Estudio Tecnológico de La Madera

ESTUDIO TECNOLOGICO DE LA MADERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD FACULTAD DE INGENIERIA INGE NIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL __________________ __________ _________________ __________________ _________________ __________________ ___________________ ___________________ _________________ _______

I.

INTRODUCCIÓN |A pesar de la aparición de nuevos materiales desarrollados en los últimos años, la madera y sus derivados siguen manteniéndose en un puesto privilegiado entre los materiales más utilizados en nuestro entorno. Lo podemos encontrar tanto en elementos de construcción (estructuras), carpintería (pavimentos, revestimientos, puertas, ventanas, escaleras etc.), en el mobiliario o incluso en otros usos como son en el envase y embalaje, papel, cartón, etc. La madera tiene indudables ventajas económicas, técnicas y medioambientales frente a otros materiales en estos usos (altas prestaciones físico-mecánicas pese a su baja densidad, fácil mecanización con bajos costes energéticos, alta disponibilidad, muy buenas propiedades aislantes térmicas y acústicas, material totalmente renovable y reciclable). Es por esto que debemos hacer estudios tanto físicos como mecánicos sobre este material para poder saber con certeza en que tipos de estructuras se pueden utilizar y además los tipos de esfuerzos a los que puede ser sometida, sin tener problemas futuros, dentro del tiempo para el que fue diseñada la estructura.

II.

OBJETIVOS 2.1.

OBJETIVO GENERAL 

2.2.

III.

Evaluar las propiedades propiedades físicas-mecánicas de la madera del pino (pinus patula)

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

De terminar las propiedades físicas de la madera del pino pátula.



Conocer algunas aplicaciones de esta madera en la construcción



Clasificar esta madera madera en uno de los tres grupos estructurares estructurares grupos estructurales.

JUSTIFICACION

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

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Durante el desarrollo del curso se ha ido estudiando diferentes materiales utilizados en la construcción, todos ellos creados por la mano del hombre, pero es necesario también que se realice un estudio de las propiedades de un material que nos brinda la naturaleza, en la cual no interviene la mano del hombre, más que para transformarla de acuerdo a sus necesidades. Es imparte el estudio de la madera debido a una simple razón, esta es, el campo de aplicación de la ingeniería civil es muy amplia, y necesitamos conocer la mayor cantidad de elementos utilizados en la construcción, para de esta manera dar a elegir una gama de materiales al momento de un edificación y no solamente limitarnos a los materiales más comunes y muchas veces más caros, cuyo acabo es difícil de controlar.

IV.

MATERIAL Y EQUIPO

          

V.

3 probetas de 5*5*15 cm para el ensayo a compresión paralela 3 probetas de 5*5*20 cm para el ensayo a compresión perpendicular 3 probetas de 5*5*10 cm para determinar la densidad 3 probetas de 3*3*10 cm para determinar el % humedad 3 probetas de 5*5*75 cm para el ensayo a la flexión 3 probetas de 50*7.5*7.5 cm con un rebaje en el centro para el ensayo de tracción 3 probetas de 5*5*6.5 cm con un rebaje en la parte superior de 1.5 *2 cm para el ensayo de corte Vernier Balanza Máquina universal de acero Horno (mufla)

MARCO TEORICO


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5.1.

MADERA:

5.1.1. DEFINICIÓN: Podemos definirla como un conjunto de células, huecas, alargadas y cementadas longitudinalmente entre sí. En el árbol vivo las fibras por medio de sus paredes celulares, funcionan como sostén y como conductores de soluciones alimenticias y de desecho, ya que sus porciones huecas están interconectadas lateralmente, formando un sistema continúo a lo largo del tronco. La madera tiene diversas aplicaciones. Se acostumbra clasificar a los productos de la madera en los siguientes productos primarios: leña, madera en rollo, madera labrada, madera aserrada, tableros y productos derivados de la pasta. 5.1.2. COMPONENTES DE LA MADERA La celulosa La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. La pared de una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40% de celulosa; la madera un 50%, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es el algodón con un porcentaje mayor al 90%.

La lignina La lignina es un polímero presente en las paredes celulares de organismos del reino Plantae y también en las Dinophytas del reino Chromalveolata. La palabra lignina proviene del término latino lignum, que significa ‘madera’; así, a las plantas que contienen gran cantidad de lignina se las denomina leñosas. La lignina se encarga de engrosar el tallo. 5.1.3. CLASIFICACIÓN DE LA MADERA: TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

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Según su dureza 

Maderas Duras Son aquellas que proceden de árboles de un crecimiento lento, por lo que son más densas y soportan mejor las inclemencias del tiempo que las blandas. Estas maderas proceden, por lo general, de árboles de hoja caduca, pero también pueden ser de hoja perenne, que tardan décadas, e incluso siglos, en alcanzar el grado de madurez suficiente para ser cortadas y poder ser empleadas en la elaboración de muebles o vigas de los caseríos o viviendas unifamiliares. Son mucho más caras que las blandas, debido a que su lento crecimiento provoca su escasez, pero son mucho más atractivas para construir muebles con ellas. También son muy empleadas para realizar tallas de madera o todo producto en el cual las maderas macizas de calidad son necesarias. Árboles que se catalogan dentro de este tipo son: haya, castaño, roble, etc.



Maderas blandas Engloba a la madera de los árboles pertenecientes a la orden de las coníferas y otros de crecimiento rápido. La gran ventaja que tienen respecto a las maderas duras, es su ligereza y su precio mucho menor. No tiene una vida tan larga como las duras. La manipulación de las maderas blandas es mucho más sencilla, aunque tiene la desventaja de producir mayor cantidad de astillas. La carencia de veteado de esta madera le resta atractivo, por lo que casi siempre es necesario pintarla, barnizarla o teñirla.

