Laboratorio de resistencia resistencia de materiales
INFORME PRÁCTICA # 3 Título: Ensayo de compresión en madera. 1. OBJETIVO GENERAL. Determinar el esfuerzo en la fluencia, el esfuerzo último y el acortamiento porcentual de probetas de diferentes tipos de madera.
1.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Determinar los valores de esfuerzos en la fluencia, esfuerzo último y acortamiento porcentual en la ruptura.
Observar el ángulo del plano de falla.
Observar el comportamiento de la madera como elemento estructural, sometida a esfuerzos mecánicos.
2. MARCO TEÓRICO. 2.1. La Madera. En varios tipos de construcciones como edificios, viviendas, puentes, etc. se emplean materiales compuestos y otros provenientes de la naturaleza. La madera se puede considerar como un material compuesto complejo reforzado con fibras, formado por largas celdas poliméricas tubulares, alineadas unidireccionalmente en una matriz polimérica. La
madera
está
formada
por
cuatro
constituyentes
principales.
La
celulosa
aproximadamente un 40 al 50% de su composición (la celulosa es un termoplástico natural con un grado de polimerización de aproximadamente 10.000.), Hemicelulosa en una proporción de aproximadamente del 225 al 0%. Otro 20 a 0% es lignina (un aglutinante orgánico de bajo peso molecular) y finalmente el restante son impurezas orgánicas extraíbles. Como un material para la construcción la madera tiene algunas ventajas, entre las cuales podemos mencionar:
Mejores construcciones: es difícil que una estructura de madera colapse, aunque no este adecuadamente calculada. No obstante, hay deficiencias que pueden ser importantes y se sufren sus consecuencias, por ejemplo, la flexibilidad de
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entrepisos, vibraciones, deformaciones en el tiempo. (Vélez Moreno, 2008, pág. 48)
Ahorro en coste y tiempos de construcción: una estructura simple, que tiene menos madera incorporada es más fácil de construir, la madera estructural se seca, es más liviana y fácil de manipular.
3. MATERIAL Y EQUIPOS. 1. E.P.P. 2. Probetas de distintas clases de madera. 3. Máquina para ensayo de compresión. 4. Calibrador pie de rey. 5. Manómetro. 6. Reloj comparador.
3.1. Preparación de la probeta Las probetas deben estar de acuerdo con la norma que se esté aplicando, para este ensayo aplicaremos la norma ASTM D 143-94.
4. PROCEDIMIENTO Y REGISTRO DE DATOS. 4.1. Procedimiento. 1. Realizar la medición de las dimensiones reales de la probeta haciendo uso del calibrador pie de rey (ancho, largo y altura). 2. Fijar los elementos de sujeción del reloj comparador con la probeta de madera. Verificar que el reloj comparador está posicionado paralelamente a las caras de la probeta. 3. Colocar correctamente la madera en la máquina ubicando el eje central de la probeta con el centro de las mordazas de la máquina. 4. Accionar la bomba hidráulica hasta que tope con la madera, con leves incrementos de presión para no someter a la probeta a una carga previa. 5. Cerciorarse que la madera este bien colocada y empezar a someter a la probeta a compresión. Página 2
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6. Accionar la bomba nuevamente y tomar datos tanto de presión como de deformación y repetir este paso hasta que la madera ceda y ya no aumente presión. 7. Tome la madera y afloje la válvula de la bomba hidráulica. 8. Fíjese el tipo de rotura de la madera.
4.2. Tabulación y análisis de datos. Tabla 1. Mediciones probeta de pino.
PRESIÓN
DEFORMACIÓN
DEFORMACIÓN
(Pr)
(altura) Centésimas
(ancho) Centésimas
PSI
de milímetros
de milímetros
600
0,00
5,46
1000
0,02
52,51
1600
0,06
52,52
2000
0,08
52,96
2600
0,17
52,71
3000
0,25
52,61
3600
0,42
52,67
4000
0,52
52,85
Tabla 2. Mediciones probeta de eucalipto.
PRESIÓN
DEFORMACIÓN
DEFORMACIÓN
(Pr)
(altura) Centésimas
(ancho) Centésimas
PSI
de milímetros
de milímetros
1000
0,20
52,79
1800
0,34
52,95
2400
0,41
52,81
3000
0,45
53,04
4000
0,48
53,06
4800
0,48
52,90
5600
0,45
52,96
6200
0,43
52,99
7000
0,47
53,00
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Tabla 3. Análisis de datos probeta pino.
PRESIÓN
DEFORMACIÓN
AREA DE
ESFUERZO
DEFORMACIÓN
(Pr)
Centésimas de
PROBETA
CONVENCIONAL
UNITARIA
PSI
milímetros
cm2
σ=P/A (Kgf/cm2)
€=ΔL/Lo
600
0,00
27,171
31,476
0,000000
1000
0,02
27,182
52,439
0,000100
1600
0,06
27,203
83,838
0,000300
2000
0,08
27,214
104,757
0,000400
2600
0,17
27,261
135,947
0,000849
3000
0,25
27,303
156,619
0,001249
3600
0,42
27,393
187,327
0,002098
4000
0,52
27,446
207,741
0,002597
Tabla 4. Análisis de datos probeta eucalipto.
