Advanced Materials Research, Volume: 778, 2013, Pages: 575-581, ISSN: 1022-6680 [302591]

UNIVERSITATEA “VASILE ALECSANDRI”-BACĂU

FACULTATEA DE INGINERIE

PRODUSE DIN LEMN FOLOSITE ÎN CONSTRUCȚII

ÎNDRUMĂTOR:

Conf.dr.ing.Panainte-Lehăduș Mirela

STUDENT: [anonimizat] – MATERIAL COMPOZIT FIBROS NATURAL

Structura lemnului

Anizotropia lemnului

2.3. Caracterul de „material compozit” al lemnului

2.4. Comportarea lemnului la foc

3. [anonimizat]

3.1. Clasificarea produselor pe bază de lemn

3.2. Tipuri de „lemn reconstituit”

3.2.1. LVL (Laminated Veneer Lumber / lemn laminat din furnir)

3.2.2. GLULAM (Glued Laminated Timber / lemn lamelat încleiat)

3.2.3. Placaje

3.2.4. Panouri din șipci sau scânduri de lemn

3.2.5. Panouri din particule din lemn

3.2.6. [anonimizat] (Oriented Strand Board)

3.2.7. Elemente „KIELSTEG”

3.3. Proprietăți mecanice și elastice ale lemnului de construcție și lemnului reconstituit

3.3.1. Proprietăți mecanice ale lemnului masiv și lemnului reconstituit

3.3.2. Proprietăți elastice ale lemnului masiv și lemnului reconstituit

3.3.3.Proprietăți fonoabsorbante ale lemnului

3.4. Factori de influență a [anonimizat]

3.4.1. Sensibilitatea la umezeală – „lucrul lemnului”

3.4.2. Degradarea biologică

3.4.3. Influența porozității lemnului

3.4.4. Măsuri de protecție a lemnului de construcție

4. STRUCTURI ÎNALTE DIN LEMN ȘI/[anonimizat]

4.1. Introducere

4.2. Un trend susținut de autorități responsabile

4.2.1. Clădiri de locuințe (blocuri)

4.2.2. Clădiri cu funcțiuni diverse

4.2.3. O privire în viitor

5. CONCLUZII

Bibliografie

LISTA TABELELOR

Capitol 1. Introducere

Tabel 1.1. Domenii de utilizare în construcții a diferitelor specii de lemn

Capitol 2. Lemn – material compozit fibros natural

Tabel 2.1. Caracteristici mecanice și elasticitate a [anonimizat] 12 % umiditate

Capitol 3.[anonimizat] 3.1. Tipuri de panouri din particule de lemn

Tabel 3.2. Proprietăți mecanice ale lemnului natural

Tabel 3.3. Proprietăți mecanice ale lemnului reconstituit

Tabel 3.4. Proprietăți elastice ale lemnului natural

Tabel 3.5. Proprietăți elastice ale lemnului reconstituit

Tabel 3.6. Greutăți specifice ale diferitelor specii de lemn pentru umiditatea de 15 %

Tabel 3.7. Mijloace de conservare a elementelor de construcție din lemn

LISTA FIGURILOR

Capitol 1. Introducere

Diagrama repartiției pădurilor din România pe formele de relief

Diagrama repartiției pădurilor pe specii și grupe de specii

1.3. Evaluarea riscului și definirea nivelului de performanță pentru lemnul de construcție

Capitol 2. Lemn – material compozit fibros natural

2.1. Structura ierarhică a lemnului – [anonimizat] a pereților celularidin structura lemnului

2.2. Orientarea microfibrelor pentru fiecare strat al peretelui celular din secțiunea lemnului având compoziția chimică în procente din total greutate

2.3. Evidențierea structurii unui material compozit stratificat.

2.4. Elemente ale microstructurii lemnului vizibilă cu ochiul liber.

2.5. Structura lemnului

2.6. Axele de simetrie elastică ale lemnului

2.7.Variația dimensională a lemnului funcție de gradul de uscare

2.8. Apariția fisurilor în lemn datorită uscării pronunțată

2.9. Structura lemnului ca material compozit

2.10. Viteza de creștere a grosimii stratului de lemn carbonizat în funcție de creșterea temperaturii la suprafața lemnului și durata incendiului

Capitol 3. Produse derivate din lemn – lemn reconstituit

3.1. Evoluția produselor pe bază de lemn

3.2. Trei secțiuni din materiale pe bază de lemn care au aceeași capacitate portantă la încovoiere

3.3. LVL – structură material.Aplicații

3.4. GLULAM – alcătuire. Aplicații

3.5. Placaje. Formare tehnologică, structură material, aplicații

3.6. Panouri din șipci sau scânduri de lemn. Structură. Aplicații

3.7. Panouri din particule din lemn. Structură. Aplicații

3.8. Panouri OSB. Structură. Aplicații

3.9. Alcătuirea elementelor de structură „Kielsteg”

3.10. Variația rezistenței la compresiune după direcțiile principale de strudiu al lemnului

3.11. Variația rezistenței la încovoiere în funcție de direcția inelelor de creștere ale lemnului

3.12. Fenomenul de contragere manifestat după cele trei direcții principale de studiu ale lemnului

3.13. Manifestarea efectului contragerii în funcție de zona din trunchi în care se află piesa din lemn

Capitol 4. Structuri înalte din lemn – concepție și alcătuire

4.1. Clădirea „Murray Grove” din Londra; proiectant:Biroul de arhitectură „Waugh Thistleton”

4.2. Clădire cu șase etaje, cu apartamente la ultimul nivel; proiectant: Biroul de arhitectură „Waugh Thistleton”

4.3. Blocul „Forte”, 10 etaje, Melborn, Australia

4.4. Turncu opt etaje „The Life Cycle Tower One”, Dornbirn, Austria

4.5. Clădire de birouri a firmei „MG Architecture”, Vancouver, Canada

4.6. Turn cu 34 de etaje în Stockholm

Complexul de clădiri „Waldspirale”, Darmstadt, Germania

4.7. Vedere din interiorul clădirii

4.8. Zgârie-nori de lemn care urmează să fie construit la Viena, în anul 2016

4.8. Studiu pentru o clădire cu 30 de etaje din lemn

4.9. Design inovator pentru o clădire cu structură din lemn din Berlin

4.10. Complexul de clădiri „Waldspirale”, Darmstadt, Germania

Capitol1.INTRODUCERE

Motivația lucrării

În construcții, lemnul este folosit, în principal, sub două forme: lemn masiv și lemn reconstituit.

În prezent, lemnul masiv,datorită dimensiunilor sortimentelor executate,este utilizat pentru elementeale structurilor tradiționale.

Lemnul reconstituit se obține din două subproduse: rumeguș sau lemn de calitate inferioară și piese de lemn asamblate prin diferite tehnologii. Sunt de menționat:[12]

– panourile – produse de dimensiuni mari realizate din placaj tehnic, lamele de lemn, așchii de lemn, fibre de lemn asamblate prin lipire, presare și/sau întărire la cald a unui adeziv; finisarea acestora este funcție de diversele aplicații specifice;

– elementele structurale reconstituite: lamelate încleiate din lemn sau lemn startificat.

Există câteva mii de specii de arbori care pot fi clasificate în două mari grupe: foioase și rășinoase.

Fondul forestier din România cuprinde suprafața de 6 495 mii ha din care 27,2 % este reprezentat de pădure, restul reprezentând vegetație forestieră în afara fondului forestier național. [12]

Distribuția pădurile pe formele de relief este redată în fig. 1.1, iar în fig. 1.2 este reprezentată pădurea pe specii și grupe de specii. [12]

Fiecare specie de lemn are domeniul propriu de utilizare în construcții, tabel 1.1: acoperișuri, stâlpi, cofraje, eșafodaje, plăci etc. [12]

Tabel 1.1. Domenii de utilizare în construcții a diferitelor specii de lemn[12]

Alegerea speciei de lemn pentru aplicare într-un anumit domeniu al construcțiilor ține seama de o serie de proprietăți ale acestuia, de umiditatea relativă a mediului de exploatare, de densitate, duritate etc. [citare]

Fig. 1.3. Evaluarea riscului și definirea nivelului de performanță pentru lemnul de construcție. [12]

Obiectivele lucrării

Lucrarea pune în evidență caracterul de material de construcție performant al lemnului sub formele sale de prelucrare, cu aplicații la clădiricu structuri de mare anvergură din punct de vedere al înălțimii și deschiderilor. Sunt precizate proprietățile fizico-mecamice atât ale lemnului natural, în funcție de speciile de arbori, cu aplicații în ramura construcțiilor cât și cele ale produselor pe bază de lemn – așa numitul „lemn reconstituit”.

Performanțele lemnului reconstituit aduce acest material inovativ la nivelul celor mai importante și sigure pentru aplicații la clădirile caracterizate prin design deosebit ca anvergură și înălțime. La toate aceste performanțe se adaugă proprietățile de material ecologic și sănătos, care nu afectează mediul înconjurător și este benefic vieții.

Scopul lucrării

Prezenta lucrare dorește să scoată în evidență locul lemnului ca material structural superior pentru construcții din galeria materialelor de construcții cu proprietăți deosebite. Fiind regenerabil, lemnul este ușor de obținut prin tăierea și prelucrarea arborilor de diferite specii cu un consum minim de energie.

Prin valorificarea optimă a proprietăților fizico-mecanice, prin tratamentele de prezervare a lemnului la factorii exteriori agresivi și printr-o conformare structurală adecvată, lemnul constituie un material de construcție ecologic, eficient și la costuri minime.

Elementele structurale din lemn rămân, în cele mai multe cazuri, aparente, ele formând și straturile de finisaj exterior și/sau interior ale clădirii. [4]

Anvergura clădirilor cu structură din lemn natural se datorește alcătuirii geometrice spațiale a acesteia,cu referire la sistemele reticulate din bare,având diferite forme: bolți, arce, cadre spațiale sau forme neregulate multiplu-curbate.

Materialului lemnos rezultat după prelucrarea inițială, cum ar fi: rumegușul, așchiile de lemn, fibrele de lemn, piesele scurte de lemn și lemnul de calitate inferioară, sunt valorificate, prin prelucrare, pentru a obține „lemnul reconstituit” utilizat la fabricarea elementelor de structură – GLULAM, și a plăcilor de mari dimensiuni cu caracteristici mecanice potrivite pentru aplicații structurale. Prelucrările tehnologice la care este supus lemnul natural și lierea cu adezivi adecvați conferă noilor produse proprietăți fizico-mecanice și de durabilitate superioare lemnului natural, păstrând însă aspectul și caracteristicile unui material ecologic, sănătos. [1]

„Lemnul reconstituit” este des aplicat le structurile cu diafragme ale clădirilor înalte, pentru care se iau o serie de măsuri suplimentare de impermeabilizare și protecție la foc.

