MATERIALES AGLOMERANTES

CLASE 26:

MATERIALES DE INGENIERA:Madera: propiedades fsicas, propiedades mecnicas, ensayos, nociones de diseo, degradacin, preservacin, madera manufacturada

15 DE FEBRERO 2014

SEMESTRE BPROPIEDADES FISICASGravedad especifica y densidad

La gravedad especifica casi para todas las maderas es del orden de 1.5

La densidad varia desde 160 kg/m3 para la madera de balsa hasta 1000 kg/m3 para otras especies

En general la mayora de especies de madera presenta una densidad desde 300 a 700 kg/m3

Dentro de una misma especie esos valores pueden tener una variacin del 10%PROPIEDADES FISICASPropiedades trmicas

Las cuatro propiedades trmicas son conductividad trmica, el calor especifico, difusividad trmica y coeficiente de expansin trmica

La conductividad trmica es una medida de la velocidad con que fluye el calor a travs de un material, su reciproco es la resistencia trmica (R)

En la madera la conductividad es una fraccin del valor de los metales y tres o cuatro veces respecto de los materiales aislantes comunesPROPIEDADES FISICASValores caractersticos de conductividad trmica

MaterialW / mKBTU / h-ftFBalsa0.060.34Madera estructural0.120.70Algunos Olmos0.171.16Aluminio2001150Lana0.040.25PROPIEDADES FISICASLa conductividad trmica depende de los siguientes factores:

La orientacin de la veta

El grado de humedad

La gravedad especifica

Contenido de elementos extrables

Irregularidades estructurales como los nudos

PROPIEDADES FISICASEl flujo de calor en la madera en las direcciones radial y tangencial (respecto a los anillos de crecimiento es prcticamente uniforme

Sin embargo en la direccin longitudinal (paralela a la veta) es entre 2 y 2.8 veces superior respecto de las otras direcciones

El grado de humedad influye enormemente en la conductividad trmica, en la madera seca las clulas estn llenas de aire, hay baja conductividad termica

Cuando aumenta el grado de humedad desde 0 a 40 C, aumenta la conductividad trmica un 30%PROPIEDADES FISICASDifusividad trmica

Es una medida de la velocidad con la que un material absorbe calor de su entorno, en la madera es mucho menor que otros materiales de construccin

Por su baja difusividad trmica, la madera no parece ni caliente ni fra al tactoMaterialmm/segpulg/segMadera0.0060.00025Acero0.500.02PROPIEDADES FISICASCoeficiente de expansin trmica

Es una medida de los cambios dimensionales provocados por una variacion de temperatura

Para una madera completamente seca estos coeficientes son positivos en todas las direcciones

Son proporcionales a la densidad, en las direcciones transversales a la veta son de 5 a 10 veces superiores que en la direccin longitudinal

Valores tpicos son entre 0.009 y 0.014 mm/m/C PROPIEDADES FISICASPropiedades elctricas

La madera secada al aire es un buen aislante trmico, a medida que se incrementa el grado de humedad, la resistividad se reduce en 3 por cada 1% de variacin del grado de humedad

Cuando la madera alcanza el FSP, adopta el valor de resistividad del agua

La resistividad es la resistencia elctrica especfica de cada material para oponerse al paso de una corriente elctrica. Se designa por la letra griega rho minscula () y se mide en ohmios por metro (m)PROPIEDADES MECANICASConocer las propiedades mecnicas de la madera es un pre requisito para poder disear adecuadamente una estructura de madera

Entre las propiedades mecnicas tpicas que son interesantes para los ingenieros civiles se incluyen:

Modulo de elasticidad, Resistencia, Reptacin y Capacidad de amortiguamientoPROPIEDADES MECANICASModulo de elasticidad

Varia de un especie a otra

Tiene diferentes valores para sus direcciones (anisotropa)

PROPIEDADES MECANICASResistencia

Varan dependiendo de la orientacin de la veta, con respecto a la direccin de la fuerza

La resistencia a la traccin en la direccin longitudinal (paralela a la veta), es mas de 20 veces mayor que la resistencia a la traccin que en la direccin radial (perpendicular a la veta)

La resistencia a la tracciones en la direccin longitudinal es mayor que la resistencia a la compresin en la misma direccinPROPIEDADES MECANICASResistencia

Entre propiedades de resistencia comunes se tienen: modulo de fractura en flexin, resistencia a la compresin paralela y perpendicular a la veta y la resistencia cortante paralela a la veta

