Acoperisul cladirilor industriale. OTEL SAU LEMN?

Pentru realizarea cladirilor industriale, se pot utiliza diverse sisteme structurale. Cea mai larga aplicabilitate la ora actuala o au structurile din otel.

In domeniul constructiilor din otel, exista doua tipuri principale de elemente structurale. Primul este cel clasic al sectiunilor laminate la cald. Celalalt este mai putin cunoscut, dar incepe sa creasca in importanta si se refera la sectiuni formate prin laminare la rece, presare sau indoire a placilor si benzilor din otel. In constructii metalice, exista doua mari familii de elemente structurale: una este cea a elementelor laminate sau realizate din tabla; cealalta – poate mai putin familiara, dar de o importanta in continua crestere – este cea a elementelor realizate din bare cu pereti subtiri (BPS). Acestea sunt elementele structurale cu pereti subtiri.

De asemenea, exista si solutia structurala bazata pe utilizarea elementelor din lemn care incepe sa fie intalnita si la cladirile industriale.

Solutia care se preteaza cel mai bine ambelor materiale este cea de grinda cu zabrele. Grinzile cu zabrele sunt pasul inainte in a trimite materialul cat mai departe de axa neutra. Urmarind aceasta idee, momentul incovoietor care trebuie sa fie preluat de intregul element structural este transformat intr-un cuplu de forte axiale concentrate in talpa de sus si in cea de jos.

Elementele inimii (diagonale si montanti) sunt proiectate sa preia forta taietoare asociata momentului. Aceasta se intampla in doua circumstante:

• incarcarile actioneaza doar in nodurile structurii;

• barele sunt articulate in noduri.

Elemente structurale realizate din otel

Ca o privire de ansamblu, sectiunile laminate la cald sunt bine cunoscute atat din punctul de vedere al calculului structural, cat si din punctul de vedere al executiei. Elementele laminate structurale sunt bine stapa­nite atat de inginerul proiectant, cat si de inginerul din executie.

Cu toate acestea, utilizarea structurilor usoare din otel incepe sa castige teren, deoarece sunt caracterizate printr-un bun raport pret-cali­tate si pot fi construite cu mare rapiditate.

In contextul tehnologic si economic actual, domeniul constructiilor industriale necesita metode mai rapide de executie si, in acelasi timp, obtinerea unui produs cu cali­tati sporite. Astfel, structurile din otel format la rece pot reprezenta o solutie care sa satisfaca aceste necesitati, datorita usurintei de a realiza elemente prefabricate, timpului de executie scurt si unei mari precizii a controlului calitatii. Intr-o zona seismica, cum este si Romania, utilizarea unui sistem structural usor are avantajul de a reduce masa constructiei care conduce, de exemplu pentru o cladire cu un singur nivel, la obtinerea eforturilor in structura doar din combinatia fundamentala de incarcari.

Grosimea benzii de otel uzual folosita pentru realizarea profilelor cu pereti subtiri se situeaza intre 0,5 mm si 8 mm. Barele si placile din otel cu grosimi de pana la 25 mm pot fi de asemenea formate la rece fara a impune probleme, obtinand elemente structurale.

Prin comparatie cu alte materiale cum sunt lemnul sau betonul, ies la iveala urmatoarele calitati ale elementelor de acest tip:

• greutate scazuta;

• rezistenta si rigiditate ridicate;

• fabricatie usoara;

• montaj rapid si usor;

• acuratete sporita a detaliilor;

• calitatea nu poate fi alterata de aparitia insectelor;

• calitate uniforma;

• costuri reduse de transport si manipulare;

• nu este combustibil.

Barele cu pereti subtiri sunt utilizate cu rol structural sub forma de stalpi, grinzi si ferme.

Elemente structurale realizate din lemn

O alta solutie foarte agreata de investitori este utilizarea fermelor din lemn, cu dulapi de 2,4 cm grosime.

Elementele structurale realizate din dulapi sunt inca destul de rar folosite, in special in structuri spa­tiale, din cauza dificultatii de a realiza prinderea in noduri.

Cu toate acestea, exista o atractie asupra lemnului ca element de constructie, deoarece creeaza o ambianta placuta la interior, fiind un material natural. Astfel, pe acest segment se cauta rezolvari ale pro­blemelor constructive aparute, solu­tiile tehnice se perfectioneaza si devin tot mai eficiente din punct de vedere constructiv si economic.

Implementarea lemnului ca element structural se poate realiza pentru:

• constructii situate in zonele bogate in paduri, cladiri de locuit, ferme, in micile orase si, intr-un procent mai mic, in suburbiile oraselor;

• poduri de dimensiuni reduse, necir­culabile, in zonele rurale sau de oras;

• case de vacanta, constructii usoare pentru curte sau obiective arhitecturale pentru parcuri si zone verzi;

• constructii cu scop de productie, constructii industriale pentru ramurile de mica industrializare sau agricultura;

• turnuri de observare in zonele de padure;

• centre de recreere.

