Macro si microstructura lemnului

Macro si microstructura lemnului

Datorita anizotropiei produsa de diferitele tesuturi cu anumite orientari, macro si microstructura lemnului, ca si proprietatile lui fizico-mecanice, se studiaza pe trei sectiuni: normala pe axa trunchiului, radiala si tangentiala, paralela cu axa (fig. 17.2) [2, 8, 12, 16, 23, 24, 31].

17.1.2.1 Structura macroscopica a lemnului. Aceasta se vede, pe o sectiune transversala cu ochiul liber, si eventualcu lupa. Pornind de la exterior spre axa cilindrului lemnos, se disting urmatoarele zone concentrice caracteristice (fig. 17.2).

Scoarta sau coaja (notata cu C pe fig. 17.2 si 17.3), formata dintru-un strat exterior, numit ritidom (R), alcatuit din tesuturi moarte si dure, avand rolul de a proteja cilindrul lemnos de caldura, razele solare si ger si un strat situat imediat sub coaja numit liber (L) format in special din vase de conducere descendenta, numite vase liberiene prin care circula in jos seva prelucrata. Sub scoarta se gaseste un strat, numit strat generator (SG) sau cambium, format dintr-un inel de celule cu o mare putere de inmultire, care, in epoca de vegetatie, produc prin diviziune, spre exterior, celulele liberului, iar spre interior, celulele inelelor anuale (A) ale lemnului.

Cilindrul lemnos, sau lemnul propriu-zis, format din totalitatea tesuturilor si celulelor situate sub stratul generator este alcatuit din inele anuale (IA) concentrice. La rasinoase tesuturile ce formeaza inelele anuale sunt alcatuite dintr-un singur fel de celule, iar la foioase din doua feluri.

Indiferent de specie, in fiecare inel anual se disting doua zone si anume: zona interioara a lemnului timpuriu, sau a lemnului de primavara, (LP in fig. 17.3) care se formeaza primavara, la inceputul vegetatiei, alcatuita din tesuturi mai poroase, cu canale de conducere si celule cu lumen mare si pereti subtiri, foarte bogate in apa;

zona exterioara, respectiv a lemnului tarziu sau a lemnului de toamna (LT in fig 17.2

si 3) cu tesuturi mai compacte, formate din celule cu cavitati interioare mai mici si pereti mai grosi.

Lemnul de primavara fiind mai poros, mai bogat in apa, avand lumenul mai mare si pereti mai subtiri, este ceva mai deschis de culoare ca lemnul de toamna, mai putin rezistent si mai usor atacat de bacterii si ciuperci, in timp ce lemnul de toamna este mai rezistent, atat din punct de vedere mecanic, cat si la atacul microorganismelor.

Grosimea inelelor anuale si raportul dintre cantitatea de lemn de primavara si lemn de toamna, variaza cu esenta arborilor, regiunea de crestere si clima anului, fiind mai mare in anii cu veri calde si mai mica in anii reci.

zona medulara (M pe fig. 17.2 si 3) numita maduva, formata din tesuturi rarefiate,

lipsite de rezistenta, avand la mijloc canalul medular (CM pe fig. 17.2 si 3).

In cilindrul lemnos al arborilor mai batrani se deosebesc doua regiuni: o regiune

inelara exterioara, de obicei, de culoare mai deschisa, numita alburn (A), formata din tesuturi lemnoase neduramenificate, prin care circula seva bruta ascendenta, si o regiune circulara centrala, de obicei de culoare mai inchisa, formata din tesuturi duramenificate, numita duramen (D). In centrul duramenului se gaseste maduva (M): la orice esenta de lemn se mai disting razele medulare (RM) situate radial, pornind din liber spre maduva, unele ajungand la aceasta formand razele medulare principale (RMP), altele oprindu-se intr-un inel annual, constituind razele medulare secundare (RMS). La rasinoase se observa si canalele rezinifere (CR) in care se formeaza si prin care circula rasina.