5.1.4. PROCESO DE PRODUCCIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LA MADERA



Germinado de la semilla, comienzan su vida como diminutos brotes, dotados de una esperanza de vida se yerguen sobre la tierra en especies numerosas, brindándonos oxígeno, frutos, madera y hongos entre otros subproductos. Si las condiciones del suelo y clima son favorables estos sobrepasan con su crecimiento las demás plantas. estudio de la madera


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Particularidades biológicas que solo se encuentran en los árboles: a) crecimiento en altura b) formación de una corteza protectora, resistente, e impermeable c) una esperanza de vida que supera a la mayoría de los seres vivos



La madera es la sustancia vegetal, fibrosa y leñosa que se extrae de troncos y ramas gruesas de los árboles y como toda planta está constituida por células, fibras y vasos.



Anatomía del Crecimiento: Proceso por el cual se desarrolla una materia orgánica llamada “madera” Elemento fundamental de la madera es la célula, la unión de estas forma el tejido y el conjunto de los tejidos determina la masa leñosa.



La masa leñosa como el conjunto de tejidos Los principales tejidos de un árbol se clasifican en: Tejido tegumental o de defensa Tejido mecánico o de resistencia Tejido vascular conductor



La savia rica en elementos nutritivos, que las raíces del árbol absorben del terreno, proceso ascendente la cual sube hacia las hojas por los vasos leñosos. La savia se compone de oxigeno con la ayuda del sol da la vida al árbol, propiciando el desarrollo y la formación de ramas hojas y frutos. Las hojas son órgano fundamental del árbol, la cual toman el aire y el carbono, son los pulmones de la planta, las raíces son su estómago y la savia su sangre.



Estructura de la Madera Sección transversal del tronco para conocer sus diferentes capas. Funciones de cada capa en el árbol. Corteza: protección Liber: conducción de la savia descendente Cambium: producción de la madera ( células leñosas) Albura: conducción de la savia ascendente, almacenamiento de nutrientes Duramen: receptáculo de materias toxicas, estructuración mecánica del árbol Corazón: sin función, sin uso comercial

A) Apeo, corte o tala:


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Los leñadores con hachas o sierras eléctricas o de gasolina cortan el árbol, le quitan las ramas, raíces y corteza para que empiece a secarse. Se suele recomendar que los árboles se corten en invierno u otoño. Es obligatorio replantar más árboles que los que se cortaron. B) Transporte: Es la segunda fase y es en la que la madera es transportada desde su lugar de corte al aserradero y en esta fase influyen muchas cosas como la orografía y la infraestructura que haya. Normalmente se hace tirando con animales o maquinaria pero hay casos en que hay un río cerca y se aprovecha para que los lleve, si hay buena corriente de agua se sueltan los troncos con cuidado de que no se atasquen pero si hay poca corriente se atan haciendo balsas que se guían hasta donde haga falta. C) Aserrado: En esta fase la madera es llevada a unos aserraderos. El aserradero divide en trozos el tronco, según el uso que se le vaya a dar después. Suelen usar diferentes tipos de sierra como por ejemplo, la sierra alternativa, de cinta, circular o con rodillos. Algunos aserraderos combinan varias de estas técnicas para mejorar la producción. D) Secado: Secado de la madera. 

Secado natural: Se colocan los maderos en pilas separadas del suelo, con huecos para que corra el aire entre ellos, protegidos del agua y el sol para que así se vayan secando. Este sistema tarda mucho tiempo y eso no es rentable al del aserradero que demanda tiempos de secados más cortos.



Secado artificial: Secado por inmersión: en este proceso se mete al tronco o el madero en una piscina, y debido al empuje del agua por uno de los lados del madero la savia sale empujada por el lado opuesto, consiguiendo eliminar la savia interior, evitando que el tronco se pudra. Esto priva a la madera de algo de dureza y consistencia, pero lo compensa en longevidad. El proceso dura varios meses,


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tras los cuales, la madera secará más deprisa debido a la ausencia de savia. 

Secado al vacío: En este proceso la madera es introducida en unas máquinas de vacío. Es el más seguro y permite conciliar tiempos extremadamente breves de secado.



Secado por vaporización: Se meten los maderos en una nave cerrada a cierta altura del suelo por la que corre una nube de vapor de 80 a 100 °C; con este proceso se consigue que la madera pierda un 25% de su peso en agua, a continuación, se hace circular por la madera, una corriente de vapor de aceite de alquitrán, impermeabilizándola y favoreciendo su conservación. Es costoso pero eficaz.



Secado mixto: En este proceso se juntan el natural y el artificial: se empieza con un secado natural que elimina la humedad en un 20-25% para proseguir con el secado artificial hasta llegar al punto de secado o de eliminación de humedad deseado.



Secado por bomba de calor: Este proceso es otra aplicación del sistema de secado por vaporización, con la a aplicación de la tecnología de bomba de calor al secado de la madera permite la utilización de un circuito cerrado de aire en el proceso, ya que al aprovecharse la posibilidad de condensación de agua por parte de la bomba de calor, de manera que no es necesaria la entrada de aire exterior para mantener la humedad relativa de la cámara de la nave ya que si no habría desfases de temperatura y humedad.

5.1.5. MANUFACTURA DE LA MADERA: 

Estructuras


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El edificio más antiguo de madera en pie es Hōryū-ji (Templo de la Ley Floreciente) en Japón, y tiene unos 1400 años. Aunque se han encontrado estructuras de madera por todo el globo desde el Neolítico. 

Pavimentos La madera se ha usado como material en pavimentos de madera desde tiempos antiguos, debido a su ductilidad y aislamiento, pero no es hasta el siglo XVII cuando se extiende través de Europa. Ejemplos incluyen la tarima, la tarima flotante y el parqué o entarimado.



