SPECIALIZAREA MANAGEMENTUL RESTAURĂRII ȘI VALORIFICĂRII PATRIMONIULUI CULTURAL [307790]

UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE ADMINISTRAȚIE ȘI AFACERI

SPECIALIZAREA MANAGEMENTUL RESTAURĂRII ȘI VALORIFICĂRII PATRIMONIULUI CULTURAL

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Managementul valorificării patrimoniului prin elaborarea materialelor micro și nanostructurate pentru consolidarea suportului lemnos

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Prof. univ. dr. Ana EMANDI

ABSOLVENT(Ă),

Mirela POPESCU (LAZĂR)

BUCUREȘTI

2017

[anonimizat] a [anonimizat], disponibilitatii și proprietăților sale de prelucrare. [anonimizat] o [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], [1 – 3].

Lemnul proiectat și construit corespunzător și-a îndeplinit cu succes misiunea de-a lungul secolelor. Bisericile norvegiene construite în secolele XII și XIII sunt încă în picioare datorită durabilității structurilor din lemn executate corespunzător. Cheia durabilității acestei structuri se găsește în proiectarea detaliilor care mențin lemnul uscat.

Bisericile de lemn din România formează un patrimoniu prețios pe plan național și mondial. Până la începutul secolului 20 românii au creat și s-au manifestat preponderent într-o civilizație a lemnului, de o bogăție, o [anonimizat]. În acestea s-[anonimizat].

În România se păstrează peste 1400 de biserici de lemn construite înainte de anul 1918. Aproximativ 650 [anonimizat] 490 [anonimizat] 300 sunt în Moldova.

Valoarea lor în ansamblu este inestimabilă pentru cultura românească. Ele fac parte integrantă și definitorie din identitatea națională.

Utilizarea lemnului nu este lipsită de apariția unor probleme posibile.

Este necesara o înțelegere a structurii sale anatomice complexe [4], proprietățile sale fizice și mecanice. [anonimizat], [anonimizat]. Lemnul prezintă în afară de degradarea biologică datorată insectelor sau ciupercilor și care nu este tratată în această lucrare, o [anonimizat].

[anonimizat], fiind parte a [anonimizat].

[anonimizat]. Pentru a evita aceste modificari trebuie asigurat un climat stabil. Atunci când lemnul este luat din ciclul natural și este depozitat în condiții favorabile îi crește durata de viață. [anonimizat], din diverse motive tehnice sau financiare.

[anonimizat] a lemnului, diferitelor specii de lemn analizate prin diferite metode de investigare a [anonimizat]ățile chimice, fizice și mecanice ale lemnului îmbătrânit.

Ca urmare, pe baza informațiilor obținute, lucrarea are ca scop găsirea unor soluții de consolidare a suportului lemnos îmbătrânit – degradat, datorită acțiunii diferiților factori climatici și biologici, cu materiale noi micro și nanostructurate.

Obiective specifice

Principalele obiective sunt:

– Efectuarea unui studiu despre procesul de îmbătrânire și efectul său asupra proprietăților lemnului;

– Caracterizarea completă a lemnului îmbătrânit;

– Soluții de consolidare a suportului de lemn cu materiale noi micro și nanostructurate.

Motivarea lucrării

Lemnul a fost utilizat de oameni încă din cele mai vechi timpuri și este unul dintre cele mai importante materii prime. Proprietățile lemnului nou au fost investigate și documentate. Pe de altă parte, se cunosc foarte puține date despre procesul de îmbătrânire a lemnului sau a proprietăților lemnului vechi, cu toate că astfel de informații sunt vitale pentru consolidarea corespunzătoare a obiectelor de patrimoniu cultural de lemn. In plus, studiile efectuate conțin adesea declarații contradictorii, astfel încât nu există un punct de vedere clar pentru majoritatea proprietăților lemnului vechi.

Lucrarea își propune să umple acest gol și să contribuie la cunoașterea procesului de îmbătrânire a lemnului și la modalitățile de consolidare a suportului lemnos cu materiale micro și nanostructurate.

Lemnul a jucat un rol important în viața de zi cu zi a omului încă din cele mai vechi timpuri, folosit ca material pentru confecționarea jucăriilor, a mobilei, precum și ca material pentru construcții.

Descoperirile tehnologiilor avansate și a materialelor noi plasează lemnul ca o materie primă de bază. Datorită raportului mare dintre rezistență și densitate și a proprietăților de izolare bune, lemnul este cel mai comun material de construcții. Lemnul este un material organic, fiind parte a unui ciclu natural al carbonului, datorită degradării în condiții naturale. Degradările biologice cauzate de bacterii, insecte sau fungi sunt accelerate atunci când lemnul este în contact cu apa sau solul. Atunci când lemnul este luat din ciclul natural și este depozitat în condiții favorabile îi crește durata de viață. Arheologii au descoperit în piramide obiecte de lemn intacte de o vechime de 4000 de ani (Borgi at all, 1975).

Conservarea patrimoniului cultural din lemn este un obiectiv foarte important dar foarte dificil de atins. Cele mai multe modificări sunt date de natura higroscopică a lemnului. Modificările de conținut a lemnului datorită proceselor de absorbție și desorbție conduce la schimbări dimensionale ce pot provoca deteriorare ireversibilă cum ar fi deformări, fisuri sau exfolieri. Pentru a evita aceste modificari dimensionale trebuie asigurat un climat stabil. Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibilă asigurarea unui climat favorabil, din diverse motive tehnice sau financiare. De aceea, este necesar să se găsească soluții de compromis între climatul de condiționare și costurile cu determinarea gradului de fluctuații climatice acceptabile în timpul depozitării. În acest scop, este vitală acumularea cunoștințelor despre comportamentul higroscopic și proprietățile mecanice ale lemnului îmbătrânit. Aceste informații pot fi utile atunci când se analizează reutilizarea lemnului îmbătrânit, opțiune care câștigă mai multă atenție odată cu creșterea prețurilor lemnului și creșterea gradului de conștientizare a dezvoltării durabile.

Cu toate acestea, procesul de îmbătrânire a lemnului și a proprietăților lemnului vechi au fost puțin investigate, până în prezent. În plus, rezultatele studiilor sunt adesea contradictorii și greu de comparat între ele, datorită diferitelor specii de lemn analizate precum și vârstei diferite a exemplarelor, iar metodele de investigare folosite sunt de asemenea diferite.

Studiul actual își propune să contribuie la cunoașterea procesului de îmbătrânire a lemnului.

Principalele obiective sunt:

– să descrie procesul de îmbătrânire și efectul său asupra proprietăților lemnului.

– caracterizarea completă a lemnului îmbătrânit;

– soluții de consolidare a suportului de lemn cu materiale noi micro și nanostructurate.

În acest scop au fost efectuate o gamă de experimente pe eșantioane din lemn de brad, specie folosită în România, (Picea abies). A fost investigat lemnul recent, nou pe lângă probele cu lemn vechi pentru a servi drept referință.

Cercetările care au fost efectuate sunt următoarele:

– Investigații privind proprietățile de rezistență: determinarea rezistenței la compresiune perpendicular pe fibră și paralel cu fibra, modul de elasticitate la compresiune, determinarea rezistenței la tracțiune perpendicular pe fibră, modul de elasticitate la tracțiune, determinarea rezistenței la încovoiere parale cu fibra, modul de elasticitate la încovoiere global, determinarea rezistenței la forfecare;

– Investigațiile asupra comportării la rupere: determinarea impactului rezistenței la încovoiere și rezistenței la rupere; Analiza suprafețelor rupte.

A fost efectuată o scurtă trecere în revistă a anatomiei, chimiei, urmată de o definiție a procesului de îmbătrânire și un studiu privind proprietățile lemnului vechi.

S-a prezentat o metodologie de investigare a compatibilității fizico-mecanice a lemnului, rezultatele prezentate pe lemn vechi au fost discutate, în comparație cu valorile lemnului nou. Rezultate au fost rezumate și s-au analizat relațiile dintre diferitele proprietăți.