Construcțiile din lemn astfel concepute sunt ușoare, durabile în timp, eficiente din punct de vedere al izolării termice și fonice și, mai ales, rezistă foarte bine la cutremure de intensitate mare, peste gradul 7 pe scara Richter. [4]

Prin urmare, lemnul nu este materialul ce își găsește aplicațiidoar la acoperișurile în pantă, pentru clădirile de locuit sau clădirile auxiliare: magazii, anexe gospodărești de exemplu, ci, din vechi timpuri el este utilizat pentru execuția construcțiilor înalte și la clădirile amplasate în zone deosebit de periculoase din punct de vedere seismic, de exemplu Japonia, China, SUA. [3]

Durabilitatea lemnului este dată de vechimea clădirilor existente la această oră pe planetă, clădiri care nu au suferit intervenții structurale majore.

Structura lucrării

Lucrarea este structurată în 5 capitole în care sunt dezvoltate următoarele probleme:

Capitol 1 – Introducere prezintă:

– motivația tematicii abordată în lucrare, rolul pădurilor și a speciilor lemnoase utilizate în construcțiile de clădiri, domeniile de utilizare a diferitelor specii de lemn;

– obiectivele lucrării ce definesc lemnul de construcție și lemnul reconstituit utilizate la execuția structurilor;

– scopul lucrării scoate în evidență lemnul ca material ecologic, superior din galeria materialelor de construcții cu performanțe deosebite; abordarea în ceea ce privește anvergura structurilor din lemn și a formelor geometrice neregulate multiplu-curbate; valorificarea produselor secundare rezultate din prelucrarea primară a lemnului brut și obținerea de noi produse cunoscute sub numele de„lemn reconstituit”;

Capitol 2 –Lemn – material compozit fibros natural tratează următoarele aspecte:

– structura lemnului din punct de vedere macrostructural și microstructural, cu proprietățile sale benefice dar și negative care imprimă o anumită abordare privind alcătuirea elementelor și structurilor din lemn; caracterul de material compozit natural; procesul de creșterea în diametru al arborilor, a inelelor anuale; dezvoltarea nodurilor și influența acestora asupra calităților fizico-mecanice ale lemnului; compoziția chimică a lemnului;

– caracterul de „material compozit” al lemnului;

– comportarea lemnului la foc;

Capitol 3 – Produse derivate din lemn – lemn reconstituit prezintă:

– evoluția produselor pe bază de lemn;

-clasificarea produselor pe bază de lemn;

– tipurile de produse din„lemn reconstituit” și tehnologiile de fabricație a acestora;

– exemple de alcătuiri structurale din „lemn reconstituit”;

– proprietățile mecanice și elastice ale lemnului de construcție și lemnului reconstituit;

– factorii de influență a proprietăților fizico-mecanice și elastice ale lemnului masiv și lemnului reconstituit evidențiind implicațiile acesteia asupra următoarelor aspecte: „lucrul lemnului” (sensibilitatea la umezeală); variația greutății specifice la lemnul diferitelor specii; conductivitatea electrică, termică și fonică; caracteristici mecanice;degradarea biologică;influența porozității lemnului;

– măsuri de protecția lemnului de construcție.

Capitol 4 – Structuri înalte din lemn – concepție și alcătuire; sunt date elemente de concepție și alcătuire a structurilor moderne din lemn; este de remarcat susținerea autorităților responsabile din unele state pentru acest tip de cpnstrucție; expunerea pe scurt a sistemelor constructive specifice clădirilor înalte și exemplificarea acestora prin clădirile existente sau aflate în faza de proiectare; este semnalată tendința în domeniul construcțiilor de a utiliza cât mai mult structurile din lemn.

Capitol 5 – Concluzii – prezintă calitățile lemnului natural și a celui reconstituit pentru aplicarea în construcții; beneficitatea acestui material pentru viață și protecția mediului; performanțele mecanice și elastice ale materialului; eficiența economică a clădirilor cu structură din lemn; locul structurilor din lemn în lumea modernă de azi.

Capitol2. LEMN – MATERIAL COMPOZIT FIBROS NATURAL

2.1. Structura lemnului

Din trecutul îndepărtat și până astăzi lemnul a fost utilizat constant ca material de construcție, în cele mai variate moduri: ca mobilier, finisaje interioare și/sau exterioare sau în alcătuiri constructive cu sau fără rol structural.Acest fapt se datorește atât răspândirii acestui materialpe toată suprafața planetei,sub forma unor diferite specii de arbori, cât și proprietăților fizico-mecanice și tehnologice favorabile și avantajoase: ușurință la prelucrare, greutate proprie redusă și bune caracteristici mecanice. [12]

Fiind caracterizat de perisabilitate ridicată, legată de o multitudine de factori externi, printre cei mai răspândiți amintind influența variației de umiditate atmosferică și a mediului de exploatare, sensibilitatea la atacul ciupercilor, mucegaiurilor și insectelor xilofage și, nu în ultimul rând, bine cunoscuta vulnerabilitate la foc, au rămas puține mărturiile unor realizări foarte vechi de construcții din lemn. Totuși poate fi constatată și astăzi o largă utilizare în timp a planșeelor și acoperișurilor din lemn,succesul și răspândirea acestorafiindjustificată de posibilitatea preluării unor sarcini exterioare considerabile, acoperirii unor deschideri destul de mari cu structuri ușoare, costuri reduse și fără a fi necesare elemente structurale perimetrale masivepentru rezemare. [12]

Alegerea materialelor folosite pentru realizarea unei structuri este determinată de proprietăți fizico-mecanice astfel înât aceasta să fie rezistentă, stabilă și durabilă la diferite solicitări din timpul construcției și exploatăriii.

Proiectarea unei structuri din lemn va lua în considerație exploatarea proprietăților pozitive ale materialului lemnos și găsirea de noi soluții pentru reducerea influenței factorilor de mediu și a proprietăților negative.

Lemnul, material de proveniență organică, fig. 2.1, iar folosirea sa în construcții presupune o prelucrare sumară care influențează foarte puțin proprietățile fizico – mecanice ale acestuia. Lemnul prezintă o serie de dezavantaje, care trebuie avute în vedere la proiectarea și execuția lucrărilor, neglijarea acestora ar duce la compromiterea construcției din lemn, făcând-o inutilizabilă. [12]

Dintre proprietățile lemnului de construcție și ale lemnului reconstituit care afectează proiectarea, execuția și exploatarea construcțiilor sunt: lemnul este un material organic, cu structură celulară, foarte de neomogen și anizotrop în ceea ce privește proprietățile fizico – mecanice, regenerabil și care prezintă un raportul rezistență – greutate avantajos în comparație cu alte materiale de construcție structurale. [12]

Pentru prelucrarea lemnului, consumul de energie necesar obținerii produselor finite este mult mai scăzut decât pentru materialele structurale competitive acestuia, cum ar fi oțelul, betonul sau materialele compozite pe bază de rășini sintetice, fapt ce îi asigură locul de „material structural preferat”. [12]

Principala parte din structura lemnului o constituie „fibra lemnoasă” (traheida) alcătuită din celule ale căror diametre și lungimi sunt variabile. Fiecare celulă de fibră de lemn are structura sa de rezistență. Aceastaeste un stratificat închis, sub formă de tub,cu patru straturi ale peretelui celular, B (strat de bază), S1, S2 și S3, fig. 2.2, fiecare strat fiind alcătuită dintr-o combinație de trei polimeri chimici organici: celuloza, hemiceluloza și lignina, aflate în diferite proporții pentru fiecare strat, fig. 2.2, valorile medii fiind: lignina – 28,0 %; celuloza – 40,3 % iar hemiceluloza – 28,7 %. Celuloza și hemiceluloza sunt polizaharide liniare iar lignina este un fenol amorf (un adeziv hidrofob tridimensional). [12]

Lignina acoperă ca o „coajă” și întărește acești polimeri, fig. 2.3.[12]

Deoarece componenții carbohidrați și fenolici ai lemnului sunt îmbinate sub formă de struc turi tubulare sau celule cu cavitate celulară mare, greutatea specifică a lemnului variază foarte mult,fig. 2.4. Celuloza formează lanțuri lungi, neramificate iar hemiceluloza formează lanțuri scurte, ramificate.

Volumul mare de goluri din structura celulară a lemnului conduce la un raport rezistență-greutate favorabil, asigurând totodată, rezistență la corosiune și oboseală și un cost scăzut.[12]

Lemnul sau xylem, este situat în secțiunea interioară a trunchiului arborelui. Funcțiile principale ale acestuia sunt suportul canalelor nutritive și stocarea hranei arborelui. Lemnul se împarte în două zone: a „canalelor ascendente” și „măduvă” sau inima lemnului.[12]

Cambium – este un inel continuu de reproducere a straturilor celulare, situat între canalele ascendente și straturile interioare ale scoarței lemnului. În mod obișnuit, acest strat este alcătuit din 1 până la 10 celule depinzând, în mare măsură, de sezonul de creștere. Atât lemnul cât și coaja sunt situate radial deoarece fiecare strat de celule este generat de celulele de cambium.

Creșterea în diametru a arborilor este influențată atât de sol cât și de mediul înconjurător cu care aceștia trebuie să coexiste. Creșterea are loc prin diviziune celulară. Ca și celule noi formate, ele sunt „împinse” atât spre interior – pentru a deveni lemn cât și spre exterior – pentru a deveni scoarță. Pentru creșterea arborelui în diametru, celulele sunt temporar reținute în cambium pentru a ajuta creșterea în circumferință a acestui strat. De asemenea, în cazul creșterii în diametru a arborelui, celulele adăugate coajei sunt orientate spre exterior, astfel că suprafața exterioară devine crăpată și rigidă, formând coaja specifică diferitelor specii. [12]

Tipul și rata de creștere variază între celulele lemnului tânăr și cele ale lemnului târziu. Lemnul tânăr are cavități largi și pereți subțiri, în timp ce lemnul târziu are cavități mai mici și pereți mai groși, fig. 2.5.[12]

Volumul de goluri este în strânsă legătură cu densitatea materialului lemnos iar acesta este strâns legat de rezistența acestuia. Lemnul timpuriu are densitate mai mică, culoare mai deschisă și rezistență mai mică decât lemnul târziu. [12]

Creșterea inelelor anuale, în lățime, variază în funcție de specie și condițiile locale de creștere și dezvoltare a arborelui. Inelele anuale formate în timpul sezoanelor scurte sau umede sunt mai subțiri decât cele formate în condiții de creștere normală, mai avantajoasă. Inelele aceleiași specii de arbore formate în condiții de umbră sunt mai subțiri decât cele formate în condiții de însorire.