PRESIÓN
DEFORMACIÓN
AREA DE
ESFUERZO
DEFORMACIÓN
(Pr)
Centésimas de
PROBETA
CONVENCIONAL
UNITARIA
PSI
milímetros
cm2
σ=P/A (Kgf/cm2)
€=ΔL/Lo
1000
0,20
25,351
56,227
0,000988
1800
0,34
25,422
100,927
0,001679
2400
0,41
25,457
134,382
0,002025
3000
0,45
25,477
167,844
0,002222
4000
0,48
25,492
223,660
0,002370
4800
0,48
25,492
268,392
0,002370
5600
0,45
25,477
313,310
0,002222
6200
0,43
25,467
347,016
0,002123
7000
0,47
25,487
391,482
0,002321
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5. INFORME. 5.1. Obtener el módulo de elasticidad de los diferentes tipos de madera. Analizar y acotar las diferencias entre las curvas de un ensayo de compresión con uno de tracción. 250
200
150
100
50
0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Ilustración 1. Grafica esfuerzo deformación del pino
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Ilustración 2. Grafica esfuerzo deformación para el eucalipto.
5.2. Consulte las propiedades mecánicas de la madera. Conocer las propiedades mecánicas de la madera es un prerrequisito para poder diseñar adecuadamente una estructura de madera. Estas propiedades mecánicas típicas interesantes, se incluye el módulo de elasticidad, las propiedades de resistencia, la reptación y la capacidad de amortiguación.
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-
Módulo de elasticidad
La relación típica esfuerzo-deformación de la madera es lineal hasta un cierto límite, seguido de una pequeña curva no lineal después de la cual se pr oduce la fractura. Esta relación de la madera varía de unas especies a otras, y dentro de una misma especie, y está influida por las variaciones en el grado de humedad y en la gravedad específica. Así mismo diferentes relaciones para las diferentes direcciones. Los módulos de elasticidad según los ejes longitudinal, radial y tangencial suelen ser distintos. (Mamlouk & Zaniewski, 2009) -
Propiedades de resistencia
Estas propiedades varían en gran medida, dependiendo de la orientación de la veta con respecto a la dirección de la fuerza. Por ejemplo, la resistencia a la tracción en dirección longitudinal (paralela a la veta) es más de 20 veces mayor que la resistencia a la tracción en la dirección radial (perpendicular a la veta). Así mismo, la resistencia a la tracción en la dirección longitudinal es mayor que la resistencia a la compresión en la misma dirección. Entre las propiedades comunes de la madera se incluyen el módulo de fractura en flexión, la resistencia a la compresión paralela y perpendicular a la veta. Otras propiedades de resistencia menos comunes, son la resistencia a la tracción paralela a la veta, la torsión, la tenacidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia cortante rodante. (Mamlouk & Zaniewski, 2009) -
Reptación
Bajo cargas sostenidas, la madera continúa deformándose, fenómeno que se conoce como el fenómeno de reptación. Los valores de diseño para las propiedades de los materiales contemplan someter completamente a los elementos a los valores de diseño tabulados durante un periodo de 10 años y/o la aplicación del 90% de la carga máxima de manera continua durante toda la vida útil de la estructura. Si se exceden los niveles máximos de esfuerzo, la estructura puede deformarse prematuramente. (Mamlouk & Zaniewski, 2009) -
Capacidad de amortiguación
La amortiguación es el fenómeno por el cual la amplitud de una vibración en un material se reduce con el tiempo. Esa reducción de amplitud se debe a la fricción interna dentro del material y a la resistencia del sistema de soporte. El grado de humedad y la temperatura afectan en gran medida a la fricción interna en la madera. A temperatura ambiente normal, un incremento en el grado de humedad produce un incremento proporcional en la fricción interna, hasta el punto de saturación de la fibra. En condiciones Página 6
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normales de temperatura y humedad, la fricción interna en la madera (paralela a la veta) es 10 veces superior a la de los metales utilizados en elementos estructurales. A causa de estas calidades, las estructuras de madera amortiguan más rápidamente las vibraciones que otras estructuras de metal de diseño similar. (Mamlouk & Zaniewski, 2009)
5.3. Consulte los tipos de fractura que tienen la madera en el ensayo de compresión paralela a las fibras de la madera En el ensayo de compresión, las lecturas relacionan las cargas con la compresión hasta bastante más allá del límite de proporcionalidad. El tipo de fractura puede clasificarse como aplastamiento, cuña, corte, partición, partición y corte, y astillado y deformación, como se ilustra en la figura.
figura 1 (Mamlouk & Zaniewski, 2009)
5.4. Conclusiones y recomendaciones. Conclusiones:
En la práctica se observó y midió la deformación producida en ensayo de compresión que se manifiesta como un ensanchamiento del material, hasta que supera su límite y la presión cede.
Cuando durante el ensayo se aplica la fuerza en el mismo sentido de las fibras de la madera se observa que el esfuerzo que resiste es mucho mayor que cuando es transversal el sentido de las fibras.
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La madera tiene muchas clasificaciones y distintos módulos de elasticidad, existen diferentes tipos de madera muy livianos como la balsa o muy duras como el chandul.
Al realizar el ensayo en un material que no tiene su tolerancia geométrica aceptable, la diferencia en las alturas de cada cara provoca que la probeta flexiones y se obtengan datos erróneos como se observa en la ilustración 2. Donde la curva cambia rápidamente de dirección.
Recomendaciones:
Se recomienda que en el proceso de elaboración de las probetas se tome muy en cuenta que las dimensiones sean los mas exactas posibles, para así evitar errores durante la práctica.
Se recomienda que se realicen varios ensayos del mismo material con el objetivo de minimizar el error que se obtiene al realizar varios ensayos, realizar más mediciones y análisis de datos.
6. ANEXOS. (PLANOS, FOTOS, ETC)
Ilustración 3
Ilustración 4
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Ilustración 5
7. BIBLIOGRAFÍA.
Askeland, D. R. (2001). Ciencia en Ingeniería de los Materiales. Madrid: Thompson. Mamlouk, M. S., & Zaniewski, J. P. (2009). Materiales para ingenieria civil. Madrid: Pearson Education. Vélez Moreno, L. M. (2008). Materiales Industriales Teoría y aplicaciones. Medellín: Textos Academicos.