Aglomerados o conglomerados Se obtiene a partir de pequeñas virutas, o serrín, encoladas a presión en una proporción de 50% virutas y 50% cola. Se fabrican de diferentes tipos en función del tamaño de sus partículas, de su distribución por todo el tablero, así como por el adhesivo empleado para su fabricación. Por lo general se emplean maderas blandas más que duras por facilidad de trabajar con ellas, ya que es más fácil prensar blando que duro. Los aglomerados son materiales estables y de consistencia uniforme, tienen superficies totalmente lisas y resultan aptos como bases para enchapados. Existe una amplia gama de estos tableros que van desde los de base de madera, papel o laminados plásticos. La mayoría de los tableros aglomerados son relativamente frágiles y presentan menor resistencia a la tracción que los contrachapados debido a que los otros tienen capas superpuestas perpendicularmente de chapa que ofrecen más aguante.



Tableros de fibras Los tableros de fibras se construyen a partir de maderas que han sido reducidas a sus elementos fibrosos básicos y posteriormente reconstituidas para formar un material estable y homogéneo. Se fabrican de diferente densidad en función de la presión aplicada y el aglutinante empleado en su fabricación. Se pueden dividir en dos tipos principales, los de alta densidad, que utilizan los aglutinantes presentes en la misma madera, que a su vez se dividen en duros y semiduros.


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Chapas Se denomina chapa precompuesta a una lámina delgada de madera que se obtiene mediante la laminación de un bloque de chapas a partir del borde del bloque, es decir, a través de las capas de madera prensadas juntas. Las tiras de las chapas originales se convierten en el grano de la chapa precompuesta, obteniéndose un grano que es perfectamente recto u homogéneo. Al manipular el contorno de las láminas que se han de prensar, se pueden obtener muy variadas configuraciones y aspectos muy atractivos. Algunas o todas las láminas constituyentes pueden ser teñidas antes de unirlas, de manera que se obtengan aspectos o colores muy llamativos.

5.1.6. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA Propiedades físicas 

La hendidura: Consiste en la facilidad que contiene la madera en partirse o rajarse en el sentido de la fibra. La resistencia será menor si es de fibra larga y carece de nudos, así como si está verde la madera.



Dureza o resistencia al corte: Que dependerá de la mayor o menor cohesión entre sus fibras. Está en relación directa entre la mayor cantidad de fibras y la menor cantidad de agua. Por ejemplo, una zona de nudos tendrá mayor cohesión de sus fibras que una zona limpia.



Flexibilidad: Es la facilidad para ser curvadas en el sentido de su longitud, sin romperse ni deformarse. La tienen especialmente las maderas jóvenes y blandas.



Densidad o peso específico:


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Se define como la relación entre el peso de la muestra y su volumen, medidos con el mismo grado de humedad. Esta relación viene dada por kilos partidos por decímetro cuadrado.



La retractibilidad o contracción: Cuando la madera se seca aunque, aunque siempre conserva entre un 15 y un 20%, se contrae. Sin embargo cuando el grado de humedad de la madera es inferior al del ambiente, absorbe agua y se hincha.



Conductividad: La humedad la hará más conductiva de electricidad y de calor

Propiedades físicas



Resistencia a la comprensión: Se produce cuando la madera está sometida a una fuerza que tiende a aplastar las fibras en un sentido axial o perpendicular a ellas. La resistencia será mayor en el primer caso.



Resistencia a la tracción: Se da cuando dos fuerzas de signo contrario tienden a romper la pieza, alargando su longitud y reduciendo su sección transversal.



Resistencia a la flexión: Se coloca una pieza entre dos apoyos y se le somete un peso en uno o varios puntos.



Resistencia al cizallamiento o corte: Es la acción de fuerzas paralelas que tiende a cortar la sección transversal de la madera.



Resistencia a la torsión: Resistencia que opone una pieza fijada a un extremo, a la deformación producida por un giro normal a su eje.


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Resistencia al pandeo: Cuando dos fuerzas se aplican longitudinalmente en sus extremos y la pieza tiende a doblarse.

Propiedades particulares 

Acústicas: Maderas con el fresno, arce, cedro, picea, ébano y el abeto, refuerzan el sonido y son utilizadas para hacer cajas acústicas; por el contrario hay maderas que absorben el sonido, actuando como aislante



Térmicas: La madera es un buen aislante térmico. Las maderas ligeras, blandas y con mucha porosidad son las más aislantes del calor, y las duras, densas y compactas, las menos aislantes

5.1.7. AGENTES NOCIVOS PARA LA MADRA El deterioro de la madera es un proceso que altera las características de ésta. En amplios términos, puede ser atribuida a dos causas primarias: En la mayoría de los casos, el deterioro de la madera es una serie continua, donde las acciones de degradación son uno o más agentes que alteran las características de la madera al grado requerido para que otros agentes ataquen. La familiaridad del inspector con los agentes de deterioro es una de las ayudas más importantes para la inspección eficaz. Con este conocimiento, la inspección se puede acercar con una visión cuidadosa de los procesos implicados en el daño y los factores que favorecen o inhiben su desarrollo.



Agentes bióticos del deterioro La madera es notablemente resistente al daño biológico, pero existe un número de organismos que tienen la capacidad de


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utilizar la madera de una manera que altera sus características. Los organismos que atacan la madera incluyen: bacterias, hongos, insectos y perforadores marinos. Algunos de estos organismos utilizan la madera como fuente de alimento, mientras que otros la utilizan para el abrigo. 

Requerimientos bióticos Los agentes bióticos requieren ciertas condiciones para la supervivencia. Estos requisitos incluyen humedad, oxígeno disponible, temperaturas convenientes, y una fuente adecuada de alimento, que generalmente es la madera. Aunque el grado de dependencia de estos organismos varía entre diferentes requerimientos, cada uno de estos deben estar presente para que ocurra el deterioro. Cuando cualquier organismo se extrae de la madera, ésta se asegura de los ataques bióticos.



