NORMA CHILENA OFICIAL
NCh176/2.Of86 MODIFICADA EN 1988
Madera Madera - Parte Parte 2: 2: Determinación inación de la densi densida dad d
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 NCh176/2 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: A lf red H. Knigh Corporación de Fomento de la Producción, CORFO Corporación de la M adera, CORM A Corporación Nacional Forest al, CONA F Fundación Chile Instituto de Investigaciones y Ensayes de M at eriales, IDIEM Inst it ut o Forest al, INFOR Inst it ut o Nacional de Normalización, INN M aderas y Sint ét icos S. A . Ministerio de Vivienda, División de Polít ica Habit acional Univ ersidad Cat ólica de Chile, DICTUC Univ ersidad de Concepción
Carlos Caballero Roy Wot herspoon Giambert o Bisso C. A gust ín Cast ro C. José Trivelli R. Emilio M oreno H. René A ray a M Gast ón Cubillos C. Vicente A. Pérez G. A na M aría Coro M . Vicente A. Pérez G. J osé M . Sainz Sant iago Cast illo R. Daniel A. Súnico H. Gregorio A zócar G. Gerardo Sot o U.
I
NCh176/2 Universidad de Chile, Depto. de Ingeniería Civil Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agrarias, Veterinarias y Forestales Universidad de Santiago Universidad del Bío-Bío
Mario Wagner Emilio Cuevas I. Ramón Rosende Augusto Lucero F. Rodolfo Uribe R. Nabil Kuncar A.
Los anexos A, B y C forman parte del cuerpo de la norma. El anexo D no forma parte del cuerpo de la norma, se inserta sólo a título informativo. Esta norma anula y reemplaza a la norma NCh176/2.Of84, Madera - Parte 2: Determinación de la densidad, declarada Oficial de la República, por Decreto N°34, de fecha 19 de Enero de 1984, del Ministerio de Obras Públicas. Esta norma ha sido aprobada por el H. Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 19 de Mayo de 1986. Esta norma ha sido declarada norma chilena Oficial de la República, por Decreto N°130, de fecha 11 de Junio de 1986, del Ministerio de Obras Públicas.
MODIFICACION 1988 Esta norma ha sido modificada en las siguientes partes: En el anexo A , se eliminó:
La fórmula b) y la línea en que se define ρH1. En el t ercer párraf o del anex o D, se reemplazó el t ext o po r el siguient e:
De estos dos últimos tipos de densidades el más importante es la " den sid ad básic a " pues, al conocer su valor, es posible establecer la densidad de referencia a cualquier otro contenido de humedad superior al punto de saturación de la fibra mediante el uso de la fórmula a) del anexo A de esta norma. En el cuart o párraf o del anexo D , se reemplazó el t ext o por el siguient e:
Si se desea conocer la densidad de referencia de la madera a un contenido de humedad mayor que el punto de saturación de la fibra, se debe recurrir a la fórmula b) del anexo A).
