NORMA CHILENA OFICIAL
NCh974.Of86
Madera - Determ Determinac inación ión de las propiedades propiedades mec mecánicas ánicas Ensayo de comp compresión resión perpendic perpendicular ular a las fibras fibras
Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh974 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguientes: Corporación de Fomento de la Producción, CORFO Inst it ut o Forest al, INFOR Instituto de Investigaciones y Ensayes de M at eriales, IDIEM Inst it ut o Nacional de Normalización, INN GRAUS AUSUR Constru trucc cciiones e Importac taciones Ltda tda. Ministerio de Obras Públicas, Dirección de Vialidad, Dept o. Est udios Ministerio de Vivienda y Urbanismo, Div isión Polít ica Habit acional Universidad Austral de Chile, Instituto de Tecnología de Product os Forest ales
Roy W. Wot herspoon Gast ón Cubillos C. Patricio Valenzuela V. René M archant A na M aría Coro M . Vicente Pérez G. Daniel Súnico H. Pat ricio Ruckoldt R. J aime A rancibia C. Francis Dev lieger Héctor Cuevas Cuevas Juan E. Díaz-Vaz
I
NCh974 Universidad del Bío-Bío Universidad de Concepción Universidad de Chile, Depto. de Ingeniería Civil Universidad de Chile, Depto. Tecnología de la Madera
Fernando Trucco B. Jaime García S. Mario Wagner M. Emilio Cuevas I.
Esta norma se estudió para establecer las propiedades resistentes de las diferentes especies madereras en base a probetas libres de defectos. Esta norma concuerda esencialmente con los documentos siguientes: AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, ASTM D 143-84, Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber. COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS, COPANT, Norma Panamericana COPANT 466-1972 Maderas - Método de determinación de la compresión perpendicular al grano. Los anexos no forman parte del cuerpo de la norma, se insertan sólo a título informativo. Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 14 de Enero de 1986. Esta norma ha sido declarada Oficial de la República de Chile por Decreto Nº94, de fecha 27 de Mayo de 1986, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, publicado en el Diario Oficial Nº32.502 del 21 de Junio de 1986.
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NORMA CHILENA OFICIAL
NCh974.Of86
Madera - Determinación de las propiedades mecánicas Ensayo de compresión perpendicular a las fibras
1 Alcance 1.1 Esta norma establece el método para realizar el ensayo de compresión perpendicular a las fibras de la madera. 1.2 Esta norma establece las propiedades resistentes que se determinan del ensayo de compresión perpendicular a las fibras. 1.3 Esta norma se aplica a probetas libres de defectos con un contenido de humedad superior al punto de saturación de las fibras (estado verde) y/o a probetas con un contenido de humedad de 12 ± 1% (estado seco).
2 Referencias NCh1 76 /1 NCh1 76 /2 NCh968 NCh969
Madera - Det erminación de humedad. Madera - Det erminación de la densidad. Madera - Selección, obtención y acondicionamiento de muestras y probetas para la determinación de propiedades físicas y mecánicas. Madera - Determinación de las propiedades mecánicas - Condiciones generales para los ensayos.
3 Definiciones 3.1 límite de proporcionalidad: punto del gráfico carga-deformación, en el cual la curva se desvía de la línea recta inicial.
1
NCh974 3.2 tensión máxima o de rotura: carga máxima por unidad de superficie soportada por la probeta, cuando se le aplica una carga de compresión de dirección perpendicular a las fibras de la madera.
4 Unidades Las tensiones se deben expresar en Megapascal (MPa) cuya equivalencia con otras unidades de presión se incluyen en el anexo A de esta norma.
5 Resumen del método 5.1 Principio El método se basa en aplicar, sobre una cara radial de la probeta, una carga continua de dirección perpendicular a dicha cara, midiendo las deformaciones producidas por la aplicación de la carga hasta llegar al punto de falla de la probeta o en su defecto hasta una deformación máxima de 2,5 mm.
6 Condiciones generales para los ensayos Las condiciones generales para efectuar los ensayos, en relación con la calibración de aparatos, extracción y protección de las muestras, preparación de las probetas, ambiente de ensayo, mediciones y pesadas, se deben ajustar a lo establecido en NCh969.