17.1.2.2 Microstructura lemnului. Microstructura lemnului, respectiv celulele si asezarea lor in tesuturi, poate fi cercetata numai la microscop, dupa ce, analog ca la metale, esantioanele de examinare sunt pregatite, tratate si atacate in mod corespunzator pentru a scoate in evidenta elementele ce intereseaza. Microstructura lemnului este diferita la cele doua esente de lemn, rasinoase si foioase:

Lemnul de rasinoase (fig.17.4) prezinta structura cea mai simpla si cea mai omogena, fiind format din inele anuale (IA) alcatuite numai din tesuturi mixte de conducere si sustinere, formate dintr-un singur fel de celule numite traheide, care au sectiuni dreptunghiulare sau hexagonale, ocupand 95% din volumul cilindrului lemnos. In zona lemnului de primavara (LP) celulele au o grosime de circa 40 m cu pereti subtiri de 2 m, alcatuind canalele de conducere, in timp ce in zona lemnului tarziu (LT), traheidele se

aplatizeaza in sens radial, reducandu-si grosimea la jumatate iar peretii ingrosandu-se la 6..8 m, formand scheletul de rezistenta al arborilor. Aplatisarea si ingrosarea celulelor de la lemnul de pimavara la cel de toamna se face in mod treptat, astfel incat in interiorul unui inel anual nu apare o demarcatie distincta, linia vizibila de despartire dintre inelele anuale (LIA) fiind formata de ultimul inel al traheidelor inguste de toamna si primul inel al traheidelor largi, formate in primavara anului urmator. Razele medulare (RM), alcatuite din celule de parenchim, pornesc din liber si se extind printre traheide, pana la un inel anual sau chiar pana la maduva, aparand in sectiune tangentiala sub forma lenticulara, in cea radiala ca niste benzi, iar in cea transversala ca niste linii. Canalele rezinifere (CR) apar din distanta in distanta in mod neregulat, fiind dispuse in general in sens longitudinal.

Lemnul de foioase are o structura mai complexa, alcatuita din trei feluri de tesuturi distincte: de conducere (alimentare), de sustinere (sclerenchim) si de depozit (parenchim), formate fiecare din grupari de celule, si ele net diferite. In fig. 17.5 este reprodusa schematic structura unui lemnde foioase (fag) din care reies tesuturile si vasele.

Tesuturile de alimentare sunt formate din canalele de conducere, numite trahee sau vase perfecte (TA pe fig.17.5) alcatuite din celulele alungite, unite cap la cap, avand diametrul lumenului cuprins intre 0,01 si 0,5 mm, mai mic in lemnul de toamna si mai mare in lemnul timpuriu, asa incat ele se vad cu ochiul liber. La unele specii, ca fagul, aninul, paltinul, teiul, plopul etc., traheele au diametrulmai mic si sunt izolate, fiind raspandite neregulat in masa inelelor anuale, in timp ce la alte varietati ca stejarul, ulmul, frasinul, salcamul, traheele, cu diametre mai mari, si sunt grupate in lemnul timpuriu (fig. 17.5, a).

Tesuturile de sustinere, numite si tesuturi de sclerenchim, sunt alcatuite din fibre lemnoase formate din celule moarte alungite si ingustate, avand peretii ingrosati si incrustati cu lignina. Legatura dintre fibrele lemnoase este foarte puternica, la unele varietati, ca de exemplu la stejar, legatura este formata din dinti, care se imbuca intre ei.

Tesuturile de parenchim, formate din celule scurte si de diametru mare, sunt dirijate fie radial formand raze medulare (RM), fie vertical. Razele medulare, variate ca marime si numar, au o alcatuire mai complexa decat la rasinoase, fiind formate, de obicei, din mai multe straturi. Ele sunt tesuturi slabe, care contin multa apa, favorizand craparea prin uscare, si micsorand rezistenta lemnului la tractiune normala pe fibre si la forfecare in lungul lor.

