INFORME TÉCNICO FINAL
Fecha de ensayo
: 29 de abril del 2014
Título del ensayo
: Flexión estática en madera
Organismo ejecutor
: Laboratorio de ensayos mecánicos de la Facultad de
Ingeniería Mecánica – Universidad Nacional de Ingeniería Fecha y lugar de expedición del informe
: Abril 2014, Lima-Perú
Personal que realizo el ensayo:
Institución responsable: Laboratorio de ensayos mecánicos y metrología - Facultad de Ingeniería
Mecánica - Universidad Nacional de Ingeniería.
- Dirección: Av. Túpac Amaru 210 – Rímac / Lima 25 - Perú - Teléfono: (51) (01) 481 1070 - Página web: www.uni.edu.pe
INDICE
I.
Resumen
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Introducción
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II.
Revisión de literatura
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III.
Material experimental
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IV.
Metodología y procedimientos
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V.
Presentación de datos
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VI.
Análisis e interpretación de datos y resultados
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VII.
Conclusiones
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VIII.
Recomendaciones
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IX.
Bibliografía
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X.
Anexos
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RESUMEN
Con la finalidad de comparar las propiedades mecánicas ya obtenidas por otros organismos, se efectuó el presente estudio en el marco de la realización del curso de Laboratorio de Resistencia de Materiales, que ejecutan los alumnos de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería y con asistencia técnica del 3
Laboratorio de Ensayos Mecánicos y Metrología, Laboratorio N° 4. La propiedad mecánica que se determinó fue la de flexión estática.
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II. REVISIÓN DE LITERATURA 2.1. Propiedades mecánicas de la madera. Son aquellas propiedades que se manifiestan en la capacidad de la madera para soportar cargas o torceduras (flexo torsión). Bajo pequeñas cargas la madera se deforma en forma proporcional a la tensión, si la carga aumenta y las deformaciones son mayores que la tensión se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga se produce la rotura. Determinan, junto con las propiedades físicas, durabilidad natural, características de secado, resistencia al intemperismo, etc. la aptitud tecnológica de la madera para diferentes usos clasificados en dos grandes grupos: estructurales y revestimientos. La resistencia mecánica de la madera a nivel ultramicroscópico se debe a la resistencia de las microfibrillas formadas por moléculas de celobiosa de 8.35 x 7.9 x 10.3 angstrom, unidas mediante enlaces 1,4 alfa entre unidades de glucopiranosa, dentro de las moléculas también hay enlaces de hidrogeno entre los grupos OH disponibles y entre moléculas vecinas también hay puentes de hidrogeno, lo que confiere una estructura reticular muy resistente. La mayor resistencia mecánica de la madera está en la región cristalina, en la región amorfa no hay puentes de hidrógeno. La orientación de las microfibrillas determina la resistencia de la madera a los diferentes esfuerzos. Como la subcapa S2 ocupa el 90% de la pared secundaria y tiene un ángulo de orientación entre 10 a 30, es decir que se orientan casi paralelas al eje principal de las células, ofrecen mayor resistencia a esfuerzos paralelos que perpendiculares al grano. 2.1.1. Flexión estática Es el trabajo impuesto a una pieza de madera que descansa sobre dos apoyos, soporta un peso uniformemente repartido a lo largo de su eje principal o situado en un punto o sobre varios puntos determinados. Es consecuencia de la compresión en los elementos anatómicos en los sistemas longitudinal y transversal. También hay esfuerzos de tracción en la parte inferior de la sección transversal. La falla primero es en la zona de compresión paralela al grano, después aumentan las deformaciones en la zona comprimida, el eje neutro es traslada a la zona de tracción hasta la deformación total y la falla. La flexión estática es una característica indispensable de determinar para decidir la aptitud de uso en algunos elementos de madera como son las vigas, durmientes, puentes, postes, etc. A igual volumen una `pieza de sección rectangular tiene una mayor
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resistencia a la flexión que una de sección redonda; la resistencia a la flexión es máxima sin se aplica la carga en uno de los cantos de la pieza. Esfuerzo de la fibra al límite proporcional = 3 P1 L /2 a e2 P1: es la carga al límite proporcional expresado en Kg fuerza L: es la distancia entre los soportes de la probeta, en cm a y e: son el ancho y espesor de la probeta en cm Cálculo del módulo de ruptura. = P L / 2 a e2 Cálculo del módulo de elasticidad = P1L / 4 a e3 Y Y: es la deflexión en el centro de la luz al límite proporcional en cm.
III. MATERIAL EXPERIMENTAL
Muestras de madera de diferentes dimensiones: M1: 20.3 x 70.25 x 1400 mm M2: 19.8 x 70.25 x 1400 mm
Maquina Universal de Ensayos, Marca Amsler, Capacidad 5 toneladas.
