

Coeficientul (parfial) de siguranld yr are valorile in funclie de stdrile limitd lacare se face calculul gi anume:

> 1,3 - la stdrile limitd ultime pentru combinafia fundamentald pentru lemn qimateriale derivate din lemn;

> 1,1 - la stirile limitd ultime pentru combinalia fundamentald pentruelementele metaiice folosite Ia imbindri;

> 1,0 - la stdrile limit5 ultime in combinalia accidental5;> f ,O - la stdrile limitd ultime de exploatare normal6.

Clasele de calitate ale lemnului C16 - 40, D:o-7e sunt stabilite in func{ie dedefectele lemnului, conform normativelor de clasificare europene I t ]"

O altd clasificare a lemnului masiv ar fi dupd clasa de rezistenla (tabelul 10).

Tabeiul 10.

in care, de exemplu, C10 reprezintd rezistenla de rupere la incovoiere in N/mm2 a

lemnului respectiv.

Este necesar ca pe viitor sI se oblind qi si se prezinte infonnalii certe qi pentrualte specii de lernn din lari gi din lume.

Pentru a u$ura alegerea speciei de lemn in funclie de destinatie, se prezirtddatele, in tabelul 11.

SpeciaClase de rezistenti

c10 c18 c24 c30 c40Molid, brad, larice, pin x X X

Stejar, gorun, cer, salcAm X X X

Fag, mesteacdn, paltin, frasin, carpen X X X

Plop, anin, tei, salcie X X

Tabelui 11.Domeniile de utilizare a diverselor specii de lemn indigen,

la r ealizarea elementelor structurale

OBSERVAIIE: Domeniile de utilizare pentru diferitele specii de lemnprezentate in tabelul 11 nu sunt restrictive. Pentru diversele categorii de construclii sepot utiliza qi alte specii, cu respeclarea condiliiior de rezistpn!5 stabilite, comportarela umiditate qi biodegradare etc.

BIBLIOGRAFIE:1. Comel Furdui - Construclii din lemn - materiale qi elemente de calcul -

Editura Politehnica Timiqoar a, 20052. * >k d< - Cod pentru calculul gi alcdtuirea elementelor de construclii din lemn,

indicativ NP005 - 03 - Buletinul Constructiilor, vol. 12, 1996.3. Cotla, N., Cuitu, L, Serbu, A., - Elemente de construclii gi case prefabricate din

lernn, E,ditura ehnic6, Bucureqtil, 1990.4. Filipovici Jiva - Studiul lemnului, volumul iI, E.D.p. 1965.

Specia Domenii de utilizare

Brad, molid

Elemente structurale la cl5diri civile, industriale qiagrozootehnice, lemn lamelat incleiat, case pre-fabricate, construclii provizorii, panouri de cofraj,tdmpldrie

Larice Elemente structuraleagrozootehnice, stAlpi

la clddiri civile, industrialepentru esafodaie si sustineri

qi

Pinindustriale qi

constructii

Elemente structurale la clddiri civile,agrozootehnice, case prefabricate,provizorii, panouri de cofraj, tAmpl[rie

Carpen, frasin Elemente structurale ia solicitdri reduse, qalpante deacoperiq cu deschideri mici si medii

Fug Elemente de rezistenld la construclii provizorii, stdlpipentru egafodaje gi susfineri

Mesteac[n Elemente structuraleqi agrozootehnice

la cconstruclii civile, industriale

Plop Elemente structuraiein cazul unor solicitlri mecanicereduse

SalcAmElemente structurale lastAlpi pentru egafodaje gi

constrclii agrozootehnice,susfineri

Cer, gorunStAlpi de rezisten!6,|a construclii civile, industriale qiagrozootehnice, garpante de acoperig pentrudeschideri mici gi medii, tAmpldrie

StejarElemente structurale la solicitbri mecanice importantela construclii civile, industriale gi agrozootehnice,case prefabricate, construclii provizorii, tAmpldrie