II
NCh176/2 En el ejemplo del anexo D, se reemp lazó el text o por el siguient e:
Se conoce la densidad básica del pino insigne ( ρb = 0,45 g/cm3) y se desea saber la densidad de referencia que tendría una pieza de madera cuando la humedad de ella es 60%. Aplicando la fórmula b): ρ H = ρ b
⋅
100 + H
100
⋅
3
ρ 60 = 0,45 1,6 = 0,72 g/cm
Si además se desea estimar la densidad normal de la pieza es necesario utilizar ambas fórmulas de la siguiente manera: Densidad de referencia en el punto de saturación de la fibra (PSF):
⋅
ρ 28 = ρ b 1,28
(Suponiendo una humedad igual a 28% para el PSF)
⋅
3 ρ 28 = 0,45 1,28 = 0,58 g/cm
La densidad anhidra es: ρ o = ρ 28
ρ o =
[100 + (K ⋅ 28)] (100 + 28)
0,58 ⋅ [100 + (0,49 ⋅ 28)] (100 + 28)
= 0,515 g/cm3
y la densidad normal: ρ 12 = ρ o
(100 + 12) 112 ⋅ ⋅ = 0,515 105,88 100 + (0,49 ⋅ 12) 3
ρ 12 = 0,545 g/cm
La presente MODIFICACION a la norma NCh176/2.Of86 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguiente: Corporación de la Madera, CORMA Instituto Forestal, INFOR Instituto Nacional de Normalización, INN Minist erio de Vivienda y Urbanismo, MINVU Universidad de Chile, Dept o. Ingeniería Civil Universidad de Chile, Depto. Tecnologías de la Madera
Mario Wagner M. Alberto Campos B. Vicente Pérez G. Daniel Súnico H. M ario Wagner M. Emilio Cuevas L. III
NCh176/2 Esta MODIFICACION ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 13 de Noviembre de 1987 y ha sido incorporada al texto de la norma. Esta MODIFICACION ha sido declarada Oficial de la República por Decreto N °8, del 13 de Enero de 1988, del Ministerio de Obras Públicas, publicado en el Diario Oficial N °33.003, del 23 de Febrero de 1988. Esta norma es una " reedición sin modif icaciones" de la norma chilena Oficial NCh176/2.Of86 MODIFICADA EN 1988, " M adera - Parte 2: Determinación de densidad" , vigente por Decreto N°8, de fecha 13 de Enero de 1988, del Ministerio de Obras Públicas.
IV
NORMA CHILENA OFICIAL
NCh176/2.Of86 MODIFICADA EN 1988
Madera - Parte 2: Determinación de la densidad
1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece métodos para determinar la densidad nominal, la densidad básica y la densidad de referencia de la madera.
2 Referencias NCh176/1 NCh176/3 NCh968
Madera - Parte 1: Determinación de humedad. Madera - Parte 3: Determinación de la contracción radial y tangencial. Madera - Selección, obtención y acondicionamiento de muestras y probetas para la determinación de propiedades físicas y mecánicas.
3 Definiciones 3.1 Se entiende por densidad al cuociente formado por la masa y volumen. Debido al carácter higroscópico de la madera se definen los siguientes tipos de densidad: 3.1.1 densidad de referencia: relación entre la masa y el volumen de la probeta, determinados ambos a un mismo contenido de humedad (H). Para este tipo de densidad se definen (Ver Anexo D): a) densidad anhidra: relación entre la masa y el volumen de la probeta en el estado anhidro. b) densidad normal: relación entre la masa y el volumen determinados ambos a un contenido de humedad igual al 12%.
3.1.2 densidad básica: relación entre la masa de la probeta en estado anhidro y el volumen de la probeta en estado verde (ver anexo C). 1
NCh176/2 3.1.3 densidad nominal: relación entre la masa de la probeta en el estado anhidro y el volumen de la probeta al contenido de humedad del ensayo. (Generalmente este contenido de humedad es de 12%).
4 Principios 4.1 Determinación de la masa de la probeta por pesada y de su volumen por medición de sus dimensiones u otro método. Cálculo de la masa por unidad de volumen de la madera.
5 Aparatos 5.1 Instrumento de medición, capaz de determinar las dimensiones de las probet as al 0,1 mm. 5.2 Balanza, capaz de pesar al 0,01 g. 5.3 Equipo, para determinar el contenido de humedad de acuerdo con NCh176/1. (Método de secado en estufa o método de destilación).
6 Preparación de las probetas 6.1 Cortar las probetas en forma de prismas rectos que tengan una sección cuadrada de 25 mm de lado y una longitud en la dirección de la fibra de 100 mm ± 5 mm. Los anillos de crecimiento deben ser paralelos a dos caras opuestas. 6.2 Cuando se trate de determinar la relación entre una característica mecánica y la densidad, se recomienda que la densidad se determine sobre probetas preparadas para los ensayos mecánicos en particular o sobre probetas cortadas de ellas que tengan forma cúbica de 20 mm por lado. 6.3 La preparación y número de probetas debe ser según NCh968. El contenido de humedad se determina según NCh176/1. (Método de secado en estufa o método de destilación). NOTA - Pueden usarse las mismas probetas para la determinación de humedad, densidad y contracción.