În cele din urmă este prezentat un rezumat al principalelor constatări și sugestii pentru studii suplimentare.

3. Anamneza

Anatomia și chimia lemnului

Lemnul este alcătuit astfel încât să-și poată îndeplini funcțiile structurale și de transport în planta vie. Aceste funcții determină structura lemnului pe macro, mezo și micro-scală. În cele ce urmează, sunt prezentate componentele principale chimice.

O secțiune transversală în arbore poate fi împărțită în zone diferite, după cum este prezentat în figura 3.

Fig. 3 Secțiune în trunchiul unui copac

Zauner (2013) după Grosser (1977)

Tulpina plantei, aflată în mijloc se numește marca sau seva.

Heartwood este partea interioară a trunchiului format din celule moarte, inactive biologic, în timp ce partea exterioară, în care au loc procese de transport, este numită alburn. În funcție de specie, culoarea inimii si alburnul pot diferi sau pot fi similare.

Un strat subțire de Cambium, care este responsabil pentru creșterea secundară a copacului, este situat între Alburn și scoarță; partea exterioară a secțiunii transversale.

În zonele cu climă temperată, activitatea Cambium este periodică, ceea ce duce la așa-numitele inele de creștere (de asemenea, inele anuale sau an), care sunt vizibile chiar si cu ochiul liber. Cu toate acestea, țesutul lemnului nu este uniform prin inelele anuale.

Earlywood (EW) este produs la începutul sezonului cultivării și joacă un rol important în transportul apei. În consecință, aceste celule au lumenul relativ mare și pereți subțiri. Spre sfârșitul sezonului, Cambium produce celule care au ziduri groase și lumenul mai mic și asigură suport mecanic (latewood, LW). Modificările de la earlywood la latewood pot fi progresive sau bruște, în funcție de specie.

Țesut din lemn

Țesutul de rășinoase și foioase arată că există diferențe remarcabile între acestea (figura 4).

Fig. 4 Structura celulară a lemnului

Structura celulară a rășinoaselor este relativ simplă (figura 4 a). Țesutul este format în principal din celule subțiri, tubulare numite traheide care reprezintă 90-95% din celule. În rășinoase pot fi distinse trei tipuri de traheide.

Traheidele earlywood și latewood sunt aliniate pe direcția longitudinală a trunchiului. Primii au pereți subțiri și fluxul luminos mare, în timp ce acesta din urmă au ziduri groase și lumenul mai mici. Traheidele, care au o orientare radială, asigura transportul de nutrienți de-a lungul tulpinii. Împreună cu celulele parenchimatoase, ele formează așa-numitele raze.

Proporția de celule parenchimatoase aliniate longitudinal este destul de scăzută (1-2%), iar în unele specii ele sunt chiar lipsesc cu desăvârșire. Speciile care au canale de rășină conțin celule epiteliale.

În timp ce în rășinoase atât transportul de apă și suportul mecanic sunt furnizate de traheide, lemnul de esență tare are celule de diferite tipuri pentru aceste funcții. Țesutul de susținere este format din fibre libriforme, un tip de celulă având o formă alungită, cu capetele îngustate și peretele celular gros în cea mai mare parte. Transportul de apă de-a lungul tulpinii are loc în vasele (trahee), formate din mai multe elemente din cauza perforării pereților celulelor la capetele lor. Diametrul vaselor variază semnificativ, în funcție de specie și localizarea lor în cadrul inelului anual.

În conformitate cu dispunerea vaselor, lemnul de esență tare este clasificat ca inel-poros sau difuz poros. La inelul speciilor poroase (adică în stejar), earlywood conține vase cu un diametru mare, în timp ce vasele latewood sunt semnificativ mai mici. La inelul difuz poros, vasele sunt împrăștiate de-a lungul inelului anual și sunt mai uniforme în dimensiune. Celulele parenchimului axial sunt mai frecvente în lemnul de esență tare decât în rășinoase și pot să fie găsite fie asociate cu vasele (parenchimatoase paratraheală) sau nu (apotracheal parenchim). Raze sunt compuse din celule parenchimatoase. Un exemplu al structurii celulare a inelului poros și difuz poros pentru lemnul de esență tare este prezentată în figura 4 b) și c).

Compoziția chimică

Principalele componente chimice care formează pereții celulari ai lemnului sunt celuloza, lignina și hemiceluloză.

Celuloza este o macromoleculă de carbohidrat care reprezintă 40-45%, în greutate, din lemn, fiind ușor mai mare procentual în lemnul de esență tare decât în lemnul de rășinoase. Aceasta este construită din unități de β-D-glucoză legată împreună cu 1-4 legături, gradul mediu de polimerizare variază de la 8000 la 10000. Macromolecula de celuloză este liniară. În starea lor naturală, moleculele de celuloză sunt aranjate într-o rețea cristalină, datorită legăturilor intermoleculare de H și forțelor van der Waals, formând microfibre. O microfibră de celuloză cristalină are și piese necristaline (amorfe). Microfibrele sunt aranjate în continuare în elemente structurale mai mari, numite fibre (Fengel și Wegener 1989).

Datorită legăturilor covalente puternice și de H în interiorul și între moleculele de celuloza, fibrele de celuloza sunt capabile să reziste la solicitări mari la tracțiune.

Cristalinitatea este un atribut important al celulozei, având un efect semnificativ asupra proprietăților sale fizice, mecanice și chimice. De exemplu, odată cu creșterea cristalinității, crește rezistența la tracțiune, stabilitate dimensională și crește densitatea, în timp ce scade reactivitatea chimică și capacitatea de absorbție (Andersson et al 2003. Schenzel et al 2005. Agarwal și colab. 500 2010). Conform literaturii de specialitate, 60-70% din celuloza din lemn este cristalină (Stamm 1964; Fengel și Wegener 1989).

Lignina este un polimer ramificat polifenolic, care se ridică la aproximativ 20% și 30% din lemn de esență tare și rășinoase. Ea are o structură eterogenă, amorfă construită dintro combinație de unități propan trei fenil: alcool p-cumaril (sau p-hidroxifenil), alcool sinapyl (Syringyl) și alcool coniferil (guaiacil).

Compoziția din lignină variază pe specii de lemn și arată o diferență între rășinoase și lemn de esență tare. Lignina în lemnul de esență moale conține guaiacil (până la 94%), în timp ce în lemnul de esență tare, guaiacil este însoțită de o cantitate remarcabila de syringil (20-60%) (Fengel și Wegener 1989).

Hemiceluloza este un termen colectiv pentru componentele de carbohidrați din lemn, altele decât celuloza. Aceasta include o largă varietate de compuși conținând diverse unități de zahăr, caracteristicile lor comune fiind lanțuri, care sunt mult mai scurte decât cele ale celulozei ramificate. Tipurile de hemiceluloză prezente variază foarte mult pentru rășinoase și foioase precum și între specii. Cei mai frecvenți compuși sunt xiloza și manoza, pentru lemn de esență tare și rășinoase. Hemiceluloză reprezintă 20-30% din masa de țesut și asigură legătura dintre fibrele de celuloză și lignină din cauza legăturilor de H (Fengel și Wegener 1989).

Pe langă componentele principale descrise mai sus, lemnul conține componente cu greutate moleculară scăzută din care partea organică este menționată ca extractibile și partea anorganică se numește cenușă. Conținutul de cenușă de lemn este, de obicei, în jur de 0,5%, constând din diverse substanțe minerale din care unele joacă un rol esențial în procesul de creștere. Conținutul anorganic al lemnului este influențat extrem de condițiile de mediu (Zobel și van Buijtenen 1989).

Extractibile includ un număr mare de compuși, cu diferite compoziții chimice. această grupă pot fi împărțite în compuși fenolici, terpene, acizi grași, alcooli, mono- și dizaharide. Cantitatea și calitatea extractibile variază foarte mult în funcție de specie și prezintă variații între diferite tulpini ale aceleiași specii precum și într-o tulpină. Cu toate ca acestea se ridică la doar câteva per suta din masa de lemn, acestea au o influență notabilă asupra culorii, miros și durabilitatea lemnului.

