Comment savoir quelles essences sont adaptées à la fabrication de meubles courbes, de cornouillers ou à la construction en analysant leurs propriétés mécaniques ?

Asupra lemnului folosit la fabricarea mobilierului sau în construcții acționează diverse forțe care îl pot deforma sau rupe. Răspunsul la aceste forțe depinde de specie, structură, direcția fibrei, densitate, conținutul în apă, defectele de creștere sau de prelucrare, dar și de natura, durata și intensitatea acestor forțe. O anticipare a răspunsului lemnului se poate face pe baza proprietăților lui mecanice. Cunoașterea lor ne ajută să știm ce specie e mai potrivită, de exemplu, pentru a susține greutatea unei case sau pentru a fi deformată în vederea obținerii mobilierului curbat. Proprietățile mecanice ne dau răspunsuri privind comportamentul lemnului în timpul diferitelor etape de prelucrare sau ne spun cât de rezistent va fi ca parte din structurile finale (case, mobilier).

Rezistența la acțiunea diverselor forțe este măsurabilă și astfel se poate face comparație între specii. Pentru a face însă această comparație trebuie ca determinarea să se facă în aceleași condiții de temperatură și umiditate, pe mostre de lemn identice, cu forme specifice. Toate aceste determinări sunt standardizate. În articol veți găsi principalele proprietăți mecanice ale lemnului, nivelul de mărime și cum variază în funcție de specie, direcția fibrei sau alte caracteristici specifice.

Elasticitatea, proprietatea care face ca construcțiile pe structură de lemn să fie mai rezistente la seism

Nous disons à peu près casele pe structură de lemn că sunt mai rezistente la cutremur decât cele din beton sau cărămidă pentru că lemnul este elastic. Adică are capacitatea să-și revină la forma inițială după ce forța care acționează asupra lui încetează (forța seismică, în cazul caselor), cu condiția ca aceasta să nu depășească limita de elasticitate. Elasticitatea lemnului nu este infinită. Fiecare specie are o limită peste care lemnul cedează, deformarea devenind permanentă. Elasticitatea lemnului se exprimă prin module d'élasticité care se măsoară în N/m² și este diferit în funcție de orientarea fibrei, longitudinal sau transversal și de forța care acționează – tracțiune, compresie, încovoiere sau răsucire.

Un lemn elastic suportă mai bine șocurile, loviturile fiind amortizate. Este proprietatea pe care se bazează alegerea anumitor specii pentru a fi produse articole sportive (érablehêtre ou bambou pentru bâte de baseball) sau mânere de unelte (carpe). O proprietate care derivă din elasticitate este rezistența la îndoire. De exemplu, raportat la greutatea specifică, résineux au o rezistență mult mai mare la îndoire decât fagul. Ca urmare, rășinoasele se folosesc pentru structurile de rezistență ale caselor, iar fagul pentru mobilier.

La plasticité

Poate vă amintiți de Chaise Thonet, cel mai vândut obiect de mobilier din toate timpurile. Este un scaun simplu, dar foarte elegant, obținut din elemente cilindrice din lemn de fag curbate. Plasticitatea este proprietatea care stă la baza obținerii mobilierului curbat. Aceasta reprezintă capacitatea unor materiale de a-și păstra forma după încetarea forței care a acționat asupra lor. De fapt, obținerea lemnului curbat este o combinație între elasticitatea și plasticitatea lemnului. Nu pare foarte posibil pentru că plasticitatea este inversul elasticității și conform principiilor matematice ar trebui să se anuleze. Și totuși, nu se anulează ci se completează.

În mod normal lemnul este elastic și după o anumită limită cedează, este casant. Cu cât este mai elastic, cu atât se deformează mai mult fără să crape. Fagul este un astfel de lemn. Supus diverselor tratamente – abur, substanțe chimice, curenți de înaltă frecvență (CIF) – devine și mai elastic și poate fi modelat fără să se rupă. Fixat pe o matriță, va lua forma dorită și o va păstra și după încetarea tratamentului datorită plasticității dobândite prin tratare.

