INFORME FINAL 034-2010 FEB2013 Portada168.234.106.70/library/images/7/7a/FODECYT_2010.34.pdf · Con...

CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA -CONCYT- SECRETARIA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA -SENACY T-

FONDO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA -FONACYT- FACULTAD DE INGENIERÍA, -USAC-

INFORME FINAL

“Evaluación de vigas y columnas para fines estructurales fabricadas con madera laminada de palo blanco (Tabebuia Donell-Smithii) proveniente de diámetros menores,

obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos”

PROYECTO FODECYT No. 034-2010

Inga. Ericka Johanna Cano Díaz Investigador Principal

GUATEMALA, FEBRERO DE 2013

AGRADECIMIENTOS:

La realización de este trabajo, ha sido posible gracias al apoyo financiero dentro del Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología, -FONACYT-, otorgado por la Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología -SENACYT- y al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología -CONCYT-.

AGRADECIMIENTOS A OTRAS INSTITUCIONES Y EMPRESAS

• La realización de esta investigación, ha sido posible también gracias al apoyo financiero del Centro de Investigaciones de Ingeniería de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala y de la Facultad de Agronomía de la Universidad de San Carlos de Guatemala.

• También se agradece a la Junta Directiva del Proyecto Forestal Cooperativa Integral Agrícola Nuevo México quien proveyó la materia prima para el estudio, proveniente de la Finca Providencia, San Vicente Pacaya, Escuintla.

• Al departamento técnico de la SENACYT, Dr. Luis Ricardo Alvarez y Licda.

Mercedes Orozco por su apoyo en el desarrollo de todas las actividades del proyecto.

BREVE BIOGRAFÍA ACADÉMICA DEL AUTOR O AUTORES INVESTIGADORA PRINCIPAL Ingeniera Industrial Ericka Johanna Cano Díaz Ingeniera Industrial de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Profesora Titular III, Catedrática del departamento de Matemáticas de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Actualmente Jefa de la Sección de Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería, ha participado como Investigadora asociada en diversidad de proyectos de investigación en la temática de aceites esenciales, oleorresinas, taninos, colorantes naturales y su aplicación en la industria. INVESTIGADOR ASOCIADO Ingeniero Civil Pablo Christian de León Rodríguez. Investigador Docente. Ingeniero Civil de la Universidad de San Carlos de Guatemala. M.Sc. en Energía y Ambiente. Jefe de la Sección de Metales y Productos Manufacturados del Centro de Investigaciones de Ingeniería. Consultor e Investigador Asociado en proyectos de investigación relacionados con la Caracterización Mecánicas de Diferentes Especies Forestales, Investigaciones en Vivienda de Interés Social y Proyectos de Energía en General. INVESTIGADOR ASOCIADO Ingeniero Agrónomo Marino Barrientos García. MSc. En Estadística Aplicada. Ingeniero Agrónomo de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Maestro en Ciencias en Estadística Aplicada. Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela. Profesor Titular X, Catedrático del Departamento de Estadística de la Facultad de Agronomía de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Ha desempeñado funciones de docencia, asesoría y consultoría en investigación y aplicaciones de la estadística, en diversas unidades de la Universidad de San Carlos de Guatemala, Organismos Internacionales, Instituciones del Sector Público y en Empresas Privadas. Investigador asociado en diversos proyectos de investigación relacionados con Obtención y Caracterización de aceites esenciales, oleorresinas y caracterización de colorantes naturales de diversas especies vegetales.

INVESTIGADORA ASOCIADA Ingeniera Química Adela María Marroquín González Ingeniera Química de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Profesora Interina, Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala, Actualmente Investigadora de la Sección de Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería. Ha participado como Investigadora Asociada en proyectos de investigación en la temática de aceites esenciales, oleorresinas y taninos. INVESTIGADOR ASOCIADO Ingeniero Civil Fredy Alexander Contreras Castañaza Ingeniero Civil de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Profesor Interino, Facultad de Odontología y Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Actualmente Investigador de la Sección de Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería.

AUXILIAR DE INVESTIGACIÓN Br. Jesiel Salomon Enríquez Custodio Estudiante de la carrera de Ingeniería Civil e Ingeniería Electrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad de San Carlos de Guatemala. Actualmente auxiliar de investigación en la Sección de Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería. Ha participado como Auxiliar de Investigación en proyectos de investigación en la temática de estudios sobre madera.