17.1.3. Structura celulozei

Celuloza, care formeaza cea mai mare parte a membranelor celulelor lemnoase, determina in mare masura unele din proprietatile lemnului. Ea este formata din cristale paralelipipedice numite micele, extrem de mici, avand grosimea cuprinsa intre 50 si 60 Å si lungimea intre 500 si 1000 Å (fig. 17.6). Micelele sunt alcatuite din molecule de glucoza. Ele au proprietatea de a fixa pe fetele lor exterioare, prin atractie moleculara, o pelicula subtire de apa, din care cauza intre micele exista un film lichid, extrem de subtire, care poate pierde sau absorbi anumite cantitati de apa, functie de umiditatea mediului, ceea ce are ca efect mici variatii ale grosimii peliculelor de apa dintre micele. Volumul extrem de mic al micelelor face ca suprafata lor laterala, raportata la unitatea de volum de lemn, sa fie foarte mare, ceea ce explica marea higroscopicitate a lemnului. Din cauza ca micelele au o lungime de 10-20 de ori mai mare ca grosimea lor, iar partea lor mai lunga este orientata in lungul fibrelor lemnoase, numarul de interspatii miceliene pe unitatea de lungime a lemnului este mult mai mare in sens transversal decat longitudinal, ceea ce explica retractibilitatea mult mai mare in sens transversal fata de cel longitudinal.

17.1.4. Defectele lemnului

Lemnul poate avea o serie de defecte produse de conditiile in care are loc cresterea arborilor, doborarea, depozitarea si debitarea materialului lemnos, brut sau semifabricat, (cherestea). Principalele defecte ale lemnului, care influenteaza caracteristicile lui mecanice, sunt de structura (fibre inclinate, concresterea sau inima dubla, coaja infundata etc.), nodurile, crapaturile, unele defecte de culoare (roseata, albastreala), orice fel de putregaiuri si gauri si galerii produse de insecte. Pentru ca unele defecte nu pot fi evitate, iar influenta lor asupra rezistentei pieselor de lemn este mica, in materialul lemnos folosit in constructii se admit anumite defecte functie de destinatia si conditiile de solicitare a elementelor la care este utilizat materialul, cum si marimea defectului fata de dimensiunile elementului.

Prin standardele de stat sau norme (la noi STAS 857-75), piesele si elementele de lemn folosite in constructii se impart in trei categorii, functie de conditiile de lucru si solicitare, pentru fiecare categorie, admitandu-se numai anumite defecte si pentru fiecare defect, marimea acceptabila, functie de dimensiunile elementului considerat. In tabelul 17.1 sunt redate, dupa STAS 857-75 clasificarea in categorii, dupa destinatia piesei sau elementului in raport cu natura si marimea solicitarilor la care este supus, iar in tabelul 17.2 conditiile de admisibilitate ale defectelor, functie de categoria piesei.

Tabelul 17.1 Clasificarea pe categorii a lemnului de constructie dupa destinatia pieselor

Tabelul 17.2 Defecte admise pentru cherestea, functie de categoria de calitate

Determinarea defectelor si anomaliilor	Conditii de admisibilitate pentru:
	Categoria I			Categoria II	Categoria III
Noduri concrescute sanatoase si noduri	se admit in afara zonei de imbinare, noduri cu marimea de cel mult:   daca intre grupele de noduri (fig.1) distanta l este minimum:   5 cm si cu conditia ca suma cumulata a marimii nodurilor pe fata sau pe muchie, pe o lungime de 20 cm, (fig.2) sa nu intreaca   50 cm din latimea corespunzatoare a piesei. In zonele de imbinare a pieselor se admit noduri fara a iesi insa pe muchii ale caror marimi (fig.3) sa nu depaseasca:

  1/4

din inaltimea corespunzatoare a piesei

1/6

7 cm

40 cm

1/3

1/4

se admit indiferent de marimea si de distanta intre grupele de noduri

1/2

orice marime

Noduri partial concrescute, noduri de culoare inchisa.

Nu se admit

se admite pe m, maximum:

cu marimea de cel mult:

20 mm

50 mm

Noduri putrede

Noduri longitudinale

Nu se admit

Se admit

Putregai putregai fibros, putregai sfaramicios

Nu se admite

Coloratie anormala:roseata, albastreala.