Humedad

Aunque muchos usuarios de la madera hablan de la pudrición seca, el término es engañoso puesto que la madera debe contener agua para que ocurran los ataques biológicos. El contenido de agua en la madera es un factor determinante e importante de los tipos de organismos presentes que degradan la madera. Generalmente, la madera bajo el punto de saturación de la fibra no se daña, aunque algunos hongos e insectos especializados pueden atacar la madera en los niveles de humedad mucho más bajos. La humedad en la madera responde a varios propósitos en el proceso de la pudrición. Hongos e insectos requieren de muchos procesos metabólicos. Los hongos, también proporcionan un medio de difusión para que las enzimas degraden la estructura de la madera. Cuando el agua entra en la madera, la microestructura se hincha hasta alcanzar el punto de saturación de la fibra (sobre un 30% del contenido de humedad en la madera). En este punto, el agua libre en las cavidades de las células de la madera, el hongo puede comenzar a degradarla. La hinchazón asociada con el agua se cree que hace a la celulosa más accesible a las enzimas de los hongos, aumentando la velocidad de pudrición de la madera.


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Además, la repetida adherencia del agua, la sequedad o la continua exposición con la humedad pueden dar a lugar a una lixiviación de los extractos tóxicos y de algunos preservantes de la madera, reduciendo la resistencia al daño. 

Temperatura

La mayoría de los organismos prospera en un rango óptimo de temperatura de 21 °C a 30 °C; sin embargo, son capaces de sobrevivir sobre una considerable gama de temperatura. En temperaturas bajo 0 °C el metabolismo de la mayoría de los organismos se retarda. Mientras que la temperatura suba por encima de cero grados, ellos comienzan nuevamente a atacar la madera, pero la actividad se retarda rápidamente mientras que la temperatura se acerca a 32 °C. En temperaturas sobre 32 °C, el crecimiento de la mayoría de los organismos declina, aunque un cierto número de especies continúe extremadamente tolerante a prosperar hasta 40 °C. La mayoría de los organismos mueren a la exposición prolongada sobre este nivel, y generalmente se acepta que en 75 minutos de exposición a la temperatura de 65,6 °C todos los hongos que están establecidos en la madera decaen.

VI.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 6.1.

CONTRACCIÓN Y DENSIDAD:


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Paso 1: Obtenemos las probetas, cuya procedencia según el proveedor es del Distrito de Choten. Paso 2: Iniciamos nuestra practica con identificación de las cara radial, tangencial y longitudinal, de las probetas utilizadas para la el cálculo de la densidad de la madera, y posteriormente su medida, en tres estados: verde, seco al aire (3 días) y seco en el horno.

Dimensiones de las probetas en estado verde. Probeta 1 Cara radial Cara tangencial Cara longitudinal

Probeta 2 Cara radial Cara tangencial Cara longitudinal Probeta 3 Cara radial Cara tangencial Cara longitudinal

1

2

5.09 5 5.12 5.12 10.37 10.4

1

2

3

4

5.01 5.11 10.4

5.05 5.07 10.33

3

4

5

6

5.05 5.02 5.08 5.06 10.37 10.36

5

6

5.01 5 5 5.12 5.08 5.1 5.1 5.07 5.1 5.06 5.05 5.05 10.4 10.37 10.39 10.39 10.39 10.41 1 2 3 4 5 6 5.03 5.04 5.02 5.08 5.09 5.09 5.12 5.14 5.13 5.07 5.09 5.09 10.22 10.23 10.15 10.23 10.24 10.22


Promedio 5.04 5.09 10.37

Promedio 5.05 5.07 10.39 Promedio 5.05 5.10 10.21 14


Dimensiones de las probetas secas al aire. Probeta 1 Cara radial Cara tangencial Cara longitudinal

1 2 3 4 5.02 5.03 5.03 4.9 4.98 4.9 4.9 5.04 10.34 10.39 10.39 10.29

Probeta 2 Cara radial Cara tangencial Cara longitudinal

1 5.03 5 10.36


1 2 3 4.98 4.99 4.98 5.04 5.05 5.05 10.22 10.22 10.22

5 5 5.05 10.3

2 3 4 5 5.02 5.04 4.96 4.95 4.99 5.01 4.96 4.97 10.37 10.44 10.38 10.42 4 5.01 4.99 10.21

5 5.02 4.99 10.25

6 4.9 5.14 10.35

promedio 4.98 5.00 10.34

6 4.96 4.97 10.41

Promedio 4.993 4.98 10.40

6 Promedio 5.01 5.00 4.99 5.02 10.19 10.22

Dimensiones de las probetas en estado anhidro Probeta 1 Cara radial Cara tangencial Cara longitudinal

1 4.91 4.9 10.32


1 4.99 4.92 10.37


1 4.93 4.89 10.22

2 4.9 4.94 10.38

3 4.94 4.89 10.38

2 3 4.97 4.94 4.92 4.88 10.34 10.39

2 4.94 4.93 10.21

3 4.92 4.9 10.19

4 4.92 5.05 10.38

5 6 Promedio 4.97 4.93 4.93 5.05 5.02 4.96 10.35 10.32 10.36

4 4.9 5.01 10.38

5 6 Promedio 4.92 4.89 4.94 4.99 4.98 4.95 10.38 10.36 10.37

4 4.92 4.98 10.23

5 4.97 5.02 10.22

6 Promedio 4.94 4.94 5.01 4.96 10.21 10.21

Pesos de las probetas. Probeta 1

Peso verde 170.49


Peso al aire 165.7

Peso Horno 158.7 15

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ 2 3

169.19 169.99

165 164.9

158.8 158.2

Paso 3: Obtenidos estos datos calcula la contracción de la madera por perdida de humedad, así como sus densidades aparentes en estos tres estados y densidad básica. Calculo de su porcentaje contracción volumétrica De estado verde a estado a un seco al aire