7 Procedimiento 7.1 General Determinar la masa de la probeta con una precisión de 0,01 g. Determinar el volumen por alguno de los métodos descritos en capítulo 8.
2
NCh176/2
7.2 Determinación de la densidad anhidra Secar las probetas gradualmente hasta masa constante, según NCh176/1, evitando su deformación y resquebrajamiento. Determinar la masa y el volumen según lo indicado en 7.1, una vez enfriadas a temperatura ambiente.
7.3 Determinación de la densidad básica Determinar el volumen máximo de la madera al estado verde (lo más cercano posible al contenido de humedad máxima que corresponde al volteo del árbol), por alguno de los métodos indicados en capítulo 8. Secar las probetas hasta masa constante y pesar con una precisión de 0,01 g.
7.4 Determinación de la densidad nominal Determinar el volumen de la probeta al contenido de humedad de 12%, por alguno de los métodos indicados en capítulo 8. Secar la probeta hasta masa constante y pesar con una precisión de 0,01 g.
7.5 Determinación de la densidad de referencia Determinar la masa y el volumen de la probeta al contenido de humedad H, según lo indicado en 7.1.
7.6 Determinación de la densidad normal Determinar la masa y el volumen de la probeta al contenido de humedad de 12%, según lo indicado en 7.1.
8 Determinación del volumen El volumen de la probeta puede determinarse por alguno de los métodos siguientes:
8.1 Por medición directa Este método es aplicable a probetas de cualquier tamaño, de forma regular, cuyas esquinas presenten ángulos rectos, y cuyas superficies sean lisas. Medir la longitud ! , el ancho a y el espesor e , con una precisión de ± 0,3% . Efectuar por lo menos tres mediciones en cada dirección, aunque en probetas pequeñas es suficiente una o dos mediciones.
8.2 Por inmersión en agua Estos métodos son aplicables a probetas de forma irregular o de superficie rugosa. La madera seca debe sellarse previamente sumergiendo la probeta en cera de parafina caliente. En madera verde no es necesario este sellado. En 8.2.1 y 8.2.2 se describen dos métodos alternativos. 3
NCh176/2 8.2.1 Colocar la probeta en un recipiente de volumen conocido y agregar agua hasta llenar el recipiente. Sacar la probeta del agua y determinar el volumen remanente. El volumen del recipiente lleno menos el volumen de agua remanente corresponde al volumen de la probeta. 8.2.2 Llenar con agua una probeta hasta una de las graduaciones principales y registrar este volumen. Colocar la probeta en el cilindro y hundirla con ayuda de una varilla delgada. Registrar el nuevo volumen. La diferencia entre los dos volúmenes corresponde al volumen de la probeta.
8.3 Por inmersión en mercurio Este método es aplicable a probetas de tamaño reducido, de cualquier forma, densidad y contenido de humedad. No es necesario sellar la probeta con parafina, excepto si presenta poros o huecos muy abiertos en los cuales podría quedar atrapado mercurio, provocando una medición errónea. El procedimiento empleado es igual al de inmersión en agua.
9 Cálculo y expresión de resultados 9.1 La densidad anhidra, ρo, de cada probeta, en kilogramos por metro cúbico (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula: ρ o
=
mo V o
en que: mo = ρ o
=
es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta en la condición anhidra; es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta en la condición anhidra.
9.2 La densidad básica, ρb, de cada probeta, en kilogramos por metro cúbico (gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula: ρ b
=
mo V v
en que: mo =
es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta en la condición anhidra;
V v
es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta en
=
estado verde. 4
NCh176/2 9.3 La densidad nominal, ρn, de cada probeta en kilogramos por metro cúbico (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula: ρ n
=
mo V H
en que: mo =
es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta en la condición anhidra;
V H =
es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta al contenido de humedad H.