Structura peretelui celular

Pereții celulelor din lemn sunt compuse din mai multe straturi, așa cum este prezentat în figura 5.

Cadrul pereților celulelor este asigurat de fibre celulozice, în timp ce hemiceluloza și lignina constituie o încrustare a matricei. Cele trei părți principale sunt, din exterior o parte a celulei la lumen, lamela din mijloc (ML), peretele celular primar (P) și perete secundar (S). Peretele celular secundar poate fi divizat în continuare în trei straturi (S1, S2, S3), din care al treilea (S3) este denumit perete terțiar (T).

Stratul S2 este cel mai gros și este cea mai importantă parte a peretelui celular. Acest strat are o structură lamelată în sine, microfibre de celuloză paralele între ele și elicoidale în jurul lumenului. Unghiul dintre microfibre și axa celulei influențează parametrii de rezistență și elasticitate ai lemnului, precum și umflarea longitudinală (Carlquist 1988; Rowell 2005; Walker 2006).

În straturile S1 și S3, microfibrele au o aliniere elicoidală, dar au un unghi mai mare față de axa celulei. În peretele primar, cu toate acestea, orientarea microfibrelor este neregulată. Lamela din mijloc (M) este un strat lignificat, fără celuloză.

Raportul componentelor chimice variază între diferite straturi. Cel mai mare conținut de lignină poate fi găsit în lamela din mijloc și peretele primar, unde este componenta dominantă, în timp ce stratul S3 conține doar o cantitate mică de lignină. Stratul S2 are cea mai mare proporție de celuloză, însoțită de o cantitate considerabilă de hemiceluloză. Conținutul de hemiceluloză cel mai mare este în S3 (Rowell 2005).

Datorită structurii cristaline a celulozei, precum și alinierii microfibrelor în celule și alinierea celulelor din trunchiul din lemn, se observă un comportament anizotrop.

O alta proprietate importantă a lemnului rezultată din structura sa este higroscopicitatea. Fiind un material capilar poros, lemnul este capabil de a absorbi și desorbi apă în funcție de condițiile climatice. Apa poate fi amplasată fie în lumen (apă liberă) sau în interiorul peretelui celular (apă legată).

Conținutul de umiditate stabilizat la un anumit climat se numește conținut de umiditate de echilibru. Sub punctul de saturație a fibrelor, o schimbare a conținutului de apă rezultată în contracție sau umflarea materialului are o influență asupra proprietăților sale fizice și mecanice. Cea mai mare absorbție are loc în hemiceluloză și în părțile amorfe ale celulozei. Lignina în sine este destul de hidrofobă. Din cauza încrustării hidraților de carbon, lignina limitează accesul la apă (Rowell 2005). Prezența extractibilelor poate să scadă în continuare umiditatea de echilibru (Fengel și Wegener, 1989; Torelli et al 2006;. Hernandez 2007a;. Popper et al 2007).

Lemnul este un material neomogen. Proprietățile sale diferă datorită microstructurii diferite, existând variații considerabile într-o tulpină și între tulpini. Cu toate acestea, se constată diferențe ale proprietăților între speciile de lemn.

Influența creșterii densității – densitatea și creșterea densității influențează cel mai frecvent caracteristicile anatomice și proprietățile fizico-mecanice ale lemnului.

Influența densității asupra proprietăților de umflare și rezistență mecanică sunt bine cunoscute pentru diferite specii de lemn. Cu toate că aceste corelații nu sunt neapărat valabile pentru eșantioane din același copac, (Littleford 1961), densitatea este un factor important de comparare asupra proprietăților diferitelor specii de lemn.

Ca urmare a unor interacțiuni puternice între compoziția chimică, microstructură și proprietățile fizico-mecanice ale lemnului la scară macro, sunt necesare studii legate de efectele îmbătrânirii.

2.1.2 Metode de analiză

– Investigații chimice: determinarea proporției principalelor componente ale lemnului (lignină, celuloză, hemiceluloză, extractibile și cenușă) prin metode chimice umede; estimarea cristalinității celulozei și raportul de celuloză / lignină pe baza spectrelor Raman; analize extractibile cu ajutorul spectroscopiei în infraroșu tip FTIR și de gaz-cromatografie / masă (GC / MS);

– Cercetări privind microstructura prin microscopie electronică de baleiaj a mediului (ESEM);

– Inspecția vizuală

– Documentația foto

2.4. Reguli de conservare

Conservarea obiectelor din lemn este o activitate complexă care se bazează pe principii și reguli bine stabilite.

Tratamentele de conservare trebuie să urmeze mai multe principii, stabilite pe plan internațional, astfel încât orice încercare de a dezvolta noi materiale se bazează pe aceste principii, așa cum s-a menționat de către mai mulți autori [5-13], astfel:

• orice material în tratamentul de conservare nu trebuie să modifice integritatea și autenticitatea obiectului;

• orice material / tratament trebuie să prezinte un potențial de reversibilitate și să permită intervenții ulterioare de restaurare, ori de câte ori este necesar;

• orice material / tratament trebuie să fie compatibil cu toate materialele care alctuiesc obiectul; materialele trebuie tratate ca un întreg și nu separat.

Un tratament de consolidare este de obicei necesar atunci când obiectul de lemn este grav alterat iar integritatea și autenticitatea nu mai este asigurată. Acesta este menit să asigure obiectului proprietățile de rezistență fizică și mecanică necesare.

O dată stabilită necesitatea de consolidare trebuie luate o serie de decizii în ceea ce privește materialele de consolidate și metodologia. Se va alege un consolidant, tipul de solvent, concentrația soluției și o metodă adecvată de aplicare. Aceste alegeri depind în principal de natura obiectului care trebuie tratat, tipul și starea materialelor, precum și cerințele funcționale ale obiectului așa cum este prezentat în [14] și [15].

Cerințele generale ale materialelor de consolidare a lemnului includ, în afară de reversibilitate, compatibilitate și retratabilitate [12, 16], aspectele tehnice specifice referitoare la umflarea lemnului și contracțiile, adâncimea de penetrare, distribuția uniforma, nivelul de retenție și de toxicitate a consolidantului.

Un material de consolidare ar trebui să ofere o rezistență suficientă obiectului care urmează să fie conservat asigurând în același timp o anumită coeziune a structurii perturbate [7, 8, 17]. Cu alte cuvinte, un materialul de consolidare trebuie sa aibă proprietăți de adeziune și coeziune conferind obiectului rezistență mecanică și proprietăți fizice îmbunătățite. Acesta este motivul pentru care sunt preferați compuși organici cu greutate moleculara mare, datorită stabilității lor fizice și chimice și, implicit, rezistenței la intemperii și îmbătrânire. Astfel de materiale includ rășini naturale, uleiuri, ceruri, cleiuri de colagen și polimeri termoplastici sau termorigizi sintetici așa cum arată și literatura de specialitate [16].

Cel mai recent tratamentul de consolidare utilizează rășini solubile, sintetice termoplastice, polimeri în soluție de solvent, datorită ușurinței de aplicare și reversibilitatea produsului de consolidare – polimer fixat în lemn, [11, 12, 18, 19]. Prin utilizarea acestor produse se îmbunătatesc rezistența mecanică și rezistența la zgârieturi și loviri.

2.4. Fenomene de deteriorare

Glosar termeni degradare

Pentru a nu se confunda defectele de structura ale lemnului cu defectele apărute ca urmare a acțiunii diversilor factori climatici se va face o prezentare a acestora în tabelul 1.

Tabel 1 – Prezentarea defectelor de structură ale lemnului nou

În tabelul 2 sunt prezentate tipurile de deteriorări ale suportului lemnos, factori de degradare răspunzători și propuneri de conservare preventivă.