7 Aparatos 7.1 Máquina de ensayo para compresión con dispositivo para regular la velocidad de ensayo. 7.2 Placa metálica rígida de 50 mm de ancho y de un espesor no inferior a 15 mm (ver figura 1). 7.3 Extensómetro con sensibilidad de 0,002 mm. 7.4 Aparatos para medir humedad y densidad citados en NCh176/1 y NCh176/2.
8 Selección de muestras Las muestras para ensayos mecánicos se seleccionan de acuerdo a la norma NCh968.
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NCh974
9 Probetas 9.1 Las probetas deben ser paralelepípedos rectos de 50 x 50 x 15 0 mm medidos con una precisión de ± 0,3% . 9.2 No deben presentar fallas ni defectos. 9.3 La probeta debe tener su eje longitudinal paralelo a la dirección de la fibra con dos caras opuestas paralelas a los anillos de crecimiento.
10 Procedimiento 10.1 Medir el ancho, a , de la probeta sobre la cara radial a cargar en puntos ubicados a 50 mm de ambos extremos (ver figura 2). 10.2 Ubicar la placa metálica rígida sobre la cara radial superior de la probeta de manera que las distancias entre los extremos de la probeta y la placa sean iguales. 10.3 Aplicar la carga sobre la placa metálica en forma continua y con una velocidad del cabezal de la máquina de 0,3 mm/min, no variando más allá de un 25%. 10.4 Medir la deformación vertical con una precisión de 0,002 mm, para cargas progresivas, con intervalos de carga convenientemente elegidos, de modo que las lecturas permitan efectuar la determinación del límite de proporcionalidad, Plp , en el gráfico cargadeformación.
10.5 Tomar las lecturas de carga y deformación hasta que se obtenga una deformación total por compresión igual a 2,5 mm, después de lo cual se suspenderá el ensayo. 10.6 Registrar como carga máxima, Q , la carga para la cual se obtiene la falla de la probeta, o en su defecto, una deformación de 2,5 mm. 10.7 Después del ensayo, extraer de las cercanías de la zona de falla, una muestra de 25 mm de longitud y de la misma sección transversal de la probeta, a fin de determinar en ella el contenido de humedad y la densidad mediante el procedimiento indicado en NCh176/1 y NCh176/2.
11 Expresión de resultados 11.1 Con las cargas, P , y las deformaciones, σ , dibujar un gráfico carga (ordenada) versus deformación (abscisa), en el cual se determina el límite de proporcionalidad de la curva conjuntamente con la carga, Plp , y la deformación, σ lp , que a él le corresponda.
3
NCh974 11.2 Determinar para cada probeta la tensión unitaria de compresión perpendicular a las fibras en el límite de proporcionalidad, f cn lp , mediante la fórmula: ,
f cn lp = ,
Plp
(1)
z ⋅ a
en que: Plp
=
carga en el límite de proporcionalidad;
z
=
ancho de la placa metálica rígida (igual a 50 mm);
a
=
promedio de los anchos medidos en la probeta.
11.3 Determinar para cada probeta la tensión máxima o de rotura de compresión perpendicular a las fibras, Rcn , mediante la fórmula: Rcn =
Q
(2)
z ⋅ a
en que: Q
=
carga máxima para la cual se obtiene la falla de la probeta, o en su defecto, una deformación de 2,5 mm.
z , a
=
ídem punt o 11 .2 .
NOTA - En las fórmulas no se señalan unidades con el fin de usar aquellas que más acomoden y, posteriormente, hacer las conversiones que se requieran mediante el uso del anexo A.