La un arbore în creștere, ramurile se dezvoltă lateral față de trunchi producând deviații importante ale inelelor anuale din arbore, regăsite în nodurile pieselor din lemn, fig. 2.6.[12]

Nodurile căzătoare se produc atunci când ramurile mor (cad) iar locul rămâne înconjurat de lemnul trunchiului. [12]

Nodurile cauzează deviația inelelor anuale, fapt important deoarece rezistența lemnului din inelul purtător de nod este de 10 până la 20 ori mai mare în sens paralel fibrelor decât perpendicular pe fibre, prin urmare mărimea și natura nodului influențează major rezistența piesei de lemn. [12]

2.2. Anizotropia lemnului

Lemnul este un material eterogen alcătuit din fibre, ceea ce explică caracterul său anizotrop. Din acest punct de vedere lemnul are o direcție preferențială privind caracteristicile sale mecanice maxime. Proprietăți fizice și mecanice variază în funcție de planul de tăiere considerat: axial, radial sau tangențial. [12]

Structura lemnului din tulpină și deosebirea dintre caracteristicile elastice pe cele trei direcții permit atribuirea fiecărui volum elementar de lemn ideal, câte trei suprafețe de simetrie elastică, perpendiculare între ele. Corpurile care au o asemenea anizotropie elastică se numesc anizotrope ortogonale sau ortotrope.[12]

Atribuind volumelor elementare de lemn ideal caracteristici corespunzătoare unei anizotropii ortogonale, lemnului din trunchi trebuie să i se atribuie o anizotropie cilindrică, în sensul că în fiecare volum elementar de lemn există trei direcții: paralelă cu fibrele, radială și tangențială, după care proprietățile elastice rămân constante în tot volumul trunchiului. [12]

Lemnului diferitelor piese confecționate din trunchiuri de lemn debitate, i se poate atribui diferite feluri de anizotropii, în funcție de forma, dimensiunile și orientarea secțiunilor față de inelele anuale. [6]

Fig.2.6.Axele de simetrie elastic ale lemnului

Având în vedere structura lemnului, cele trei axe de simetrie elastică sunt: [6]

axa longitudinală, L (sau x) în notațiile obișnuite ale unui sistem de referință triortogonal drept;

axa radială, R (sau z) și

axa tangențială, T (sau y)

iar cele trei plane de anizotropie elastică sunt: (LR) sau (xz), (RT) sau (zy) și (TL) sau (yx), fig. 2.6.

Proprietățile mecanice ale lemnului, respectiv cele elastice, plastice și de rezistență, depind de un număr de factori, datorită atât caracteristicilor sale structurale și fizice cât și mărimii, direcției, naturii și vitezei de aplicare a forțelor.

Ca orice corp solid, lemnul supus acțiunii unor forțe exterioare se deformează, forța exterioară întâmpinând o rezistență, în funcție de structura și elasticitatea materialului lemnos. După dispariția acțiunii forțelor, deformația piesei poate să dispară total – dacă solicitarea a rămas în domeniul elastic, parțial – dacă este în domeniul elasto-plastic, să persiste dacă ea este în domeniul plastic. S-a constatat că deformațiile elastice și cele plastice sunt direct dependente de specia lemnoasă, de densitatea, umiditatea și temperatura lemnului, de poziția inelelor anuale și de direcția fibrelor față de direcția forței, precum și de timp. [6]

Caracteristicile mecanice și de deformație se determină în laborator, pe epruvete de dimensiuni mici, executate dintr-un lemn fără defecte, obținându-se în acest mod rezistențele caracteristicete ale lemnului ideal sub încărcări de scurtă durată. [6]

Factorii majori de care depind proprietățile mecanice ale lemnului sunt: [4]

– caracterul și natura solicitării;

– direcția solicitării față de fibre;

– viteza de încărcare și durata de menținere a încărcării;

– structura și defectele lemnului;

– specia lemnului;

– umiditatea lemnului etc.

La executarea experimentărilor trebuie să se aibă în vedere prevederile normativele în vigoare privind luarea probelor și debitarea epruvetelor, atmosfera de condiționare și încercare a epruvetelor de lemn.[10]

Variația umidității influețează semnificativ proprietățile mecanice ale lemnului. Efectul pierderii apei din lemn îl reprezintă fenomenul de contragere, care reprezintă micșorarea volumului lemnului pe măsură ce acesta se usucă, fig. 2.7. Contragerea se evaluează pe epruvete la care se măsoară variația volumetrică dintre stadiul de lemn saturat și stadiul de lemn anhidru.[11]

Modificarea de volum prin uscare depinde de natura lemnului: un lemn de esență tare are o contragere mică, în timp ce un lemn moale are o contragere mai mare. De asemenea, variația dimensională de umflare sau contragere este semnificativ diminuată la lemnul târziu. În cazul fibrelor de lemn variațiile dimensionale sunt foarte mici. În secțiune transversală, contragerea tangentă la inelele anuale este importantă, deseori producând crăparea lemnului, fig. 2.8. [6]

Manifestarea acestui fenomen se poate limita prin crearea de crestături în piesele de lemn la care fenomenul de contragere este pronunțat. [10]

Tabel 2.1. Caracteristici mecanice și elasticitate a unor esențe de lemn,pentru 12 % umiditate[6]

2.3. Caracterul de „material compozit” al lemnului

Structura anatomică a lemnului reprezintă acest material de „înaltă performanță", ca un compozit natural al cărui model, prin operații de optimizare,stă la baza multor materiale compozite artificiale.[13]

Aceste materiale compozite naturale sau artificiale de fapt, au în comun următoarele: [13]

– structură cu un pronunțat caracter periodic;

– fibre cu proprietăți mecanice ridicate, înglobate într-o matrice, în general, termorigidă.

Acest lucru estereprezentat de celuloză / hemiceluloză / lignina în lemnul masiv compozit.Pe baza acestei definiții, la un prim nivel de observare, secțiunea transversală a trunchiului arborelui evidențiază creșteri anuale în diametru iar eterogeneitatea relevă caracterul sezonier al perioadelor de creștere și influențele climatice.Structura celulară repetativă a lemnului, în secțiunea transversal, apare la niveluri de mărime scăzute. Ne aflăm, prin urmare, în prezența unui material alcătuit din elemente tubulare orientate în direcție longitudinală (direcția de creștere în înălțime a arborelui). Aceste elemente sunt ranforsate de alți constituienți anatomici, fibrele lemnoase, orientate după direcție radială, fig. 2.9. Peretele elementelor delemnsunt alcătuite din diferite straturi, fiecare strat fiind caracterizat de unghiul de înfășurare a„microfibrilelor de celuloză”, fig. 2.9. [13]

Pe acest model de înfășurare a straturilor se bazează astăzi tehnologia principală pentru fabricarea elementelor tubulare din compozite artificiale (catarge pentru bărci din fibre de kevlar, de exemplu).

În general, toate performanțele fizico-mecanice ale lemnului, relevante pentru construcții, rezultă din această anatomie sofisticată.

Structura anatomică a materialului, prin ea însăși, explică, de exemplu, proprietățile de izolare conferite de lemn. Golurile de aer datorită porozității materialului conferă coeficienți deconductivitate termică excepțională comparativ cu valorile celorlalte materiale structurale concurente. [13]

2.4. Comportarea lemnului la foc

Lemnul transmite căldura, în cazul unui incendiu, de 10 ori mai lent decât betonul și de 250 de ori mai lent decât oțelul. Mai mult, conținutul său în apă determină formarea unei cruste carbonizate la suprafața lemnului care devine strat izolator ce încetinește propagarea arderii în adâncime. Când lemnul arde el se consumă lent, păstrându-și calitățile mecanice timp de mai multe ore, fără să degaje gaze toxice. Pentru a convinge, pompierii autorizați folosesc lemnul la pereți antifoc. Viteza de creștere a grosimii stratului exterior carbonizat este în strânsă legătură cu creșterea temperaturii, fig. 2.10. [12]

Capitol3. Produse derivate din LEMN – lemn reconstituit

Prin produse derivate din lemn (PDL) sau „lemn reconstituit” (LR) sunt denumite produsele de format mare, în general panouri, care se obțin prin lipirea, asamblarea, presarea la cald și termo-întărirea liantului în cazul placajelor, șipcilor, lamelelor de lemn, fibrelor de lemn, rumegușului și/sau alte tipuri de fibre ligno-celulozice.[12]

Structura acestui material este modificată față de cea a lemnului masiv prin ameliorarea anumitor proprietăți. Fragmentarea și apoi reconstituirea lemnului are ca efect diminuarea gradului de anizotropie a lemnului, cunoscut fiind faptul că panourile LR prezintă caracteristici omogene și identice atât în sens transversal cât și longitudinal. Acestea sunt izotrope după toate direcțiile șidepășesc limitelelemnului masiv în ceea ce privește dimensiunile, fig.3.1.[12]

Există multe tipuri de panouri care diferă între ele prin componentele din care sunt alcătuite, prin structură și care, în funcție de proprietățile căpătate, au domenii de aplicare bine stabilite.

3.1. Clasificarea produselor pe bază de lemn

Clasificarea produselor derivate din lemn se realizează după rezistența mecanică, mai mare sau mai mică, și rezistența la umiditate inclusiv a acelor panouri expuse la umiditate permanentă și/sau atacului ciupercilor.[13]

Produsele derivate din lemn, notate „MDB 20”, sunt panouri ce pot fi expuse la umiditate limitată, adică, nivelul lor de umiditate nu crește decât temporar, astfel că umiditatea lui este aceeași pe întreaga suprafață și nu depășește, în medie, 15 %. Umiditatea eventual absorbită de panou se eliberează liber.[13]

„MDB 100”, sub efectul factorilor climatici, echilibrul higrometric poate crește, sau panourile pot fi umede temporar, cu condiția ca nivelul umidității medii să nu depășească 18 %iar umiditatea absorbită să se poată evapora.[13]

„MDB 100 G”, sub efectul variațiilor climatice de umiditate, echilibrul higrometric poate crește, panourile pot fi permanent umede, iar umiditatea absorbită se va evapora imediat.[13]

3.2. Tipuri de „lemn reconstituit”

În lucrare sunt prezentate produse de lemn reconstituit de mare performanță, utilizat cu precădere la elemente și structuri speciale din lemn. Sunt folosite denumiri consacrate pentru aceste produse care, în mare parte, sunt date de producător.[1]

Lemnul reconstituit folosește produse /părți de lemn rezultate din prelucrările succesive ale lemnului masiv, astfel că produsele secundare, de calitate inferioară sau rebuturile sunt valorificate superior, sub diferite forme, prin aplicarea tehnologiilor de prelucrare de înaltă performanță și prin asocierea de materiale moderne cum ar fi rășinile sintetice.

Noile produse obținute prezintă o serie de avantaje față de lemnul masiv, atât de natură fizică – printr-o creștere a omogenității materialului, cât și din punct de vedere mecanic,astfel cămerită de menționat o sporită capacitate portantă, fig. 3.2.[ 1]

3.2.1. LVL(Laminated Veneer Lumber / lemn laminat din furnir)

LVL este un produs structuralrealizat din foi subțiri de furnire cu grosime uzuală de 3 mm,lipite cu un adeziv cu rezistențe mecanice superioare, la care fibrele lemnoase sunt așezate paralel cu axa principală a elementului. Panourile de LVL sunt tăiate în elementele structurale care au rezistențăși rigiditate superioare lemnului natural.[ 1]

LVL este potrivit pentru aplicații structurale cum ar fi: grinzi, căpriori și stâlpi, pentru imobile cu funcțiuni diverse: spații comerciale, hale industriale, structuri speciale în mediul rural inclusiv case.[ 1]

Realizat prin așezarea straturilor paralel cu fibrele -tip S- sau având, pe lângă furnirele cu fibre paralele intercalate, un număr redus de foi de furnire așezate perpendicular pe lungimea elementului -tip Q-, LVL este ideal pentru elemente structurale cu deschideri mari, fig. 3.3.[ 1]

Caracteristici tehnice:[ 1]

Esențe de lemn (de proveniență din Rusia) cu umiditate de 10 % ±2 % -două variante:

Inima din pin silvestru și fețele exterioare din larice;

Inima și fețele exterioare din molid;

Produse și dimensiuni:[ 1]

LVL tip S: straturi orientate în sensul fibrelor lemnoase; grosimi curente: 36 ÷105 mm; lungimi: 12000 mm; lățimi: 200 ÷ 400 mm;

LVL tip Q: același mod de așezare ca la tipul S dar având min. 16 % din straturi așezate transversal;grosimi: 21÷75 mm; lungimi: 12000 mm; lățimi: 1250 mm;

Domenii de aplicare: material structural pentru construcții

LVL tip S: grinzi principale; pane de acoperiș; căpriori;amenajări mansardă; contravântuiri între ferme; arbaletrieri la acoperișurile clădirilor cu deschideri mari etc.;

LVL tip Q: pontoane; stâlpi; rigidizări plăci plăci etc.