Structura de lemn este scheletul structural al unei construcții realizate din elemente din lemn, din trunchi și ramuri mari de copaci asamblate cu diferite tipuri de imbinări. Structura formează un sistem complex de piese ce au relații diferite intre ele și vizează preluarea sarcinilor, precum și asigurarea stabilității clădirii. Structurile din lemn pot servi ca suprafețe arhitecturale ornamentale (chiar și lipsite de culoare sau picturi murale executate pe o tencuială sau pânză). Conservarea structurilor din lemn necesită analize complexe pentru a determina caracteristici generale precum configurația, incărcătura, cronologia intervențiilor și influența factorilor de mediu, degradarea materialelor, precum și interacțiunea diferitelor materiale utilizate pentru imbinări.

Grund -oPrimul strat preparator aplicat pe un suport pe a cărei suprafață finală va fi executată pictura.

Grundul ar trebui să ofere o mai bună aderență și o mai bună reflexie a culorilor aplicate deasupra, față de un suport nepreparat.

Materialul de umplutură are o granulație fină, de exemplu creta, gipsul sau varul. De obicei alb, grundul poate fi realizat însă și într-o culoare apropiată de tonul picturii ce va urma deasupra. Liantul folosit diferă, in funcție de tehnica folosită pentru pictarea suprafeței.

Intre suport și grund poate fi aplicat un liant (primer) care asigură o mai bună aderență intre aceste straturi, precum și stabilitate pentru pictură.

Șindrila – Bucată subțire de lemn folosită pentru acoperirea șarpantelor sau pentru placarea fațadelor clădirilor. Așezate de obicei in straturi suprapuse, asigură impermeabilitate. Pot să aibă, de asemenea, rol decorativ, creat atât prin forma lor, cât și prin dispunerea pe suprafața arhitecturală. In unele țări termenul șindrilă se referă exclusiv la țigla din lemn folosită la acoperirea șarpantelor, in special in arhitectura vernaculară.

2.5. Îmbatrânirea lemnului

2.5.1. Motive de degradare

Îmbătrânire este înțeleasă ca schimbarea ireversibilă a proprietăților fizice și mecanice ale unui material în timpul depozitării sau utilizării mai îndelungate (Unger și colab., 2001).

Prin urmare, se poate produce o deteriorare din cauza factorilor climatici, dar și prin intermediul organismelor de distrugere a lemnului (insecte, fungi, bacterii și alge marine) (Unger și colab., 2001). Deteriorarea biologică a fost exclusă din studiul curent.

Modificarile care pot avea loc datorită deteriorării sunt modificări în compozitia chimică, modificari în microstructura, modificarea culorii, comportamentul higroscopic, comportamentul mecanic.

Îmbătrânirea naturală

Efectele condițiilor de depozitare

Schimbările proprietăților fizice și mecanice ale lemnului datorate îmbătrânirii provin din schimbări în microstructură și modificări chimice ale componentelor. Din moment ce condițiile de păstrare pot produce modificări chimice este evident că au un efect semnificativ asupra procesului de îmbătrânire.

În cazul lemnului trebuie identificate condițiile de depozitare aerobe și anaerobe (Fengel 1991).

Condițiile anaerobe sunt atunci când lemnul este îngropat în pământ sau scufundat în apă. În cazul lemnului îngropat, are loc o pierdere rapidă de celuloză amorfă sau paracristalină și o conversie mai lentă a celulozei necristaline (Chowdchury și colab., 1967). Într-un proces de fosilizare foarte lent, substanța peretelui celular este transformată în compuși condensați sau substituiți cu minerale (Fengel 1991). Degradarea poate fi influențată de apele subterane, acido-bazice și caracteristicile reducătoare oxidante ale acestei ape (Florian 1990).

În timp ce mai mulți ani petrecuți sub apă nu par să afecteze proprietățile remarcabile ale lemnului (BUES 1986), depozitarea prelungită în apă cauzează umflarea pereților celulelor secundare cu apă și hidrolizarea lentă a carbohidraților care produc slăbirea texturii fibrelor (Hoffmann și Jones 1990). Degradarea în structura cristalină a celulozei este împărțită. Lignina își poate menține forma originală în timp, în apă, cu toate acestea, uscarea duce la colaps celular. În consecință, lemnul îmbibat cu apă suferă o contracție extremă și tinde să se destrame atunci când este mutat la temperatura ambiantă.

În cazul lemnului depozitat în aer – condiții aerobe, trebuie să se verifice dacă obiectele sunt expuse intemperiilor sau nu. Lemnul expus la lumina directă a soarelui suferă o degradare chimică cauzată de radiațiile UV. Conform Norrstrom (1969) în Kuo și Hu (1991), lignina contribuie cu 80-95%, carbohidrații cu 5-20%, și extractibile cu aproximativ 2% la coeficientul de absorbție totală a lemnului. Astfel, lignina este componenta peretelui celular cea mai sensibilă la lumină UV. De asemenea, s-a demonstrat că transferurile de lignină datorate luminii UV au ca rezultat degradarea celulozei (Yoshimoto 1972).

În afară de fotodegradare, trebuie luată în considerare și degradarea termică.

Temperatura de la suprafata lemnului iradiat în aer liber poate ajunge la 60-90°C, în funcție de culoare (Tolvaj și Molnár 2008). Mai mult decât atât, se produce eroziunea lemnului prin vânt și ploaie (Unger și colab., 2001), ceea ce permite substanțelor fotodegradante să fie ușor de spălat (Nemeth 1998).

Lemnul expus la intemperii este de asemenea supus unor solicitări mecanice din cauza fluctuațiilor de temperatură și umiditate (Borgin et al. 1975b). Aceste efecte, împreună conduc la descompunerea straturilor de suprafață (Unger și colab., 2001), având ca rezultat apariția suprafeței gri pe termen lung.

Schimbările rapide în umiditatea relativă generează o distribuție inegală de umiditate în obiectele din lemn, ceea ce duce la formarea tensiunilor induse de umiditate care pot provoca daune în structura materialului. Erhardt și colab. (1996) afirmă că obiectele cu structură asimetrică sau construite din mai multe materiale având proprietăți diferite higroscopice sunt cele mai amenințate de schimbările de umiditate.

Lemnul este cel mai stabil atunci când este depozitat în interior, în aer uscat.

Din cauza condițiilor favorabile (temperatură scăzută și radiații UV, nici un contact cu apa lichidă, condițiile de umiditate stabile) efectul îmbătrânirii asupra structurii sale pare să fie minimă, cel puțin până la o vârstă de 4400 de ani, în cazul în care nu are loc nici un atac de insecte sau ciuperci (Nilsson și Daniel 1990).

Efectele îmbătrânirii

Cele mai multe obiecte din lemn sunt supuse la sarcini exterioare în timpul exploatării într-o măsură mai mare sau mai mică. Pe termen lung se pot produce schimbari permanente în material, chiar și atunci când nu se produce nici o fisură, degradarea nu poate fi văzută cu ochiul liber. Cu toate acestea, ar fi o greșeală să atribuim astfel de daune procesului de îmbătrânire in sine. Prin urmare, comportamentul lemnului și istoricul de solicitare al materialului trebuie să fie luat în considerare atunci când se investighează efectul îmbătrânirii asupra proprietăților mecanice.

Literatura de specialitate cu privire la comportamentul reologic al lemnului este destul de voluminoasă. O analiză detaliată nu este dată aici; mai degrabă descrierea este limitată la punctele cele mai relevante pentru studiul curent, explicații suplimentare se găsesc de exemplu în Bodig și Jayne (1993) sau Smith și colab. (2003), precum și un rezumat amplu al publicațiilor pe tema este dată în Holzer și colab. (1989).

Lemnul este un material vâscoelastic. În timp ce comportamentul său mecanic se presupune a fi elastic pentru o încărcare pe termen scurt, pentru o încărcare pe o perioadă îndelungată se considerată o comportare vâscoasă. Atunci când sarcina este menținută pentru o perioadă mai lungă, apare așa-numitul comportament de curgere lentă ca rezultat obținut în urma unor variații la nivel molecular.

