Universidad Nacional Agraria La Molina
Propiedades Físico - Mecánicas de la Madera Título: Clivaje, cialla!iento " tensi#n perpendicular$ Pro%esor: Mois&s Acevedo Mall'ue (rupo: C) Marín *ía, +ess *ue2as de la Cru, Ana
2014
././01 ./ ../3/
– II
/$ 4NT56*UCC47N: En la mayoría de países desarrollados es un requisito indispensable clasifcar a las maderas de acuerdo a sus propiedades ísicas y mecánicas, para brindarles una óptima utiliación! "a clasifcación estructural se deri#a de las pruebas mecánicas, a las que son sometidas una serie de probetas de dierente conección y dimensiones, cuyo comportamiento a la aplicación de ueras, mediante la utiliación de aparatos y equipos específcos, a la #e que proporcionan la car$a requerida, re$istran la ma$nitud de la misma! %or otra parte, el sector industrial orestal, enrenta de manera creciente retos cada #e más complicados, donde el tema de la calidad es piea undamental para subsistir la competencia! &esaortunadamente, la industria orestal en su con'unto está en des#enta'a con sus e#entuales competidores por no contar con el sufciente conocimiento tecnoló$ico de las especies de inter(s comercial y si se cuenta con ello, no se le da el uso adecuado! Este rea$o se )a debido en su mayor parte a que no se )an realiado los estudios básicos que permitan asi$nar a cada especie de inter(s económico su uso más adecuado! %or tanto, este inorme tiene como fnalidad el aprendia'e de m(todos necesarios para realiar ensayos como *iallamiento, +ensión perpendicular y *li#a'e, con el fn de brindar al estudiante las )erramientas necesarias para un uturo estudio de dierentes especies!
$ 68+9T46;: 2!1&eterminar la resistencia de la madera de -acus)apana., Terminalia oblonga , al ciallamiento paralelo al $rano! 2!2&eterminar la resistencia orecida por la madera de /oena rosada., Ocotea bofo, al cli#a'e! 2!&eterminar la resistencia de la madera de olaina blanca., Guazuma crinita, a la tensión perpendicular al $rano!
<$ MA5C6 T9754C6: !1 +ensión perpendicular al $rano! Es la resistencia pro#ocada por la acción de dos ueras de si$no contrario que tienden a romper la piea de madera alar$ando su lon$itud y reduciendo su sección trans#ersal! "a madera presenta altos índices de resistencia a la tracción debido a la uera de las uniones de los enlaces $lucosricos de las unidades de $lucopiranosa! "a tracción a3ial es menor que la compresión a3ial, la que depende de la li$nina, especialmente la de la lámina media! &epende del contenido de )umedad, de 5 al ps la relación es lineal6 sobre el ps se mantiene inalterable! +ambi(n depende de la duración de la car$a, de la calidad de la piea y presencia de deectos como nudos, acebolladura, des#iación de la fbra, ra'aduras, $rietas, etc! 7demás depende de la temperatura, por deba'o de 0 8* %á$! 1
aumenta la resistencia a la tracción! "a tracción perpendicular al $rano depende de la li$nina que cumple una unción cementante entre fbras! "a madera tiene menor resistencia a este tipo de esuero con relación a otras solicitaciones mecánicas! En la rotura produce acturas cur#as conc(ntricas a los anillos de crecimiento o si$uiendo los radios medulares! "a tracción paralela al $rano es muc)o más alta que la perpendicular al $rano, debido a que las uniones lon$itudinales entre las fbras son de 0 a 40 #eces más resistentes que las uniones trans#ersales! %roduce racturas astillosas! &isminuye la resistencia a la tracción en maderas de fbras cortas, con nudos, a contenidos de )umedad de saturación de la fbra puede reducir )asta 905! !2 *iallamiento Es el esuero que oponen las fbras de una piea a la acción de dos ueras paralelas que tienden a cortar la sección trans#ersal de la madera! Este esuero depende del $rado de co)esión entre elementos, #aria en los tres planos de corte y tipo de $rano! &epende esencialmente de la li$nina, en especial de