Otras propiedades menos comunes de resistencia son: resistencia a la traccin paralela a la veta, la torsin, la tenacidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al cortante rodantePROPIEDADES MECANICASReptacin

La madera bajo carga sostenida continua deformndose

Se contempla someter completamente a los elementos a los valores de diseo tabulados durante un periodo de 10 anos

Y/o aplicacin del 90% de la carga de la carga mxima de manera continua durante la vida til de la estructura

Si se exceden los niveles mximos de esfuerzo, la estructura puede deformarse prematuramentePROPIEDADES MECANICASCapacidad de amortiguamiento: es el fenmeno por el cual la amplitud de una vibracin en un material se reduce con el tiempo

Esa reduccin de amplitud se debe a la friccin interna dentro del material y a la resistencia del sistema de soporte

En condiciones normales de temperatura y humedad, la friccin interna en la madera (paralela a la veta) es 10 veces superior a la de los metales utilizados como elementos estructurales

Por eso amortiguan mucho mejor las vibraciones que otras estructuras de diseo similarENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASLos mtodos normalizados d ensayos mecnicos para la madera tienen como objetivo obtener datos que permitan predecir su comportamiento

Las especificaciones indican mtodos de preparacin y seleccin de los materiales, tcnicas y equipos de pruebas y mtodos informticos para reduccin de datos

Organismos que publican normas: ASTM y NSI en USA, AENOR en Espaa, INEN en el EcuadorENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASExisten muchas variables que afectan los resultados de las pruebas, por lo tanto es fundamental seleccionar la probeta y el tipo de ensayo

Dos tcnicas de ensayos principales permiten establecer los parmetros de resistencia:

Probetas representativas pequeas y limpias y el ensayo de elementos completos utilizados en estructuraENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de probetas y limpias

El objetivo es obtener las propiedades mecnicas de varias especies y proporcionar un mtodo de control y comparacin para las actividades de produccin

Prueba de elementos estructurales completos

Proporciona relaciones entre propiedades mecnicas y fsicas, datos sobre esfuerzos de trabajo, correlaciones entre condiciones ambientales , datos sobre imperfecciones de la madera y propiedades mecnicasENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASLa norma ASTM D 143 presenta los estndares de ensayos completos para probetas pequeas y limpias de madera

Proporciona adems descripciones completas relativas a la obtencin , preparacin y ensayo de las muestras, entre los ensayos mecnicos incluidos se encuentran:

ENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASTraccin, compresin y dureza paralela a la veta

ENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASTraccin, compresin y dureza perpendicular a la veta

Flexin

ENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de flexin estticaDimensiones(pulgadas)DimensionesmmClaro(mm)Velocidad (mm/min)2 x 2 x 3050 x 50 x 760710 (28 pulg)2.5 (0.1 pulg/min) 1 x 1 x 1625 x 25 x 410360 (14 pulg)1.3 (0.05 pulg/min)

ENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de flexin esttica:

Los datos que relacionan la deflexin con la carga se registran hasta el valor mximo de carga o mas all del mismo

Dentro del limite de proporcionalidad, las lecturas se aproximan al mltiplo de 0.02 mm

Mas all del limite de proporcionalidad se miden hasta el limite de lectura del aparato, normalmente 25 mmENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de flexin esttica:

Se registran la carga y la deflexin de la primera fractura, la carga mxima y los puntos de cambio sbito

La apariencia de la fractura se describe como quebradiza o fibrosa

La apariencia quebradiza indica una fractura limpia, mientras que la fibrosa una fractura con astilladoENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEjercicio de ensayo de flexin esttica:

Se realiza una prueba de flexin esttica en una muestra de 50x50x760 mm de acuerdo con la normas ASTM D 143. Si la carga mxima es 2.67 kN, determine el modulo de fractura (o ruptura):

MF = M c / IENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de compresin:

Aplicacion de la fuerzaDimensionesmm (pulg)Velocidad mm/mm/min(pulg/pulg/min)Paralela a la veta50 x 50 x 200 (2 x 2 x 8)0.003Paralela a la veta25 x 25 x 100 (1 x 1 x 4)0.003Perpendicular a la veta50 x 50 x 150 (2 x 2 x 6)0.305 mm/min(0.012 pulg/min)

ENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de compresin:

