LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES COMPRESION DE MADERA
LUIS EDWIN CHAUSTRE SILVA COD: 1120336 JOSE DANIEL CHAUSTRE CRUCES COD: 1120334
Presentado a: ING. CARLOS ACEVEDO
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE DISEÑO MECANICO FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA MECANICA 2013
INTRODUCCIÓN
Se realizaron dos ensayos de compresión a dos muestras de madera de la misma de madera en el laboratorio de resistencia de materiales con el objetivo de caracterizar las propiedades mecánicas mediante los ensayos de compresión llevados a cabo. Los resultados obtenidos se graficaron cada uno por separado mostrando de una forma sencilla y de fácil manejo las características de esa madera y con ello conocer sus posibles usos, los cuales están ligados muy estrechamente al tipo de madera usada y las formas de los ensayos las cuales están regidas por las normas ASTM.
OBJETIVO
Estudiar el comportamiento de la madera bajo la acción de fuerzas axiales de compresión. Determinar experimentalmente las propiedades mecánicas (límites de proporcionalidad (elasticidad) y fluencia) para la madera, mediante compresión paralela y perpendicular a las fibras. Observar la falla a compresión en una probeta de madera.
BASE TEÓRICA MADERA La madera es un material complejo, Es una sustancia fibrosa con unas propiedades y características que dependen no sólo de su composición sino de su constitución (o de la manera en que están colocados u orientados los diversos elementos que la forman). El cómo están colocados u ordenados estos elementos nos servirá para comprender mejor el comportamiento, algunas veces poco lógico (aparentemente) de este material. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA ANISOTROPÍA Dado que la madera es un material formado por fibras orientadas en una misma dirección, es un material anisótropo, es decir, que ciertas propiedades físicas y mecánicas no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado, si no que varían en función de la dirección en la que se aplique el esfuerzo. Se consideran tres direcciones principales con características propias: Dirección axial: Paralela a las fibras y por tanto al eje del árbol. En esta dirección es donde la madera presenta mejores propiedades. Dirección radial: Perpendicular al axial, corta el eje del árbol en el plano transversal y es normal a los anillos de crecimiento aparecidos en la sección recta. Dirección tangencial: Localizada también en la sección transversal pero tangente a los anillos de crecimiento o también, normal a la dirección radial HUMEDAD DE LA MADERA Es la propiedad más importante, pues influye sobre todas las demás, propiedades físicas, mecánicas, mayor o menor aptitud para su elaboración, estabilidad dimensional y resistencia al ataque de seres vivos. El agua en la madera, puede estar presente de tres formas diferentes: Agua de constitución o agua combinada: Es aquella que entra a formar parte de los compuestos químicos que constituyen la madera. Forma parte integrante de la
materia leñosa (de su propia estructura), y no se puede eliminar si no es destruyendo al propio material (por ejemplo, quemándola). Agua de impregnación o de saturación: Es la que impregna la pared de las células rellenando los espacios submicroscópicos y microscópicos de la misma. Se introduce dentro de la pared celular, siendo la causa de la contracción de la madera cuando la pierde (desorción) y de su expansión o hinchamiento cuando la recupera (sorción: retención de agua). Se puede eliminar por calentamiento hasta 100 - 110° C. Agua libre: Es la que llena el lumen de las células o tubos (vasos, traqueidas, etc.) Es absorbida por capilaridad. HENDIBILIDAD Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección de los esfuerzos es paralela a la dirección de las fibras. La madera tiene cierta facilidad para hendirse o separarse en el sentido de las fibras. Una cuña, penetra fácilmente en la madera, al vencer por presión la fuerza de cohesión de las fibras (no las corta). Es fácil observar esta propiedad al cortar madera para hacer leña, en la dirección de las fibras se separa en dos fácilmente. La madera verde es más hendible que la seca. TÉRMICAS La madera es mala conductora de calor. ELECTRICAS La madera es buen aislante, su resistencia disminuye con la humedad. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN La madera, en la dirección de las fibras, resiste menos a compresión que a tracción, siendo la relación del orden de 0,50, aunque variando de una especie a otra de 0,25 a 0,75. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
Inclinación de fibras - el efecto de reducción de la resistencia por la misma es bastante menor que en tracción. Densidad - Existe una relación lineal, pudiéndose considerar que a mas densidad más resistencia. Humedad - La influencia es prácticamente nula por encima del punto de saturación de las fibras y aumenta a partir de dicho punto, al disminuir la humedad. Entre el 8 y el 18% de humedad, se considera que la variación es lineal. Nudos - Su influencia es menor que en la tracción. ENSAYO DE COMPRESIÓN EN MADERAS El ensayo de compresión d madera consiste en someter a una probeta normalizada a cargas de compresión hasta que falle, ya sea, por la aplicación de dichas cargas paralelas a las fibras o perpendicular a las fibras. El ensayo se divide en dos etapas: 1. Compresión de la madera paralela a las fibras. El método se basa en aplicar, sobre una sección transversal extrema de la probeta, una carga continua de dirección paralela a las fibras de la madera, midiendo las deformaciones producidas por la aplicación de dicha carga hasta llegar al punto de falla de
la probeta.