Atunci când lemnul este supus la o solicitare, are loc mai întâi o reorientare a moleculelor sale La niveluri mai ridicate de încărcare, are loc distrugerea legăturilor chimice, având ca rezultat daune structurale ireversibile și rezistență scăzută. Factorii care influențează comportamentului de curgere lentă sunt nivelul, durata și tipul de sarcină. Totodată istoricul de încărcare anterior, conținutul de umiditate al lemnului și a condițiilor de mediu joacă un rol important.

Când sarcina este îndepărtată, are loc o recuperare a deformării. În timp ce partea elastică de deformare își revine imediat, recuperarea fluajului este dependentă de timp, iar revenirea este influențată de condițiile de mediu. Atunci când nu există suficient timp pentru a realiza o recuperare completă, deformarea la fluaj se va acumula prin cicluri, ceea ce duce din nou la leziuni ireversibile în materialul (Bodig și Jayne 1993).

După cum se poate observa, efectul de încărcare pe termen lung este influențat de mai mulți factori diferiți. Tipul de stres, viteza și durata sarcinii, conținutul de umiditate și temperatură, precum și caracteristicile materialului (Bodig și Jayne 1993).

De exemplu, Fridley colab. (1996) și Deppe și Ruhl (1993) nu au raportat modificări ale performanțelor mecanice ale elementelor din lemn pentru construcții, după un timp de 85 ani respectiv 600 de ani. Pe de altă parte, elementele structurale, stâlpi de lemn, după numai 30 de ani de exploatare prezintă o distrugere microstructurală, evidențiată de o rezistență la îndoire scăzută, (Kollmann și Schmidt, 1962).

În ciuda numeroaselor studii realizate în acest domeniu, fenomenul nu a fost clarificat, din cauza numărului mare de factori de influență (diferite condiții climaterice, durata de încărcare).

2.5.2. Degradări datorate factorului uman

Degradările suportului de lemn apar sub influența unor game variate de factori interni și externi. În multe cazuri omul are un aport important în apariția sau evoluția acestora, prin dezinteresul arătat monumentului (obiectului de artă) sau, mult mai grav, prin intervenții directe. Acestea lasă urme vizibile la suprafață, producând alterări ale aspectului original, dar au și efecte mai puțin vizibile, la nivelul suportului.

Intervențiile directe ale factorului uman care produc degradarea originalului sunt:

folosirea surselor de foc în apropierea obiectelor de artă (focul deschis provine în principal de la lumânări), pe lângă afumarea picturii, arderea lumânărilor poate duce la alterarea cromatică a suprafețelor pictate, transformări ale stratului de vernis, deformări ale pânzei din stratul support sau perforarea acesteia sub acțiunea căldurii degajate sau chiar la pierderea picturii;

efectuarea de instalații și diverse lucrări care afectează structura integral a obiectului original precum cuiere, suporturi, instalații electrice sau de supraveghere;

deteriorări datorate acțiunii mecanice (zgârieturi, lovituri, atingerea suprafeței);

intervenții neprofesioniste care pot distruge sau mutila definitive piesele de lemn;

intervenții agresive de spălare;

repictări și adaosuri de material sau elemente stăine de componența elementelor originale (ceruri, verniuri, elemente metalice sau textile) ;

manipularea sau depozitarea necorespunzătoare poate produce degradări în cascadă, cu efecte multiple asupra structurii suportului de lemn.

ELIMINAREA FACTORILOR DE MEDIU CARE INFLUENȚEAZĂ DURABILITATEA SUPORTULUI LEMNOS

Pentru eliminarea factorilor de mediu care influențează durabilitatea suportului lemnos este necesară controlarea variației temperaturii, umidității, precum și asigurarea unor tratamente de conservare.

3.1. Controlul variației temperaturii

Controlul temperaturi nu este în mod normal o opțiune viabilă pentru prevenirea deteriorării suportului lemnos decât pentru utilizare în condiții de interior. Temperatura trebuie menținută în condiții standard 23oC, obținute prin utilizarea unor instalații de încălzire prevăzute cu termostat.

3.2. Controlul umidității

Cel mai eficient mod pentru eliminarea degradării suportului lemnos este menținerea lemnului uscat. Lemnul găsit în piramidele din Egipt a fost descoperit în stare bună după mii de ani, deoarece el a rămas uscat. Ori de câte ori este posibil lemnul trebuie să fie protejat de expunere la factori climatici prin acoperire cu o învelitoare.

Lemnul nu trebuie să fie în contact direct cu zidăria sau betonul. Protecția poate fi făcută prin utilizarea spațiilor de aer ventilate, barierelor de vapori sau benzilor metalice.

Dacă lemnul nu este supus umezirii directe cu apă, atunci umiditatea normală a acestuia va fi egală cu umiditatea aerului din mediul înconjurător. Trebuie să existe o ventilare adecvată, capabilă să reducă umiditatea relativă la un nivel acceptabil.

Fig. 3 Diagrama umiditatea lemnului, (%),

funcție de temperatura camerei și umiditatea relativă, (%).

Diagrama este valabilă pentru lemnul de brad si de pin.

Dacă umiditatea lemnului este diferită de umiditatea în stare de echilibru, atunci modificarea acesteia va fi lentă. Cu cât volumul lemnului este mai mare cu atat această modificare a umidității va fi neobservabilă.

Lemnul, se va dilata la creșterea umidității și se va contracta la reducerea acesteia. În mod normal, se poate lua în calcul, că o modificare de 1 % a umidității lemnului va determina următoarele modificări ale dimensiunilor: Înălțime și lățime, 2 x 10-3mm, Lungime 0,1 x 10-3

Umiditatea lemnului trebuie să fie 12 %. În mod normal, umiditatea lemnului variază cu 4 – 5 % în decursul anului. Pentru suportul lemnos amplasat în camere/spații încălzite, umiditatea lemnului va varia cu 7 % în timpul iernii și 12 % vara. În camere neîncălzite sau în construcții exterioare neacoperite variațiile de umiditate vor fi între 17 % (iarna) și 13 % (vara).

În cazul în care lemnul este supus acțiunii directe a apei și nu este situat în spații cu aerisire bună, atunci umiditatea lemnului va crește cu 18 – 20 %. O umiditate atât de mare se va obține în cazul în care lemnul va fi depozitat o perioadă lungă de timp, pe timp de toamnă sau de iarnă, fără a se lua măsuri de protejare și depozitare a acestuia.

Atunci când lemnul este supus temperaturilor ridicate se pot produce fisuri mari, deoarece suprafața exterioară se va usca și se va strânge mai repede decât suprafețele interioare. Pe măsură ce se realiza și uscarea suportului în interior, cele mai multe fisuri se vor micșora și, în mod normal, acestea nu vor mai influența rezistența suportului.

Uscarea brutală/rapidă a suportului supus unor sarcini mari va determina încovoierea acestuia.

Tratamente de conservare

Intervenții cu materiale micro și nanostructurale compatibile pentru conservare

Tratamentul de conservare a lemnului lamelat incleiat poate fi clasificat în trei categorii generale:

a). tratamentul lemnului după tăiere cu crezoli sau pentaclorofenoli în uleiuri grele;

b). tratamentul lemnului după tăiere cu pentaclorofenoli în solvenți ușori;

c). tratarea laminatelor după tăiere cu pentaclorofenoli în solvenți ușori sau conservanți pe bază de apă.

Tratamentele din categoria a). sunt eficiente pentru lemnul lamelat incleiat expus celor mai severe condiții atmosferice cu ar fi : poduri, stâlpi, debarcadere, turnuri și structuri utilitare, în contact direct cu pământul sau cu apa. Uleiurile existente în compoziția substanțelor folosite la tratarea lemnului micșorează pătrunderea umidității în acesta.

Tratamentele din categoriile b). și c). sunt eficiente pentru aplicații arhitecturale dar acestea sunt limitate doar pentru anumite zone geografice.

