Práctica No. 2 - Flexión en Madera

 

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Ciencia de los Materiales PRÁCTICA DE LABORATORIO NO. 2: FLEXIÓN ESTÁTICA EN MADERAS

ENSAYES ENSAY ES EN PROBETAS PEQUEÑAS DE MADE MADERA RA LIBR LIBRES ES DE DEFE DEFECTOS CTOS (MÉTODO PRIMARIO) Y DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD Y DE LA DENSIDAD BÁSICA.

Las especificaciones para estas prácticas se pueden consultar en la Norma ASTM D – 143 – 94 Te sting and Materials  Ma terials . En la parte correspondiente a “Métodos Estándar de de la  American Society for Testing Prueba Para Especímenes de Madera Pequeñas Libres de Defectos (Método Primario)”. Antes de abordar las prácticas de laboratorio conviene conocer algunos términos relacionados con la madera, como son los tipos de Corte (consultar las páginas 1 y 2 del Anexo A) y los Ejes Estructurales y Planos (Superficies) de la madera (ver página 3 del mismo Anexo). Este ANEXO se encuentra al final de este documento. PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1. F EXIÓN ESTÁTICA DE UNA VIGA DE MADERA.

1.1. Dimensiones de la viga: 5 cm de base, 5 cm de peralte (sección transversal) y 76 cm de longitud. 1.2. Se marca la viga en los extremos donde se colocarán las placas con rodillos y en el centro de la viga donde se colocará el aplicador de carga. Se usará el aplicador de carga de 50 mm de ancho. También se debe marcar en la viga la superficie tangencial más cercana a la médula (corazón del tronco), donde se aplicará la carga. 1.3. Tomar tres medidas de la base y tres tr es del peralte para calcular sus respectivos promedios. 1.4. Colocar la viga de madera en el marco de carga para flexión estática, el cual consiste en dos soportes de acero separados 71 cm (claro de prueba) y efectuar el ensaye utilizando una velocidad de prueba de 2.5 mm / min en la máquina universal SATEC – INSTRON. La prueba se lleva hasta que ocurra la ruptura o falla de la viga. vi ga. 1.5. Obtener la Gráfica Carga – Deformación y en ella indicar u obtener: la zona elástica y la zona plástica. La carga en el límite de proporcionalidad, la carga máxima, la carga de ruptura y sus correspondientes deformaciones. Recuerda que puede ser que tengas que trasladar la pendiente de la recta trazada en la parte elástica de la gráfica hacia el origen, para obtener la deformación al límite de proporcionalidadd (la ajustada). proporcionalida 1.6. Calcular el MOR, MOE, ELP y el TLP con las siguientes expresiones: Prácticas de Laboratorio. Instructor: Ing. Mario H. Chan Martín.

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 MOR

=

3

1 . 5   PL

bd

2

2

  ; MO MOE

=

 P ' L 4 F

 3

'bd

 ELP

=

1 . 5  P'

 

bd

2

L  F ' P'    ; TLP 2   bd L   =

Dónde: MOR = Módulo de Ruptura, en kg/cm2. P = Carga máxima, en kg. L = Claro de prueba, en cm. b = Base de la

sección transversal de la viga, en cm.

d = Peralte de la sección

transversal de la viga, en cm.

MOE = Módulo de Elasticidad, en kg/cm 2. P’ = Carga en el límite

de proporcionalidad, proporcionalidad, en kg.

F’ = Deformación en el límite de

proporcionalid proporcionalidad, ad, en cm .

ELP  = Esfuerzo en el Límit Límitee de Proporcionalid Proporcionalidad, ad, en kg/cm2. TLP = Trabajo en el Límite de P Proporcionalidad, roporcionalidad, en kg-cm/cm3.

1.7. Clasificar el tipo de falla en la viga, según se indica en la Figura 4 de la página 4 del Anexo A. En tu reporte deberás presentar una fotografía mostrando la falla en la viga.

  Figura 1. Flexión estática.

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2. COMPRESIÓN PARA E A A A FIBRA DE UNA PROBETA DE MADERA.