En este caso la medición del volumen se hace generalmente a un contenido de humedad de 12% ( ρ r 12 ).
9.4 La densidad de referencia, ρ H , de cada probeta en kilogramos por metro cúbico (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula: ρ H =
m H V H
en que: m H =
es
la masa, en
kilogramos
(o gramos)
de la probeta al contenido de
humedad H; V H =
es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta al contenido de humedad H.
9.5 La densidad normal, ρ 12 , de cada probeta, en kilogramos por (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula: ρ 12 =
metro
cúbico
m12 V 12
en que: m 12 =
es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta al contenido de humedad de H = 12%;
V 12 =
es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta al contenido de humedad de H = 12% .
5
NCh176/2
9.6 Precisión Expresar los resultados individuales de cada probeta con una aproximación de 5 kg/m3 (ó 0,005 g/cm3).
9.7 Calcular con una precisión de 10 kg/m 3 (ó 0,01 g/cm3) el promedio aritmético de los resultados obtenidos en las probetas individuales e informar este valor como el promedio de densidad de las probetas. NOTA - En anexo A se indican las fórmulas que relacionan las diferentes densidades. En anexo D se indica el procedimiento para calcular las densidades de referencia a un contenido de humedad cualquiera (H).
10 Informe El informe debe incluir lo siguiente: a) nombre del laboratorio responsable del ensayo; b) la referencia a esta norma; c) el método usado para la determinación del volumen; d) el objetivo del ensayo; e) identif icación de las probetas incluyendo el nombre de la especie y detalles respecto al muestreo; f)
descripción de las probetas (presencia de madera de reacción, dif erencia de edad, etc.);
g) los resultados del ensayo, calculados según se especifica en capítulo 9 de esta norma y los promedios; h) otros parámetros estadísticos, si se requieren de acuerdo al objetivo del ensayo; i)
el valor del coeficiente K usado para el ajuste de los resultados del ensayo a otros contenidos de humedad, de acuerdo a las fórmulas dadas en anexos;
j)
fecha del ensayo;
k) nombre del solicitante del ensayo.
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NCh176/2
Anexo A Las fórmulas que relacionan las diferentes densidades son: a)
ρ H
100 + H = ρ o 100 + K ⋅ H
(cuando H es menor que el punto de saturación de la fibra) b)
ρ H = ρ b
100 + H 100
(cuando H es mayor que el punto de saturación de la fibra) en que: ρ o
=
densidad anhidra;
ρ H
=
densidad de referencia al contenido de humedad H;
H =
contenido de humedad, expresado como porcentaje;
K =
coeficiente de contracción volumétrica para un cambio de 1% de contenido de humedad, calculado para cada especie, como la suma de los respectivos coeficientes de contracción lineal (k) que se incluyen en el anexo B;
ρ b
=
densidad básica.
Si no se conoce el coeficiente de contracción, usar 0,85 x 10-3 expresa en kilogramos por metro cúbico y 0,85
ρo si
ρo si
la densidad se
la densidad se expresa en gramos
por centímetros cúbicos.
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Anexo B Coeficientes de contracción y puntos de intersección de algunas maderas en Chile Especie
Pino Insigne
Tepa
Eucalipto
Coigüe
Roble
Olivillo
Ulmo
Tineo
1)
2)
8
T
=
Tangencial,
R
=
Radial.
Ver NCh1 76 /3 .
Dirección1)
Coeficiente de contracción, k
Punto de intersección (%H) 2)
T
0,29
28,0
R
0,20
27,0
T
0,31
31,0
R
0,15
25,0
T
0,42
31,0
R
0,24
28,0
T
0,30
28,0
R
0,15
26,0
T
0,29
28,0
R
0,18
25,0
T
0,30
28,5
R
0,15
25,9
T
0,35
31,5
R
0,22
27,0
T
0,36
32,0
R
0,18
26,0
NCh176/2
Anexo C Por el volumen en estado verde se entiende aquel que se determina cuando el contenido de humedad se encuentra sobre el punto de saturación de la fibra (PSF), significando por ello que la madera no ha sufrido variación dimensional (contracción) respecto de su estado original. Para las maderas con tendencia a ser afectadas por el fenómeno de colapso, además de la condición de humedad sobre el PSF, es preciso constatar ausencia de este fenómeno al medir su volumen en estado verde. Para obviar esta dificultad se recomienda para estas maderas determinar su volumen inmediatamente después de la corta del árbol, o bien proteger la madera para impedir la pérdida de su humedad original.