Reloj Comparador, Marca Mitutoyo.
IV. METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTOS Para este ensayo se tuvo en cuenta las siguientes características: - 2 probetas con dimensiones de 25.4 x 70 x 1400 mm. - Dispositivos de apoyo. - Se aplica la carga en la cara tangencial más cercana a la médula. El eje del cabezal debe coincidir con el centro de luz de la probeta. - Velocidad de la carga de 2.5 mm/min. - Se registrarán los datos de carga máxima y carga de rotura. - Aplicación de fórmulas
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V. PRESENTACION DE DATOS En las probetas M1 y M2: Se calcula previamente las áreas de secciones y momentos de inercia de las secciones respecto al eje de las mismas, que coincide con la fibra neutra. Cuadro 1. Dimensiones de probetas Long. (cm)
Ancho (cm)
espesor (cm)
Área transversal (cm2)
(cm4)
Longitud entre apoyos (cm)
Muestra 1
140
7.025
2.03
14.2608
4.897260
70
Muestra 2
140
7.025
1.98
13.9095
4.544234
70
Ix
Ix: Momento de inercia de la sección considerada con respecto al eje neutro de la misma La carga se aplicará de forma continua durante todo el ensayo a una velocidad de 0,10 pulgadas (2,5 mm) / min.
En la probeta M1 se obtuvo estos resultados: Cuadro 2. Esfuerzo de rotura F rotura (kgf)
σmax (Kgf/cm2)
190
689.1352
En la probeta M2 se obtuvieron los resultados siguientes: Cuadro 3. Esfuerzos máximos Carga (kg)
deformación (mm)
σmax (Kgf/cm2)
25
0.25
95.31310081
50
0.50
190.6262016
80
0.75
305.0019226
100
1.00
381.2524033
125
1.25
476.5655041
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Grafica1. “Deformación VS Carga aplicada” en la probeta M2
Deformacion VS Carga aplicada 600
Carga aplicada (Kgf)
500 400 300 200 100 0 0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Deformacion (mm)
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VI. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS Los datos obtenidos a través de los ensayos de propiedades mecánicas en condiciones normalizadas de laboratorio han sido procesados obteniéndose información sistematizada como se muestra en el cuadro correspondiente. También han sido procesados en computadora con programas Excel a fin de determinar los valores para el área, momento de inercia y los esfuerzos máximos correspondientes a cada carga aplicada a ambas probetas. Los valores promedio de resistencia mecánica a los diferentes esfuerzos han sido comparados con los del informe técnico final del PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I) “Estudio d las propiedades mecánicas de diez especies maderables potenciales de bosques secundarios y primarios residuales” ejecutado por la Asociación para la Investigación y Desarrollo Integral (AIDER), como se muestra a continuación. Figura 1. Resistencia a la flexión estática de diez maderas de bosques secundarios y primarios residuales
Fuente: Informe técnico final del PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I) “Estudio de las propiedades mecánicas de diez especies maderables potenciales de bosques secundarios y primarios residuales” - Pág. 28 9
Figura 2. Resistencia a la compresión paralela de diez maderas de bosques secundarios y primarios residuales
Fuente: Informe técnico final del PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I) “Estudio de las propiedades mecánicas de diez especies maderables potenciales de bosques secundarios y primarios residuales” - Pág. 29
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VII. CONCLUSIONES Las probetas analizadas corresponden a la especie mencionada en la boleta de compra, es decir Utucuro, cuyo nombre científico es Sephtoteca tessmannii. Se tiene que la madera tiene valores de resistencia mecánica media de acuerdo a las especificaciones establecidas por el Proyecto Andino de Desarrollo en Recursos Forestales – PAD REFORT de la Junta del Acuerdo de Cartagena.(Ver Anexo 2)
VIII. RECOMENDACIONES Es conveniente continuar con los estudios de procedencias a fin de sistematizar resultados y ampliarlos para estimar la confiabilidad de la información.
IX. BIBLIOGRAFIA Propiedades físicas y mecánicas: ASTM D 143 – 94 (Reapproved 2000). Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber. Junta del Acuerdo de Cartagena PADT-REFORT (Con el apoyo financiero de la Comunidad Económica Europea). 2000. Manual de diseño para maderas del grupo andino. AROSTEGUI, A. A 1982. Recopilación y análisis de estudios tecnológicos de maderas peruanas. Lima – Perú. PNUD / FA0 /PER/81/002. 57Pag.
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X. ANEXOS ANEXO 1. ENSAYO DE PROPIEDADES MECANICAS PROMEDIO DE 10 ESPECIES
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ANEXO 2. ANÁLISIS DE PROPIEDADES MECÁNICAS DE DIEZ ESPECIES FORESTALES
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