Nu se admite

Crapaturi

	Se admit pe restul piesei cu o adancime de maximum:

Nu se admit in zonele de imbinare si pe planurile de forfecare in zonele de imbinare:

	din grosimea piesei si pe lungimi de maximum:

din lungimea piesei

se admit pe restul piesei cu orice adancime si lungime

Maduva si inima

se admite numai la piesele mai groase de 6 cm

Nu se admite

Fibra inclinata

se admite daca nu depaseste pe m

7 cm

10 cm

15 cm

Continuare (tabelul 17.2)

OBSERVATII:

daca crapaturile sunt asezate simetric pe doua fete opuse ale piesei, se socoteste ca adancime suma celor doua adancimi ale crapaturilor;

la grinzi lungimea crapaturilor se ia separat; la scanduri si dulapi se ia la lungimea totala a crapaturilor de pe o fata a lor.

Prevederile din tabel sunt conditionate de respectarea si indeplinirea pentru noduri a

conditiilor din figurile de mai jos.

17.2. Insusirile lemnului

Lemnul, ca si celelalte materiale de constructii, are o serie de insusiri si caracteristici fizice si mecanice, determinate de structura sa, si care stabilesc determinarile si incercarile care se fac asupra lui [8, 16, 23, 27, 30].

17.2.1 Insusiri fizice

Cele mai importante insusiri fizice sunt:

Umiditatea. Prin aceasta se intelege cantitatea de apa continuta intr-un material lemnos. Ea se masoara prin pierderea de greutate prin uscare, raportata procentual fie la greutatea lemnului perfect uscat, respectiv anhidru in care caz se obtine umiditatea absoluta, fie la lemnul brut, reprezentand umiditatea relativa.

Starea anhidra corespunde unui lemn uscat in etuva la 103-105˚C timp de mai multe ore, pana ce greutatea lui nu mai scade.

In lemn apa se gaseste sub trei forme:

Apa libera sau apa capilara, alcatuind seva care la lemnul verde de curand doborat se gaseste in vasele de conducere si in golurile celulare si intercelulare; ea reprezentand 70-75% din apa totala continuta in masa lemnoasa.

La lemnul suprasaturat care a stat mult in apa, procentul este mai mare, depasind 80%.

Apa legata, de hidroscopicitate, sau moleculara, care esyte fixata in peretii celulelor, intre micelele ce compun membranele celulare si care reprezinta, la toate speciile de lemn, circa 28-30%.

Apa de constitutie, prespectiv apa legata chimic in substantele ce formeaza materialul lemnos si care reprezinta circa 1-2%. Ea nu se pierde decat prin distrugerea lemnului, de aceea nu este luata in considerare la stabilirea umiditatii lui.

Umiditatea corespunzatoare limitei dintre apa libera si cea legata se numeste limita superioara de higroscopicitate sau stare de saturatie a fibrei.

Apa libera nu are nici o influenta asupra proprietatilor lemnului, in schimb cea legata influenteaza in foarte mare masura contragerea si rezistenta lemnului.

Lemnul are proprietatea de a-si adapta umiditatea la umiditatea mediului in care se gaseste, intr-un timp variabil, functie de mediu.

Retractibilitatea. Prin retractibilitate se intelege proprietatea lemnului de a-si modifica dimensiunile si volumul in functie de umiditatea lui. Variatiile dimensiunilor liniare si ale volumului au loc numai in limita continutului de apa legata. Umflarea lemnului, respectiv cresterea dimensiunilor liniare si volumice cand absoarbe apa, si contragere, respectiv reducerea lor cand o pierde, sunt reversibile in tot domeniul de umiditate dintre starea anhidra si punctul de saturatie. Modificarea dimensiunilor functie de umiditate se datoreste modificarii grosimii filmului lichid intermicelar, din care cauza variatia dimensiunilor este diferita pe cele trei directii, mult mai mica in directie axiala din cauza numarului mai redus de spatii intermicelare in aceasta directie simult mai mare in directie tangentiala. In fig.17.7 b se arata variatia volumului si a dimensiunilor liniare ale lemnului, de fag si pin, pe trei directii, functie de umiditatea absoluta exprimata in procente. Marimea contragerilor variaza si cu specia lemnului.