Experiența arată că lemnul este unul dintre materialele cele mai folosite pentru reconstrucțiile în apă și înconjurate de apă. Lemnul este suficient de elastic pentru a rezista loviturilor și are o rezistență naturală la acțiunea distructivă a apei sărate. Nu ruginește și nu este afectat de coroziune. Acolo unde lemnul este expus total la intemperii sau unde protecția nu poate să asigure un conținut de umiditate de max.20%, este necesar un tratament de etanșare. În cazul proceselor umede sau acolo unde lemnul este în contact direct cu pământul sau apa este necesar de asemenea un tratament de etanșare.

Conservarea obiectelor vechi din lemn este un domeniu complex, care înclude stiinta, estetica si arta.

Obiectele istorice din lemn sunt fragile și prezintă forme diferite de degradare, de multe ori vizibile. O prioritate în conservarea lemnului este operația de consolidare. Menținerea integrității fizice și autenticitatea sunt, prin urmare, prioritățile pentru obiectul de lemn în cauză. Un material de consolidare ar trebui să ofere nu numai o rezistență mecanică suficientă obiectului, ci să fie compatibil cu toate materialele care fac parte din acesta. O multitudine de materiale și tehnologii noi merită o atenție deosebita deoarece pot rezolva probleme majore în consolidarea lemnului.

S-au efectuat mai multe cercetări cu scopul de a descoperi noi materiale de consolidare obtinute prin nanotehnologice pentru lemn vechi. Înainte de a testa beneficiile adaugarii de nanoparticule in reteta materialelor de consolidare pentru lemnul vechi, trebuie să se stabilească criteriile și indicatori compatibilitatii între suportul de lemn și inserarea de nanoparticule pentru fiecare caz în parte. Rezultatele obținute, și anume o listă a indicatorilor de compatibilitate, reprezintă punctul de plecare în dezvoltarea de materiale de consolidare inovatoare cu inserții de nanoparticule

Indicatorii compatibilității în dezvoltarea materialelor de consolidare cu inserții de nanoparticule pentru obiecte din lemn vechi

Dezvoltarea de noi produse de consolidare cu inserții de nanoparticule, pe baza unor indicatori de compatibilitate constituie un pas important în alegerea și testarea noilor materiale de consolidare. Indicatorii de compatibilitate constituie o abordare experimentală, un studiu despre influența nanoparticulelor adăugate in materialele de consolidare curente a obiectelor de lemn.

S-a efectuat o analiză teoretică cu privire la avantajele și dezavantajele materialelor de consolidare utilizate în prezent, precum și proprietățile mai multor nano-materiale care pot fi utilizate ca agenți de umplere în produsele de consolidare nou dezvoltate.

În funcție de cerințele generale și specifice, un material de consolidare ar trebui să aibă, [20], criterii specifice si indicatori de compatibilitate intre nano-inserții și suportul de lemn stabilite asa cum se arată în figura 1.

Fig.1 Criterii si indicatori de compatibilitate intre nanoinsertii si suportul de lemn

Aceste criterii de compatibilitate și indicatori sunt parametrii de performanță privind proprietățile materialelor de consolidare.

Cuantificarea indicatorilor s-a realizat funcție de importanța lor în domeniul conservării lemnului, printr-o scară de la 0 la 10 și s-au notat cu E = proprietate esențială, H= proprietate importanta, M pentru importanță medie și R proprietăți (fig. 1) recomandate.

În conformitate cu avantajele și dezavantajele produselor de consolidare utilizate în mod curent (Tabelul 1), precum și performanțele tehnice ale nanomaterialelor (tabelul 2), posibilitățile de a dezvolta noi produse au fost evidențiate în tabelele de produse cu proprietăți superioare, pentru a fi testate suplimentar.

Tabelul 1. Materiale de consolidare naturale si sintetice utilizate

pentru suportul de lemn: avantaje si dezavantaje

Tabelul 2. Nanomateriale, aditivi posibili pentru materialele de consolidare a lemnului

Datorită proprietăților îmbunătățite pe care le oferă lemnului, nanoparticulele selectate pentru a fi testate în continuare sunt TiO2, ZnO și Fe2O3. Nanoparticulele ca Fe2O3 sunt ideale din punct de vedere al performanței tehnice, dar nu în totalitate deoarece pot să apară modificări de culoare. Tabelul 2 sintetizează rezultatele obținute de către diferiți autori în ceea ce privește combinarea diferitelor nanoparticule ca de exemplu, celuloză, oxizi metalici, cu diferite materiale de exemplu lemn, textile, cauciuc, punandu-se accent pe cresterea performanțelor prin utilizarea acestor combinații.

Analiza teoretică a condus la selectarea unor criterii de compatibilitate specifice și indicatori între matricea de lemn și tratamentul de consolidare (Tabelul 3).

Tabel 3. Criterii si indicatori de compatibilitate teoretica

pentru consolidarea lemnului cu insertii de nanoparticle

a = esentiala, b = importanta inalta, c = importanta medie

5. Repararea

Rășinile epoxidice au fost utilizate în numeroase cazuri pentru repararea lemnului deteriorat de atacul insectelor. Aceste rășini sunt folosite pentru repararea anumitor deficiențe structurale existente în construcții. Rezistența la compresiune și capacitatea de umplerea a fisurilor a rășinilor epoxidice fac posibilă recondiționarea lemnului. Proprietățile rășinilor epoxidice ca adezivi pentru lemn sunt limitate și diferă în funcție de lemnul folosit și de condițiile de utilizare. Rășinile epxidice pot fi folosite în corelație cu unele metode mecanice de consolidare pentru a mări rezistența la rupere a lemnului lamelat incleiat.

Deteriorările cauzate de atacul insectelor sau alte tipuri de deteriorări pot fi reparate cu rășini epoxidice sau cu un amestec epoxi/lemn. Contracția, dilatarea și modului de elasticitate ale rățini epoxidice și lemnului diferă, aceste diferențe fiind importante pentru umpluturile făcute cu rășini epoxidice. Datorită faptului că rășinile epoxidice aplicate în spații largi au reacții exoterme se recomandă ca spațiile să fie umplute mai întâi cu lemn pentru a folosi mai puțină rășină epoxidică.

Rășinile epoxidice pot fi folosite pentru umplere de rosturi și pentru refacerea anumitor suprafețe. Folosirea rășinilor epoxidice nu este recomandată pentru repararea lemnului asupra căruia se aplică tensiuni.

Dacă este observată o delaminare în primul rând trebuie determinată cauza acesteia. Compoziția amestecului adeziv epoxidic incorect executată, aplicarea incorectă a adezivului, temperatura nepotrivită pot fi unele dintre cauzele delaminării. Injectarea unei rășini epoxidice nu poate constitui o corecție adecvată.

Pentru lemnul lamelat incleiat fisurile pot fi paralele sau perpendiculare. Dacă fisurile pot fi observate se va lua în considerare cauza acestora și se vor încerca soluții de reparare cu rășini epoxidice în corelație cu metode mecanice.

Folosirea rășinilor epoxidice în spații largi fără armare mecanică nu este recomandată iar utilizarea numai a rășinilor epoxidice pot agrava problemele inițiale.

Reparațiile periodice din considerente estetice cu injecții de rășini epoxidice nu sunt indicate. Rășinile epoxidice au limite efective ca adezivi pe suprafețele cu tensiuni perpendiculare pe fibrele lemnului.

Reparațiile cu rășini epoxidice determină un aspect diferit de lemnul însăși. Se recomandă uneori vopsirea suprafețelor remediate cu rășini epoxidice.

Metode de investigare “in situ” și “metode de laborator”

4. ELABORAREA METODOLOGIEI DE INVESTIGARE A COMPATIBILITĂȚII FIZICO-MECANICE A LEMNULUI

4.1. Proprietăți fizico-mecanice ale lemnului

Studiul actual se concentrează pe lemnul nou și vechi, esență de rășinoase și anume molidul, specie care crește în România și care este folosită cu preponderență în lucrările de construcții. Prin urmare, sunt explicate numai studii cu privire la acest tip de lemn, în cele ce urmează.