2.1. Dimensiones de la probeta: 5 cm de ancho, 5 cm de grueso (sección transversal) y 20 cm de longitud. 2.2. Tomar tres medidas del ancho y tres medidas del grueso de la probeta para calcular sus respectivos promedios. Posteriormente habrá que calcular el área de la superficie transversal de la probeta. 2.3. Colocar la probeta de madera sobre el asiento de rótula y ésta a su vez, sobre la placa circular de la máquina universal SATEC – INSTRON. En este ensaye el claro de prueba son los 20 cm y la velocidad de prueba es de 0.6 mm / min. La prueba se lleva hasta que ocurra la falla de la probeta. 2.4. Obtener la Gráfica Carga – Deformación y en ella indicar u obtener: la zona elástica, la zona plástica y la carga máxima. 2.5. Calcular el Emax con la siguiente expresión:  P  E

=

max

max

b d

Dónde: Emax = Esfuerzo máximo en compresión paralela a la fibra, en kg/cm 2. Pmax = Carga máxima, en kg. b = Ancho promedio de la sección transversal de la

probeta, en cm.

d = Grueso promedio de la sección transversal de la

probeta, en cm.

2.6. Clasificar el tipo de falla en la probeta, según se indica en la Figura 5 de la página 4 del Anexo A. En tu reporte deberás presentar una fotografía mostrando la falla en la probeta.

  Figura 2. Compresión paralela a la fibra.

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3. COMPRESIÓN COMPRESIÓN PERPENDICU PERPENDICU AR A A FIBRA DE UNA PROBETA DE MADERA. MADERA.

3.1. Dimensiones de la probeta: 5 cm de base, 5 cm de peralte (sección transversal) y 15 cm de longitud. 3.2. Se marca la probeta cada 5 cm sobre una superficie radial y se marca el centro de la probeta (de aproximadamente 25 cm2) donde se colocará el aplicador de carga. Este aplicador consiste en un prisma de acero. Ver la figura 13 de la página 5 del Anexo A. 3.3. Tomar tres medidas de la base y del peralte para calcular sus respectivos promedios. 3.4. Colocar la probeta de madera en la placa circular de acero de la máquina universal y en el centro de la probeta se coloca el prisma de acero. Se efectúa el ensaye utilizando una velocidad de prueba de 0.3 mm / min (si en la Prensa Universal SATEC – INSTRON no se puede lograr esta velocidad, se puede utilizar la de 1.14 mm / min). La prueba se lleva hasta que la probeta se deforme 2.5 mm. El Área de Carga en este ensaye resulta de multiplicar el ancho del prisma de acero por el ancho de la probeta de madera (figura 13 del Anexo A). En este ensaye no se puede determinar la resistencia máxima, porque para lograrla sería necesario aplastar las células hasta que desaparezcan los huecos, logrando con esto, deformaciones altas que impedirían el aprovechamiento estructural de la resistencia teóricamente disponible (ver figura 11 - a y b). Por esta razón, sólo se determina el esfuerzo en el límite de proporcionalidad y el esfuerzo a 2.5 mm de deformación. En este curso sólo determinaremos el esfuerzo a 2.5 mm de deformación. Se ha observado que cuando en una muestra (probeta) bajo carga perpendicular a las fibras la relación que existe entre el área de la superficie de carga y el área de la superficie libre de carga disminuye, aumenta el esfuerzo al límite de proporcionalidad. La razón de esto, es que existe una contribución de las fibras adyacentes en la región de carga, mediante una acción de viga en voladizo que tiende a incrementar la resistencia (Figura 12 – a del Anexo A). Esta resistencia es mayor respecto a la que se obtiene cuando la muestra se carga sobre toda la superficie y no existe área libre de carga (Figura 12 – b del Anexo A). 3.5. Obtener la Gráfica Carga – Deformación y en ella indicar u obtener: 1. Zona elástica y zona plástica. 2. La carga a 2.5 mm de deformación y su correspondiente deformación. Recuerda que puede ser  que tengas que trasladar la pendiente de la recta trazada en la parte elástica de la gráfica hacia el origen, para obtener la deformación al límite de proporcionalidad (la ajustada). Prácticas de Laboratorio. Instructor: Ing. Mario H. Chan Martín.

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3.6. Calcular el E2.5 mm  mm con la siguiente expresión:  E2. 5 m mm m

 P2 .5 m mm m =

a b

Dónde: a =

Ancho promedio  del prisma de acero, en cm.

b = Ancho promedio de la probeta de madera, en cm. 2 E2.5 mm  mm = Esfuerzo a 2.5 mm de deformación, en kg/cm .

P2.5 mm = Carga a 2.5 mm de deformación, en kg.

3.7. Clasificar el tipo de falla en la probeta, según se indica en la Figura 14 de la página 6 del Anexo A. En tu reporte deberás presentar una fotografía mostrando la falla (o el aplastamiento) en la probeta.

  Figura 3. Compresión perpendicular a la fibra. 4. CONTENIDO CONTENIDO DE HUMEDAD DE A MADERA. MADERA.