Las lecturas relacionan la carga con la compresin hasta bastante mas all del limite de proporcionalidad

Las fracturas deben producirse en la parte central de la muestra, si se producen cerca de los extremos las muestras pueden apilarse de manera que los extremos se sequen respecto al centro

Los tipos de falla pueden clasificarse como aplastamiento, cua, particin, particin y corte, astillado y deformacinENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de compresin: tipos de falla

ENSAYOS PARA EVALUAR PROPIEDADES MECANICASEnsayo de compresin:

CONSIDERACIONES DE DISENOLa medida de las propiedades de la madera en laboratorio no refleja todos los factores que afectan su comportamiento en aplicaciones de ingeniera

Para diseo de estructuras de madera las propiedades de resistencia dadas en la clase anterior deben ajustarse para tener en cuenta factores como:

Servicio en entornos hmedos, temperatura, estabilidad de vigas, tamao, volumen, uso normal, cargas repetidas, curvatura, forma, estabilidad de pilares, esfuerzo cortante, rea de soporteCONSIDERACIONES DE DISENOAdems las cargas sostenidas provocan reptacin en la madera, lo que quiere decir que la madera soporta esfuerzos de corta duracin mayores que los que puede soportar a largo plazo

ORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERALa madera puede experimentar degradacin debido al ataque de :

Hongos

Bacterias

Insectos

Organismos marinosORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAHongos

La mayora de las formas de descomposicin y de manchas son el resultado del crecimiento de hongos

Necesitan cuatro condiciones esenciales para poder existir, alimento, rango apropiado de temperaturas, humedad y oxigeno

Se alimentan de la estructura de las clulas o del contenido de las clulas de las plantas leosas

El rango de temperaturas que permite su crecimiento es de 5 o C a 40 CORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAHongos

Necesitan tambin un grado de humedad por encima del punto de saturacin de la fibra

Los hongos son plantas que como tal necesitan oxigeno, para la respiracin

Los ataques de los hongos producen manchas y/o descomposicin de la madera

ORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAMedidas de proteccin contra Hongos

Es necesario eliminar una de las 4 condiciones esenciales para su crecimiento

La medida de proteccin mas efectiva consiste en mantener seca la madera utilizando algn tipo de recubrimiento

El recubrimiento se aplica durante el almacenamiento y en la estructura final

Se pueden utilizar tambin agentes qumicos para hacer un tratamiento a presin de las fibrasORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAProcedimientos de construccin para reducir descomposicin en madera:

Construir estructuras con madera seca libre de manchas y otras seales

Utilizar diseos que mantengan los componentes de madera secos, empleando madera tratada con agentes persevantes

Utilizar el duramen de especies resistentes en aquellas secciones que estn expuestas a condiciones que favorecen la descomposicin

Utilizar madera tratada a presin en aquellos componentes que estn contacto con el sueloORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERABacterias

Pueden provocar que la madera se humedezca y que le duramen se ennegrezca en los arboles vivos

Esta humectacin es una parte del tronco inundada

Tambin pueden provocar una degradacin general de la madera cortada

Esto se produce en general por un prolongado almacenamiento de la madera en contacto con el sueloORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAInsectos

Los escarabajos y termitas son los insectos que mas atacan y destruyen la madera cortada

El almacenamiento de los troncos con un rociado de agua evita que los insectos aniden en la madera

El rpido secado o la rpida extraccin de la corteza impide los ataques de los escarabajos

Los danos pueden prevenirse utilizando tcnicas de corte apropiadas o rociando alguna solucin qumicaORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAInsectos

Las termitas es el organismo mas destructivo de ataque de la madera, los costos de danos exceden a los debidos al fuego (USA)

Las termitas entran en las estructuras de los edificios a travs de la madera que este prxima al suelo, o hmeda no se encuentre ventilada

Como prevencin se puede pintar , utilizar algn tipo de recubrimiento o sellanteORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAOrganismos marinos

El dao provocado por organismos marinos suele deberse a los moluscos perforantes que suelen estar confinando totalmente en aguas saladas o salobres

Tarea numero 6 (segunda del segundo parcial)

Investigar en una hoja que son los folalidos, que son la limnoria y la sphaeroma (Mximo dos hojas)

Entrega hasta el viernes 21 de febreroORGANISMOS QUE DEGRADAN LA MADERAPreservacin de la madera

Pinturas

Disoluciones basadas en petrleo

xidos hidrosolubles