Datorita contragerii diferite pe directie radiala si tangentiala, lemnul debitat sub forma de scherestea se deformeaza prin uscare in mod diferit, functie de pozitia piesei in masa lemnoasa, (fig.17.7 a). Deoarece contragerea incepe de la fetele exterioare spre mijlocul piesei, la o uscare rapida lemnul poate crapa (fig. 17.8.).

Greutatea specifica. Este raportul dintre greutatea unei piese de lemn exprimata in grame si volumul ei in cm³, si ea variaza cu gradul de umiditate, care influenteaza atat greutatea cat si volumul. Altfel se disting:

Greutatea specifica a materiei lemnoase, complet lipsit de pori si in stare absolut uscata. Ea este de circa 1,5 g/cm³, aceeiasi practic pentru toate speciile de lemn.

Greutatea specifica aparenta tine seama de porozitati si de continutul de apa, respectiv de starea reala in care se gaseste lemnul. In fig. 17.9 este aratata relatia dintre procentul de pori si substanta lemnoasa, in functie de greutatea specifica. Tinand seama de starea de umiditate, greutatea specifica aparenta se determina de obicei pentru lemnul absolut uscat in aer (cu o umiditate de circa 15%), verde si uneori suprasaturat. In tabelul 17.3 se redau greutatile specifice ale unor arbori de la noi din tara, pentru lemnul verde, uscat in aer si absolut uscat.

Tabelul 17.3 Greutatea specifica aparenta medie pentru esentele din R.S.R

Dilatarea termica. Ca orice material si lemnul are variatii liniare si de volum, functie de variatiile de temperatura. Aceste variatii sunt insa mici si practic neglijabile fata de variatiile

Dimensionale datorite retractibilitatii, care, de obicei, sunt de sens invers. In tabelul 17.4 se redau coeficientii de dilatare termica liniara pe directia paralela si perpendiculara pe fibre.

Tabelul 17.4 Valorile coeficientului de dilatatie termica a

Conductibilitatea electrica. Conductibilitatea electrica se defineste ca pentru orice corp solid si se masoara prin procedee analoage.Ea depinde de esenta, de densitate si de directia

considerata fata de aceea a fibrelor, fiind de 2-4 ori mai mare in directie axiala fata de cea tangentiala.

Rezistivitatea lemnului descreste foarte repede cu umiditatea, astfel un lemn absolut uscat poate fi considerat ca un material bine izolant, in schimb un lemn umed lasa curentul electric sa treaca foarte usor. Valorile medii ale rezistivitatii lemnului functie de gradul de umiditate sunt date mai jos.

Gradul de umiditate    Rezistivitatea in sens transversal

% MWm

1 22.000

10 600

15 18

25 0,5

Alte insusiri ale lemnului ce intereseaza in constructii privind caracteristicile higrometrice si acustice sunt tratate in cap.23.

Corectia de umiditate, in caz de nevoie, se face cu formula (17.7) in care coeficientul de corectie c are valoarea de 0,010 pentru tractiunea perpendiculara pe fibre in directia radiala, si de 0,025 in directie tangentiala; valorile fiind valabile pentru toate speciile lemnoase.

17.4.3.4. Incercarea la despicare. Incercarea are ca scop sa stabileasca modul de lucru si rezistenta lemnului la despicare in lungul fibrelor. Ea este asemanatoare cu incercarea la tractiune perpendiculara pe fibre, si se executa conform STAS 1038-68.

Principiul metodei consta in masurarea efortului care produce ruperea unei epruvete tip avand forma si dimensiunile din fig. 17.27, b. Din fiecare proba de material se confectioneaza un numar egal de epruvete, cu planul de despicare in directia tangentiala, respectiv radiala fata de inelele anuale (fig. 17.27, c si d).