La nivel european au fost elaborate o serie de metode de încercare care stabilesc caracteristicile de performanță ale lemnului, utilizat pentru lucrările de construcții și pentru reabilitarea mediului construit.

Se vor prezenta în continuare metodele de încercare specifice suportului lemnos.

4.1.1. Rezistența la încovoiere parale cu fibra

Încercarea presupune încărcarea unei epruvete de lemn simplu rezemată la încovoiere simetric, în două puncte, aplicarea unei forțe cu o viteza uniformă astfel încat forța maximă să fie atinsă în (300±120) s și determinarea valorii maxime a forței de rupere și modului de rupere.

Fig.4 Aranjament pentru măsurarea rezistenței la încovoiere

h-înălțimea secțiunii la încercarea de încovoiere sau dimensiunea cea mai mare a unei secțiunii, în mm;

w-săgeata sau deplasarea, în mm.

Rezistența la încovoiere fm se calculează cu ecuația:

, unde:

fm- rezistența la încovoiere, în N/mm2;

a – distanța dintre un punct de încărcare și reazemul cel mai apropiat la încercarea la încovoiere, în mm;

F – forța maximă, în N;

b – lățimea epruvetei, în mm;

h – înălțimea epruvetei, în mm.

Fig. 7 Echipament utilizat pentru încercarea

epruvetelor de lemn la încovoiere

4.1.2. Rezistența la tracțiune perpendicular pe fibre

Încercarea presupune aplicarea unei forțe de tracțiune asupra unei epruvete de lemn sau lemn lamelat încleiat perpendicular pe fibre, cu o viteza uniformă și determinarea valorii maxime a forței de rupere și modul de rupere.

Suprafețele pentru încercare treebuie să fie pregătite astfel încât să fie plane, paralele între ele și perpendiculare pe axa epruvetei pentru încercare.

Epruvetele din lemn masiv trebuie să aibă dimensiunile indicate în tabelul nr.1 și să fie așa cum sunt indicate în fig. nr.8. Epruvetele din lemn lamelat încleiat trebuie să aibă dimensiunile indicate în tabelul nr.1 și să fie așa cum sunt indicate în fig. nr.9 .

Tabelul 2 Dimensiunile epruvetelor

Rezistența la tracțiune perepndicular pe fibră, ft,90, se calculează cu ecuația:

, în care

F t,90, max – forța maximă la tracțiune perpendiculară pe fibre , în N;

b – lățimea secțiunii transversale, în mm.

l – lungimea secțiunii, în mm;

h=înălțimea secțiunii, în mm.

4.1.3. Rezistența la compresiune perpendicular pe fibre și paralel cu fibra

Încercarea presupune încărcarea concentrică a unei epruvete de lemn sau lemn lamelat încleiat la compresiune perpendicular pe fibre sau paralel cu fibrele, aplicarea unei forțe cu o viteza uniformă și determinarea valorii maxime a forței de rupere și modul de rupere.

Epruvetele din lemn masiv și lemn lamelat încleiat pentru construcții trebuie să aibă dimensiunile indicate în tabelul nr.3

Tabelul 3 Dimensiunile epruvetelor

Rezistența la compresiune perepndicular pe fibră, fc,90, se calculează cu ecuația:

, în care

F c,90, max – forța maximă la compresiune perpendiculară pe fibre , în N;

b – lățimea secțiunii transversale, în mm.

l – lungimea secțiunii, în mm;

4.1.4. Rezistența la forfecare paralel cu fibra

Încercarea presupune încărcarea unei epruvete de lemn sau lemn lamelat încleiat (montarea epruvetei de încercare se face astfel încât unghiul de contact dintre direcția de aplicare a forței și axa longitudinală a piesei să fie de 140) prin compresiune paralel cu fibra și aplicarea unei forțe cu o viteza uniformă și determinarea valorii maxime a forței de rupere și modul de rupere.

Epruvetele din lemn lamelat încleiat prezentată în figura 13 trebuie să aibă următoarele dimensiuni: l = (300 ± 2) mm; b = (32 ± 1) mm; h = (55 ± 1) mm.

direcția fibrei; 2- plăci din oțel; 3- epruveta din lemn

Fig. 13 Epruvetă de lemn pentru încercarea la forfecare paralel cu fibra

Rezistența la forfecare paralel cu fibra, fv, se calculează cu ecuația:

, în care

f v, max – forța maximă la forfecare paralel cu fibra, în N;

b – lățimea secțiunii transversale, în mm.

l – lungimea secțiunii, în mm;

Rezultatul se exprimă cu o exactitate de 1%.

Modul de rupere la nivelul secțiunii al fiecărei epruvete încercate trebuie înregistrate.

4.1.5. Densitatea și conținutul de umiditate

Densitatea se calculează din raportul masă, în kg, pe volumul epruvetei, în m3.

Conținutul de umiditate, se determină astfel:

– se usucă epruvetele în etuvă, la o temperatură de (103±2)0C, până când diferența de masă între două cântăriri succesive efectuate la interval de 2 h va fi mai mică de 0,1%. 2. Dacă nu se poate efectua cântărirea epruvetei imediat după prelevare, epruveta se acoperă cu folie de plastic și se cântărește în următoarele 2h.

w, exprimat în procente de masă, se calculează astfel:

, în care

m1 – masa eșantionului înainte de uscare, în grame;

m0 – masa eșantionului anhidru, în grame;

w – conținutul de umiditate, în procente.

Rezultatul se exprimă cu o exactitate de cel puțin 0,1%.

Literatura de specialitate evidentiaza utilizarea cu succes a Lemnului lamelat incleiat la lucrarile de reabilitate a monumetelor istorice in special a bisericilor, constructii cu deschideri largi, atat, in USA, Europa, tari precum Austria, Germania, Italia si Tarile nordice, in care exista deja o traditie pentru folosirea acestui tip de material [ 4].

Exista preocupari ale Comitetului de Standardizare al Comisiei Europene de a prezenta un standard privind Structurile din lemn utilizate la reabilitarea patrimoniului cultural [5,7 ].

Identificarea degradărilor care modifică concomitent proprietățile fizice și chimice ale lemnului

8. Stabilirea stării de degradare a lemnului de brad

Compararea stării inițiale cu starea de degradare finală

Deformația funcție de forța aplicată

Concluzii

S-a realizat o abordare teoretică pentru dezvoltarea de material noi de consolidare cu inserții de nanoparticule, bazată pe o analiză a materialelor de consolidare a lemnului folosite în mod curent și oportunitățile oferite de unele nanoparticule. Rezultatele obținute au permis propunerea unui set de criterii si indicatori de compatibilitate inițiale și o scala de evaluarea pentru materialele de tratare si consolidare a lemnului. Criteriile și indicatorii de compatibilitate prezentati necesită experimente suplimentare pentru a stabili performanțele tehnice ale materialelor de consolidare noi cu inserții de nanoparticule aplicate în conservarea lemnului vechi. Asemenea cercetări sunt deja în curs de efectuare, iar rezultatele vor fi publicate la o dată ulterioară.

BIBLIOGRAFIE

Referințe bibliografice

[1] M.C. Timar, Furniture restoration – science, art and challenge, Part 1: General principles and case studies, PRO LIGNO, 3, 4, 2007, pp. 45-54.

[2] M.C. Timar, R. Dates, Furniture restoration – science, art and challenge, Part 2: Restoration of a dolls wardrobe, PRO LIGNO, 4, 1, 2008, pp. 45-54.

[3] M.C. Timar, R. Dumitrascu, A. Aldescu, Furniture restoration – science, art and challenge, Part III: Restoration of a side-table, PRO LIGNO, 4, 4, 2008, pp. 45-54.