Avantaje:

grosimi mici;

greutate scăzută (480 kg/m3);

rezistențe mecanice de două ori mai mari decât ale lemnului masiv sau lamelatelor încleiate;

proprietăți structurale uniformerezultate din așezarea straturile de furnire subțiri; poziționarea acestora este astfel fixatăîncât să se obțină o rigiditate superioară iar coeficientul de variație pentru modul de elasticitate este mai mic de 5 %;

greutatea scăzută permite realizarea de elemente structurale cu deschideri importante odată cu scăderea înălțimii secțiunii elementului;

permit o mare libertate de concepție arhitecturală prin adoptarea de linii modern, îndrăznețe;

sunt foarte rezistente la foc;

sunt compatibile cu diferite tratamente de prezervare și produse de finisare;

adaptabil dar stabil, materialul prezentând caracteristici mecanice remarcabile, putând fi aplicat sub diverse forme cu aceeași eficacitate;

umiditatea materialului este de 10 – 11 %, ceea ce garantează o bună stabilitate dimensională; fenomenele de contragere, umflare, de fisurare sunt în mare măsură neglijabile.

În general, LVL este ales atunci când cheresteaua nu are caracteristici mecanice suficient de puternice pentru a prelua sarcinile exterioare sau sunt necesare lungimi mari.

[ 1]

3.2.2. GLULAM(Glued Laminated Timber / lemn lamelat încleiat)

Glulam este un tip de produs din lemn de construcție care este format din straturi de cherestea, scânduri sau dulapi, având anumite dimensiuni și lipite cu adezivi pe bază de rășini sintetice durabile, rezistente la umiditate și foc.În America de Nord materialul realizat prin stratificare, este numit stratificat de laminare sau „lamstock”.Prin lipirea(laminarea) unuinumăr de piesede lemn, de dimensiuni mai mici, se obține un element structural, cu dimensiuni mari șirezistențe mecanice ridicate.Elementele componente cu lățime de maximum 20 cm, sunt suprapuse și încleiate cu concavitatea inelelor anuale orientată în sus, cu excepția primului element care este plasat invers. Dispunerea astfel a elementelor reduce la minimum contracția transversală și tensiunile de întindere transversală din variații climatice care acționează asupra lemnului și în îmbinările încleiate.[2]

Procesul de priză a adezivilor și rezultatul încleierii depind de o serie de factori, dintre cei mai importanți sunt:[2]

– caracteristicile materialului de încleiere (natură, concentrație, vîscozitate, temperatură etc.);

– caracteristicile materialului lemnos (specia, forma și aspectul suprafeței, umiditatea, temperatura etc.);

– caracteristicile mediului ambiant (umiditate, temperatură, presiunea vaporilor etc.);

– tehnologia de execuție și altele.

Elementele încleiate pot fi realizate cu lungimi și înălțimi foarte mari, dimensiunile fiind limitate, în general, de posibilitățile de transport. În mod curent se pot realiza elemente de 30 … 35 m lungime și până la 2,2 m înălțime.

Avantajele deosebite ale utilizării elementelor de lemn încleiat constau în:[2]

– dimensiunile, teoretic nelimitate, ale elementelor de construție, în practică producându-se, în mod curent, piese cu înălțime de max.2,0 m și lungime de 30…40 m; dimensiunile sunt limitate din condiții arhitecturale, de capacitatea de prelucrare a instalațiilor și utilajelor, de dimensiunile atelierelor de fabricație și de condițiile de transport;

– forma elementelor, care poate fi dreaptă sau curbă, cu secțiunea transversală constantă sau variabilă;

– ameliorarea rezistenței și a rigidității prin reducerea influenței nodurilor și realizarea unui material cu omogenitate mai mare;

– folosirea rațională a lemnului dispus pe înălțimea secțiunii transversale prin plasarea unor elemente componente de clasă de rezistență mai mare în zonele mai puternic solicitate și de clasă de rezistență mai redusă în zonele slab solicitate; de exemplu la elementele încovoiate spre exterior se folosește lemn de bună calitate iar la interior, spre axa neutră, lemn de calitate mai redusă;

– eliminarea, în exploatare, a deformațiilor datorită uscării, deoarece la realizarea elementelor structurale părțile componente sunt uscate la o umiditate de 12%, valoare aproximativ egală cu umiditatea de exploatare din interior, fapt ce realizează o umiditate de echilibru a lemnului care variază între 9 și 12%;

– precizia dimensională a elementelor datorită uscări în prealabil și datorită procedeului industrial de fabricare.

Glulam optimizează valorile structurale ale unei resurse regenerabile de materie primă – lemnul.Ca și în cazul altor produse inginerești din lemn, se reduce cantitatea totală de lemn utilizat în comparație cu cheresteauadin lemn natural, prin diminuarea impactului negativ al defectelorlemnului din componente.

Aceste elemente structurale sunt utilizate sub formă de stâlpi verticali sau înclinați, grinzi orizontale și forme curbate, arcuite.Se pot realiza și elemente ca secțiuni transversale I și sub formă de cheson, cu unele dificultăți în procesul de fabricație care însă sunt compensate prin avantajele în planul stabilității și al flambajului elementelor, fig. 3.4.[2]

Elementele din glulam pot fi executate cu o mare varietate de configurații geometrice, oferind astfel arhitecților libertate artistică, fără a sacrifica cerințele structurale necesare.[2]

3.2.3. Placaje

Placajul este un panou pe bază de lemn obținut prin lipirea de straturi de furnire tehnice așezate cu fibrele perpendiculare unele peste altele și în număr impar. [14]

Grosimea unui panou variază între 1 și 50 mm.

Fabricarea unui panou de placaj necesită șase pași principali: exfolierea, sortarea, calibrarea, presarea, șlefuire și tăierea.[14]

Foile de furnir din care este alcătuit panoul de placaj se obțin prin derularea trunchiului unuiarbore, care este așezat pe un diapozitiv cu cuțite și se rotește în jurul unui ax, rezultând o foaie cu grosime între 0,33 și 4 mm. Rezultă în felul acesta benzi de furnire mai mici decât lățimea finală a panoului de placaj, care sunt îmbinate pentru a reconstitui stratificația anterioară. Foile astfel obținute sunt sortate în funcție de calitate: cele mai bune vorfi aplicate ca straturi exterioare iarcelelalte, de cele mai multe ori înădite,alcătuiescstraturile interioare.[14]

Foile de furnir sunt apoi lipite cu adezivi din grupele ureo-form-aldehidă, melamine, rășini fenolice sau resorcină. Pachetul astfel format este introdus sub o presă. Fețele exterioare sunt încălzite la 160 oC, fapt ce asigură distrugerea eventualelor organisme vii din masa lemnoasă dar și întărirea adezivului. După răcire panourile sunt trasate și tăiate la dimensiunile finale, fig. 3.5.[14]

Caracteristici tehnice

Proprietățile placajului sunt apropiate lemnului masiv dar plăcile au o mai mare rigiditate la deformare și rezistențe crescute la șocuri și variații de umiditate. Prin tehnologia de formare sunt eliminate, în mare parte, defectele și sensibilitățile lemnului masiv.[14]

Pentru calitățile acestor produse de lemn reconstituit -aspect decorativ, stabilitate dimensională în plan, propriețăți de izolare termică și acustică, rezistență la atacul insectelor xilofage și ciupercilor- își găsesc aplicații în numeroase domenii de activitate.

În ramura construcții placajul este folosit la execuția pereților, acoperișurilor, planșeelor, cofrajelor și ca finisaj exterior. [14]

– Produse:

placaj de interior (CTBS);

placaj pentru mobilier;

placaj de exterior;

placaj de calitate pentru cofraje (CTBC);

placaj rezistent la umiditate (CTBH);

placaj ignifugat (CTBI);

placaj mulat (flexibil).

– Dimensiuni: grosimi: 3 ÷ 30 mm; lățimi: 1220 mm și 1530 mm; lungimi: 1500 mm și 3100 mm.

3.2.4. Panouri din șipci sau scânduri de lemn

Placile din șipci sau scânduri de lemn se compun din două suprafețe exterioare care sunt apoi placate sau înnobilateși unmiez central format din șipci sau scânduri lipite împreună și presate. Gama de produse comercializate este mare, având în vedere dimensiunile și speciile de lemn utilizate. Aceste panourisunt folosite în principal în producția de mobilier, decorațiuni și cadru de uși, fig. 3.6.[13]

3.2.5. Panouri din particule din lemn

Un panou din particule din lemn este un material sub formă de placă, fabricat sub presiune și temperatură a particulelor de lemn amestecate cu un liant organic sau mineral.

Acest tip de panou este format din așchii mari de lemn amestecate cu particule fine din lemn.În funcție de structuraacestora, panourile din particule de lemn pot fi, tabel 3.1.[12]

Particulele din lemn sunt sub formă de așchii, rumeguș, făină de lemn și bucăți de cherestea.[12]

Panourile din particule de lemn sunt fabricate prin metoda „uscată” sau „seacă”. În timpul procesului tehnologic este utilizat un liant care poate fi:[5]

– organic, înmajoritatea cazurilor rășină de tip fenol-formaldehidă și uree-formaldehidă;

– anorganic, mai rar utilizat: ciment, magneziu.

Tabel 3.1. Tipuri de panouri din particule de lemn[5]

Acest proces tehnologic urmează următoarele etape:[5]

– măcinarea bucăților de lemn pentru a obține particule;

– uscarea particulelor;

– sortarea dupădimensiuni a particulelor care vor fi aglomerate;

-amestecul fibrelor de lemn în proporțiile prevăzute, presareași stabilizarea în final pentru a rezulta dimensiunea finală.