Incercarea se face cu un dispozitiv special de prindere (fig. 17.28) care se fixeaza la o masina de incercat la intindere. Cresterea sarcinii nu trebuie sa depaseasca 50 N/min. Determinarea rezistentei de rupere la despicare se calculeaza cu formula (17.8) si se rotunjeste fara zecimale. Corectia de umiditate se face in aceleasi conditii ca la punctul 17.4.3.2.

17.4.3.5. Incercarea la compresiune paralela cu fibrele. Incercarea are drept scop stabilirea modului in care lucreaza lemnul supus la compresiune paralela cu fibrele, a rezistentei lui la rupere precum si a modului de elasticitate. Incercarile se fac in general pe cuburi sau prisme cu baza patrata, de diferite dimensiuni taiate din portiuni din lemn drept, cu fibre paralele, fara noduri sau defecte.

Rezistenta lemnului la compresiune in lungul fibrelor este asigurata de tesuturile de sustinere, respectiv tesuturile fibriforme de sclerenchim la foioase si traheidele lemnului tarziu, la rasinoase. Tesuturile de conducere, cele de parenchim si razele medulare fiind elemente slabe, n-au decat o influenta redusa asupra rezistentei la compresiune in lungul fibrelor.

Curba caracteristica la compresiune paralela cu fibrele (fig. 17.21 curba de jos) prezinta la inceput o regiune dreapta, de proportionalitate, de lungime mult mai mica decat la intindere, dupa care ea se inclina din ce in ce mai mult, in material aparand deformatii remanente plastice insotite de o reducere a fortelor transversale de coeziune intre fibre, pana ce acestea sunt invinse, producandu-se o defibrare a lemnului pe diferite portiuni, urmata de ruperea epruvetei. Forma ruperii depinde de esenta lemnului, la esentele de rasinoase si unele foioase moi ruperea are loc prin separarea fibrelor pe lungimi mai mici sau mai mari, concentrate de obicei catre mijlocul epruvetei, si flamblarea lor, ceea ce da un aspect de sectionare in lung a epruvetei (fig. 17.29 a, b; la esentele mai tari de foioase separarea fibrelor are loc pe lungimi mai mici situate in plane inclinate, dupa care se produce o pliere a lor, ceea ce favorizeaza alunecarea intre ele a unor parti din epruveta, dupa planuri de oblicitate variabile in general cu esenta, corespunzatoare planurilor de forfecare maxima (fig. 17.29 c, d). Uneori pot aparea si ruperi mixte (fig. 17.29, e si f).

Incercarea la compresiune paralela cu fibrele se face conform    STAS 86-79.

Epruvetele de incercare au forma de prisma avand baza patrata cu latura de (20 0,1) mm, iar lungimea in directia fibrelor de (60 1) mm. Incercarea consta in a supune epruveta unui efort de compresiune ce se aplica cu o crestere de 800-1200 daN/min 20% la lemnul de rasinoase si foioase moi, si de 1200-160 daN/min 20% la cel de foioase tari. Incercarea, pana la rupere, trebuie facuta in timp de 2 min. Se noteza forta de rupere si aspectul rupturii care poate fi conform unuia din cazurile din fig. 17.29.

Rezistenta la compresiune paralela cu fibrele este data de relatia:

s_cll = P_r ½A[daN/cm²] (17.20)

Si la aceasta incercare trecerea de la o umiditate cunoscuta U, <30% la o alta umiditate U₂ se face cu formula (17.7), in care, pentru coeficientul de corectie se poate admite valoarea 0,04, valabila pentru toate speciile lemnoase.

In fig. 17.30 se arata variatia rezistentei de rupere la compresiune paralela cu fibrele, in functie de umiditate, pentru cateva esente lemnoase.

Modulul de elasticitate la compresiune paralela cu fibrele se determina analog cu tractiunea in lungul fibrelor. In treimea mijlocie a epruvetelor se marcheaza, la echidistanta de 20 mm, reperele intre care se masoara deformatiile. Scurtarea lungimii intre repere pe doua fete opuse se masoara cu extensometre, cu baza de masurare de 20 mm, avand o precizie de citire de cel putin 0,01 mm. Fiecare epruveta este supusa la 6 incercari consecutive. Prima citire a deformatiei se face in momentul cand incarcarea epruvetei atinge efortul de 100 daN, iar a doua cand efortul atinge 400 daN. Pentru celelalte cinci incercari se porneste de la 80-90 daN, se ridica apoi la 100 daN si in fine la 400 daN.

