1. REFERENCIA TECNICA
NTP 251.016:2004
NTP 251.014:2004
2. OBJETIVO DEL ENSAYO
Identificar los diferentes diferentes tipos de probetas probetas utilizadas en los ensayos de acuerdo a la dirección de las fibras y a la dirección de la carga. Aprender a localizar las áreas de falla de acuerdo a la probeta que se esté empleando. Determinar las cargas cargas utilizadas, utilizadas, las cargas cargas necesarias necesarias y los puntos en en los los cuales la estructura o probeta se ve afectada por estas mismas cargas Analizar el comportamiento comportamiento del del material al ser ser afectado por fuerzas externas.
3. INTRODUCCION. La madera es uno de los materiales más usados para la construcción desde los inicios de la misma, y este material tan indispensable tiene características muy importantes con respecto a las fuerzas que soporta y la manera de la cual se utiliza, hay que resaltar que la madera es un material parcialmente homogéneo (tiene gran variedad de bacterias y su humedad genera variaciones en el material), es uniforme, estable, de superficie plana y lisa que ofrece buena trabajabilidad y óptima aceptación para recibir revestimientos con diversas terminaciones, pero no es un material isotrópico, es por eso que los ensayos a compresión y tensión paralelo y perpendicular a las fibras se realiza en todas las ocasiones partiendo de los fundamentos básicos de la física y la resistencia. La madera se utiliza de muchas formas en las construcciones y por esta razón ra zón es indispensable saber cómo reacciona al ejercer determinadas cargas y a su vez si nos puede cumplir los resultados que esperamos al saber cuál es su lugar propenso a la falla. Para así reforzar el mismo.
4. MARCO TEORICO A) Ensayo de Compresión
El ensayo de compresión es un ensayo de materiales utilizado para conocer su comportamiento ante fuerzas o cargas de compresión. Es un ensayo mucho menos empleado que el ensayo de tracción, aplicándose en probetas de materiales que van a trabajar a compresión pero de forma acelerada hasta llegar al punto de ruptura con el objetivo de analizar la resistencia máxima que el mismo puede alcanzar. Este ensayo resulta esencial para determinar los esfuerzos de compresión de los materiales debido a que se usa en construcciones, tales como columnas y cimientos se encuentran a compresión, es muy similar al de tensión, ya que a una probeta de un material dado se le somete a cargas y se mide su deformación, de modo que se obtiene una gráfica similar al de tracción.
La gráfica del ensayo de compresión, que expresa el comportamiento del material ensayado, desarrolla tres campos observados por la deformación física que se desenvuelve: -
Comportamiento elástico: donde la deformación del cuerpo no es permanente, es decir el cuerpo recupera su forma inicial al retirar la carga de compresión, que se desenvuelve de manera lineal citada por la ley de la elasticidad de Hooke.
-
Comportamiento plástico: donde la deformación es permanente porque el cuerpo soportó un rango de cargas altas. La grafica se torna curva.
-
Falla: por la excesiva carga axial de finalmente destruye la estructura del material.
Graficas esfuerzo deformación: a) Zonas generales para todo material, b) Zonas reales con sus puntos críticos de esfuerzos estudiables. B) Requerimientos Para Probetas de Compresión
Para las probetas de compresión se prefieren probetas cilíndricas a cualquier otra forma, pero en este caso es de sección cuadrada. La selección de una relación entre longitud y ancho de la probeta es una elección que se toma para evitar una serie de inconvenientes, ya que de ser muy ancha y muy corta, las mediciones de deformaciones serían casi irrealizables, de ser muy larga y delgada, se daría una fractura por flexión, entonces se establece una relación determinada para evitar dichos efectos. El tamaño de la relación depende del tipo de material, del tipo de mediciones y del aparato de ensayo. C) Coeficiente de Poisson.
Coeficiente de Poisson Nombrado por Simeón Poisson es una constante elástica que proporciona una relación entre las la deformación lateral que sufre el material y las deformaciones relativas en dirección de la en la dirección de la carga aplicada
sobre el mismo. Cuando un cuerpo se acorta por efecto de una compresión, se alarga en la dirección perpendicular a la compresión. Un cuerpo alargado por efecto de una tracción, disminuye su ancho en la dirección perpendicular a la tensión. Siendo el coeficiente de Poisson la relación entre la deformación ongitudinal y la deformación transversal Cuando una tensión actúa en un cuerpo en una dirección y el volumen del cuerpo es constante, el coeficiente de Poisson tiene su valor máximo igual a 0,5.También se relaciona el módulo de rigidez y el módulo de Young en la ecuación:
La fórmula sólo es válida dentro del límite elástico de un material. El coeficiente de Poisson de un material estable no puede ser menos de -1.0 ni mayor que 0.5 debido al requisito de que el módulo del esquileo y módulo a granel tenga valores positivos. La mayoría de los materiales tienen entre 0.0 y 0.5.