Imbinarile in elementele din lemn pot fi realizate cu conectori mecanici sau prin lipire.

Din punctul de vedere al conexiunii, imbinarea poate fi flexibila (in cazul elementelor de prindere meca­nice) sau rigida, in cazul celor lipite.

Proiectantul trebuie sa ia o decizie asupra manierei acceptate de conexiune si ia in considerare modul in care lucreaza conexiunea in contextul constructiei.

Proiectarea unui nod pentru elemente din lemn nu e o problema simpla: elementul trebuie sa indepli­neasca anumite conditii legate de rezistenta si rigiditate, dar si altele cum ar fi:

• durabilitatea – pe perioada asteptata de exploatare, o conexiune trebuie sa ramana „curata“, imuna in fata factorilor distructivi din lemn si din metal (coroziunea biolo­gica a lemnului si coroziunea chimica a otelului);

• simplitatea – solutiile complicate conduc la cresterea pretului constructiei, pret in care nodurile sunt partea predominanta;

• executia simpla – maniera de executie trebuie sa fie simpla si sa se realizeze accesul la fiecare element de legatura.

Structurile analizate

Structura analizata are aceeasi geometrie pentru toate cele trei materiale. Este o cladire industriala parter de 12 m deschidere si 36 m lungime.

Pentru solutia „otel“ s-a ales 6 x 6 m traveea. Pentru solutia „lemn“ s-au ales grinzi dese dispuse la 1,1 m, realizate din dulapi de lemn.

Toate grinzile cu zabrele se considera articulate pe stalpi. Acoperisul are un sistem de contravantuiri in planul sau.

Invelitoarea este realizata din acelasi tip de tabla.

Pentru acoperisul din bare cu pereti subtiri, au rezultat urmatoarele elemente:

Grinzi secundare (pane) din profile Lindab Z120/2.

Pentru grinda cu zabrele:

• talpa superioara: 2 x C150/2.5 + U150/2.5;

• talpa inferioara:  2 x C250/2.5;

• diagonale si montanti: 2 x C150/2.5.

Pentru acoperisul din profile laminate la cald, au rezultat urmatoarele elemente:

Grinzi secundare (pane) I10 (OL37).

Pentru grinda cu zabrele:

• talpa superioara: 2 x L50 x 50 x 5;

• talpa inferioara: 2 x L50 x 50 x 5;

• diagonale si montanti: 2 x L45 x 45 x 5.

Pentru structura de rezistenta a acoperisului din lemn, au rezultat urmatoarele elemente:

Grinzi secundare (pane) 5 x 5 cm in sectiune.

Pentru grinda cu zabrele:

• talpa superioara: 5 x 20;

• talpa inferioara: 5 x 20;

• diagonale si montanti: 5 x 10 (5 x 20).

Concluziile extrase din acest studiu se refera doar la elementele grinzii cu zabrele a acoperi­sului, tinand cont de pane si de sistemul de contravantuiri din planul acoperisului.

Am considerat cativa parametri:

Masa/grinda cu zabrele

Figura urmatoare ilustreaza masa fiecarei grinzi de acoperis, din materialul specific. Pentru grinda din lemn s-a calculat o valoare echivalenta proportional cu suprafata acoperisului (distanta dintre grinzi fiind de 1,1m). Valoarea mai mare a grinzii de lemn a fost usor de anticipat datorita rezistentei mult mai mici a lemnului comparativ cu cea a otelului.

Procentual, se pastreaza aceleasi proportii: baza de comparatie a fost aleasa solutia din otel laminat. Diferentele au fost de 11,5% pentru BPS si de 79,9 % pentru lemn.

Costuri

Pentru solutia clasica din otel laminat, s-a luat in considerare un pret de 1,2 euro/kg, pret care include materialul si manopera. Pentru BPS, pretul este cel dat la „poarta fabricii“. Pentru solutia din lemn, pretul include atat materialul propriu-zis, cat si uscarea artificiala.

Probleme specifice

Pentru aceste tipuri de grinzi cu zabrele (din lemn), cea mai mare atentie trebuie avuta in selectio­narea arborilor; lemnul nu inceteaza niciodata sa se usuce – fiecare schim­bare de temperatura sau umiditate va schimba volumul lemnului.

Lemnul folosit in constructii trebuie sa aiba o umiditate specifica, care poate fi obtinuta prin metode naturale sau artificiale (in functie de timpul avut la dispozitie). Acest proces mareste pretul/metru cub al lemnului.

De asemenea, lemnul trebuie tratat impotriva atacului biologic al insectelor sau al ciupercilor, dar si otelul trebuie protejat impotriva coroziunii.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 35 – martie 2008

Autori:
Cristina CÂMPIAN,
Paul PERNES – Universitatea Tehnica Cluj- Napoca, Facultatea de Constructii