În construcții, panourile din particule de lemnsunt utilizate la execuția pereților interiori, fig. 3.7.[5]

3.2.6. Panouri din fibre de lemn orientate – OSB(Oriented Strand Board)

OSB este un panou ancătuit din mai multe straturi constând, în principal, din benzi (fibre) de lemn lipite cu un liant.Panourile din lamele de lemn subțiri, orientate sunt, denumiteOSB.Grosimea acestor panouri este de 6 ÷ 25 mm.[15]

Domeniile de aplicare ale acestor panourisunt în construcțiile din lemn drept contravântuiri/rigidizări la pereți interiori și/sau exteriori, acoperișși planșee, fig. 3.8. Plăcile OSB au fost produse inițial din deșeuri de lemn rezultate de la producerea furnirelorși a placajelor din lemn, cu avantaje privind prețul de cost.[15]

Fabricarea se realizează dintr-o „saltea”de așchii de cherestea cu dimensiuni variabile, comprimat și liate cu ceară și rășină: 95% lemn și 5% ceară și rășină.Straturile sunt obținute prin mărunțireașipcilor de lemn, care sunt sortate și aranjate orientat, într-un covor.Numărul straturilor este determinat, în parte, de grosimea panoului dar este limitat de echipamentul de presare.Printre rășinile utilizate pot fi menționate: melamină-uree formaldehidă (MUF) și izocianat (PMDI), care emit compuși organici volatili (COV) ce sunt puternic diminuate de straturile de protecție aplicate la suprafață. „Covorul” este așezat într-o presă care degajă căldură la partea superioară sau în grosime, permițând compactareastraturile și activarea procesului de întărire a rășinii cu care este impregnat materialul lemnos.Panourile sunt apoi tăiate și pot fi prelucrate la margini pentru obținerea plăcilor.[15]

Caracteristici tehnologice:

OSB înlocuiește, în multe utilizări, placajul, MDF-ulși este aplicat, în special, în alcătuirea structurilor de case din lemn, pentru pereți, planșee și acoperișuri.Acestea pot fi rezistente la apă sau foc, dar nu sunt recomandate pentru utilizare în exterior fără o protecție suplimentară a suprafețelor la acțiunea intemperiilor.Uneori, pentruprodusele OSB, lamele de lemn sunt tratatepentru a rezista la atacul ciupercilorși insectelor, de exemplu termitele.

Densitatea a panourilor variază între 600-700 kg / m³ și este supusă fluctuațiilor.[15]

3.2.7. Elemente „KIELSTEG”

Elementele „Kielsteg” sunt ușoare și cu capacitate portantă mare. Sunt elemente de construcții din lemn ce pot fi utilizate pentru a se realiza acoperișuri și planșee cu deschideri mari. [12]

Acestea au o structură celulară liniară: elemente din lemn la partea superioară și partea inferioară legate între ele prin elemente din placaj sau OSB dispuse în zig-zag, fig. 3.9.[12]

Capacitatea de a realiza deschideri mari oferă o maximizare a modului în care este folosit spațiul util al construcției. Acest lucru este de o importanță majoră în ceea ce privește asigurarea cerințelor arhitecturale pe toată durata de viață a unei construcții. [12]

Alte aspecte deosebite ale elementelor „Kielsteg” sunt următoarele:[12]

– capacitatea de a crea înălțimi utile superioare sistemelor clasice de construit;

– capacitatea de a crea spațiu pentru cabluri și conducte în interiorul planșeului, astfel acestea fiind mascate de elementele din lemn.

3.3. Proprietăți mecanice și elastice ale lemnului de construcție și lemnului reconstituit

3.3.1.Proprietăți mecanice ale lemnului masiv și lemnului reconstituit

Lemnul este un material HETEROGEN – neuniform ca structură, conpoziție, calitate etc. – și ANIZOTROP- pentruo aceeași solicitare, rezistența este diferită funcție de direcția de studiu, astfel că pe aceeași direcție, rezistența la intindereși cea la compresiune au valori sensibil diferite.[10]

Rezistența mecanică crește,în general, cu greutatea specifică. La evaluarea proprietăților mecanice ale unui element din lemn, este bine să se verifice regularitateacreșterii arborelui, prezența, localizarea și starea noduri sau ale altor defecte. Funcție de felul încare se prezintă lemnul, sunt definite mai multe clase de calitate cărora le corespund caracteristicimecanice diferite.[10]

Rezistența și deformabilitatea imbinărilor depind esențial de proprietățile elementelor de lemn asamblate. În zona îmbinărilor este necesar să fie utilizat cel puțin lemn cu rezistență medie sau lemn reconstituit, de exempluGLULAM de calitate.Anumite tipuri de îmbinări speciale impun condiții mai severe pentru aceste zone, în care eforturile sunt verificate ținând cont de slăbirea secțiunii prin practicarea de găuri pentru buloane cu diametre mari sau prin chertare.[10]

– Rezistența la compresiune crește aproape proporțional cu densitateași scade odată cu creșterea conținutului de apă.De exemplu, o creșterede 1% a umidității determină în medie, o scădere a rezistenței cu4%.[12]

Rezistența la compresiune pe direcție transversală (radială și tangențială)este 15-20% din rezistența pe direcție axială, fig. 3.10. Rezistența lacompresiune transversală este,în general, slabă dar este ceva maibună la lemnul dur de foioase.[12]

– Rezistența la întindere a lemnului are valoarea maximă. Pe direcțieaxială, rezistența la întindere este apropape dublul celei la compresiune.Totodată, această caracteristicăeste puternic influențată de sensul fibrelor și defectele lemnului, cum sunt nodurile sau fibrele torse (răsucite).[12]

Rezistența la întindere transversală este,în general, foarte slabă, astfel că utilizarea lemnului la elemente întinse, de exemplu tiranți, este bine să fie evitată.[5]

– Rezistența la încovoiere. Pentru probe de aceleași dimensiuni și aceleași forțe careacționează perpendicular pe axă, comportarea la încovoierevariază funcție de poziția suprafețelor de separație între inelelede creștere, fig. 3.11.12]

– Rezistența la forfecare în lungul fibrelor sau lunecare longitudinală, reprezintă solicitarea la forfecare cel mai frecvent întâlnită în construcții. Această caracteristică mecanică este direct proporțională cu densitatea materialului lemnos, din acest punct de vedere, lemnul de rășinoase are o comportare mai slabă.[12]

Rezistența la forfecare în lungul fibrelor este cu 50 – 60% mai mică decât cea la forfecare transversală(perpendiculară pe direcția fibrelor).

– Duritatea exprimă rezistența pe care lemnul o opune la penetrarea unui corp dur,de exemplu o unealtă de prelucrare,un cui, un șurub etc. Duritatea mare implică o lucrabilitate mai redusă a lemnului.

Duritatea este diferită pentru diferite zone ale trunchiului. Astfel, duramenul este mai dur decât alburnul șiesteproporțională cu densitatea lemnului.[12]

– Rezistența la șoc (reziliența)reprezintă mărimea caracteristică pentru comportarea lemnului la solicitări prin șoc și este egală cu raportul dintre lucrul mecanicconsumat pentru ruperea unei epruvete și aria secțiunii transversale în care s-a produs ruperea (Academia Romană, DEX. Ed.Univers enciclopedic, București, 1998).

Reziliențamaximă se manifestă pe direcție radială, iar cea minimă pe direcție tangențială.Funcție de rezistența la șoc, speciile de lemn se clasifică astfel:

– lemn rezilient: frasin, brad; se folosește mai ale la fabricarea unor unelte, schiuri, grinzi;

– lemn mediu rezilient: stejar, fag; are ca aplicațiifabricarea tâmplăriei;

– lemn fragil: pin, cedru; se folosește pentru alcătuiri fixe,de exemplu scheletul la tavane suspendate.

Tabel 3.2. Proprietăți mecanice ale lemnului natural și lemnului reconstituit[12]

În tabelul 3.2 sunt date câteva proprietăți mecanice ale lemnului natural de diferite specii și ale lemnului reconstituit.[12]

Tabel 3.3. Proprietăți mecanice ale lemnului reconstituit[12]

3.3.2. Proprietăți elastice ale lemnului masiv și lemnului reconstituit

Tabel 3.4. Proprietăți elastice ale lemnului masiv[4]

– Deformabilitatea este diferită pe cele trei direcții de solicitare: axială, radială și tangențială, pentru oaceeași încărcare, tabel 3.4.[4]

Tabel 3.5. Proprietățielastice ale lemnului reconstituit[4]

Deformabilitatea pe direcție axială este, de regulă,cu puțin mai mare la compresiune decât la întindere.[12]

– Flexibilitatea caracterizeză mai mult sau mai puțin lemnul, în raport cu următoarele proprietăți:

– rezistență la îndoire: reprezintă săgeată mică înainte de rupere; in raport cu greutatea lor specifică mai mică,rășinoasele au o rezistență semnificativă la indoire, de unde utilizarea lor la schelete structurale; înschimb fagul, care se curbează ușor, este folosit la fabricarea mobilei;

– tenacitate sau fermitate; este proprietatea lemnului de a suporta simultan eforturi ridicate și deformații mari, înainte dea ceda prin rupere;

– rigiditate: reprezintă raportul între secțiunea piesei de lemn și săgeata sa în momentul ruperii; între diversele esențe, lemnulcel mai rigid se rupe repede și casant.

3.3.3.Proprietăți fonoabsorbante ale lemnului

În vederea izolării fonice, termice și la incendiu a caselor se pot întrebuința plăci din fibre de lemn pentru construirea pereților despărțitori,controlul apariției punților termice, realizarea plafoanelor, etc.

În funcție de rezultatul dorit putem folosi o gamă largă de plăci din fibre de lemn, după cum urmează: plăci compozite monostrat, din așchii de lemn cu liant de ciment; plăci compozite triplustrat, cu miez de polistiren expandat cu densitate ridicată; plăci compozite triplustrat, cu miez de vată minerală bazaltică. Proprietățile tehnice ale acestora le recomandă spre a fi utilizate în vederea izolării fonice, termice, pentru prevenirea apariției fungilor,pentru creșterea eficienței izolației termice în spații mici cum ar fi în jurul instalațiilor aflate în pereți, a țevilor și conductorilor electrici,

Pot fi folosite pentru construcții din lemn sau din cărămidă, oferind posibilitatea unei finisări prin tencuire directă, cu o tencuială decorativă de fațadă, permeabilă la vaporii de apă.

Utilizarea plăcilor din fibre de lemn reprezintă o soluție modernă și performantă în realizarea izolațiilor, multiplele avantajele determinând folosirea pe scară largă a acestora:

-materia primă este compusă din material organic obținut prin reciclarea hârtiei, ignifugat , aditivat cu soluție antiseptică pentru prevenirea apariției fungilor și tratat împotriva dăunătorilor

-materialul folosit are un conținut reciclabil, impactul față de mediu fiind deosebit de scăzut.

-costurile mai mici de fabricație față de alte materiale convenționale

-comportament asemănător cu al lemnului (nu reține apa sau umiditatea). [16]

3.4. Factori de influență a proprietăților fizico-mecanice și elastice ale lemnului masiv și lemnului reconstituit

De la tăierea arborelui, la prelucrarea și apoi aplicarea și exploatarea lui în construcții, apar o multitudine de factori exteriori care influențează atât structura lemnului – prin:[10]

– modificări de natură fizică – date de variația de volum datorită influenței umidității proprii a lemnului, dar și a mediului de exploatare și a temperaturii prin pierderea apei din macrostructura materialului și aprinderea lemnului, rezultând o suprafață carbonizată;

– degradări datorită atacului microorganismelor și insectelor aflate în mediul de exploatare a lemnului de construcție.