5. MATERIALES
Compresión normal a las fibras Las probetas empleadas en este ensayo consisten en primas rectos de 5 cm x 5 cm de sección transversal y longitud de 2 a 4 veces el ancho. La fibra debe ser paralela a la longitud. Las medidas de las probetas deben verificarse en el momento del ensayo. El número de probetas de ensayo estará de acuerdo con el grado de exactitud.
Compresión trasversal a las fibras Las probetas empleadas en este ensayo consisten en primas rectos de 5 cm x 5 cm de sección transversal y 15 cm de longitud, cortadas de tal manera que
las caras longitudinales sean paralelas al grano, dos de sus caras opuestas tangenciales y las otras dos radiales. Las medidas se verifican en el momento del ensayo.
6. APARATOS
Prensa Capaz de producir fuerzas mayores de 2 000 daN, provista de 2 crucetas, una fija y otra móvil y de un mecanismo que permita regular la velocidad lineal de la cruceta móvil. Una de las crucetas por lo menos debe estar provista de un cabezal con una articulación esférica que permita una distribución uniforme de la carga.
Deformimetro Debe utilizarse en caso de que la prensa no disponga de un registrador automático de la curva de esfuerzo-deformación. Al montarse éste sobre la probeta, la punta inferior del deformimetro debe tocar la probeta y marcar el movimiento de acortamiento de la probeta.
En los diferentes tipos de ensayo se utiliza el mismo tipo de prensa tan solo con un cambio en las mordazas y en el tipo de medición que tenga calibrado el equipo, aunque también se puede usar el deformimetro.
7.
PROCEDIMIENTOS
PROCEDIMIENTO COMPRESIÓN PARALELA A LAS FIBRAS 1. La carga se aplica sobre las bases del prisma, esto es, sobre las caras transversales, en forma continua y durante todo el ensayo para que produzca una deformación de 0,6 milímetros por minuto. Los valores para la curva de esfuerzo-deformación se toman aún después de la rotura de la probeta.
2. Posición de las roturas del ensayo. Para obtener resultados uniformes y satisfactorios, es necesario que las roturas se produzcan en el cuerpo de la probeta. Este resultado es más exacto en las probetas de sección transversal uniforme, cuando los extremos de dicha probeta tienen un contenido de humedad menor que el resto de la misma.
3. Descripción de las roturas por compresión. Las roturas por compresión se describen de acuerdo con la apariencia de las mismas en la superficie en que aparezcan. En caso de presentarse dos o más roturas, se describen en el orden en que ocurrieron. En la planilla correspondiente debe dibujarse, en la gráfica, la forma de la rotura.
4. Inmediatamente después de realizado el ensayo, se corta de la probeta un prisma de 2 cm de altura, cuyas superficies y aristas se deben fijar convenientemente a fin de despojarlas de astillas y otras irregularidades, y se determina el contenido de humedad de acuerdo con lo establecido en la NTC 206.
COMPRECION NORMAL A LAS FIBRAS
1. Se coloca la probeta centrada sobre la base del aparato en forma tal que la fuerza se aplique sobre la cara tangencial o radial. La pieza de presión se coloca sobre la probeta, perfectamente centrada con ésta y se hacen descansar sobre su cilindro basculante los extremos de los brazos, uno de los cuales acciona el deflectómetro.
2. Se acciona la prensa de tal forma que una de las crucetas toque ligeramente la pieza de presión. En este instante se ajusta el deflectómetro de modo que todas las manecillas indiquen cero. Luego se acciona nuevamente la prensa a una velocidad de ensayo de 0,3 mm por minuto. Esta velocidad debe mantenerse constante hasta alcanzar una deformación del 5 % del espesor de la probeta.
2.1 En el caso de que no se disponga de un registrador automático de cargadeformación, debe proveerse a los operadores de una planilla complementaria confeccionada a dos columnas, una de las cuales debe tener ya impresa la carga de ensayo de tal manera que pueda hacerse una lectura cómoda del indicador de carga en cualquier momento. En la segunda, otro operador anota las cifras del deflectómetro correspondiente a cada lectura del indicador de carga hasta alcanzar una deformación del 5 % del espesor de la probeta.