Specii care se curbează bine sunt și frasine și ulmul. Și cu cât este mai tânăr, cu atât se curbează mai ușor, lignificarea ducând la rigidizare.

Rezistența la compresiune

Compresiunea este cea mai importantă forța în construcții pentru că acționează asupra structurii de rezistență a unei case. În cazul caselor pe structură de lemn, stâlpii și pereții de rezistență trebuie să aibă capacitatea să descarce această forță dată de propria greutate a casei și forțe suplimentare care pot apărea (strat gros de zăpadă pe acoperiș) până la nivelul fundației și al solului, fără tasare sau deformare. Pentru ca acest lucru să se întâmple, rezistența la compresiune a elementelor din lemn trebuie să fie mai mare decât forța de compresiune exercitată.

Compresiunea se poate manifesta paralel cu fibra sau transversal (pe direcție radială sau tangențială la inelele anuale). La casele pe structură de lemn, compresiunea în lungul fibrei este suportată de stâlpi, iar cea transversală de talpa casei, la contactul dintre talpă și stâlp. Rezistența lemnului la compresiune pe direcție transversală este doar 15-20% din cea pe direcție longitudinală. Rezistența la compresiune crește cu creșterea densității și scade cu creșterea umidității lemnului. De exemplu, o creștere a umidității lemnului cu 1% poate duce la o scădere a rezistenței lui la compresiune cu 4%.

Specii cu rezistență bună la compresiune sunt rășinoasele, chênefrêne, charme, orme. Mélèze, considerat stejarul rășinoaselor, are rezistența la compresiune pe direcție longitudinală chiar mai mare ca a stejarului. Carpenul are cea mai mare rezistență la compresiune, atât longitudinal cât și transversal.

Rezistența la întindere sau tracțiune

În acest caz lemnul este supus unor forțe care vor să-l lungească, să-i mărească dimensiunile. Este practic inversul compresiei. Și în acest caz răspunsul este diferit în funcție de direcția fibrei, longitudinal sau transversal, dar rezistența la tracțiune transversală este rar întâlnită în utilizările lemnului. Și este bine că este așa pentru că rezistența la tracțiune pe direcție transversală este slabă. Rezistența la tracțiune longitudinală crește cu creșterea densității și scade cu creșterea umidității.

Lemnul este foarte rezistent la tracțiune longitudinală, care practic este cea mai mare dintre toate rezistențele lui mecanice. Este dublă față de rezistența la compresiune pe aceeași direcție. Cea mai mare rezistență o au foioasele cu densitate și duritate mare (stejar, acacia). Rezistența scade însă dacă apar defecte precum noduri sau fibră răsucită.

Rezistența la încovoiere

Este răspunsul dat de lemn când este supus unor forțe care-l curbează. Rezistența la încovoiere statică determină nivelul forței la care lemnul cedează, se rupe. Foarte important în acest caz este cum se rupe lemnul. Cu cât ruperea se face cu smulgeri mari de fibră, neuniform, cu atât lemnul este mai rezistent. Rezistența la încovoiere statică este asociată cu elasticitate, lemnul fiind cu atât mai rezistent cu cât este mai elastic. Specia și defectele influențează nivelul rezistenței la încovoiere statică.

La casele pe structură de lemn, încovoierea este forța exercitată când acționează forțe laterale determinate de vânt sau seism asupra grinzilor sau stâlpilor care nu sunt în structuri contravântuite și sunt prinși rigid în pardoseală. În urma acestor acțiuni apar deformări ale elementului în raport cu axa lui longitudinală.