la lámina media! &epende tambi(n del plano de la piea: es mayor en sentido radial que en tan$encial! ;aría de 2< a 200 =$>cm2, a mayor densidad básica, mayor resistencia al ciallamiento! ?7I&E@, 201A Esta prueba consiste en someter a muestra de madera a la acción de dos car$as i$uales, opuestas y paralelas, que actuando sobre un mismo plano, tienden a producir el desplaamiento de una superfcie sobre la otra conti$ua! "os esueros en corte paralelo como tambi(n se llama a esta prueba, inter#ienen en numerosas aplicaciones mecánicas, como ensambladuras, pieas de máquinas, etc! El ciallamiento o esuero de corte se clasifca de acuerdo a la dirección en que acta la uera con respecto a los planos estructurales ?paralelo o perpendicular a las fbrasA! ?7róste$ui, A ! *li#a'e El cli#a'e o )endimiento es una característica de los materiales fbrosos que se manifesta en la madera por la acción de una cuBa o de )erramientas que actan como una cuBa! Es la propiedad de la madera de ra'arse cuya línea de separación siempre se encuentra más delante de la cuBa! ?7I&E@,201A Ce entiende como cli#a'e a la resistencia que presenta la madera al ra'arse al introducirle un cla#o! +ambi(n es entendido como la resistencia de las fbras a separarse en sentido lon$itudinal! Deneralmente, son las maderas )medas las que aceptan más ácilmente el cla#ado que las secas, lo mismo ocurre con las maderas blandas a comparación de las duras! El cli#a'e puede ser tan$encial o radial, dependiendo de la ubicación de los anillos de crecimiento! Ce puede esperar, como la mayoría de propiedades ísicas, que dos %á$! 2
muestras tomadas de partes similares de un mismo árbol presentaran una resistencia al cli#a'e mayor en sentido tan$encial que en sentido radial, debido a la disposición de los elementos de la madera, en especial los radios! tros actores que pueden aectar el cli#a'e son la presencia de deectos, la naturalea del árbol del cual se obtu#ieron las probetas, la densidad básica y el contenido de )umedad! El cli#a'e es una característica de los materiales fbrosos, diícil de determinar en un ensayo, pues #aría muc)o con la orma de la probeta, modo de aplicación de la car$a, etc! Colo pueden comparase entonces los #alores pro#enientes de ensayos eectuados en las mismas condiciones! Fá'era, ;ar$as, /(nde y Draciano ?200
I
0!
*ontracció n ;olum(tric a5 9
II
0! – 0!4
9!0 – 10!0
0!41 – 0!J 0!J1 – 0!9< M 0!9<
10!1 – 1!0
III I; ;
&ensida d ásica
1!1 – 1< M 1<
*lasifc ón
%ropiedades /ecánicas ?=$>cm 2A Hle3ión estática ?/@A 00 00 – <00 <01 – 00 01 L 1000 M 1000
*ompresi ón paralela ?@/A 120 120 – 240 241 – J0 J1 – 40 M 40
*ompresión perpendicul ar ?E"%A 10 10!0 – 40!0 41 – 90 91 – 100 M 100
&urea "ados
*iallamie nto
100 100 – 00 01 – J00 J01 – K00 M K00
0
/uy b
0 – J0
a'a
J1 – K0
/edi
K1 – 120
7lta
M 120
Ta=la /$ 5angos de la clasi>caci#n de la !adera segn sus Propiedades Físicas ?
%á$!
/uy al
Fig /$ Caracteriaci#n de la acusapana$
Fig $ Caracteriaci#n de la 8olaina @5evista Forestal del Per
B$ MAT954AL9; 9DU4P6; L L L L L L L
%rensa uni#ersal de ensayos mecánicos! 7ccesorios de la prensa, cabeal con su'etadores! ;ernier o pie de rey! alana de precisión con apro3imación de N 0!1 $! Estua el(ctrica &esecador con sal )i$roscópica silica$el. %robetas de madera de <3<3J! cm de corte radial y tan$encial ?para los ensayos de ciallamiento y tracciónA y probetas de <3<3K!< cm en corte radial y tan$encial ?para el ensayo de cli#a'eA!
E$ P56C9*4M49NT6 E$/
Cialla!iento
L *olocar la probeta en el accesorio y a'ustar por medio de pernos! L 7plicación de la car$a a una #elocidad continua de 0!J mm ?0!024 pul$adasA por minuto )asta la ruptura de la probeta! L @e$istrar los datos en el ormato correspondiente ?car$a má3ima y orma de rupturaA! L *ortar una sección de la probeta ensayada para determinar su contenido de )umedad, por m(todo de inmersión!