4.1. Después del ensaye a flexión de la viga de madera (en tamaño estructural), cortar tres pedazos en regiones cercanas a la falla de 5 cm de ancho x 5 cm de grueso (sección transversal) y 5 cm de longitud. Marcar estas 3 probetas como Muestra 1 (M1), Muestra 2 (M2) y Muestra 3 (M3). Esta marcación se puede hacer con un marcador de tinta indeleble o permanente. Para nuestro curso ya obtuvimos del polín los tres cubitos de madera. 4.2. Se pesa en la balanza cada probeta (cubo), pues se reportará como el contenido de humedad de la madera el promedio de las tres probetas. 4.3. Al peso determinado en el inciso 8.4.2 le llamaremos Peso Inicial (PI). 4.4. Se introducen las tres probetas en el horno y se dejan secar por 24 horas a una temperatura de 100ºC. Prácticas de Laboratorio. Instructor: Ing. Mario H. Chan Martín.

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4.5. Transcurridas las 24 horas se extraen las probetas y se pesan en la balanza. A este peso se llama Peso Anhidro (PA). 4.6. Calcular el Contenido de Humedad (CH) con la siguiente expresión:

 ( PI - PA )  100

CH =

PA

En tu reporte deberás presentar una fotografía mostrando la forma como pesaste tus probetas y una fotografía del horno con las probetas en su interior. 5. DENSIDAD BÁSICA DE A MADERA.

5.1. Después del ensaye a flexión de la viga de madera (en tamaño estructural), cortar tres pedazos en regiones cercanas a la falla de 2.5 cm de ancho x 2.5 cm de grueso (sección transversal) y 10 cm de longitud. Marcar estas 3 probetas como Muestra 4 (M4), Muestra 5 (M5) y Muestra 6 (M6). Esta marcación se deberá hacer con un lápiz del No. 2, para evitar que las marcas en la madera sean ilegibles. Para nuestro curso ya obtuvimos del polín los tres cubitos de madera. 5.2. Se sumergen las probetas (cubos) en un recipiente con agua por 24 horas para su saturación. Se debe lograr que las probetas permanezcan sumergidas en el recipiente y que no floten. 5.3. Transcurridas las 24 horas se extraen las probetas y se pesan en la balanza. Se debe quitar el agua superficial de las probetas con una franela. A este peso se le llama Peso Verde en el aire (PV aire ). 5.4. Calcular el Volumen Verde ( Vverde ) de la probeta con el siguiente procedimiento: Se coloca debajo de la balanza un recipiente con agua suficiente para permitir que la probeta quede totalmente sumergida. sumergida. Se equilibra la balanza estando en la posición que se muestra en la Figura 4. Se suspende del platillo de la balanza una plomada por medio de un cordel. La plomada actuará como lastre para obligar que la probeta se hunda. Se determina el Peso del Lastre ( P L ). Se sujeta la probeta al cordel para determinar su peso estando sumergida en el agua ( PV agua con lastre ). El volumen del agua desplazada (o volumen verde de la probeta) está dado por: V verde  = PV aire  + PL - PVagua con lastre

5.5. Calcular la Densidad Básica ( DB ) o Gravedad Específica ( GE ) con la siguiente s iguiente expresión: DB =

  PA V  verde

En tu reporte deberás presentar una fotografía mostrando la forma como pesaste tus probetas para la obtención del volumen verde. También se deben mostrar los cálculos que hiciste para obtener la Densidad Básica. Prácticas de Laboratorio. Instructor: Ing. Mario H. Chan Martín.

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Figura 4. Pesos para determinar el volumen verde. BIBLIOGRAFÍA  American Society for Testing and Materials (1986). Annual Book of ASTM Standards. Section 4 Construction. Volume 04.09 Wood. Designation: D 143 – 83. 48 – 104 pp. 

Pé Pére rezz O. C. C.,, Ro Robl bles es G. F y Si Sim men enttal S. A. (1 (197 979) 9).. “Det “Deter erm min inac aciión de la lass Cara Ca ract cter erís ísti tica cass An Anat atóm ómic icas as y Fí Físi sico co-me -mecá cáni nica cass de la Mader Maderaa de 4 Espec Especie iess de Le Legu gumi mino nosa sas” s”.. Subs Subsec ecre reta tarí ríaa Fore Forest stal al y de la Fa Faun una. a. In Inst stit itut utoo Naci Nacion onal al de Investigaciones Forestales (INIF). Boletín Técnico No. 61.México, D. F. 35 pp.

A continuación, las imágenes del ANEXO A

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