În continuare se face referire la factorii cei mai des întâlniți și care manifestă o influență majoră asupra caracteristicilor fizice și, mai ales, a celor mecanice pe parcursul întregii durate de viață a construcției.

3.4.1. Sensibilitatea la umezeală -„lucrul lemnului”

Unul dintre aspectele semnificative ale lemnului, cu implicații directe asupra aplicării luiînconstrucții, îl reprezintă sensibilitatea la umezeală. Conținutul de apă influențează greutatea specifică,dimensiunile, stabilitatea formelor și rezistența mecanică, care scade odată cu creșterea umidității. Totodată, umiditatea crescută,de peste 18% a masei lemnoase,dă naștere la apariția unor procese biologice de degradare a lemnului.[10]

Procesul de uscare a lemnului proaspăt tăiat, al cărui conținut de apă poate ajunge și până la 75 % din greutatea lui, are ca scop aducerea umidității conținut în masa lemnoasă la o limită acceptabilă pentru utilizarea lui în construcții, fără ca pe pearcursul duratei de exploatare să apară pericolul unor fenomene de deformație importante În acest sens, se recomandă ca umiditatea conținută de masa lemnoasă săfie de cca. 8 – 12% – pentru utilizare la interior, ca material de finisaj și cca. 13 – 18% pentru utilizare la exterior.[10]

Lemnul, material higroscopic, păstrează proprietatea de a realiza schimburi de umiditate cu mediul ambiant.De aceea, dincolo de practica uscării prealabile, este indicată adaptarea lemnului la mediul încare va fi exploatat, respectiv aducerea acestui materialla umiditatea de„echilibru higroscopic optim”, înainte de punereaîn operă.[10]

Modificarea conținutului de apă al lemnului între anumite limite, respectiv între starea anhidră (total uscată) și valoareade saturație a fibrelor (de peste 30 %), determină variații de volum și implicit dimensiuni după cele trei direcții principale: axială, radială și tangențială -apare noțiunea de„lucrul lemnului”. [12]

Sub valoarea de saturație a fibrelor,situată în jurul umidității de30%, apare fenomenul de „contragere” cu efect dereducere avolumului lemnului. Peste această umiditate, se produce fenomenul de„umflare” a lemnuluimanifestat princreșterea volumului.Atât contragerea cât și umflarea au valori diferite după cele trei direcții principale de studi al lemnului: contragerea este mai mare pe direcție tangențială decât pe direcție radială, contragerea axială este mai redusă decât contragerea transversală (radialăși tangențială), fig. 3.12.[12]

Contragerea lemnului, prin uscare, provoacă tensiuni și implicit deformații, cu efecte diferite pe diferite direcții și in diferitesecțiuni ale trunchiului. Contragerea axială este mai redusădecât contragerea transversală (radială și tangențială).

Funcție de zona de trunchi din care au fost extrase, piesele delemn, acestea se vor deforma diferit, fig. 3.13.Sensul probabil al variațiilor dimensionale și de formă alepieselor din lemn, ca urmare a uscării (efect ce are loc și prin procesul de îmbătrânire a lemnului) și a variațiilorde umiditate inerente în exploatare, trebuie prevăzute și ținut cont de ele la proiectarea de detaliu a construcțiilor din lemn, fig. 3.13.[12]

Fenomenul de contragere se manifestă diferit și în funcție de speciile de lemn, astfel s-a făcut următoarea clasificare:[12]

– esențe de lemn având contrageri reduse cuprinse între 5 – 10%; (plop,nuc); apte pentru lucrări de tâmplărie și furnire;

– esențe de lemn cu contrageri medii cuprinse între 10 – 15%;(rășinoasele); prezintă fisuri medii și pot fi utilizate ca lemn rotund;

– esențe de lemn cu contrageri mari cuprinse între 15 – 20%;(stejarul);prezintă crăpături mari din uscare și estenecesară debitarea rapidă a trunchiului arborelui, înaintea uscării.

Variația umidității din mediul de exploatare are efecte asupra stabilirii umidității de echilibru a lemnului și influențează o parte din proprietățile fizice și mecanice ale acestuia. În continuare se enumeră o parte din acestea.[12]

– Greutatea specifică – variază funcție de specie și de conținutul de apă. Ca atare, în cadrul fiecăreispecii în parte, se pot face referiri la valori stabile ale greutății specifice numai raportatla conținutulde apă. În tabelul 3.6 sunt prezentate o parte din speciile de lemn și greutățile lor specifice, pentru diverse specii de lemn, pentru umiditatea de 15%.

Tabel 3.6. Greutăți specifice ale diferitelor specii de lemn pentru umiditatea de 15 %[12]

– Conductivitatea electrică, termică, fonică

Conductivitatea electrică variază funcție de conținutul de apă din masa lemnoasă, esența lemnului și densitatea lui.În general, aceasta crește odată cu umiditatea materialului.

Conductivitatea termică a lemnului este scăzută. Lemnul este un bun izolator termic, de exemplu, lemnul de bradeste de peste 3 ori mai izolant decât cărămida cu goluri.[12]

Conductivitatea fonică a lemnului este redusă.Fiind ușor, lemnul este un material poros și ca atare un bun izolator acustic.De exemplu, lemnul de balsa, pentru o grosime de 20 mm, determină o reducere a nivelului de zgomotcu 27 dB pentru sunete de 1000Hz.

– Caracteristici mecanice

Caracteristicile mecance ale lemnului naturalsunt semnificativ influențate,în sens negativ, de conținutul de apă din material.[6]

– Rezistența la compresiune scade odată cu creșterea conținutului de apă.De exemplu, o creșterecu 1% a umidității masei lemnoase determină,în medie, o scădere a rezistenței la compresiune cu4%.

– Rezistența la întindere. În cazul elementelor care prezintă fisuri din contragere, rezistența la întindere perpendiculară pe fibre scade foarte mult.

– Duritatea lemnului scade odată cu creșterea umidității acestuia.

3.4.2. Degradarea biologică

Dată fiind originea sa organică, lemnul este atacat de micro și macro organisme: bacterii de putrefacție,ciuperci, insecte parazite. Unii agenți biologici atacă lemnul uscat, de exempluinsectele parazite.Alteatacuri biologice, cum ar fi cele ale bacteriilor de putrefacție sau ciupercilor parazite, sunt favorizate de trei factori: umiditatea crescută asociatăcăldurii și lipsei ventilației.[12]

Cât privește putrescibilitatea, lemnul este afectat,în special, de situațiile mixte întâlnite curent în practică:zone ude / zone uscate); variații ciclice ale umidității.[12]

Agenții biologici sunt de regulă specifici fiecărui tip de lemn. Sunt mai vulnerabile părțile tinere ale lemnuluiși, în general, speciile de lemn moale, decât cele de lemn dur.

Aplicarea unor tratamente de protecție (vopsire sau lăcuire, catran sau carbonatare) trebuie făcută pelemn bine uscat; apa menținută în interiorul unui lemn prea tânăr, impermeabilizat superficial, va determina, în scurt timp, putrezirea acestuia.

3.4.3. Influența porozității lemnului

Porozitatea este o caracteristică fizică generală a lemnului, în ceea ce privește utilizarea și consevarea diverselor specii de lemn.[12]

Porozitatea influențează capacitatea de izolare termică (lemnul poros este mai bun izolant termic), darși sensibilitatea la umezeală, care devine accentuată de o porozitate crescută.Porozitatea lemnului variază funcție de specie. În general, se consideră mai poros lemnul moale, decâtcel dur; cel cu vase mici și difuze, decât cel cu vase mari; cel fără rășină, decat cel cu rășină.Suprafețele de capăt (secțiuni transversale) sunt mai poroase decât cele longitudinale, deci mai vulnerabiledin punct de vedere al absorbției de apă.[12]

3.4.4. Măsuri de protecție a lemnului de construcție

Longevitatea lucrărilor executate din lemn este asigurată printr-o concepție corectă a construcției și a detaliilor, alegerea judicioasă a materialelor și a tehnicilor de punere în operă.[4]

Produsele chimice fungicide (antiseptice) nu acționează eficient contra putrezirii decât dacă pătrundsuficient în masa lemnului.Această condiție nu este indeplinită decât de tehnologiile industriale deimpregnare, tabel 3.7.[4]

Tabel 3.7. Mijloace de conservare a elementelor de construcție din lemn[4]

Capitol 4. STRUCTURI ÎNALTE DIN LEMN si /sau lemn reconstituit – CONCEPTIE SI ALCÅTUIRE

4.1. Introducere

Poate lemnul să susțină costrucții mai înalte de 2-3 niveluri? Primul implus este să se răspundă NU!, pentru că așa arată exemplele din jurul nostru:  construcțiile din lemn pot fi case unifamiliale, căsuțe de vacanță sau de grădină sau mici pensiuni. Pentru clădirile mai înalte, se poartă cărămida, betonul, fierul.[7]

Și totuși există constructori îndrăzneți care demonstrează că lemnul a fost și varămâneun material la fel de performant și deîncredere, chiar și pentru clădiri mai mari de două etaje. Primii care oferă soluții sunt arhitecții vizionari dar, după numărul și amploarea proiectelor, există tot mai mulți susținători, fie ei dezvoltatori, locatari, proprietari sau fani ai construcțiilor din lemn, care au găsit acum momentul lor de triumf.[7]

Ca materie primă, lemnul provinedintr-o sursă regenerabilă, iar producerea, prelucrarea și montarea elementelor și structurilor de construcție consumă minimum de energie, timp și costuri. Marile unități de producție și prelucrare a materialelor consacrate clădirilor înalte sunt mari producătoare de dioxid de carbon, zgomot și mizerie. Prin comparație, pădureași lemnul prelucrat rețin dioxidul de carbonși s-a constatat căo tonă de cherestea folosităîn loc de alte materiale de construcție, împiedică emisia în aer a unei tone de dioxid de carbon rezultat din prelucrarea produselor de către alte industrii asimilate construcțiilor.[8]

Ca mediu delocuit, o clădire din lemn este mult mai plăcută, datorită protecției acustice și termice.

4.2. Un trend susținut de autorități responsabile

Arhitecții dar și oficialii din țările dezvoltate, în special cei din SUA și Canada, se află la originea acestei noi tendințe. Pe continetul Nord -American, o mare parte din pădurile de rășinoase sunt afectate de paraziți sau calamități naturale, ceea ce a impus reînnoirea fondului forestier ca fiind o soluție foarte bună.[7]

Având în vedere multitudinea deaspecte pozitiveși beneficiile economice, autoritățile regionale au început să sprijine aceast trend, al construcțiilor din lemn, solicitându-le arhitecților, care proiectează clădirile publice, să considere mai întâi lemnul ca principal material de construcție și apoi pe celelalte. Încet, încet, politica „lemnul mai întâi” a devenit „mai puține emisii de dioxid de carbon” și s-a extins în întreaga lume dezvoltată.