Fi $ < 9nsa o de
%á$! 4
L /edir las lon$itudes del área delimitada por las conca#idades! L *olocar la probeta en el accesorio! L 7plicación de la car$a a una #elocidad continua de 2!< mm ?0!1 pul$adasA por minuto )asta la ruptura de la probeta! L @e$istrar los datos y dibu'ar la alla en el ormato correspondiente! L *ortar una sección de la probeta ensayada para determinar su contenido de )umedad, por m(todo de inmersión!
%á$! <
Fig$ B 9nsa"o de tensi#n
Fig$ E 9nsa"o de
3$ 59;ULTA*6;
9nsa"o Peso 9nsa"o inicial @g *iallamiento *iallamie 2! nto +ensión +ensión perpendicular2!K perpendic ular *li#a'e *li#a'e 0!K
ol$ Peso seco Carga: P @l=Gu!edad Irea 4nicial @g @c!< J400 O: 4!K9 2!J 12!K5 -:
*ensidad 6rientaci# 5esistencia < @gHc! n 114!0 JgHc!K 0!J4< @adial 20!29 JgHc!K 0!<<< +an$encial 4
Ta=la $ Propiedades Físicas$ Ta=la <$ 5esistencias !ecánicas$
%á$! J
Fig$ 3 Fallas en la pro=eta de cialla!iento$
Fig$ Fallas en la pro=eta de Tensi#n perpendicular$
Fig$ 1 Fallas en la pro=eta *IQ7""7/IEF+ de clivaje$
Drupo
%?lbs A
Rrea ?cm2A
%osti$o L @odrí$ue
9
4!K9
4!K<
@esistenci a ?S$>cm2A 1K!<1
&ensidad ?cmA
rientació n
Especie
0!J
+an$encial
-acus)apa na %á$! 9
*andiottiL "aura
1J00
/el(nde
JJK0
%rado L "a @osa &ueBas – /arín Illescas L /aury
4!09 < 4! K 4!K4 4
JKJ< J400
4!K9
<J0
4!K2 J
4!K4 4!K9 4!K4 4
J!0
0!JK
+an$encial
124!0
0!J1
+an$encial
12K!9
0!9
@adial
114!0
0!J4<
@adial
10K!<<
0!92
@adial
+EFCITF %E@%EF&I*U"7@ 7" D@7F Drupo %osti$o L @odrí$ue *andiotti L "aura
%?lb sA
Rrea ?cm2A
@esistencia ?S$>cm2A
&ensidad ?cmA
rientación
10
29!29
0!<9<
blicuo
20!K1
0!49K
blicuo
1
0!4K
@adial
1
0!499
+an$encial
20!29
0!<<<
+an$encial
14!<
0!<2
@adial
&ensidad ?cmA
rientación
J04
/el(nde
44J
%rado L "a @osa
4J
&ueBas – /arín
J02
Illescas L /aury
42
Drupo %osti$o L @odrí$ue *andiotti L "aura /el(nde %rado L "a @osa &ueBas L /arín Illescas L /aury
2!< < 4!K9 < 2!9< 2!J 2!J1
%?lbsA
7nc)o ?cmA
*"I;7VE @esistencia ?S$>cm2A
J0
4!94
J0!4
0!J21
+an$encial
414
4!9J
!<<
0!909
@adial
0 4 49 490
4!K9 4!J 4!922< 4!J9<
0!902 0!J4 0!
@adial @adial +an$encial +an$encial
Especie
olaina
Especie
/oena
Ta=la B$ alores de todas las pro=etas evaluadas en el día del ensa"o por los
$ *4;CU;46N9; +eniendo en cuenta la inormación brindada por 7róste$ui ?1K2A, podemos caracteriar a la madera de -acus)apana, Terminalia oblonga , con una resistencia alta rente al ciallamiento, al obtener un #alor de 114!, encontrándose dentro del $rupo I;! %or otro lado, obser#ando los #alores de la tabla 4, podemos afrmar que la %á$!