,  ,  =

.   .    ∗ 100 .     =  +  + 

Tipo Radial Tangencial Longitudinal Cv

Probeta 1 1.14 1.83 0.27 3.24

Valor (%) Probeta 2 Probeta 3 1.17 1.20 1.77 1.76 0.05 0.03 2.99 2.99

Promedio 1.17 1.79 0.12 3.08

De estado seco al aire a un estado anhidro

,  ,  =

.    . ℎ ∗ 100 . ℎ  =  +  + 

Tipo Radial Tangencial Longitudinal Cv

Probeta 1 1.05 0.54 0.11 1.70


Promedio 1.16 0.83 0.14 2.13

De un estado verde a un estado anhidro

,  ,  =

.   .ℎ ∗ 100 . ℎ


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 =  +  +  Tipo Radial Tangencial Longitudinal Cv

Probeta 1 2.20 2.38 0.16 4.74


Promedio 2.34 2.63 0.13 5.10

Cálculo de las densidades aparentes de la madera Densidad aparente en estado verde

  ( ) =

Probeta N° 1 2 3 Promedio

  . . 

Peso(gr)

Vol. Ap (cm3 )

Densidad (gr/cm3 )

170.49 169.19 169.99

266.07 266.24 263.87

0.641 0.635 0.644 0.640

Densidad aparente en estado seco al aire

  (  ) =


    . .   

Peso(gr)

Vol. Ap (cm3 )

Densidad (gr/cm3 )

165.7 165 164.9

257.63 258.70 256.31

0.643 0.638 0.643 0.641

Densidad aparente en estado anhidro

  ( ℎ) =


 ℎ . . ℎ 17



Peso(gr)

Vol. Ap (cm3 )

Densidad (gr/cm3 )

158.7 158.8 158.2

253.89 253.32 249.83

0.625 0.627 0.633 0.628

Densidad básica

 á =

 ℎ . . 


Paso 4:

Peso(gr)

Vol. Ap (cm3 )

Densidad (gr/cm3 )

158.7 158.8 158.2

266.07 266.24 263.87

0.596 0.596 0.600 0.597

Luego de encontrar las densidades aparentes de la madera, calculamos su porcentaje de humedad considerando los datos tomados en laboratorio, para este caso se tomaran tres pesos diferentes, una cuando recién se traigan las probetas, la siguiente liego de tres días secándose al aire libre y finalmente luego de un secado en el horno.

Considerando que la última medida del peso de las probetas es el peso anhidro, esto debido a que es imposible extraer en un 100% el agua de la madera, siendo la única forma incinerándola por completo.


18

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ Peso Peso aire Peso %w %w Probeta verde (gr) (gr) horno (verde) (seco al (gr) aire) 1 57.2 54.4 51 12.16 6.67 2 59 56.4 52.5 12.38 7.43 3 57.1 54.5 51.1 11.74 6.65 Promedio 12.09 6.92

Paso 5:

Estudiadas las propiedades físicas, procedemos al estudio de las propiedades mecánicas de la madera, iniciando con la resistencia a la compresión paralela al grano. Para ello medimos inicialmente las dimensiones promedio de sus tres lados. Probeta 1 Lado A Lado B Largo Probeta 2 Lado A Lado B Largo Probeta 3 Lado A Lado B Largo

1 2 5.11 5.02 5.04 5.03 14.88 14.89 1 2 5.05 5.04 5.19 5.04 14.93 14.87 1 2 5.05 5.07 5.08 5.05 14.99 14.87

3 5.19 5 14.88 3 5.1 5.16 15.18 3 4.99 5.12 14.88

4 5.19 5.01 15.13 4 5.14 5.01 15.02 4 5.05 5.07 14.9

5 5.09 5.18 15.06 5 5.1 5.1 14.87 5 5.1 5.16 15.03

6 promedio 5.08 5.11 5.05 5.05 15.14 15.00 6 promedio 5.14 5.10 5.19 5.12 14.97 14.97 6 Promedio 5.06 5.05 5.05 5.09 15.01 14.95

Seguidamente llevamos las probetas a la maquina universal de acero, para el ensayo respectivo, obteniéndose los siguientes datos.

Probeta 1, con un tiempo total de 3:52 minutos i

Et (mm)

Carga (kg)

0 1

0 0.79

0 500

Área resistente (cm2) 25.83 25.83


Eu (x10-3)

σ (kg/cm2)

0 5.27

0.00 19.36 19

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0.84 0.89 0.94 0.99 1.045 1.1 1.15 1.22 1.24 1.26 1.45 1.54 1.65 1.83 2.09

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 7830

25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83 25.83

5.60 5.93 6.26 6.60 6.96 7.33 7.66 8.13 8.26 8.40 9.66 10.26 11.00 12.20 13.93

38.71 58.07 77.43 96.78 116.14 135.50 154.85 174.21 193.57 212.92 232.28 251.64 270.99 290.35 303.13

Probeta 2, con un tiempo total de 4:20 minutos Eu (x10-3)

σ (kg/cm2)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

Área resistente (cm2) 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06 26.06

0 4.94 6.14 6.945 7.81 8.61 9.28 10.02 10.75 11.55 12.28 12.95 13.62

0 19.19 38.37 57.56 76.74 95.93 115.11 134.30 153.49 172.67 191.86 211.04 230.23

2.16

6500

26.06

14.42

249.42

14 15 16

2.37 2.56 2.85

7000 7500 7780

26.06 26.06 26.06

15.82 17.09 19.03

268.60 287.79 298.53

17 18 19

2.9 3.36 3.55

7000 6500 6000

26.06 26.06 26.06

19.36 22.43 23.70

268.60 249.42 230.23

i

Et (mm)

