Calculul si executia imbinarilor elementelor de constructie din lemn

CALCULUL SI EXECUTIA IMBINARILOR ELEMENTELOR DE CONSTRUCTIE DIN LEMN

Imbinarile elementelor din lemn masiv apar necesare datorita sortimentului limitat atat ca lungime, cat si ca sectiune, care nu corespund intotdeauna cu deschiderile necesare si cu solicitarile din elementele de constructie.

La constructiile din lemn, imbinarile se folosesc pentru:

realizarea unor sectiuni compuse, cand sortimentul existent este insuficient pentru preluarea solicitarilor;

imbinarea in lung a pieselor din lemn ­ imbinari de prelungire (fig. 6.1, a si b);

imbinari intre piese la noduri sau la intersectii, executate atunci cand doua sau mai multe piese fac un unghi α intre ele (fig. 6. 1, c si d).

Clasificarea imbinarilor

Dupa modul de executie, imbinarile pot fi demontabile sau nedemontabile, executate pe santier sau in ateliere specializate, pe baza unor tehnologii moderne.

Dupa rolul pe care il au, imbinarile pot fi:

de solidarizare, care se prevad in vederea asigurarii stabilitatii relative a elementelor, transmit eforturi de care, in general, nu se tine seama in calcul si care se executa pe criterii constructive, de exemplu solidarizarea cu scoabe, dornuri sau buloane la imbinarea de prelungire a barelor comprimate din figura 6. 1, b, sau solidarizarea cu scoabe la imbinarea din figura 6. 1, c;

de rezistenta, dimensionate pe baza de calcul la eforturile pe care le transmit.

Din punctul de vedere al deformatiilor initiale si in care se produc in imbinare, pot fi:

imbinari prin pasuire, la care efortul se transmite direct, fara piese de legatura, elementul principal al imbinarii fiind suprafata de contact; la aceste tipuri de imbinari deformatiile initiale sunt mari datorita asezarii pieselor in imbinare, iar in timp deformatiile cresc foarte putin;

imbinari nepasuite (cuie, buloane, placute elastice) la care deformatiile sunt foarte mici in prima etapa si cresc mult in limp.

In functie de mijloacele de imbinare utilizate si de natura solicitarilor la care sunt supuse, pot fi:

imbinari prin chertare, solicitate la strivire si forfecare;

imbinari cu pene prismatice si pene inelare netede, cu dinti sau cu gheare, solicitate la strivire si forfecare;

imbinari cu tije cilindrice si cu pene lamelare, flexibile, solicitate in principal la incovoiere, iar elementele imbinate solicitate la strivire;

imbinari cu cuie si suruburi pentru lemn, solicitate la smulgere;

imbinari cu asamblaje mecanice care preiau diferite solicitari ­ juguri, tiranti, elemente de reazem, piese pentru articulatii etc.;

imbinari incleiate, care lucreaza in principal la forfecare.

Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca imbinarile

prin mijloacele de imbinare utilizate, trebuie sa se asigure o repartizare uniforma a eforturilor in elementele componente ale barelor compuse; suprasolicitarea unor elemente apare datorita inexactitatilor de executie a imbinarilor si a prezentei unor deformatii initiale inegale;

sa se realizeze, pe cat posibil, fractionarea transmiterii eforturilor (tije cilindrice sau lamelare, pene prismatice sau inelare etc), asigurandu­se astfel un numar mai mare de sectiuni de lucru si prin urmare o rezistenta si o siguranta sporita a imbinarilor chiar in cazul prezentei unor defecte (noduri, crapaturi, etc);

imbinarile trebuie astfel realizate incat sa se evite efectele defavorabile ale contractiei si umflarii si sa nu faciliteze aparitia fenomenului de biodegradare (prin stagnarea apei sau impiedicarea aerisirii imbinarii)

tipul de imbinare ales trebuie sa se potriveasca cu materialul lemnos folosit si cu solicitarile din piese, de exemplu imbinarile incleiate nu se pot utiliza decat la lemn ecarisat sub forma de scanduri sau dulapi, avand umiditatea de echilibiu maxim 18%; imbinarile prin chertare transmit numai eforturi de compresiune la piese din lemn rotund sau din lemn ecarisat tip grinzi sau rigle; imbinarile cu inele necesita material ecarisabil de calitate superioara; nu se pot realiza constructii exterioare imbinate cu cuie, chiar in cazul protejarii acestora, intrucat ruginesc din cauza umiditatii relative mari a aerului exterior;

imbinarile trebuie astfel realizate incat sa nu reduca sensibil capacitatea de rezistenta a pieselor imbinate; slabirea sectiunii trebuie sa fie minima;

imbinarile trebuie astfel concepute incat sa fie usor de executat si intretinut; se recomanda ca la realizarea constructiilor din lemn sa se aleaga tipuri de imbinari ce se pot realiza industrializat si se pot asambla usor pe santier (de exemplu: imbinari incleiate, imbinari cu placute multi­cuie, asamblaje metalice), sau care necesita manopera mai putin calificata (de exemplu: imbinari cu cuie sau buloane);