madera posee una resistencia al ciallamiento que #aría de 7lta a /uy alta, con preponderancia en la ltima califcación, como puede ser apreciado en la f$ura 1! Esta dierencia de #alores puede deberse a la puesta de la probeta en reerencia a sus planos tan$encial y radial, obser#ándose que se presenta mayores #alores en el lado tan$encial! Es de notar que se obser#an mayores #alores en unción de la densidad de la probeta, inWuyendo con'untamente con la ubicación de la cara mayor ?7I&E@, 201A! Es de notar que la alla producida en la probeta de ciallamiento produce un corte que no es limpio, y dado que se encontraba en posición radial, podemos anotar que presenta un $rano li$eramente entrecruado, ocasionando difcultades en la traba'abilidad6 no obstante, se aprecia que la superfcie ciallada se encuentra notoriamente ale'ada del área que no debió ser aectada, dierenciándose del resto de probetas, que mostraron allas muc)o más a$resi#as, sobrepasándose a la ona que no debería ser daBada! *on respecto al cli#a'e, encontramos que esta propiedad, con respecto a la cara tan$encial, posee un #alor de 4cm 2, si comparamos los resultados con la tabla 4, podemos obser#ar que los #alores coinciden con aquellas probetas que ueran posicionadas en esa misma cara, lo mismo ocurre con las probetas puestas en la cara radial, las cuales comparten similares #alores! &ado que las probetas pro#ienen de una misma especie y )an estado acondicionadas a un #alor de )umedad similar, podemos e#idenciar claramente las dierencias de resistencia con respecto a las caras, obteni(ndose mayores #alores en la cara tan$encial! *on esto, podemos adicionar lo encontrado por Fá'era et al., que en ensayos realiados de resistencia al ciallamiento y cli#a'e de la especie Quercus laeta, se determinó que las muestras que tu#ieron una orientación tan$encial presentaron #alores bastante más altos que los de orientación radial! %or otro lado, podemos caracteriar que la alla, como se aprecia en la f$ura , si$ue un plano tan$encial a los anillos de crecimiento! ;iendo los resultados de tensión perpendicular al $rano, podemos obser#ar que los mayores #alores son obtenidos con la orientación oblicua y tan$encial, en comparación a la radial! %or otro lado, la alla producida por el ensayo, #isible en la f$ura 9, muestra un se$uimiento a tra#(s de los anillos de crecimiento, si$uiendo su orientación tan$encial! Es de notar, que las superfcies aectadas presentaron pocas astilladuras, denotando quebraduras simples, es por eso, y dado los #alores de la bolaina, que la caracteriamos como una madera con ba'a resistencia a la tensión! bser#ando la Hi$ura 2, podemos apreciar que los #alores encontrados para la olaina son menores a los descritos por 7róste$ui!
L
1$ C6NCLU;46N9;: "as probetas puestas en cara tan$encial presentan mayor #alor que aquellas colocadas en superfcie radial, si$uiendo el ensayo de cli#a'e y ciallamiento! %á$! K
L L
"a madera de -acus)apana., Terminalia oblonga , presenta una alta resistencia al ciallamiento! "a madera de olaina., Guazuma crinita, presenta una ba'a resistencia rente a la tensión perpendicular! 0$ 848L46(5AFA:
L
7I&E@, 201! Estudio de las propiedades mecánicas de die especies maderables potenciales de bosques secundarios y primarios residuales! Ucayali, %er! <1 pp!
L
7róste$ui, 7! 1K2! @ecopilación y análisis de estudios tecnoló$icos de maderas peruanas! &ocumento de traba'o FX 2! %FU&LH7! "ima, %er! <9p!
L
7róste$ui, 7! 1KJ1! Estructura anatómica y propiedades ísicoL mecánicas de dos especies de %er: Duarea tric)ilioides y ceiba pentandra! Instituto interamericano de ciencias a$rícolas! +urrialba, *osta @ica!
L
7róste$ui, 7!, Cato,7! Estudio de las propiedades ísico mecánicas de 1J especies orestales del %er! %ublior!
L
Fá'era, V!6 Qacarías, 7!6 /(nde, V! y V! Draciano! 200;ol!1, Fmero Uni#ersidad 7utónoma Indí$ena de /(3ico! /oc)ica)ui, El Huerte, Cinaloa! pp! <
%á$! 10