Carga (kg)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 0.74 0.92 1.04 1.17 1.29 1.39 1.5 1.61 1.73 1.84 1.94 2.04

13


Et (mm)

Carga (kg)

0 1

0 0.08

0 500

Área resistente (cm2) 25.71 25.71


Eu (x10-3)

σ (kg/cm2)

0 0.53

0 19.45 20

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

0.15 0.23 0.32 0.37 0.45 0.54 0.62 0.73 0.84 0.99 1.19 1.41 1.86 2.4 3.15 5.5 7.3

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 7700 7000 6500

25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71 25.71

1 1.54 2.14 2.48 3.01 3.61 4.153 4.88 5.62 6.62 7.96 9.43 12.4 16.1 21.1 36.8 48.8

38.89 58.34 77.78 97.23 116.67 136.12 155.56 175.01 194.45 213.90 233.35 252.79 272.234 291.68 299.46 272.24 252.79

Graficamos el diagrama Esfuerzo vs deformación unitaria

Donde el esfuerzo y la deformación unitaria en el límite proporcional elástico, son: 252 kg/cm2, 10.66x10-3, respectivamente Calculamos el módulo de elasticidad

252 /    = = 23 639.78 / − 10.6610 TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

21


Calculamos el esfuerzo permisible o de diseño. Para ello calculamos la posición del 0.05% de la cantidad de probetas ordenadas de menor a mayor

  = 3 ∗ 0.05 = 0.15 ≡ 1 Lo que sería la el esfuerzo en la primera posición, del grafico siguiente

Carga de rotura

303.13

350.00 300.00

252.79

230.23

250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00

1

2

3

σ(ultimo) = 230.23 kg/cm2 Teniendo en cuenta los valores de los factores de la tabla del anexo N°1, obtenemos el esfuerzo de diseño.

Ñ =

Ñ =

Paso 6:

 ∗    ∗  

1∗1 230.23/ = 115.12 / 1.6 ∗ 1.25

Comprensión perpendicular al grano: registrando los siguientes datos de laboratorio. Para iniciar necesitamos las dimensiones promedio de los lados de las probetas. Probeta 1

1

2


3

4

5

6

promedio 22

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ Lado A Lado B Largo Probeta 2 Lado A Lado B Largo Probeta 3 Lado A Lado B Largo

5.26 5.23 19.24 1 5.15 5.29 19.99 1 5.23 5.32 20.05

5.27 5.25 20.02 2 5.2 5.34 19.91 2 5.27 5.33 20.01

5.27 5.24 20.05 3 5.22 5.36 19.83 3 5.31 5.33 19.99

5.31 5.35 20.15 4 5.31 5.13 20.27 4 5.28 5.24 20

5.3 5.38 20.1 5 5.32 5.16 20.2 5 5.23 5.25 20.01

5.28 5.37 20.02 6 5.29 5.12 20.11 6 5.21 5.24 20

5.28 5.30 19.93 promedio 5.25 5.23 20.05 promedio 5.26 5.29 20.01

Una vez obtenidas estas dimensiones, llevamos las probetas a la maquina universal de acero y las ensayamos a compresión.


Et (mm)

Carga (kg)

0 1 2

0 0.12 0.56

0 200 400


Área resistente (cm2) 28.01 28.01 28.01

Eu (x10-3)

σ (kg/cm2)

0 0.60 2.81

0 7.140 14.280 23

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ 3 4 5 6 7 8

1.08 1.62 2.3 3.4 5.1 10.3

600 800 1000 1200 1400 1590

28.01 28.01 28.01 28.01 28.01 28.01

Probeta 2, con un tiempo total de 2:24 minutos i Et (mm) Carga (kg) Área resistente (cm2) 0 0 0 27.47 1 0.7 200 27.47 2 1.25 400 27.47 3 1.8 600 27.47 4 2.3 800 27.47 5 2.8 1000 27.47 6 3.5 1200 27.47 7 4.38 1400 27.47 8 5.98 1600 27.47 9 7.88 1800 27.47 10 14.18 1960 27.47 Probeta 1, con un tiempo total de 2:20 minutos i Et (mm) Carga (kg) Área resistente (cm2) 0 0 0 27.77 1 0.5 200 27.77 2 0.9 400 27.77 3 1.35 600 27.77 4 1.8 800 27.77 5 2.3 1000 27.77 6 2.9 1200 27.77 7 3.65 1400 27.77 8 4 1600 27.77 9 6.4 1800 27.77 10 9.4 1910 27.77

5.42 8.13 11.54 17.06 25.59 51.68

21.421 28.561 35.701 42.841 49.981 56.765

Eu (x10-3)

σ (kg/cm2)

0 3.49 6.23 8.98 11.47 13.96 17.45 21.84 29.82 39.30 70.72

0 7.28 14.56 21.84 29.13 36.41 43.69 50.97 58.25 65.53 71.36

Eu (x10-3)

σ (kg/cm2)

0 2.50 4.49 6.74 8.99 11.49 14.49 18.24 19.99 31.98 46.98

0 7.20 14.40 21.60 28.81 36.01 43.21 50.41 57.61 64.81 68.77

Graficamos el diagrama Esfuerzo vs deformación unitaria


24


Donde el esfuerzo y la deformación unitaria en el límite proporcional elástico, son: 50 kg/cm2, 20x10-3, respectivamente Calculamos el esfuerzo permisible o de diseño. En este caso se escoge como esfuerzo ultimo al esfuerzo en el límite proporcional elástico: σ(ultimo) = 50 kg/cm2 Teniendo en cuenta los valores de los factores de la tabla del anexo N°1, obtenemos el esfuerzo de diseño.