Un tip special de rezistență la încovoiere este reziliența, adică rezistența la încovoiere prin șoc (încovoiere dinamică). În funcție de rezistența la încovoiere dinamică speciile se împart în reziliente (sau tenace) și fragile. Speciile reziliente sunt cele recomandate pentru construcții și domenii unde pot apărea șocuri și vibrații (articole sportive, cozi pentru unelte). Specii reziliente sunt frasinul, épicéale mélèze, l'orme, et les plus fragiles, le châtaignier ou l'orme. peuplier. Defectele de creștere sau de prelucrare scad foarte mult reziliența lemnului. Frasinul este una dintre speciile care preiau cel mai bine șocurile.

Rezistența la forfecare

Forfecarea este o altă forță care apare în special în construcții. Forța de forfecare acționează într-un anumit plan. În funcție de combinația dintre modul cum acționează forța și plan, există 3 tipuri de forfecare: transversală (forța și planul sunt transversale pe fibră), longitudinală paralel cu fibra (forța și planul sunt paralele cu fibra) și longitudinală perpendiculară pe fibră (forța este în lungul fibrei și planul, transversal).

Rezistența la forfecare crește cu densitatea și este cea mai mare la o umiditate a lemnului de 10%. Unele defecte, precum fibra creață, măresc rezistența la forfecare, iar altele (fibra răsucită, crăpăturile) o scad. Rezistența la forfecare este de 8-10 ori mai mică decât rezistența la tracțiune longitudinală și 6-8 ori ca cea la compresie paralelă cu fibra. Fagul și stejarul sunt cu 50-75% mai rezistente la forfecare decât molidul sau bradul.

Dureté

Este rezistența cu care răspunde lemnul când un corp dur tinde să intre, să pătrundă în el. Duritatea împarte speciile în tari și moi și ne spune cât de ușor se prelucrează, cum se comportă la pătrunderea cuielor sau șuruburilor, cât de greu se șlefuiesc, cât de mult rezistă la uzură.

Ca valoare absolută, există duritate Janka și duritate Brinell, în funcție de metoda cu care s-a făcut determinarea. Cea mai mare duritate este pe secțiunea transversală, iar duritatea pe secțiunea radială este comparabilă cu cea tangențială. În funcție de duritate, molidul, plopul și saule sont des espèces douces, bouleau și laricele specii medii, iar stejarul și acacia espèces dures.

Rezistența la despicare

Este o proprietate care ne ajută să alegem lemnul potrivit pentru fabricarea doagelor, a șiței, șindrilei sau ne spune cât de greu este de despicat lemnul de foc. Constă în rezistența opusă de lemn la forța de desprindere a fibrelor pe direcție longitudinală. Forța respectivă nu secționează fibrele ci doar le separă. Rezistența este importantă și în construcții, la asamblarea elementelor. Buloanele groase cu care se prind stâlpii, de exemplu, pot provoca despicarea lemnului.

Cel mai ușor lemnul se despică în plan axial, planul razelor medulare. Și în acest caz, ca la forfecare, depinde de planul în care acționează forța. Rezistența în plan radial este mai mică decât cea în plan tangențial, de aceea despicarea se face axial, pe direcție radială. Defecte precum fibra răsucită, fibra creață, nœuds cresc rezistența la despicare, iar crăpăturile o scad. Rezistența la despicare este cea mai scăzută rezistență mecanică a lemnului.

Se pot spune foarte multe despre proprietățile mecanice ale lemnului, dar mă opresc aici. Am vrut doar să vă arăt de ce nu poate fi folosit orice lemn oriunde și cum folosirea preponderent a unei specii într-un domeniu anume are explicație. Orice completare din partea voastră este bine venită, mai ales dacă există și exemple de folosire a diverselor specii. Iar dacă ați ratat un proiect pentru că ați ales greșit lemnul, împărtășiți cu noi experiența, va fi de mare ajutor. Cei care au neclarități sau întrebări le pot lăsa, ca de obicei, în spațiul dedicat. Vă voi răspunde cu siguranță.