Curso: Propiedades físico mecánicas de

la madera (laboratorio)

Practica Nro 6

Profesora: Ángela LLavé

Alumno: Sulca Gamboa, Kevin

Miranda Samame Natalia.

Fecha: 10-06-20152015ENSAYO DE COMPRESIÓN PERPENDICULAR AL

GRANO

PRÁCTICA N°6 : ENSAYO DE COMPRESIÓN PERPENDICULAR AL GRANO

I) INTRODUCCIÓN

La madera al ser un material heterogéneo tiene un comportamiento distinto entre las diferentes especies dentro de sus propiedades físicas y mecánicas, es más, se pueden encontrar diferencias dentro del mismo árbol, ubicación donde fue extraída la madera expresa diferentes valores en sus propiedades físicas y mecánicas.

Las propiedades mecánicas de la madera, determinan la capacidad para resistir fuerzas externas. El conocimiento de las propiedades mecánicas de la madera se obtiene a través de la experimentación, mediante ensayos que se aplican al material, y que determinan los diferentes valores de esfuerzos a los que puede estar sometida.

El presente estudio es en base de las propiedades mecánicas (Comprensión perpendicular al grano) de muestras de pino chuncho (Schizolobium amazonicun) experimentados en laboratorio.

II) OBJETIVOS

Conocer el procedimiento para la ejecución del ensayo de compresión perpendicular al grano con una Prensa Universal de Ensayos Mecánicos.

Determinar la resistencia de la madera del Pino Chuncho (Schizolobium amazonicum) a la Compresión Perpendicular al grano en base a la Norma Técnica Peruana 251.016.

Utilizar la curva Carga-Deformación en el cálculo de la resistencia (ELP) para la especie referida e interpretar los resultados.

Comparar los resultados de nuestro ensayo con otras repeticiones

III) REVISIÓN DE LITERATURA1. Características de la madera de pino chuncho

CEDISA (2003), menciona que la madera seca al aire de esta especie es de color blanco cremoso; de grano entrecruzado; textura gruesa; posee veteado en arcos superpuestos en sección tangencial y líneas verticales en sección radial.

2. Propiedades mecánicas de la madera

Las propiedades mecánicas son fuerzas expresadas por unidad de área, ésta es conocida como esfuerzo. Existen cuatro tipos fundamentales de esfuerzo a los que puede estar sometida una pieza de madera: Esfuerzo de compresión, de tracción, de flexión y de corte o cizallamiento.

Los factores que afectan el Comportamiento Mecánico de la Madera son los nudos (vivos y muertos) (Kiuru, 2000).

Los ensayos deben ser realizados en dos estados de contenido de humedad, uno con probetas de humedad superior al 30% (estado verde), y el segundo con probetas de humedad 12% (estado seco al aire) (CORMA, 2007).

Arroyo (1983), menciona que las propiedades físicas de la madera dependen de su organización estructural. Estos factores pueden resumirse de la siguiente manera:

- Cantidad de sustancia que contiene la pared celular, la cual se mide mediante el peso específico o densidad de la madera.

- Cantidad de agua presente en la pared celular que afecta profundamente el comportamiento físico de la madera, no sólo porque la adición de agua en la pared celular cambia su densidad y dimensiones, sino también por su efecto sobre la plasticidad y transferencia de energía dentro de la pieza de madera.

- Proporción de los componentes primarios en la pared celular y la cantidad y naturaleza de las sustancias extrañas, responsable de las propiedades especiales de algunas maderas, así como de las desviaciones o variabilidades que presentan en su comportamiento cuantitativo.

- Arreglo y orientación de los materiales que forman las paredes celulares así como los tejidos, lo que es causa principal de la anisotropía de la madera.

- Tipo, tamaño, proporción y arreglo de las células que forman el tejido maderable. El mismo autor, en relación a las propiedades mecánicas, la define como la aptitud o capacidad para resistir cargas o fuerzas externas. Este comportamiento puede sufrir variadas modificaciones, dependiendo del tipo de fuerza aplicada y de las diferencias básicas en su organización estructural.