imbinarile trebuie astfel concepute incat sa se mentina axialitatea eforturilor in bare; excentricitatile prezente la noduri maresc sectiunile barelor datorita faptului ca acestea lucreaza la solicitari compuse (intindere sau compresiune excentrica);

la calculul imbinarilor nu se iau in considerare fortele de frecare favorabile pentru comportarea elementelor de constructie in imbinari, datorate legaturilor de strangere (buloane sau cuie), deoarece acestea sunt in general de scurta durata;

datorita modului de lucru diferit al diverselor tipuri de imbinari (diferente mari de deformatii initiale si in timp) nu este permisa pentru transmiterea aceluiasi efort folosirea imbinarilor de diferite tipuri; se permite transmiterea eforturilor prin diferite mijloace de imbinare, dar integral si succesiv.

1. Imbinari prin chertare

Imbinarile prin chertare asigura transmiterea eforturilor de la o piesa la alta, direct pe suprafata de contact corespunzator pasuita.

Imbinarile prin chertare se caracterizeaza prin deformatii mari in prima faza a solicitarii, pana la realizarea unui contact direct intre suprafetele care transmit efortul si deformatii mai mici in faza a doua a solicitarii, dupa realizarea contactului dintre piese.

Piesele unei imbinari prin chertare se fixeaza intre ele prin buloane, scoabe sau tiranti, care au rolul de a mentine contactul intre suprafetele care transmit efortul si de a impiedica deplasarile relative intre piese. In calculul de rezistenta al imbinarilor prin chertare nu se tine seama de eforturile pe care ar putea eventual sa le preia elementele de prindere, dar se tine seama de slabirile de sectiune pe care acestea le produc.

Imbinari prin chertare la piese amplasate in prelungire

Imbinari prin chertare la piese dispuse perpendicular

Imbinarile transversale prin chertare pentru solidarizare se utilizeaza la rezemarea grinzilor pe stalpi, a stalpilor sau popilor pe stalpi, a subgrinzilor de la nodurile fermelor cu zabrele pe cosoroabe etc.

Pentru asigurarea stabilitatii la deplasari laterale, imbinarea se rigidizeaza cu cepuri (fig. 6.3, a, c si e) sau scoabe (fig. 6.3, b si f). Pentru a se transmite efortul pe suprafata de contact, adancimea locasului va depasi cu 510 mm inaltimea cepului.

Capacitatea de rezistenta a imbinarilor la piese amplasate perpendicular se stabileste cu relatia:

Q_ri = R_cc┴.A_c.m_T.m_r

in care:

R_cc┴ ­ rezistenta de calcul a lemnului masiv la compresiune (strivire) perpendicular pe fibre, stabilita in functie de specia de material lemnos, clasa de calitate a lemnului si conditiile de exploatare a elementelor de constructie, in N/mm²;

A_c ­ aria de contact dintre cele doua elemente (aria reazemului) in mm²,

m_T ­ coeficient de tratare a lemnului ;

m_r ­ coeficient de reazem, cu valoarea 1,60.

La rezemarea popilor pe talpi, daca Q_ri < Q_ef, pentru a nu mari dimensiunile elementului vertical, talpa se poate realiza din lemn de foioase (fag, stejar, salcam), sau se poate mari aria de contact prin dispunerea unor saboti (fig. 6.3, g) sau a unor cutii metalice (fig. 6.3, h).

In cazul utilizarii sabotilor, acestia se fixeaza impotriva deplasarii laterale prin buloane dispuse in gauri ovalizate, astfel incat transmiterea efortului sa se faca pe suprafetele de strivire si nu prin buloane.

Imbinari prin chertare la piese amplasate sub unghiul α

In functie de marimea solicitarilor si de dimensiunile pieselor componente, imbinarile cu chertare frontala se realizeaza cu unul sau doua praguri.

Tesirea pragurilor se realizeaza:

perpendicular pe elementul comprimat, la unghiuri α < 30° (fig. 6.4. a si c);

la bisectoarea unghiului exterior dintre cele doua piese, la unghiuri α > 30° (fig. 6.4, b si d)

La imbinarile frontale cu prag simplu se vor avea in vedere urmatoaarele date constructive (fig. 6.5, a):

inaltimea pragului (adancimea chertarii) hc trebuie sa fie minim 2 cm la grinzi ecarisate, respectiv 3 cm la cele rotunde si maxim h/3 la nodurile de reazem ale grinzilor cu zabrele, respectiv h/4 la nodurile intermediare ale grinzilor cu zabrele sau la elementele cu o grosime mai mica de 8 cm;

lungimea pragului lp trebuie sa fie: lp≥ 10 hc ; lp ≥ 2h; ; lp ≥ 20 cm;

pentru calculul imbinarii la forfecare, lungimea pragului se ia: lf ≤ 10hc; lf ≤ 2h;

buloanele de solidarizare se amplaseaza perpendicular pe talpa superioara, la valori ale unghiului α < 30°, si perpendicular pe tesitura, la valori α ≥ 30° si se pozitioneaza la mijlocul tesiturii;

subgrinda va fi astfel alcatuita incat buloanele sa treaca simetric fata de tesitura ei;

in cazul in care din calcul rezulta diametre mai mici, buloanele se vor lua cu diametrul minim 1/25 din lungimea lor si cel putin 12 mm.