[4] M.C. Timar, L. Gurau, M. Cionca, M. Porojan, Wood species for Biedermeier furniture – a microscopic characterisation for scientific conservation, International Journal of Conservation Science, 1, 1, 2010, pp. 3-12. [5] B. Appelbaum, Criteria for treatment: Reversibility, Journal of the American Institute for Conservation, 26, 2, 1987, pp. 65-73.

[6] J. Oberlander, H. Kalman, R. Lemon, Restoration Principles and Procedures – Introduction, Principles of Heritage Conservation (www.heritage.gov.bc.ca), Technical Paper, Series 9-11, Province of British Columbia, 1989.

[7] A. Unger, W. Unger, Conservation of Wooden Cultural Property, IRG, 25th International Meeting, Bali, Indonesia, 1994.

[8] A. Unger, A.P. Schniewing, W. Unger, Conservation of Wood Artifacts, Springer, Berlin, 2001.

[9] M.C. Timar, Restaurarea mobilei – Teorie si practică (Furniture restoration – Theory and practice), Editura Universitătii Transilvania, 2003.

[10] L. Ellis, A. Heginbotham, An Evaluation of Four Barrier-coating and Epoxy Combinations in the Structural Repair of Wooden Objects, Journal of the American Institute for Conservation, 43, 1, 2004, pp. 23-37.

[11] H.V. Farmakalidis, Simple Method for Evaluation of Wood Consolidant Materials, ICONS: Approaches to Research, Conservation and Ethical Issues, International Meeting, Athens (www.iconographyalmanac.com), 12, 2006.

[12] A. Unger, Historic Consolidants for Wooden Works of Art in Germany, COST IE0601 Meeting (www.woodculther.com), Prague, 2009.

[13] I.C.A. Sandu, I. Sandu, P. Popoiu, A. van Saanen, Aspecte metodologice privind conservarea stiintifica a patrimoniului cultural, Editura Corson, Iasi, 2001. COMPATIBILITY INDICATORS IN DEVELOPING CONSOLIDATION MATERIALS http://www.ijcs.uaic.ro 225

[14] ***, The Structural Conservation of Panel Paintings, Proceedings of a Symposium at the J. Paul Getty Museum (www.getty.edu), April, 1995.

[15] I. Sandu, I.C.A. Sandu, Chimia conservării si restaurării (Chemistry of Conservation and Restoration), vol I and II, Editura Corson, Iasi, 2002.

[16] M.C. Timar, A. Tuduce-Traistaru, M. Porojan, L. Gurau, An Investigation of Consolidants Penetration in Wood. Part 1: General Methodology and Microscopy, PRO LIGNO, 6, 4, 2010, pp.13-27.

[17] I. Wang, A.P. Schniewind, Consolidation of Deteriorated Wood with Soluble Resins, Journal of the American Institute for Conservation, 24, 2, 1985, pp.77 – 91.

[18] S. Chapman, D. Mason, Literature Review: the Use of Paraloid B-72 as a Surface Consolidant for Stained Glass, Journal of the American Institute for Conservation, 42, 2, 2001, pp. 381-392.

[19] A.P. Schnlewind, On the Reversibility of Consolidation Treatments of Deteriorated Wood with Soluble Resins, (1988), available on- line at cool.conservation-us.org.

[20] J.D. Rodrigues, A. Grossi, Indicators and Ratings for the Compatibility Assessment of Conservation Actions, Journal of Cultural Heritage, 8, 2007, pp. 32-43.

[21] P.S. Storch, Fills for Bridging Structural Gaps in Wooden Objects, Journal of the American Institute for Conservation, 33, 1994, pp. 71-75.

[22] D.L. Mamilton, C.W. Smith,, Development of new conservation technologies; Scientific application of new conservation techniques; Recording of archaeological data; 3-D scanning, The Nautical Archaeology Program at Texas A&M University (www. nautarch.tamu.edu), Institute of Nautical Archaeology, Austin, 2010.

[23] C.A. Clausen, Nanotechnology: Implications for the Wood Preservation Industry, IRG, Section 3, 38th Annual Meeting Jackson Lake Lodge, Wyoming, USA, 2007.

[24] S.C. Ghosh, C. Mai, H. Militz, The Efficacy of Commercial Silicones against Blue Stain and Mould Fungi in Wood, IRG, Section 3, Wood Protecting Chemicals, 39th Annual Meeting, Istanbul, Turkey, 2008.

[25] F.Green, R.A. Arango, Wood Protection by Commercial Silver Formulations against Eastern Subterranean Termites, IRG, Section 3, Wood Protecting Chemicals, 38th Annual Meeting Jackson Lake Lodge, Wyoming, USA, 2007.

[26] C. Wang, C. Piao, From Hydrophilicity to Hydrophobicity: a Critical Review – PartII. Hydrophobic Conversion, Wood and Fiber Science, 43, 1, 2011, pp.1-16.

[27] L. Dumitrescu, I. Manciulea, Nanocomposite Materials Based on Polymers and Alumina Nanoparticles, Environmental Engieneering and Management Journal, 8, 4, 2009, pp. 953-956.

[28] H. Miyafuji, S. Saka, Fire-resisting Properties in Several Ti02 Wood-Inorganic Composites and Their Topochemistry, Wood Science and Technology Journal, SpringerVerlag Press, 31, 1997, pp. 449-455.

[29] J. McCrank, Nanotechnology Application in the Forest Sector, Canadian Forest Service, Ottawa, 2009.

[30] L. Zhang, Y. Jiang, Y. Ding, M. Povey, D. York, Investigation into the Antibacterial Behaviour of Suspensions of ZnO Nanoparticles (ZnO Nanofluids), Journal of Nanoparticle Research, 9, 2006, pp.479–489. A.A. TUDUCE-TRAISTARU et al. 226 INT J CONSERV SCI 1, 4, OCT-DEC 2010: 219-226.

[31] B. Kaygin, E. Akgun, Comparison of Conventional Varnishes with Nanolacke UV Varnish With Respect to Hardness and Adhesion Durability, International Journal of Molecular Sciences, 9, 2008, pp. 476-485.

[32] J. Wazny, A. Kundzewicz, Conditions and Possibility of Nanobiocides Formulation for Wood Protection, IRG, Section 3, Wood Protecting Chemicals, 39th International Meeting, Istanbul, Turkey, 2008.

[33] H. Matsunaga, M. Kiguchi, P. Evans, Micro-Distribution of Metals in Wood Treated with a Nano-Copper Wood Preservative, IRG, Section 4, 38th Annual Meeting Jackson Lake Lodge, Wyoming, USA, 2007.

1. “Soluții moderne de realizare a construcțiilor din lemn lamelat stratificat în vederea creșterii siguranței, rezistenței și stabilității acestora, în conformitate cu legislația europeană” – Programul Național de Cercetare –Dezvoltare și Inovare – Programul National de Cercetare-Dezvoltare Amenajarea Teritoriului și Transport, AMTRANS – Competiția C 6, 2003-2005.

2. SR EN 408+A1:2012 – Structuri de lemn. Lemn masiv și lemn lamelat încleiat. Determinarea anumitor proprietăți fizice și mecanice

3. SR EN 13183-1:2003/AC:2004 “Conținutul de umiditate al unei piese de cherestea. Partea 1: Determinare prin metoda de uscare”

4. Kelley, Stephen J. Wood structures: a global forum on the treatment, conservation, and repair of cultural heritage. Vol. 1351. ASTM International, 2000.

5. Lu, W., Yang, H., Liu, W., Yue, K., & Chen, X. Development, application and prospects of glulam structures. Journal of Nanjing University of Technology(Natural Science Edition), 33(5), 105-110, (2011).

6. Croatto, G., & Turrini, U. Restoration of historical timber structures–Criteria, innovative solutions and case studies.

7. Alberto Cavalli , Marco Togni, Monitoring of historical timber structures: state of the art and prospective, Journal of Civil Structural Health Monitoring, Volume 5, Issue 2, pp 107-113 April 2015.