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NCh974 Dimensiones en milímetros
Figura 1 – Ensayo de compresión perpendicular a las fibras
Figura 2 – Medición del ancho a y de la altura h , en la probeta
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NCh974
Anexo A (Informativo)
Factores de conversión de unidades de presión, esfuerzo o tensión, módulo de elasticidad a Megapascal (MPa) Unidad Atmósfera normal
(atm)
Atmósfera técnica
(at)
Bar
(bar)
Centímetro de agua (a 4ºC)
(cm H 2 O )
Centímetro de mercurio (a 0ºC)
(cm Hg )
Dina por centímetro cuadrado
101,325 ⋅ 10 -3 98,066 5 ⋅ 10 -3 0,1 98,063 8 ⋅ 10 -6 1,333 22 ⋅ 10 -3
100,0 ⋅ 1 0 -9
(gf/cm 2)
98,066 5 ⋅ 10 -6
Kilogramo fuerza por cent ímet ro cuadrado
(kgf /c m2)
98,066 5 ⋅ 10 -3
Kilogramo fuerza por metro cuadrado
(kgf/m 2)
9,806 65 ⋅ 10 -6
(kgf /mm 2)
9,806 65
Kilolibra fuerza por pulgada cuadrada
(kip/in2)
6,894 76
Libra fuerza por pie cuadrado
(lbf/ft 2)
Libra por pulgada cuadrada
(lbf/in2)
Milibar
(mbar)
47,880 3 ⋅ 10 -6 6,894 76 ⋅ 10 -3
100,0 ⋅ 1 0 -6
Milímetro de agua (a 4ºC)
(mm H 2 O )
Milímetro de mercurio (a 0ºC)
(mm Hg )
133,322 ⋅ 10 -6
New ton por centímetro cuadrado
(N/cm 2)
10,0 ⋅ 1 0 -3
New ton por metro cuadrado
(N/m2)
1,0 ⋅ 10 -6
9,806 38
New ton por milímetro cuadrado
(N/mm 2)
1,0
Pie de agua (a 39,2ºF)
(ft H 2 O )
2,988 98 ⋅ 10 -3
(poundal/ft 2)
1,488 16 ⋅ 10 -6
Poundal por pie cuadrado Pulgada de agua (a 39,2ºF)
(in H 2 O )
249,082 ⋅ 10 -6
Pulgada de agua (a 60ºF)
(in H 2 O )
248,84 ⋅ 10 -6
Pulgada de mercurio (a 32ºF)
(in Hg )
3,386 38 ⋅ 10 -3
Pulgada de mercurio (a 60ºF)
(in Hg )
3,376 85 ⋅ 10 -3
Tonelada fuerza por pie cuadrado1) Tonelada fuerza por pulgada cuadrada1)
6
(dina/cm 2)
Gramo fuerza por centímet ro cuadrado
Kilogramo fuerza por milímet ro cuadrado
1)
Para convertir a MPa Multiplicar por
Símbolo
Tonelada cort a = 2 0 00 lb.
(tonf) (tonf/in2 )
95,760 5 ⋅ 10 -3 13,789 5
NCh974
Anexo B (Informativo)
Determinar la deformación por aplastamiento de la madera, cuando es sometida a carga de compresión de dirección perpendicular a la fibra, puede ser de importancia, especialmente, cuando se usa como apoyo de otros elementos estructurales. En tal determinación se hace indispensable conocer el módulo de elasticidad por compresión normal, el cual puede obtenerse de este ensayo estándar utilizando el gráfico carga versus deformación señalado en 11.1. Para lograr lo anterior se debe: Determinar para cada probeta el módulo de elasticidad por compresión normal, E cn , mediante la fórmula: E cn =
Plp ⋅ h σ lp
⋅ z ⋅ a
en que: h
=
Plp =
promedio de las alturas medidas en la probeta (dimensiones de la cara tangencial paralela a la carga); carga en el límite de proporcionalidad;
σ lp
=
deformación en el límite de proporcionalidad;
z
=
ancho de la placa rígida (igual a 50 mm);
a
=
promedio de los anchos medidos en la probeta (dimensiones de la cara radial perpendicular a la carga).
NOTA - En la fórmula no se señalan unidades con el fin de usar aquellas que más acomoden y, posteriormente, hacer las conversiones que se requieran mediante el uso del anexo A.
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NA CIONA L
DE
NCh
N ORM A LIZA CION
!
974.Of86
INN-CHILE
Madera - Determinación de las propiedades mecánicas Ensayo de compresión perpendicular a las fibras W ood - Determination of mech anical properties - Comp ression perpendicular to grain
Primera edición : 1986 Reimpresión : 1999
Descriptores:
madera, f ibras de madera, ensayos, ensayos d e comp resión
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