Haygreen y Bowyer (1982), agregan que las propiedades físico-mecánicas de la madera son determinadas por tres características, la porosidad o proporción de volumen vacío, que puede ser estimado con la densidad; la organización estructural de las células, la cual incluye la microestructura de la pared celular y la variedad y proporción de los tipos de células que dependen principalmente de la especie; y el contenido de humedad

En relación a las propiedades físico-mecánicas de la especie Schizolobium amazonicum, SOTELO (1992), estableció que los valores de estas propiedades para plantaciones de ocho años en Junín, CEDISA (2003) afirma que estos estudios fueron de bosques secundarios de Tarapoto y Aróstegui (1970), determinó para maderas procedentes de bosque natural de Tingo María-Perú; los cuadros 1 y 2 muestran la información de estos estudios:

3. Comprensión perpendicular

Es la resistencia de la madera a una carga en dirección normal a las fibras, aplicada en una cara radial, determinando la tensión en el límite de proporcionalidad y tensión máxima (CORMA, 2007).

IV) MATERIALES Y EQUIPOS

Una probeta de madera de Pino Chuncho de 5cm x 5cm x 15cm. Prensa Universal de Ensayos Mecánicos. Accesorios de la prensa: base de metal con extensión acoplada, bloque de carga y

compresómetro Vernier Balanza de precisión con aproximación de ± 0.1g Estufa eléctrica Desecador

V) PROCEDIMIENTO

1. Se midieron las caras Tangencial y Radial de la probeta con el vernier2. Se ajustó la probeta en la prensa3. Empezó a efectuarse la aplicación de la Carga sobre la base de metal, la cual actuó

sobre la cara Radial de la probeta4. La velocidad de la carga aplicada a través del cabezal fue constante y de 0.3mm/min

(0.012 pulg/min) 5. Un integrante observaba el avance de la aguja de la Carga y cada 100 libras de carga

avisaba al otro integrante para registrar el dato de Deformación dado por la aguja del compresómetro.

6. Se registraron los datos hasta el máximo de compresión. Con estos datos se trazó la curva Carga-Deformación

7. Se cortó una sección de la probeta ensayada para la determinación de su contenido de humedad al momento del ensayo (seca al aire) por el método gravimétrico, así como su densidad por el método de inmersión

8. Finalmente se colocó la sección en la estufa y luego de 48 horas (en condición anhidra) se repitieron las mediciones del paso 7.

VI) CÁLCULOS

Esfuerzo de la Fibras en el Límite Proporcional

ELP= P'A

(kg/cm2 )

Donde: P’=Carga al límite proporcional (kg)A=Superficie de la sección transversal de la probeta (cm2)

VII) RESULTADOS

Nombre común: Pino ChunchoNombre científico: Schizolobium amazonicumFamilia: Fabaceae (Caesalpinacea)

Dimensiones de la probeta:

Tangencial: Tg=48.90mm=4.890 cm

Radial: Rd=50.85mm=5.085 cm

Superficie de sección transversal: A=Tg× Rd=(4.890×5.085 ) cm2=24.86 cm2

Condición de la probeta:

Tabla 1

Condición Seca al aire (ensayo) Anhidra

Peso (g) 22.1 19.6Volumen (cm3) 65.5 60.1

Densidad (g/cm3) 0.337 0.326Humedad en base

seca(%)

12.8 0

Tabla 2. Datos registrados de Cargas y Deformaciones

Medición Deformación (micras)

Carga (libras)

1 69 1002 120 2003 165 3004 200 4005 238 5006 279 6007 316 7008 354 8009 391 900

10 426 100011 465 110012 504 120013 545 130014 585 140015 627 150016 673 160017 722 170018 775 180019 837 190020 913 200021 1010 210022 1169 220023 1468 2300

Gráfico 1

0 50 100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1450

1500

1550

0100200300400500600700800900

100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400

Gráfica de deformación generada por carga aplicada

Deformación (µm)

Carg

a (lb

s)

En el Gráfico 1 trazamos una línea de tendencia o tangente desde el primer punto. Escogemos el último punto de intersección de la tangente con la curva y así obtenemos los valores de la Carga al Límite Proporcional (P’). El dato es el que aparece sombreado en la Tabla 2.

P'=1500 lbs=680.388kg

Con este dato y el área (A) se calculó el valor del ELP.

Tabla 3

P’ 680.388 kgA 24.86 cm2

ELP 27.37 kg/cm2

Ilustración 1. Probeta después del ensayo y sus fallas

VIII) DISCUSIONES

Los resultados obtenidos de la densidad anhidra fueron de 0.336 g/cm3, varia de los resultados obtenidos por Aróstegui (1970) que reporta datos de 0.25 g/cm3, como los de CEDISA (2003), que no da datos de 0.36 g/cm3; esta variación de resultado es causante de varios factores que puedan afectar el crecimiento del árbol, así como también la edad del árbol a la corta. También se tiene estudios que el crecimiento del árbol, es estado natural, bosque secundario y plantación afecta conjuntamente con las demás ya mencionadas en la variación de la densidad anhidra. Tenemos que resaltar que no es común realizar las comparaciones de densidad anhidra, a lo que normalmente se usa la densidad básica (Db), sin tomar en cuenta los factores que puedan acercar el normal desarrollo del árbol.