Imbinari cu tije cilindrice ­ prevederi generale

Tijele cilindrice (cuie. dornuri, suruburi pentru lemn, buloane) sunt piese metalice sau din lemn, de forma cilindrica, introduse in elementele de imbinat in sens transversal directiei efortului pe care il transmit de la un element la altul (vezi fig.)

Imbinarile cu tije cilindrice se caracterizeaza prin:

deformatii initiale mici, contactul dintre suprafetele de transmitere a eforturilor fiind perfect la inceput;

deformatii finale mari, datorita contragerii lemnului la uscare.

1. Dupa modul de executie al imbinarilor, tijele pot fi:

introduse in locasuri pregatite in prealabil (buloam dornuri, stifturi);

introduse prin batere sau insurubare, fara pregatire prealabila a locasurilor (cuie cu d≤ 6 mm, suruburi cu d≤ 4 mm unde d este diametrul tijei);

introduse prin batere sau insurubare in gauri pregatite pe o parte din adancimea de patrundere (lgaura - 0,75 ltija) si cu diametrul mai mic cu 1 mm decat diametrul tijei (cuie cu d ≥ 6 mm, suruburi cu d ≥ 4 mm).

Gaurile in care se introduc buloanele se realizeaza cu dgaura = dtija + 1 mm, iar gaurile in care se introduc dornurile si stifturile se realizeaza cu dgaura = dtija ­ (0,8 1,0)mm.

Tipuri de tije cilindrice

Cuiele pentru constructii din lemn (STAS 2111­90) au diametrul cuprins intre 1,8 8,0 mm si lungimea intre 30250 mm.

Grosimea minima a celei mai subtiri piese care se imbina cu cuie trebuie sa fie cel putin 4d, pentru a nu crapa piesele in momentul in care se bat cuiele.

La batere, cuiele pot avea lungimea egala cu grosimea pachetului de strans, pot depasi grosimea pachetului (deci ies pe partea opusa), sau pot ramane inecate.

In cazul in care lungimea efectiva a cuielor depaseste grosimea pachetului de strans (b), la calculul capacitatii de reyistenta a tijelor se ia in considerare grosimea ultimei piese care se imbina, redusa cu 1,5d, intrucat fibrele se rup la iesirea cuiului din piesa respectiva.

Bidoanele se executa din otel­beton OB 37, cu cap si piulita de strangere, cu diametrele otelului beton neted folosit in (d = 1225 mm ). Diametrul bulonului se alege in mod obisnuit (l/301/40)l, unde l este grosimea pachetului care se strange, dar minimum 12 mm.

Suruburile pentru lemn pot fi: cu cap bombat crestat (STAS 1451­80), cu cap inecat crestat (STAS 1452­80), cu cap semiinecat (STAS 1453­80), cu cap hexagonal (STAS 1454­80) sau cu cap patrat (STAS 1455­80).

Dornurile au diametrele otelului beton si varful ascutit pentru a patrunde usor in piesele din lemn.

Capacitatea de rezistenta a imbinarilor cu tije

Capacitatea de rezistenta a unei imbinari cu tije, Lcap in N, se stabileste cu

relatia:

L_cap = γ L_min nt nf m_T mu mR

in care:

γ ­ coeficientul partial de siguranta stabilit conform paragrafului 6.5.4.2.;

L_min ­ capacitatea de rezistenta minima a unei tije, intr­o sectiune de forfecare, in N, stabilita in continuare;

nf ­ numarul sectiunilor de forfecare in care lucreaza tijele;

nt ­ numarul de tije;

m_T ­ coeficient de tratare a lemnului cu valorile specificate in tabelul 4.1;

mu ­ coeficientul conditiilor de lucru, definit in functie de conditiile de microclimat in care functioneaza imbinarea cu tije, cu valoarea 1,00 pentru clasa 1 de exploatare a constructiei, 0,85 pentru clasa 2 de exploatare a constructiei si cu valoarea 0,75 pentru clasa 3 de exploatare a constructiei;

mR ­ coeficientul care introduce in calcul repartitia neuniforma a incarcarilor la tije, cu valorile stabilite in continuare;

Coeficientul mR introduce in calcul posibilitatea repartitiei neuniforme a incarcarilor in tije si are valoarea:

mR = 0,90 pentru imbinari cu cuie si suruburi pentru lemn; pentru imbinari cu dornuri si buloane dispuse pe doua randuri, cu minimum doua buloane pe un rand;

mR = 0,80 pentru imbinari cu dornuri si buloane dispuse pe patru randuri, cu minimum trei buloane pe un rand.