Ñ =

Ñ =

 ∗    ∗  

1∗1 50/ = 31.25 / 1.6∗1

Paso 7: Ensayo a flexión Para iniciar medimos las dimensiones promedio de los lados de las probetas, en este caso la luz será de 70 cm. TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

25

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ F1 Lado A Lado B F2 Lado A Lado B F3 Lado A Lado B

1 5.03 5.1 1 5.01 5.04 1 4.99 5.09

2 4.99 5.09 2 5.02 4.99 2 5.03 5.08

3 4.95 5.09 3 5.02 4.96 3 5.02 5.06

4 4.99 4.97 4 4.98 5.06 4 5.02 4.95

5 5.01 5.02 5 5.01 5.02 5 5.02 4.96

6 5.04 5.04 6 5.01 4.98 6 5.03 4.96

Promedio 5.002 5.052 Promedio 5.008 5.008 Promedio 5.018 5.017

Una vez obtenidos los datos de las dimensiones de las probetas llevamos las probetas a la maquina universal de acero para su respectivo ensayo.

Datos obtenidos de la resistencia a la flexión. F1 i

Flecha (mm)

03:30 min

carga (kg)

σ (kg/cm2)


F2

i

Flecha (mm)

03:20 min

carga (kg)

σ (kg/cm2) 26

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9 50 41.13 1 0.4 50 41.79 1 1.9 100 82.26 2 1.03 100 83.58 2 2.5 150 123.39 3 1.6 150 125.37 3 4 3 200 164.53 4 2.15 200 167.16 3.5 250 205.66 5 2.8 250 208.95 5 4.05 300 246.79 6 3.4 300 250.74 6 4.6 350 287.92 7 3.97 350 292.53 7 5.2 400 329.05 8 4.7 400 334.33 8 6.5 450 370.18 9 5.4 450 376.12 9 7.15 500 411.32 10 6.2 500 417.91 10 8 550 452.45 11 7 550 459.70 11 9.08 600 493.58 12 7.8 600 501.49 12 9.5 650 534.71 13 8.9 650 543.28 13 10.8 700 575.84 14 9.7 700 585.07 14 13.15 750 616.97 15 10.6 750 626.86 15 14.5 800 658.10 16 12.1 800 668.65 16 15.6 850 699.24 17 13.55 850 710.44 17 16.01 900 740.37 18 14.5 900 752.23 18 16.85 950 781.50 19 16.9 950 794.02 19 17.4 985 810.29 20 17.5 1000 835.81 20 21 18.2 1040 869.25

i

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

F3 Flecha (mm) 0 0.7 1.4 2 2.7 3.4 4.1 4.8 5.6 6.5 7.4 8.3 9.62 10.42 11.77

01:25 min carga (kg) σ (kg/cm2) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 660

0 41.57 83.14 124.71 166.28 207.84 249.41 290.98 332.55 374.12 415.69 457.26 498.83 540.40 548.71

Graficamos el diagrama Esfuerzo vs flecha


27


Calculamos el esfuerzo permisible o de diseño. En este caso se escoge como esfuerzo ultimo al correspondiente del 0.05 % del total de probetas ensayas, que corresponde a la primera resistencia, ordenándola de menor a mayor. σ(ultimo) = 548.71 kg/cm2 Teniendo en cuenta los valores de los factores de la tabla del anexo N°1, obtenemos el esfuerzo de diseño.

Ñ =

Ñ =

 ∗    ∗  

0.8 ∗ 0.9 548.71/ = 171.77 / 2∗1.15

Paso 7: Ensayo a la tracción paralela a la fibra.


28


En este caso tomamos los datos de la longitud deformable y el diámetro para calcular el área resistente de la probeta. probeta 1 Diámetro Altura

1 1.6 10.04

2 1.65 10.09

3 1.62 10.11

4 1.61 10.11

Promedio 1.62 10.0875

probeta 2 Diámetro Altura

1 1.59 10.22

2 1.6 10.12

3 1.63 10.16

4 1.61 10.19

Promedio 1.61 10.1725

probeta 3 Diámetro Altura

1 1.67 9.85

2 1.54 10.01

3 1.51 10

4 1.57 10.04

Promedio 1.57 9.98

Al igual que en los ensayos anteriores llevamos las probetas a la maquina universal de acero y las ensayamos a la tracción.


29


Obteniendo los siguientes datos de laboratorio para la resistencia de la madera a la tracción paralela a la fibra. probeta 1 Et 0 0.15 0.65 1.01 1.3 1.54 1.65 1.92 2.07 2.2 2.35 2.43 2.5 probeta 2 Et 0 0.14 0.3 0.47 0.62 1.13 1.52 1.75 2 2.23 2.34 probeta 3 Et

0 0.15 0.35 0.45 0.63 0.77

Carga (kg) 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 450 Carga (kg) 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 380

02:33 min Área resistente Eu 2 (cm ) (x10-3) 2.06 0 2.06 1.49 2.06 6.44 2.06 10.01 2.06 12.89 2.06 15.27 2.06 16.36 2.06 19.03 2.06 20.52 2.06 21.81 2.06 23.30 2.06 24.09 2.06 24.78 1:20 min Área resistente Eu 2 (cm ) (x10-3) 2.03 0 2.03 1.38 2.03 2.95 2.03 4.62 2.03 6.09 2.03 11.11 2.03 14.94 2.03 17.20 2.03 19.66 2.03 21.92 2.03 23.00

Carga (kg)

0 40 80 120 160 200


Área resistente (cm2) 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94

1:40 min Eu (x10-3)