2. Compresión de la madera perpendicular a las fibras.Se aplicar sobre una probeta, una carga continua en la dirección perpendicular a las fibras de la madera, hasta que falle.
La forma de las fallas pueden ser: hendedura, cuña, aplastamiento, cillazamiento y los tipos de esfuerzos cortante y normal.
Esfuerzo en límite de proporcionalidad:
Resistencia máxima de la rotura
Modulo de elasticidad
EQUIPOS Y MATERIALES Máquina Universal. Ensayo perpendicular a la fibra escala 0: 10 TON. Ensayo paralelo a la fibra escala 0:40 TON. > Calibrador. Para tomar las dimensiones de la probeta y la platina. > Platina metálica. Dimensiones 5 cm x 5 cm > Probeta. Probetas normalizadas según normas DIN DATOS OBTENIDOS Dimensiones de la probeta: a= 50 mm
L
L
L= 153mm
a −5
2
A= 7.65 ¿ 10 m
1. COMPRESIÓN PERPENDICULAR: Escala: 0- 10 TONS CARGA
DEFORMACION
Kg-f
X10
0000 250
0.0 0.023
CARGA N 0000 2450
500
0.27
4900
0.69* 10
750
0.32
7350
0.81* 10
1000
0.36
9800
0.91* 10
1250
0.40
12250
1.0* 10
1500
0.44
14700
1.1* 10
-4
DEFORMACION mm 0.0000 −3
0.058* 10
−3
−3
−3
−3
−3
1750
0.47
17150
1.2* 10
2000
0.54
19600
1.4* 10
2250
0.60
22050
1.5* 10
2500
0.67
24500
1.7* 10
2750
0.74
26950
1.9* 10
3000
0.89
29400
2.3* 10
3250
1.00
31850
2.5* 10
3500
1.17
34300
3.0* 10
3750
1.33
36750
3.4* 10
4000
1.53
39200
3.9* 10
4250
1.76
41650
4.5* 10
4500
1.98
44100
5.0* 10
4750
2.35
46550
6.0* 10
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−5
MPa 000 32.1
Є mm/mm 0000
64.1
122 ¿ 10
96.1
162 ¿ 10
128.1
182 ¿ 10
160.1
200 ¿ 10
192.2
220 ¿ 10
224.2
240 ¿ 10
256.2
280 ¿ 10
288.2
300 ¿ 10
−6
11.6 ¿ 10
−6
−6
−6
−6
−6
−6
−6
−6
320.3
340 ¿ 10
352.3
380 ¿ 10
384.3
460 ¿ 10
416.3
500 ¿ 10
448.4
600 ¿ 10
480.4
680 ¿ 10
512.4
780 ¿ 10
544.4
900 ¿ 10
576.5
1000 ¿ 10
608.5
1200 ¿ 10
Esfuerzo en el límite proporcional: 10 7,65(¿¿−3) m2=288.2 MPa ( 2250 Kg )(9,81 m2 ) Plp s σ lp = = ¿ Ao Esfuerzo de fluencia:
−6
−6
−6
−6
−6
−6
−6
−6
−6
−6
σ fl =500 MPa Módulo de Elasticidad: E=
(608.5−32.1) ∆σ = =484.88 MPa ∆ ε (1200 ¿ 10−6−11.26 ¿ 10−6 )
Contenido de humedad.