Modulul de elasticitate se calculeaza cu relatia :

E_cll = (17.21)

in care P^' este diferenta intre eforturile sub care s-a masurat scurtarea Dl, l distanta intre repere, in cm si A aria sectiunii, in cm².

Corectia de umiditate se face cu relatia (17.17), in care coeficientul de corectie c are valoarea 0,015 pentru toate speciile lemnoase.

17.4.3.6. Incercarea la compresiune perpendiculara pe fibre. Incercarea consta in determinbarea rezistentei (conventionale) de cedare a unei prisme de lemn supusa la compresiune normala pe directia fibrelor.

Modul de lucru al lemnului solicitat perpendicular pe fibre este cu totul diferit de acela corespunzator solicitarii in directia fibrelor. O piesa prismatica de lemn supusa la un efort de compresiune normal pe fibre isi reduce inaltimea si se umfla lateral pe masura ce efortul creste (fig. 17.31). Indesarea sub efort este foarte mare, cuprinsa intre 30% si circa 50%, din inaltimea initiala a epruvetei, functie de specie, fiind mai mare la speciile de rasinoase si foioase moi, si mai mica la foioasele tari. La speciile cu lemn moale nu apare o rupere propriu-zisa ci numai indesarea probei, in timp ce la cele de esenta tare cu trahee asezate radial (stejar) apar crapaturi in jurul inelelor anuale chiar la deformatii relativ mici. Aceasta se explica prin faptul ca in timp ce la compresiune in lungul fibrelor tesuturile de sustinere preiau singure tot efortul, la compresiune normala pe fibre acestea au rolul numai de a repartiza presiunile pe celulele tesuturile de conducere si a asigura un fretaj intre ele, rezistenta fiind asigurata de peretii subtiri de celuloza ai vaselor de conducere, cum si de inelele de consolidare a peretilor si diafragmele dintre celule, formate in special din lingnina. Sub actiunea presiunii de comprimare, la lemnul imbibat cu apa intai este expulzata apa libera din interiorul vaselor de conducere, concomitent cu turtirea acestora, pana ce peretii lor se lipesc intre ei, ceea ce are ca efect micsorarea grosimii epruvetelor si latirea lor in sens transversal fibrelor (fig. 17.31). de la o anumita valoare a efortului, deformarea piesei continua un timp chiar sub efort constant. Daca efortul de comprimare este indepartat piesa isi recapata aproape complet forma si dimensiunile initiale. Daca insa presiunea actioneaza un timp mai indelungat este eliminata treptat si apa legata din peretii celulelor, care-si pierd elasticitatea din care cauza revenirea la forma initiala nu mai are loc, lemnul ramanand cu deformatii permanente. Marimea deformatiilor, cum si timpul in care are loc expulzarea apei si revenirea piesei la dimensiunile initiale, depinde de esenta lemnului. Acest mod de comportare explica forma curbei caracteristice a lemnului solicitat la compresiune normala pe fibre. Astfel, pe curba caracteristica (fig. 17.32 curba b) se constata la inceput o portiune dreapta de proportionalitate, foarte mica, dupa care urmeaza o portiune aproape orizontala mai mult sau mai putin lunga, funtie de specie, in care lemnul se deformeaza aproape sub efort constant; este zona in care are loc in special turtirea vaselor de conducere. De la o anumita valoare a deformatiei forta creste mult mai repede decat deformatiile; este zona in care are loc indesarea peretilor celulelor lipiti intre ei. La esentele moi o rupere propriu-zisa a piesei nu se observa, deoarece peretii celulelor se lipesc si indeasa intre ei fara ca fibrele sa se rupa, lucru care are ca urmare reducerea foarte mult a grosimii; la esentele tari apar insa si crapaturi intre fibre. Din acest motiv rezistenta de rupere (contraventionala) se considera presiunea care produce o anumita deformare specifica, aleasa arbitrar, de obicei 10% din grosimea initiala.

