ensayo de flexión estática en madera
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Personal que realizo el ensayo:
Institucin responsable: Laboratorio de ensayos mecnicos y metrologa - Facultad de
Ingeniera Mecnica - Universidad Nacional de Ingeniera.
- Direccin: Av. Tpac Amaru 210Rmac / Lima 25 - Per
- Telfono: (51) (01) 481 1070
- Pgina web:www.uni.edu.pe
INDICE
Resumen 4
I. Introduccin 5
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II. Revisin de literatura 6
III. Material experimental 7
IV. Metodologa y procedimientos 7
V. Presentacin de datos 8
VI. Anlisis e interpretacin de datos y resultados 10
VII. Conclusiones 12
VIII. Recomendaciones 12
IX. Bibliografa 12
X. Anexos 13
RESUMEN
Con la finalidad de comparar las propiedades mecnicas ya obtenidas por otros
organismos, se efectu el presente estudio en el marco de la realizacin del curso de
Laboratorio de Resistencia de Materiales, que ejecutan los alumnos de la Facultad de
Ingeniera Mecnica de la Universidad Nacional de Ingeniera y con asistencia tcnica del
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Laboratorio de Ensayos Mecnicos y Metrologa, Laboratorio N 4. La propiedad
mecnica que se determin fue la de flexin esttica.
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II. REVISIN DE LITERATURA
2.1. Propiedades mecnicas de la madera.
Son aquellas propiedades que se manifiestan en la capacidad de la madera para soportar
cargas o torceduras (flexo torsin). Bajo pequeas cargas la madera se deforma en formaproporcional a la tensin, si la carga aumenta y las deformaciones son mayores que la
tensin se produce una deformacin permanente. Al seguir aumentando la carga se
produce la rotura. Determinan, junto con las propiedades fsicas, durabilidad natural,
caractersticas de secado, resistencia al intemperismo, etc. la aptitud tecnolgica de la
madera para diferentes usos clasificados en dos grandes grupos: estructurales y
revestimientos.
La resistencia mecnica de la madera a nivel ultramicroscpico se debe a la resistencia
de las microfibrillas formadas por molculas 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
molculas tambin hay enlaces de hidrogeno entre los grupos OH disponibles y entre
molculas vecinas tambin hay puentes de hidrogeno, lo que confiere una estructura
reticular muy resistente. La mayor resistencia mecnica de la madera est en la regin
cristalina, en la regin amorfa no hay puentes de hidrgeno. La orientacin 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 ngulo de orientacin entre
10 a 30, es decir que se orientan casi paralelas al eje principal de las clulas, ofrecen
mayor resistencia a esfuerzos paralelos que perpendiculares al grano.
2.1.1. Flexin esttica
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 compresin en los elementos
anatmicos en los sistemas longitudinal y transversal. Tambin hay esfuerzos de traccin
en la parte inferior de la seccin transversal. La falla primero es en la zona de compresinparalela al grano, despus aumentan las deformaciones en la zona comprimida, el eje
neutro es traslada a la zona de traccin hasta la deformacin total y la falla.
La flexin esttica es una caracterstica 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 seccin rectangular tiene una mayor
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resistencia a la flexin que una de seccin redonda; la resistencia a la flexin es mxima
sin se aplica la carga en uno de los cantos de la pieza.
Esfuerzo de la fibra al lmite proporcional = 3 P1 L /2 a e2
P1: es la carga al lmite 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
Clculo del mdulo de ruptura. = P L / 2 a e2
Clculo del mdulo de elasticidad = P1L / 4 a e3Y
Y: es la deflexin en el centro de la luz al lmite 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 caractersticas:
- 2 probetas con dimensiones de 25.4 x 70 x 1400 mm.
- Dispositivos de apoyo.
- Se aplica la carga en la cara tangencial ms cercana a la mdula. El eje del cabezal
debe coincidir con el centro de luz de la probeta.
- Velocidad de la carga de 2.5 mm/min.
- Se registrarn los datos de carga mxima y carga de rotura.
- Aplicacin de frmulas
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V. PRESENTACION DE DATOS
En las probetas M1 y M2:
Se calcula previamente las reas 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)
reatransversal
(cm2)
Ix(cm4)
Longitudentre apoyos
(cm)
Muestra1
140 7.025 2.03 14.2608 4.897260 70
Muestra2
140 7.025 1.98 13.9095 4.544234 70
Ix: Momento de inercia de la seccin considerada con respecto al eje neutro de la misma
La carga se aplicar 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)
max
(Kgf/cm
2
)190 689.1352
En la probeta M2 se obtuvieron los resultados siguientes:
Cuadro 3. Esfuerzos mximos
Carga(kg)
deformacin(mm)
max(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. Deformacin VS Carga aplicada en la probeta M2
0
100
200
300
400
500
600
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40
Carga
aplicada
(Kgf)
Deformacion (mm)
Deformacion VS Carga aplicada
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VI. ANLISIS E INTERPRETACIN DE DATOS Y RESULTADOS
Los datos obtenidos a travs de los ensayos de propiedades mecnicas en condiciones
normalizadas de laboratorio han sido procesados obtenindose informacin sistematizada
como se muestra en el cuadro correspondiente. Tambin han sido procesados en
computadora con programas Excel a fin de determinar los valores para el rea, momento
de inercia y los esfuerzos mximos correspondientes a cada carga aplicada a ambas
probetas.
Los valores promedio de resistencia mecnica a los diferentes esfuerzos han sido
comparados con los del informe tcnico final del PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I)
Estudio d las propiedades mecnicas de diez especies maderables potenciales de
bosques secundarios y primarios residuales ejecutado por la Asociacin para la
Investigacin y Desarrollo Integral (AIDER), como se muestra a continuacin.
Figura 1. Resistencia a la flexin esttica de diez maderas de bosques secundarios y
primarios residuales
Fuente: Informe tcnico final del PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I) Estudio de laspropiedades mecnicas de diez especies maderables potenciales de bosquessecundarios y primarios residuales - Pg. 28
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Figura 2. Resistencia a la compresin paralela de diez maderas de bosques secundarios
y primarios residuales
Fuente: Informe tcnico final del PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I) Estudio de laspropiedades mecnicas de diez especies maderables potenciales de bosquessecundarios y primarios residuales - Pg. 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 cientfico es Sephtoteca tessmannii.
Se tiene que la maderatiene valores de resistencia mecnica media de acuerdo a
las especificaciones establecidas por el Proyecto Andino de Desarrollo en
Recursos ForestalesPAD 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 informacin.
IX. BIBLIOGRAFIA
Propiedades fsicas y mecnicas: ASTM D 14394 (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 Econmica Europea). 2000. Manual de diseo para maderas del
grupo andino.
AROSTEGUI, A. A 1982. Recopilacin y anlisis de estudios tecnolgicos de
maderas peruanas. LimaPer. 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. ANLISIS DE PROPIEDADES MECNICAS DE DIEZ ESPECIES FORESTALES