În urma studiilor efectuate, la nivelul Uniunii Europene, privind poluarea la nivelul diverselor ramuri industriale s-a constatat că cele mai mari emisii de CO2 rezultă din producția de energie electrică și din transporturi. De exemplu, producția de energie bazată pe cărbune în statele UE a generat aproximativ 950 milioane de tone de emisii de CO2 în anul 2005, ceea ce reprezintă 24% din totalul emisiilor de CO2 din UE.

În ceea ce privește România, emisiile de CO2 generate din diferite sectoare de activitate evidențiază de asemenea contribuția majoră a sectorului energetic și a transporturilor, ceea ce înseamnă că acestea sunt domeniile asupra cărora sunt necesare implementarea unor măsuri și acțiuni de reducere a emisiilor de CO2.

Câteva din măsurile de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră care s-ar putea lua: construcția instalațiilor de cogenerare sau transformarea unor centrale termice în centrale de cogenerare , schimbarea combustibilului în instalațiile de producere a energiei sau în instalațiile industriale, utilizarea combustibililor cu conținut scăzut de carbon,promovarea energiei neconvenționale și construcția instalațiilor de producere a energiei de tip „energie curată”, reabilitarea și eficientizarea unor grupuri de termocentrale, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră în sectoarele agricultură, energie, transporturi, acțiuni de împădurire și/sau reîmpădurire, eficientizarea proceselor energetic, extinderea spațiilor verzi prin intermediul programului național de îmbunătățire a calității mediului prin realizarea de spații verzi în localități. [17]

Se impun ca măsuri complementare, încetinirea exploatării forestiere și plantarea de arbori care ar putea stopa și chiar inversa creșterea emisiilor generată de folosirea terenurilor. Prin plantarea de arbori, terenul ar putea fi folosit pentru a capta dioxidul de carbon din atmosferă.

După interzicerea expoturilor de cherestea și bușteni, poate că o  astfel de măsură ar fi benefică și în România. Mai mult, lemnul folosit pentru construcțiile modern, de o anumită anvergură, nu mai este bușteanul luat din pădure și prelucrat grosier, ci „lemnul reconstituit” sub o mulțime de tipuri de produse. [8]

De la bușteanul neprelucrat până la elementele stratificate folositeîn construcții, lemnul parcurge câteva etape importante prin care îi sunt îndepărtate o parte din defectele naturale, este uscat și îmbinat cu adezivi ecologici speciali, rezultând, se poate spune, un nou material de construcție pe bază de lemn, stabil din punct de vedere dimensional, fără tensiuni interne și cu rezistențe mecanice mai mari.[8]

Structurile din lemn, clasice sau avangardiste, sunt introduse în ramura construcțiilor de scurt timp. Acestea trebuie să răspundă, în mod optim, unei game cât mai largi de cerințe din exploatare: [8]

– rezistență mecanică și stabilitate structurală prin formă și alcătuire;

– comportare bună la cutremure;

– protecție termică și fonică;

– comportare bună în caz de incendii;

– aspect arhitectural.

Pentru concepția structurilor moderne din lemn, înalte și/sau cu forme deosebite, care să răspundă cerințelor menționate anterior, arhitecții au la dispoziție două tipuri principale de structuri:

– sistem spațial de bare din lemn natural sau lemn reconstituit;

– sistem de diafragme de pereți din panouri mari de lemn reconstituit.

Sunt prezentate mai jos o parte din construcțiile moderne cu structură din lemn, executate sau în fază de proiect.

4.2.1. Clădiri de locuințe

Ținând cont de progresele din domeniul prelucrării lemnului, dezvoltatorii și arhitecții, din dorința de a construi clădiri „verzi”-cât mai puțin poluante, dar și pentru a scurta timpul de execuție a lucrărilor au luat în calcul folosirea lemnului în construcții, pe lângă alte materiale ca betonul, sticla.

Murray Grove (fig. 4.1) reprezintă cea mai înaltă clădire rezidențială construită în întregime din lemn din lume, are nouă etaje, respective 30 m înălțime și un număr de 29 de apartamente. Clădirea a fost ridicată în 27 de zile lucrătoare și a fost asamblată folosind un sistem panou laminat încrucișat. Placarea exterioară care formează această imagine pixilată este alcătuită din peste 5000 de panouri individuale din clădire, în trei nuanțe: alb, gri și negru și sunt alcătuite din 70% din lemn.[14]

Elementele structurale: scheletul de rezistență, pereții, planșeele, casa liftului și casa scării sunt executate integral din lemn reconstituit.

Aceeași firmă de arhitectură a construit un turn de șapte etaje, dintre care două etaje de birouri, un studio înalt cât două etaje și trei apartamente de locuit. Structura de rezistență a clădirii este bine concepută încât se extinde cu 1,50 m deasupra apei și toate spațiile au fost amenajate așa cum și-au dorit proprietarii, versatilitatea și rezistența lemnului fiind probate din plin de acest proiect.[14]

Timpul de realizare a construcției a fost cinci săptămâni, cu o echipă formată din patru oameni.[14]

Blocul „Forte”, din Melbourne, Australia

Dezvoltatorul imobiliar australian „Lendlease”, a construit în Melbourne,blocul Forte (fig. 4.3), care are 10 etaje de apartamente. Acestea sunt de vânzare și/sau de închiriat. Structura de rezistență a blocului este realizată din lemn reconstituit (stratificat). Execuția a fost făcută de cinci muncitori în 10 săptămâni.[15]

„The LifeCycle Tower One” a fost construit în Dornbirn (Austria) și este o construcție de 27 m, cu opt etaje al CREE (Creative Renewable Energy & Efficiency). Structura de rezistență este alcătuită din panouri prefabricate din lemn, de tip compozit( lemn și ciment) și utilizează module de construcție prefabricate care pot fi ridicate în jumătate din timpul unei clădiri tradiționale.[15]

4.2.2. Clădiri cu funcțiuni diverse

Clădire de birouri de opt etaje, în Vancouver, Canada

Conform lucrărilor de specialitate publicate de Michael Green de-a lungul timpului, lemnul tratat prin metode speciale, care îl fac rezistent atât la temperaturi înalte cât și la cutremure, este materialul ideal pentru construirea de „zgârie-nori”, oferind un bun exemplu în acest sens prin construirea celei mai înalte clădiri din lemn din America de Nord ,cu o înălțime de 29.25 m, cu adevărat o capodoperă a arhitecturii moderne, care poate fi admirată în campusul Universității North British Columbia din Vancouver( fig. 4.5).

Structura simplă, „uscată” (fig. 5.5), este realizată din lemn reconstituit (stratificat), material cu rezistențe mecanice mai mult decât suficiente pentru a găzdui funcțiunile prevăzute: cabinete de arhitectură și design, și nu conține beton deasupra nivelului solului.[15]

4.2.3. O privire în viitor

Utilizarea lemnului ca material de construcție în clădirile moderne a stârnit numeroase controverse între arhitecți, constructori și ecologiști.

Prima categorie susține că prin utilizarea unor tehnici de prelucrare și de tratare a lemnului se pot obține structuri sigure, chiar dacă se vorbește despre zgârie-nori. Proprietățile lemnului îl recomandă a fi utilizat în defavoarea betonului și a oțelului.

Contraargumentele folosite aduc în prim plan securitatea acestor structuri la incendiu, stabilitatea structurilor înalte, necesarul unui volum mare de lemn care ar putea accentua exploatările agresive .

Construcțiile realizate până în acest moment, în diferite zone ale lumii, constitue dovada posibilității de utilizare a lemnului, alături de alte materiale, la ridicarea de clădiri înalte cu diferite utilizări: spații de locuit, sedii ale diverselor firme cu un risc de incendiu și de cutremur scăzut.[13]

Continuând trendul care își are originea în Canada, echipe de arhitecți și-au propus să realizeze proiecte tot mai ambițioase în Europa, America, Asia și Australia.[13]

Turn de 34 etaje în Stockholm

Arhitectii suedezi au demarat un proiect de construire, până în 2023, a unei clădiri de nu mai puțin de 34 de etaje, în Stockholm (fig. 4.7.)[14]

În realizare acestui obiectiv se vor folosi materiale precum beton – aprox. 25% din necesarul pentru întreaga clădire, oțel – aprox. 15% din cât ar trebuie pentru întreaga clădire și lemn reconstituit, o asemenea structură hibridă fiind adecvată condiții de maximă siguranță.[14]

Clădirea va fi construită și orientată după principiile casei pasive. Aceasta va folosi încălzire solară și panouri fotovoltaice, va avea acoperiș verde, va colecta și refolosi apa de ploaie și ventilația naturală și va avea pereți exteriori din sticlă, pentru a permite luminii să pătrundă până în inima structurii ( fig. 4.8.). [14]

Clădire cu 30 de etaje din lemn

Impulsionat fiind de dorința de a găsi alternative mai sigure și mai sustenabile în ceea ce privește construcțiile urbane, Michael Green, fondatorul „Michael Green Architecture”, a lansat, de curând, „The Case for Tall Wood Buldings”, un studiu amplu, cuprinzător și fezabil. Documentul de 200 de pagini are ca principal punct de interes încurajarea tinerilor arhitecți, ingineri și design-eri de a avea curajul să gândească dincolo de limite și de convenții, demonstrând că lemnul, ca material de construcții, este extrem de viabil pentru a ridica clădiri înalte (fig. 4.9.) dar și de a sublinia beneficiile economice și ecologice ale acestuia.[15]

Michael Green explică, în legătură cu subiectul studiului său: „Pentru a încetini și chiar a stopa emisiile de gaze, de asemenea și pentru a găsi soluții cu adevărat sustenabile în domeniul construcțiilor, este necesar să aruncăm o scurtă privire la fundamentele modului în care construim – pornind de la structurile clădirilor de dimensiuni mari, până la detaliile ce țin de performanța energetică. Este necesar să privim imaginea de ansamblu pentru a găsi soluțiile potrivite pentru vastele noastre nevoi de astăzi, atât economice, cât și climatice.”(Sursă: http://www.archdaily.com/220779/michael-green-presents-the-case-for-tall-wood-buildings/).[15]

„The Case for Tall Wood Buildings” introduce, astfel, o nouă atitudine și un un nou mod de a construi clădiri de înălțimi mari, folosind un material regenerabil, rezistentși 100% natural. Autorul studiului mai demonstrează și că, îngrijit și tratat corespunzător, lemnul folosit în prefabricarea plăcilor industrializate nu reprezintă un pericol în caz de incendiu, ci dimpotrivă, este una dintre cele mai bune alegeri pentru siguranță și confort, dar și pentru reducerea emisiilor de gaze și stocarea carbonului în pereții clădirilor noastre.[15]

Pe lângă toate acestea, Michael Green îndrăznește să breveteze un nou model de construcții, cunoscut sub numele de „Finding the Forest Through the Trees”. Soluția structurală a ingeniosului arhitect cuprinde utilizarea plăcilor industrializate, de lemn prefabricat, așezate pe mai multe nivele pentru un maximum de durabilitate -o alternativă de preferat în locul zidăriei sau construcției clasice din beton, având o greutate mai redusă și costuri inevitabil mai mici.[15]

Proiectul W350

Obiectivul îl reprezintă crearea unui oraș ecologic de clădiri înalte făcute din lemn, care va ajuta totodată la „transformarea urbei într-o pădure”. Conceptul clădirii a fost realizat de Laboratorul de cercetare Tsukuba al companiei Sumitomo, și constă dintr-un bloc turn cu 70 de etaje deasupra solului, construit dintr-o combinație de lemn și oțel, lemnul fiind materialul predominant în proporție de 90%.

