De ce trebuie să luăm în calcul dilatările și contracțiile materialelor de construcție
În domeniul construcțiilor, căutăm să avem pe cât posibil volume și suprafețe continue, compacte, fără fragmentări, pentru a obține (aparent) mai multă rezistență și stabilitate, respectiv un design omogen. Totuși, acestea sunt greu de obținut din motive care țin de tehnologia disponibilă și de logistica de șantier (transport, manipulare, costuri). Însă nu doar atât - mai sunt și legile fizicii care ne limitează considerabil. Materialele, care înregistrează tensiuni interne de diverse origini (mecanice, termice, chimice, legate de higroscopicitate), ne oferă un comportament previzibil doar dacă sunt puse în operă în cantități bine stabilite. Pe măsură ce lucrăm cu dimensiuni mai mari, cu atât vom avea mai multe provocări, iar dilatările și contracțiile de origine termică sunt printre cele mai importante.
Dilatările și contracțiile de origine termică sunt acele modificări de volum ale substanțelor solide, lichide și gazoase în funcție de variațiile de temperatură; în general, este vorba despre dilatare la încălzire și contracție la răcire, dar există și câteva excepții, precum apa, care are un comportament particular – așa-numita dilatare neregulată a apei. Fiecare material are propriul său coeficient de dilatare ce reflectă modificările dimensionale în raport cu temperatura. De exemplu: la 20°C, PVC-ul, lemnul de brad, oțelul și sticla au coeficientele de dilatare volumetrică de 156, 75, 35 și 26 (x 10-6 K-1), în această ordine; cu cât coeficientul este mai mic, cu atât materialul este mai stabil. În general, sunt preferate, desigur, materialele cu coeficienți de dilatare mici. Dilatarea poate fi evaluată practic în diverse moduri: expansiune liniară pentru obiectele lungi (de exemplu o bară de oțel care se încălzește), expansiune de suprafață (o pardoseală sau o învelitoare) ori expansiune în volum (un element de construcție din beton sau lemn). În normativele românești, se menționează cel mai adesea coeficienții de dilatare liniară.
Aceste modificări dimensionale, care apar începând de la nivel molecular, sunt luate în calcul într-un număr impresionant de aplicații la nivel macro și rezolvate de regulă cu ajutorul spațiilor/rosturilor de dilatare sau a unor metode constructive speciale. Sunt cunoscute distanțele dintre porțiunile consecutive de șină de cale ferată, firele de înaltă tensiune a căror lungime include o anumită toleranță (se lungesc în timpul verii), rotilele pe care se sprjină unele poduri, buclele conductelor de mare lungime care preiau o parte din tensiunile acestora apărute la variații de temperatură. Dacă specialiștii nu ar lua în calcul aceste aspecte și nu le-ar include în normative, orice construcție ar arăta cu totul altfel. Este extrem de important să discutăm despre acest subiect, pentru că astfel vom înțelege mai bine tehnicile corecte de execuție pentru cele mai diverse elemente de construcție: o pardoseală, o învelitoare de acoperiș, o fereastră sau un sistem de fațadă. De asemenea, cunoașterea unor efecte ale fenomenului ne vor opri să facem niște greșeli regretabile, cum ar fi astuparea sau eliminarea rosturilor de dilatare executate anterior; este o eroare des întâlnită în cazul renovărilor, iar rezultatul este, de multe ori, apariția de crăpături sau degradări în zonele respective.
Pardoselile reprezintă cel mai frecvent exemplu de suprafață afectată din perspectiva variațiilor dimensionale, motiv pentru care se practică rosturi de dilatare, lăsate aparent ori ascunse sub profile de trecere sau acoperite cu diverse materiale în strat subțire. Pardoseala este un element de construcție extrem de solicitat și, uneori, realizat din materiale cu higroscopicitate mare, ceea ce îi amplifică tensiunile interne, mai ales dacă este vorba despre o suprafață în aer liber. Rosturile de dilatare sunt prezente atât între elementele componente (lamele de parchet, plăci de gresie, piatră ș.a.m.d.), cât și la limita peretelui, sau la nivelul șapei ori stratului suport (există o serie de reguli pentru amplasarea rosturilor de dilatare). Acestea pot fi confecționate din diverse materiale elastice (cauciuc, PVC) sau pur și simplu spații libere care să permită mișcarea independentă a elementelor de pardoseală.