In legatura cu modul de comportare la compresiune normala pe fibre mai trebuie mentionat si faptul ca deformarile scad cand suprafata pe care se aplica efortul scade in raport cu suprafata piesei; lucru care se explica prin efectul de reparatie a tesuturilor de sustinere pe zone mai mari in jurul punctului de aplicare al sarcinii, asa cum reiese din fig. 17.33.

Incercarea la compresiune normala pe fibre se face, la noi, conform STAS 1348-67.

Principiul metodei consta in masurarea sarcinii maxime concentrate P, actionand numai pe o portiune din suprafata epruvetei, pana la rupere. Pe parcursul incercarii se noteaza:

sarcina la limita de proportionalitate P_c

sarcina P_1% si P_10% sub care se produce o comprimare a epruvetei de 1%, respectiv de 10%.

Epruvetele se confectioneaza in forma de prisme cu dimensiunile din fig. 17.34, a si b.

Lemnul trebuie sa fie fara defecte, avand inelele anuale pe cat posibil tangente la una din laturile sanctiunii transversale si fibrele paralele cu axa longitudinala a epruvetei.

Aparatura de incercat trebuie sa permita, pe cat posibil, inregistrarea diagramei efort-deformatie.

Modul de lucru consta in a aseza transversal pe fata epruvetei o piesa de otel cu sectiunea patrata cu latura de 20 mm si lungimea minima de 30 mm, avand muchiile rotunjite conform fig. 17.34, c si a aplicarii sarcinii in mod continuu si uniform, cu o viteza de (100 5) daN/min la lemnul de rasinoase si foioase moi, si de (200 10) daN/min la lemnul de foioase tari. Daca masina de incercat nu este dotata cu dispozitiv de inregistrare a diagramei efort-deformatie, deformatiile se masoara cu o precizie de 0,01 mm la fiecare treapta de crestere a fortei pana ce se obtine o deformatie de cel putin 10% din inaltimea initiala a epruvetei. Pe baza deformatiilor masurate se intocmeste o diagrama efort-deformatie pe care se determina sarcina la limita de proportionalitate, marcata prin punctul in care diagrama trece de linia dreapta la o linie curba, cum si fortele corespunzatoare deformatiei de 1% si 10%. Rezistentele pentru deformatiile mentionate anterior se calculeaza cu relatia cunoscuta , in care A este aria sectiunii pe care actioneaza sarcina, egala cu produsul dintre latimea epruvetei si 16 mm, reprezentand latimea suprafetei de presare a piesei intermediare de otel.

Rezultatele se raporteaza de obicei la umiditatea de 15%, corectia de umiditate U₁ se face cu formula (17.17), cu coeficientul de corectie de 0,035 pentru toate speciile.

17.4.3.7. Incercarea la compresiune oblica fata de directia fibrelor.

Pentru stabilirea rezistentei lemnului la compresiune oblica fata de fibre si de directia inelelor anuale se fac incercari speciale cu piese metalice care se preseaza pe epruvete paralelipipedice extrase din diferite specii lemnoase (fig.17.35). In fig. 17.36 este aratata variatia rezistentei de rupere la compresiune functie de unghiul dintre directia efortului si cea a fibrelor pentru diferite umiditati la lemnul de pin (fig.17.36, a) si la lemnul de fag (fig.17.36, b) iar in fig. 17.37 variatia rezistentei de rupere la compresiune functie atat de directia fibrelor cat si de aceea a inelelor anuale.

17.4.3.7. Incercarea la incovoiere statistica. Incercarea are drept scop stabilirea modului de lucru, a rezistentei de rupere si a modului de elasticitate a lemnului supus la incovoiere.

Comportarea unei grinzi de lemn la incovoiere statistica este determinata de modul diferit in care lucreaza si cedeaza lemnul in zona comprimata fata de cea intinsa, reprezentate pe diagramele caracteristice (fig.17.21 si 17.33), si modulele de elasticitate diferite celor doua feluri de solicitari.