Pentru ridicarea structurii vor fi necesari 6,5 milioane de metri cubi de lemn iar costul a fost estimat la 600 de miliarde de yeni. Planurile de construcție prevăd o structură tubulară care va putea rezista la rafalele de vânt și la cutremurele puternice care sunt fenomene destul de frecvente în Japonia. Turnul va găzdui magazine, birouri, un hotel și unități rezidențiale, iar planurile prevăd balcoane largi, pline de plante, o grădină pe acoperiș și spații deschise.

Capitol5. Concluzii

Satul a lăsat o moștenire arhitecturală substanțială în ceea ce privește clădirile din lemn: simplitate și bun simț îmbinate cu o profundă cunoaștere a materialului care au dat naștere la construcții ce încă mai dăinuie și care sunt situate pe întreg teritoriul țării.[12]

Dar prezentul urban și rural cere altceva: clădiri moderne, confortabile din punct de vedere funcțional, eficiente energetic și la prețuri cât mai mici ca investiție și mentenanță. Suplețea arhitecturală deosebită oferită de lemn permite evitarea construcțiilor monotone.

Lemnul este dur, rezistent și îmbătrânește frumos. Lemnul este un material ușor și curat de folosit, menținut și reparat, iar când nu se mai poate repara se poate refolosi sub altă formă sau se poate arde și atunci oferă căldură, nu moloz.

Lemnul reglează umiditatea mediului ambiant, absorbind apa, când este prea multă și eliberând-o când este prea puțină.În plus, șantierele pe care se lucrează cu lemn sunt mai curate, mai liniștite și mai uscate decât unele pe care se lucrează cu  materiale umede și dure ca betonul, cărămida, oțelul și uneltele zgomotoase care le însoțesc, iar clădirea se ridicăși se finisează în timp record, fapt ce conduce la costuri mult reduse.[12]

Primul și cel mai solid motiv pentru a folosi lemnul în construcții este confortul creat în interior. Acest material nu emite radiații nocive pentru sănătate, nu produce praf alergen și nu se încarcă electrostatic, din contră el absoarbe dixidul de carbon, un gaz toxic, din încăpere, purificând aerul.[12]

Cele patru principii de bază din arhitectura "verde" pot fi respectate prin utilizarea lemnului:

1.Reducerea consumului de energie:

Datorită structurii sale, lemnul are o putere de izolare mai bună comparativ cu alte materiale izolatoare, utilizarea unor structuri de lemn fiind recomandată în obținerea unui consum scăzut de energie pentru încălzire sau răcire.

2.Minimalizarea poluării externe și a daunelor asupra mediului înconjurător:

În evaluarea impactului asupra mediului în timpul execuției clădirii, trebuie luate în considerare impactul asupra calității aerului, a apei și a solului. În urma studiilor efectuate s-a demonstrat că pentru extragerea, prelucrarea și utilizarea lemnului, comparativ cu alte materiale de construcție, cum ar fi oțelul sau betonul, efectele înregistrate au fost următoarele:

-un nivel scăzut al emisiilor de gaz

-un nivel scăzut al poluării aerului

-un nivel scăzut al poluării apei

-un nivel scăzut al pierderilor

Fiecare material de construcție pe care îl folosim provine din surse naturale, iar utilizarea irațională duce la epuizarea rapidă a acestora. Dintre toate acestea doar lemnul se regenerează, fiind cel mai eficient și ecologic material de construcție

3.Reducerea energiei totale și evitarea epuizării resurselor:

Energia totală include toate tipurile de energie, directe sau indirecte, folosite la extragerea, prelucrarea, transportarea și utilizarea materialelor de construcție. Acest principiu urmărește nu doar scăderea consumului de energie, în urma ridicării clădirii, dar și în timpul producerii materialelor de construcție. Principiul scăderii volumului resurselor utilizate poate fi respectat folosind materiale reciclabile, lemnul este singurul material principal de construcție ce poate fi reciclat și prelucrarea acestuia presupune utilizarea unor resurse energetice scăzute. Tehnologia modernă de prelucrare a lemnului permite utilizarea fiecărei părți a unui copac astfel încât folosirea lui să se facă cu eficiență maximă. Lemnul este un material cu o mare durabilitate, astfel nu necesită înlocuiri, reparații.

4.Minimizarea poluării interne și a efectelor nocive asupra sănătății:

În urma cercetării efectelor utilizării lemnului în construcții și a decorațiunilor din lemn asupra corpului și minții s-a constatat că acestea au multiple beneficii: o locuință sau un birou decorat cu lemn scade nivelul stresului, reduce starea de anxietate și îmbunătățește starea emoțională, intensifică abilitățile cognitive datorită apropierii de natură.

Podelele din lemn sunt acum recunoscute ca fiind viitorul, deoarece au un aspect plăcut și reduc acumularea de praf și microbi. Produsele din lemn dintr-o încăpere îmbunătățesc calitatea aerului prin reglarea umidității, lemnul absoarbe excesul de umiditate din aer și îl eliberează atunci când aerul este foarte uscat.

Lemnul poate servi ca aplicație funcțională (structurală) precum și ca material pentru finisaje datorită aspectului estetic. De exemplu, construcțiile structurale din cherestea oferă un potențial arhitectural deosebit. [18]

Structurile realizate din lemn sunt la fel de solide ca și cele construite cu materiale tradiționale – beton și zidărie.Prin elasticitatea de ansamblu a structurii sunt amortizate vibrațiile și sunt disipate sau absorbite undele seismice, în caz de cutremur.

Prin natura lui, lemnul este un material termoizolant iar prin alcătuirea elementelor de închidere și compartimentare se obține un spor de izolație termică superior zidăriei sau betonului. Această caracteristică reduce costurile pentru încălzire a clădirii cu 25 – 30 %iar confortul acesteia este completat de izolarea fonică, direct proporțională, în cazul construcțiilor din lemn, cu cea termică. Astfel, scandinavii și canadienii care au un climat de două ori mai friguros decât noi, consumă de două ori mai puțină energie grație structurilor și finisajelor din lemn.[9]

Proprietățile fizice negative ale lemnului se datoresc originii lui, fiind un material viu și în consecință biodegradabil sub acțiunea dăunătorilor (fungi de mucegai, spori de ciuperci, insecte), sensibil la umezeală și la foc. Aceste dezavantaje pot fi anulate de o largă gamă de tratamente cu rol ignifug și antisepticde mare eficiență. Lemnul este singurul material care, în cazul unui incendiu, își conservă proprietățile mecanice prin stratul de „lemn carbonizat” care se formează la suprafață, în timpul arderii.

Prin dezvoltarea unor tehnologii moderne și deosebit de eficiente sunt realizate produse din lemn pentru care se utilizează atât lemn de calitate superioară cât și produse rezultate din prelucrarea primară a lemnului masiv, cum ar fi: lemn cu lungime sub 1,0 m, așchii de lemn, rumeguș de lemn. În aceste condiții, din deșeurile de lemn se produce „lemnul reconstituit” care face parte din grupa „materialelor biocompozite” și ale căror proprietăți fizice și mecanice sunt superioare lemnului natural. Ele stau la baza dezvoltării structurilor moderne, înalte și/sau cu forme spațiale complexe.[9]

Execuția structurilor moderne din lemn necesită o foarte bună și profundă cunoaștere a domeniului staticii construcțiilor pentru a se putea aplicata concepția de „spațialitate structurală”. Aceasta este redată prin două forme distincte: structurile spațiale alcătuite din bare și structurile cu diafragme (pereți și planșee).

La alcătuirea structurilor din lemn un rol esențial pentru obținerea stabilității locale și generale îl au contravântuirile și rigidizările, care împreună cu elementele structurale de tip bară, dau naștere la adevărate dantelării în lemn.

Structurile moderne din lemn natural și/sau lemn reconstituit asociate cu pereții verzi și terasele sau acoperișurile grădină joacă un rol deosebit de important în schimbarea modului de viață al oamenilor, oferind un mediu mai curat și mai plăcut ca ambient prin încercarea de reîntoarcere la natură.[9]

BIBLIOGRAFIE

[1]. Laminated Veneer Lumber: Https://www.customkit.co.nz

[2].Motoc, Mihai, GLULAM S.A,Revista Construcțiilor nr. 104 – iunie 2014, pag. 54

[3].NP005-96 – Cod pentru calculul și alcătuirea elementelor de construcție din lemn

[4].EUROCODE 5 – Proiectarea construcțiilor din lemn

[5].Cotta N. L., Curtu I., șerbu A. – Elemente de construcții și case prefabricate din lemn, Edit. Tehnică, București, 1990

[6].Curtu I., Șerbu Ad., Sperchez Fl., Gonciar M., Florea R., Tudor E. – Calculul de rezistență în industria lemnului, Edit.Tehnică, București, 1982

[7].*** – Timber construction manual. American Institute of Timber Construction, 3rd ed., John Wiley & Sons, 1985

[8].Faherty K. F., Williamson T. G. – Wood engineering and construction handbook, McGraw-Hill, 1989

[9].Marusceac D. – Construcții moderne din lemn, Edit. Tehnică, București, 1992

[10].Curtu I. ș.a. – Elemente de constructii si case prefabricate, Edit.Tehnică, București, 1990

[11].Curtu I. ș.a. – Îmbinari din lemn, Edit.Tehnică, Bucuresti, 1988

[12].Decher, Emanuela, Construcții din lemn, vol. I: Studiul lemnului, Edit. Societății Academice „Matei-Teiu Botez” Iași, 2003,ISBN 973-86343-1-8, 264 pagini;

[13].Lanivschi C.E., Decher E., Wood glass-fiber reinforced polyester (GFRP) hybrid cross-section used to improve the structural behavior of timber beams,Book Series Title: Advanced Materials Research, Volume: 778, 2013, Pages: 575-581, ISSN: 1022-6680

[14].Decher E., Lanivschi C.E. Timber structures repair with wfrp (wood fibres reinforced polyester), / vol. 3 Rehabilitation of Timber Structures / Editor: Jerzy Jasieńko, Dolnoślaskie Wydawnictwo Edukacyjne Poland, 2012, 8 pag., 8th International Conference on „Structural Analysis of Historical Construction” SAHC 2012, Wroclaw, Poland, ISBN: 978-83-7125-219-8

[15].Lanivschi C.E., Decher E., Wood glass-fiber reinforced polyester (GFRP) hybrid cross-section used to improve the structural behavior of timber beams, Book Series Title: Advanced Materials Research, Volume: 778, 2013, Pages: 575-581, ISSN: 1022-6680

[16].http://casamea.ro

[17].http://www.adrcentru.ro

[18].http://www.dual-art.ro