0 1.50 3.51 4.51 6.32 7.72

esfuerzo (kg/cm2) 0 19 39 58 78 97 116 136 155 175 194 213 218 esfuerzo (kg/cm2) 0 19.71 39.42 59.13 78.84 98.55 118.25 137.96 157.67 177.38 187.24

esfuerzo (kg/cm2) 0 20.57 41.15 61.72 82.30 102.87 30

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ 0.95 1.1 1.22 1.34 1.45 1.6 1.74 1.85 1.98 2.09 2.22 2.33

240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680

1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94 1.94

9.52 11.03 12.23 13.43 14.54 16.04 17.44 18.55 19.85 20.95 22.26 23.36

123.45 144.02 164.60 185.17 205.74 226.32 246.89 267.47 288.04 308.62 329.19 349.77

Graficamos el diagrama Esfuerzo vs Deformación unitaria

Calculamos el esfuerzo permisible o de diseño. En este caso se escoge como esfuerzo ultimo al correspondiente del 0.05 % del total de probetas ensayas, que corresponde a la primera resistencia, ordenándola de menor a mayor. σ(ultimo) = 187.24 kg/cm2


31


Teniendo en cuenta los valores de los factores de la tabla del anexo N°1, obtenemos el esfuerzo de diseño, considerando los valores equivalentes a la comprensión paralela.

Ñ =

Ñ =

 ∗    ∗  

1∗1 187.24/  = 93.62 / 1.6 ∗ 1.25

Paso 8: Ensayo al corte paralelo a la fibra. Para preparar este ensayo es necesario cambiar el entorno de la maquina universal de acero, cambiando los apoyos para el ensayo a flexión, además de cambiar el eje de aplicación de carga por uno propicio para este ensayo.


32


Una vez cambiado los implementos de la maquina se procede al ensayo, en este ensayo solo se registraran las cargas de rotura, ya que no existe el equipo para medir la deformación angular que produce el esfuerzo al corte. Como en lo anteriores ensayos medimos las dimensiones del área resistente Probeta 1 Lado A Lado B

1 4.99 4.89

2 5 4.88

3 4.95 4.9

Promedio 4.98 4.89

Probeta 2 Lado A Lado B

1 4.9 4.88

2 4.95 4.9

3 4.93 4.92

Promedio 4.93 4.9

Probeta 2 Lado A Lado B

1 5.01 4.92

2 5 4.96

3 4.99 4.93

Promedio 5 4.94

Luego ensayamos las probetas obteniendo las siguientes cargas de rotura:


33

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA E.A.P INGENIERIA CIVIL ________________________________________________________________________________ Probeta N°

Carga (kg)

1 2 3

940 1045 1165

Área resistente (cm2) 24.35 24.14 24.68

σ (kg/cm2)

Tiempo (s)

38.60 43.29 47.20

01:13 01:04 00:54

Calculamos el esfuerzo permisible o de diseño. En este caso se escoge como esfuerzo ultimo al correspondiente del 0.05 % del total de probetas ensayas, que corresponde a la primera resistencia, ordenándola de menor a mayor. σ(ultimo) = 38.60 kg/cm2 Teniendo en cuenta los valores de los factores de la tabla del anexo N°1, obtenemos el esfuerzo de diseño

Ñ =

Ñ =

 ∗    ∗  

1∗1 38.60/  = 9.65 / 4∗1

Paso 9: Clasificación de la madera en uno de los tres grupos estructurales Considerando los datos de los esfuerzos de diseño:

( ) = .  / ( ) = .  / (ó) = .  / (ó ) = .  / ( ) = .  /    =  .  / Comparamos con el anexo 2, tenemos que el tipo de madera ensayada es del tipo estructural C.


34


VII.

VIII.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



La madera en estudio tiene una resistencia a la compresión paralela al grano de 115.12 kg/cm 2.



Tiene una resistencia a la compresión perpendicular al grano de: 31.25 kg/cm2.



Tiene una resistencia a la flexión de 171.77 kg/cm 2.



Tiene una resistencia a la tracción paralela al grano de 93.62 kg/cm 2.



Tiene una resistencia al corte paralelo de 9.65 kg/cm 2.



Tiene un módulo de elasticidad de 23 639.78 kg/cm 2.



Es posible apreciar luego de los ensayos que la madera tiene una resistencia mayor a la flexión que a cualquier otro tipo de esfuerzo.



Durante el ensayo a la compresión perpendicular al grano se pudo apreciar que, la madera no se fractura ante este fenómeno, más bien que su falla se demoniza por inestabilidad estructural como se puede apreciar en las fotos adjuntas.



Es necesario utilizar probetas estándar, ya que la maquina cuenta con implementos que soportan solo dichas medidas de las probetas, de lo contrario será imposible el ensayo.



Es importante mantenerse a un distancia prudente de la maquina durante el ensayo de las probetas de madera, o si fue posible utilizar equipo de protección debido a que existen probetas que fallan súbitamente expulsando a sus fragmentos y pudiendo ocasionar heridas a los alumnos.



Se deben cuidar los equipos del laboratorio, para evitar que estos se deterioren con rapidez, interrumpiendo de este modo la enseñanza.

BIBLIOGRAFIA


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IX.



http://www.secforestales.org/buscador/pdf/5CFE01-642.pdf



http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/1344/2_ _Clasificaci%C3%B3n_por_resistencia_y_caracter%C3%ADsticas_del_E._grandis.pd f?sequence=4

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http://descom.jmc.utfsm.cl/proi/materiales/ENSAYOS.htm

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http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_146_164_97_1351.pd f

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http://www.revista.ingenieria.uady.mx/volumen9/resistencia.pdf



http://www.cadamda.org.ar/portal/index.php?option=com_content&task=view&i d=631&Itemid=155

ANEXOS


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Estudio Tecnológico de La Madera

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