Ch=
(255.26−225.26) =0.1331 225.26
COMPRESIÓN PARALELA: −3 2 −3 2 Escala: 0 – 40 Tons Lo= 191 ¿ 10 m A=2.92 ¿ 10 m
CARGA
DEFORMACION
Kg-f
X10
0000 500
0.0 0.037
CARGA N 0000 4900
1000
0.10
9800
0.25 ¿ 10
1500
0.16
14700
0.41 ¿ 10
2000
0.20
19600
051 ¿ 10
2500
0.27
24500
0.69 ¿ 10
3000
0.30
29400
0.76 ¿ 10
3500
0.34
34300
0.86 ¿ 10
4000
0.38
39200
0.97 ¿ 10
4500
0.43
44100
1.1 ¿ 10
5000
0.47
49000
1.2 ¿ 10
5500
0.50
53900
1.3 ¿ 10
6000
0.56
58800
1.42 ¿ 10
6500
0.60
63700
1.52 ¿ 10
7000
0.64
68600
1.63 ¿ 10
7500
0.70
73500
1.78 ¿ 10
8000
0.76
78400
1.93 ¿ 10
8500
0.84
83300
2.13 ¿ 10
9000
0.98
88200
2.5 ¿ 10
9500
1.24
93100
3.15 ¿ 10
-4
DEFORMACION mm 0.0000 −3
0.094 ¿ 10
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
MPa 000 1.68
Є mm/mm 0000
3.36
0.0013 ¿ 10
5.03
0.0021 ¿ 10
6.71
0.0026 ¿ 10
8.39
0.0036 ¿ 10
10.07
0.0039 ¿ 10
11.75
0.0045 ¿ 10
13.42
0.0050 ¿ 10
−3
0.000049 ¿ 10 −3
−3
−3
−3
−3
−3
−3
Esfuerzo en el límite proporcional:
σ lp =
Plp = Ao
( 6500 Kg ) (9,81
m ) s2
2.92 ¿ 10−3 m2
=21.81 MPa
Esfuerzo de fluencia: σ fl =28.53 MPa Módulo de Elasticidad: E=
(31.88−1.68) ∆σ = =1.89 MPa ∆ ε (0.000016−0.000000049)
Contenido de humedad.
Ch=
(314.11−304.15) =0.0327 304.15
PREGUNTAS:
Explique la importancia de la humedad en la resistencia de compresión de las maderas. R/: humedad de la madera es la propiedad más importante, pues influye sobre todas las demás, propiedades físicas, mecánicas, mayor o menor aptitud para su elaboración, estabilidad dimensional y resistencia al ataque de seres vivos.
CONCLUSIONES Es de gran importancia tomar la mayor cantidad de datos posibles para obtener una mejor precisión en el análisis. Debido a las condiciones en que se realiza esta práctica los datos obtenidos son valores aproximados con un gran porcentaje de error lo cual no es favorable para el análisis de los mismos. Se logró observar que la resistencia que tiene la madera cuando le aplicamos una compresión paralela a las fibras en más mayor. El tipo de esfuerzo que se produce en la compresión perpendicular a las fibras es característico de las zonas de apoyo de las vigas, donde se Concentra toda la carga en pequeñas superficies que deben ser capaces de transmitir la reacción sin sufrir deformaciones importantes o aplastamiento.
BIBLIOGRAFIA
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KEYSER, Carl A. Técnicas de laboratorio para pruebas de materiales. México: Centro Regional de Ayuda Técnica, 1972. 98p.
SANTAFE VILLAMIZAR, Carlos y PORTILLA RUEDA, Edmundo. Manual instruccional para el desarrollo del laboratorio de Resistencia de Materiales. Cúcuta: U.F.P.S., 1992. 431p.
SHACKELFORD, James F. Ciencia de los materiales para ingenierías. México: Prentice-Hall, 1995. 794p.
SMITH, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. España: McGraw-Hill, 1993. 396p.