Tâmplăria termoizolantă modernă, indiferent de tipul profilului, nu este nici pe departe inertă sub aspectul dilatărilor și contracțiilor. Profilele din metal și lemn stratificat au variații dimensionale acceptabile, dar cele din PVC, care se pot dilata cu până la 2,5 mm pe metrul liniar (cele colorate, expuse în plin soare) au nevoie de o armare suplimentară, care să preia tensiunile create, precum și de distanțiere de cauciuc. În acest scop, dar și pentru a conferi mai multă rezistență elementului de tâmplărie, se folosesc armături din oțel zincat. Inclusiv profilele din aluminiu au un anumite modificări dimensionale, de aceea la dimensiuni mari se realizează niște găuri de dilatare. În cazul tâmplăriei, mai există un aspect important atunci când se montează ferestra sau ușa în zidărie: deschiderea trebuie să fie mai mare cu câțiva centimetri (în funcție de dimensiuni), pentru a permite dilatările și contracțiile. Fixarea nu se face rigid, ci cu ajutorul spumei de montaj, care are o anumită elasticitate. Aceasta are rolul de izolare termică, desigur, dar și de a permite o anumită libertate de mișcare independentă a elementelor rigide, care au coeficienți de dilatare diferiți.
Coșurile de fum, ca și celelalte elemente ale sistemelor termice, sunt supuse unor variații dimensionale majore, adevărate șocuri termice (temperaturi de până la 600°C sau chiar mai mult), prin urmare trebuie să aibă o conformație adaptată. Indiferent de sistemul constructiv, dacă sunt din metal sau ceramică, acestea au o structură modulară care le permite dilatarea, iar acolo unde este cazul se folosesc șnururi ceramice termorezistente care asigură etanșeitatea în zonele de rost. De asemenea, colierele variantelor din oțel permit o ușoară glisare în timpul dilatărilor și contracțiilor.
Țevile pentru instalații, prin care circulă fluide calde, nu trebuie să aibă lungimi foarte mari în linie dreaptă, pentru că se deformează și pot ceda. De asemenea, nu este recomandat ca acestea să fie îngropate în zidărie sau tencuială, ori fixate foarte rigid; colierele cu care sunt prinse este bine să permită o ușoară libertate de mișcare. Acest lucru va reduce și zgomotele pe care le scot uneori instalațiile, mai ales cele din cupru. Aceleași lucruri sunt valabile și pentru sistemele pluviale, care pot fi privite ca elemente de instalație. Solicitarea lor este cu atât mai mare cu cât, în sezonul rece, apare gheața care se dilată și solicită suplimentar jgheaburile și burlanele.
Anvelopa clădirii și elementele de termoizolație sunt extrem de expuse la variații de temperatură, deci vor fi printre cele mai afectate. Plasele de armare pentru sistemele termoizolante au acest rol, de a reduce efectele dilatărilor cauzate de temperaturi extreme. Structurile însele, chiar dacă sunt protejate de tencuieli și sisteme termoizolante, suferă la rândul lor o serie de modicări, mai ales atunci când sunt realizate din materiale diferite. Cărămida din zidărie (sau BCA-ul), betonul stâlpilor și oțelul cu care este armat acesta au dilatări ușor diferite, dar în marje acceptabile, iar tensiunile se compensează între ele; dacă materialele unei construcții ar avea coeficienți de dilatare radical diferiți, clădirile ar crăpa, pur și simplu, la variațiile de temperaturi dintre anotimpuri. Oricum, clădirile au o durată de viață mult mai mare dacă sunt termoizolate; prin păstrarea unor temperaturi relativ constante în structuri, se obțin nu doar economisiri de energie, ci și construcții mai bine protejate termic.
Învelitorile sunt evaluate de multe ori din perspectiva rezistenței în timp și etanșeității, dar uneori se pierde din vedere faptul că aceste caracteristici se obțin doar dacă se iau în calcul și inevitabilele dilatări/contracții repetate. În cazul învelitorilor metalice, pentru a diminua efectele acestui fenomen se pot folosi sisteme cu componente (panouri, plăci) de dimensiuni reduse, montate astfel încât să permită glisările.
Exemplele de materiale și elemente de construcție care sunt afectate de dilatări pot continua: elemente de fațadă, sobe și șeminee, mobilier, panouri din gips-carton ș.a.m.d. Normativele din domeniu prevăd unele limite ale coeficienților de dilatare permiși, astfel încât construcțiile să aibă un comportament previzibil. Orice material nou apărut pe piață este testat și din acest punct de vedere.