En estudios de la comprensión perpendicular a la fibra en los ensayos de las propiedades mecánicas de la madera de pino chuncho, se encontró que el Esfuerzo al Límite Proporcional (ELP) fue de 27.37 Kg/cm2 a un contenido de humedad de 12.8% con una densidad anhidra de 0.336g/cm3. Estudios de Aróstegui y Sato (1970), obtuvieron al 14.75% de humedad un ELP de 19.49kg/cm2.; este valor ajustado al 12% de humedad fue 22.43kg/cm2. La densidad o peso específico seco al horno de las muestras que usaron fue de 0.25 g/cm3. Sotelo (1992), obtuvo al 15.28% de humedad un ELP de 20.97kg/cm2. Torres (2009), en su trabajo de investigación sobre el Pino Chuncho, obtuvo en el ensayo de Compresión Perpendicular un valor promedio total del ELP de 29.79 kg/cm2 a un contenido de humedad de 12.74%. Además demuestra que

este valor presenta variaciones según la parte del árbol de donde se ha extraído la muestra; a qué altura del árbol se encontraba o en qué nivel desde la médula hasta la corteza.

Los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio, en comparación con los autores mencionados se observa que hay una variación de resultados, esto es consiguiente a la comparación a diferentes contenidos de humedad, ya que como sabemos el contenido de la humedad de la madera afecta en las propiedades de estas. Se debe realizar correcciones a para un contenido de humedad de 12% y ser comparado con los diferentes autores; sin embargo hay una ligera variación con los resultados obtenidos en comparación de Torres (2009), que obtuvo en el ensayo de Compresión Perpendicular un valor promedio total del ELP de 29.79 kg/cm2 a un contenido de humedad de 12.74% semejante al realizado en la práctica.

Tenemos que añadir que no se tomaron en cuenta los ensayos de esta propiedad mecánica con las muchas repeticiones que se tienen realizar para obtener un resultado cabal. También se tiene que tener en cuenta los errores humanos cometidos en la práctica (calibrar, corte, medición, etc) que puedan haber afectado en algo, ya que solo se realizó un solo ensayo.

La identificación de las fallas después del ensayo de compresión perpendicular, no resultaron evidentes, a pesar de realizar una inspección minuciosa.

IX) CONCLUSIONES

La densidad anhidra fue de 0.336 g/cm3, con un contenido de humedad de 12.8% de la probeta al haber realizado el ensayo.

El ensayo de comprensión perpendicular arrojo un ELP de 27.37 Kg/cm2. No se analizaron las fallas después del ensayo en la probeta.

X) BIBLIOGRAFÍA

ARÓSTEGUI. (1970). Estudio de las propiedades físicos- mecánicas de 16 especies maderables del país. Vol 2. Centro de Investigaciones Forestales. Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima. Perú.

SOTELO. (1992). Posibilidades del Pino Chuncho (Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke) en la Industria de cajonería.

TORRES. (2009). Evaluación de las propiedades físico mecánicas de la especie Pino chuncho (Schizolobium amazonicum Huber ex Ducke) proveniente de plantaciones del Bosque Nacional Alexander Von Humboldt-Ucayali. Tesis de la Facultad de Ciencias Forestales de la UNALM. Lima, Perú.

CEDISA (Centro de Desarrollo e Investigación de la Selva Alta) (2003). Propiedades físico – mecánicas de cinco especies maderables provenientes de bosques secundarios de Tarapoto. Lima, PE. Universidad Nacional Agraria La Molina. 67 p.

CORMA. (2007). Manual de construcción de viviendas en madera. Centro de transferencia tecnológica. Chile.

KIURU J. (2000). La madera y sus propiedades. Industria Forestal. Guatemala.

ARROYO, J. (1983). Propiedades físico-mecánicas de la madera. Mérida, VE, Universidad de los Andes. 186 p.

HAYGREEN, J.; BOWYER, J. (1982). Forest products and wood science. An introduction. Iowa, US, The Iowa State University Press. 495 p.