8. CALCULOS El esfuerzo al límite proporcional se calcula aplicando la siguiente expresión:
Donde : ELP: Es el esfuerzo al límite proporcional en kg. P: Es la carga al límite proporcional en kg . S: Es la superficie impresa sobre la probeta por la pieza de presión media en cm2
EXPRESION DE LOS RESULTADOS A) DETERMINACION DE LA COMPRESION PERPENDICUILAR AL GRANO PERPENDICULAR A LAS FIBRAS
ID Área Superior Área Inferior Área Promedio
5X5X15 2
M-1
M-2
[cm ]
4.975
4.945
5.110
5.000
5.080
4.970
[cm2]
5.060
4.935
4.975
5.090
4.940
5.045
2
[cm ]
24.7862375
25.436375
PERPENDICULAR A LAS FIBRAS M-1 M-2 M-3 FUERZA AREA ESFUERZOS
M-3
[kgf]
25.08495
Promedio
2446.48
2242.61
2242.61
[cm2]
24.79
25.44
25.08
[kgf/cm2]
98.70
88.17
89.40
92.09
B) DETERMINACION DE LA COMPRESION PARALELO AL GRANO PARALELA A LAS FIBRAS
ID Área Superior Área Inferior Área Promedio
5X5X20
M-1
M-2
M-3
2
5.200
5.400
4.940
5.020
5.000
4.940
2
5.020
4.930
5.010
5.020
5.090
5.000
[cm ] [cm ] [cm2]
26.4143
24.9745
25.075
PARALELA A LAS FIBRAS M-1 M-2 FUERZA AREA ESFUERZOS
[kgf]
M-3
Promedio
13863.40
10397.55
12844.04
[cm2]
26.41
24.97
25.08
[kgf/cm2]
524.84
416.33
512.22
484.47
C) CONTENIDO DE HUMEDAD
CONTENIDO DE HUMEDAD P-1 P-2 P-3 W Húmedo
[gr]
33.8
33.9
34.2
W Seco W
[gr] %
30.4
30.7
30.9
11.18
10.42
10.67
Promedio
10.84%
RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE MADERA ENSAYADA
M1 MADERA TORNILLO SAPOTE CEDRO SAPOTE PASHACO LUPUNA
Paralela al grano M2 M3
[kgf/cm2 [kgf/cm2 [kgf/cm2 ] ] ]
Perpendicular al Grano PROMEDIO
M1
M2
M3
2
PROMEDIO 2
[kgf/cm ]
[kgf/cm ]
634.0
6 71.0
643.0
649.3
158.0
151.0
122.0
143.7
307.0
342.0
306.0
318.3
81.0
81.0
80.0
80.7
484.0
530.0
419.0
477.7
45.0
44.0
42.0
43.7
554.0
427.0
501.0
484.47
91.7
89.4
90.6
92.09
546.2
4 38.0
541.7
508.6
126.1
144.3
157.1
142.5
126.0
121.0
129.0
125.3
26.0
25.0
23.0
24.7
9. CONCLUSIONES
La madera tornillo es la de mayor resistencia 649.3 kgf/cm2 es por ello de su uso en la construcción. La madera lupuna tiene la menor resistencia ello se debe a la estructura que presenta. El comportamiento de la madera ensayada SAPOTE depende de su estructura y de su composición. Esta a su vez, están íntimamente relacionadas con los procesos de desarrollo y crecimiento de los arboles Los valores obtenidos para la resistencia a la compresión son los siguientes Resistencia a la Compresión Perpendicular a las Fibras
ESFUERZOS
[kgf/cm2]
92.09
Resistencia a la Compresión Paralelo a las Fibras
ESFUERZOS
[kgf/cm2]
484.47
Al adquirir la madera para fines estructurales debe tenerse en cuenta que en condiciones ideales de uso, en contenido de humedad debes acercarse lo más posible al contenido de humedad en equilibrio. Al ensayar la madera confirmamos que los materiales aun en la rotura poseen una capacidad elástica puesto que después de la compresión tendió a recuperar en gran porcentaje su forma original. De los diagramas “Esfuerzos vs Deformaciones” se puede obtener algunas de las propiedades mecánicas de los materiales. Debemos tener conciencia en el impacto ambiental, que conlleva el uso de la madera, ya que este es un recurso renovable natural, y el uso excesivo de la tala puede llevar a la extinción de especies importantes en nuestra región.
BIBLIOGRAFIA
Norma Técnica Peruana MADERA. Método para Determinar la Compresión Axial o Paralela al Grano (NTP 251.014) Norma Técnica Peruana MADERA. Método para Determinar la Compresión Perpendicular al Grano (NTP 251.016)