9
NCh176/2
Anexo D (Informativo)
El carácter higroscópico de la madera determina la necesidad de especificar el contenido de humedad al expresar su densidad. Para determinarla se hace necesario pesar la pieza o trozo de madera, medir su volumen por alguno de los métodos que entrega esta norma en el capítulo 8 y hacer referencia al contenido de humedad al cual se efectuaron ambas determinaciones. Los infinitos valores de densidad que así pueden resultar se definen como: a) densidad de referencia: la cual relaciona la masa y el volumen de la probeta, determinados ambos a un contenido de humedad H. Entre estos valores son importantes los siguientes: i)
densidad en estado anhidro: relacionando la masa y el volumen de la madera en
estado anhidro; ii)
densidad normal: relación entre la masa y el volumen de la madera a un 12% de
humedad. También es posible utilizar relaciones entre masa anhidra y volumen de la madera en estados diferentes al anhidro, de las cuales las más usadas son: a) densidad básica: relacionando la masa anhidra con el volumen verde, es decir con humedad superior al punto de saturación de la fibra (P.S.F.); b) densidad nominal: relación entre la masa anhidra y volumen de la madera a un 12% de humedad. De estos dos últimos tipos de densidades el más importante es la " den sid ad básic a " pues, al conocer su valor, es posible establecer la densidad de referencia a cualquier otro contenido de humedad superior al punto de saturación de la fibra mediante el uso de la fórmula a) del anexo A de esta norma. Si se desea conocer la densidad de referencia de la madera a un contenido de humedad mayor que el punto de saturación de la fibra, se debe recurrir a la fórmula b) del anexo A. A fin de aclarar este procedimiento se entrega, a continuación, el siguiente ejemplo de aplicación:
Ejemplo: Se conoce la densidad básica del pino insigne ( ρb = 0,45 g/cm3) y se desea saber la densidad de referencia que tendría una pieza de madera cuando la humedad de ella es 60%.
10
NCh176/2 Aplicando la fórmula b): ρ H = ρ b
⋅
100 + H
100
⋅
ρ 60 = 0,45 1,6 = 0,72 g/cm
3
Si además se desea estimar la densidad normal de la pieza es necesario utilizar ambas fórmulas de la siguiente manera: Densidad de referencia en el punto de saturación de la fibra (PSF):
⋅
ρ 28 = ρ b 1,28
(Suponiendo una humedad igual a 28% para el PSF)
⋅
3
ρ 28 = 0,45 1,28 = 0,58 g/cm
La densidad anhidra es: ρ o = ρ 28
ρ o =
[100 + (K ⋅ 28)] (100 + 28)
0,58 ⋅ [100 + (0,49 ⋅ 28)] (100 + 28)
= 0,515 g/cm3
y la densidad normal:
ρ 12 = ρ o
(100 + 12) 112 ⋅ ⋅ = 0,515 105,88 100 + (0,49 ⋅ 12) 3
ρ 12 = 0,545 g/cm
11
NORMA CHILENA OFICIAL
NCh 176/2.Of86 MODIFICADA EN 1988
INSTITUTO
NA CIONA L
DE
N ORM A LI Z A CI ON
!
INN-CHILE
Madera - Parte 2: Determinación de la densidad W ood - Part 2: Det ermination of density
Primera edición : 1988 Reimpresión : 1999
Descriptores:
mat eriales de c onst rucción, maderas, ensayos, det erminación de la densidad
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