AUXILIAR DE INVESTIGACIÓN Br. Oscar Bernardo Diemek Nuñez Estudiante de la carrera de Ingeniería Mecánica Industrial, Facultad de Ingeniería, Universidad de San Carlos de Guatemala. Actualmente auxiliar de investigación en la Sección de Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería.

i

PRÓLOGO O PREFACIO

Con la fabricación y evaluación de elementos como vigas y columnas de madera laminada con madera proveniente de practicas silviculturales como podas y raleos, surge la posibilidad de utilizar piezas de madera que tiene poco valor comercial, que posee defectos anatómicos, distribuyéndolas en zonas poco esforzadas, permitiendo fabricar elementos de dimensiones mayores que los obtenidos de madera maciza de arboles de gran edad, brindando una alternativa para el uso de árboles de diámetros menores fomentando una explotación forestal rentable, sin afectar el desarrollo del bosque.

Para el desarrollo de este proyecto, se recolectaron 100 árboles producto de primer raleo, provenientes de la Finca la Providencia se encuentra ubicada en el municipio de San Vicente Pacaya, Departamento de Escuintla, teniendo en cuenta factores como área y sentido de la tala. Los arboles seleccionados presentaban una altura promedio de 2.20 metros, los cuales fueron dimensionados y preparados para su traslado hacia el laboratorio multipropósito de la sección Tecnología de la Madera; donde fueron aserrados y procesados para la fabricación de piezas, con las que se conformaron tanto vigas como columnas, que fueron utilizadas como unidades experimentales durante el desarrollo del proyecto.

La determinación de las características resistentes de los elementos estructurales, tanto vigas como columnas, se realizó en el laboratorio del Centro de Investigaciones de Ingeniería, de la facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala, a través de ensayos bajo normativa ASTM. Los resultados de estos ensayos fueron utilizados para el cálculo de las variables de respuesta, que fueron determinadas, analizadas y comparadas bajo parámetros establecidos en Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera.

La evaluación de la influencia de los adhesivos seleccionados para la fabricación de los elementos estructurales, se realizó a través de la comparación de los resultados provenientes del análisis estadístico de los rangos obtenidos, para los valores de momento flector máximo y carga crítica, en vigas y columnas respectivamente.

Los elementos estructurales fabricados arrojaron resultados satisfactorios, superando los valores requeridos por el código DFNORM009 (Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera), demostrando la aptitud de la madera de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos, para su uso en la fabricación de sistemas de entrepisos de madera, ambientes con gran apoyo entre luces, mesanines, pérgolas y cubiertas de grandes áreas.

ii

TABLA DE CONTENIDOS

INDICE

Prólogo o Prefacio i Tabla de Contenidos ii Lista de Fotografías vii Lista de Figuras viii Lista de Cuadros x Lista de abreviaturas xiii Glosario xv RESUMEN xviii ABSTRACT xix PARTE I

I.1 INTRODUCCIÓN 1 I.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3

I.2.1 Antecedentes 3 I.2.2 Justificación del trabajo de investigación 7

I.3

OBJETIVOS E HIPÓTESIS

9

I.3.1 Objetivos 9 I.3.1.1 General 9 I.3.1.2 Específicos 9

I.3.2 Hipótesis 10 I.4 Metodología 11

I.4.1 Localización 11 I.4.2 Las Variables 12

I.4.2.1 Variables dependientes 12 I.4.2.2 Variable Independientes 12

I.4.3 Indicadores 12 I.4.4 Estrategia Metodológica 13

I.4.4.1 Población y muestra I.4.4.1.1 Descripción de la forma de Recolección I.4.4.1.2 Identificación de la Especie Forestal I.4.4.1.3 Selección y Número de Árboles I.4.4.1.4 Selección y Número de Trozas I.4.4.1.5 Corte y Preparación de las Trozas I.4.4.1.6. Aserrado y almacenamiento de la materia prima I.4.4.1.7 Procesado de la materia prima I.4.4.1.8 Caracterización mecánica de los adhesivos

13 13 14 14 14 15 15 17 18

iii

I.4.5 El Método 20 I.4.5.1 Metodología para la determinación de las propiedades

Químicas

20 I.4.5.1.1 Determinación de porcentaje de humedad y sólidos totales

en la muestra de adhesivos I.4.5.1.2 Determinación de Viscosidad en adhesivos con el Viscosímetro de Brookfield

20

I.4.5.1.3 Determinación de densidad en adhesivos 21

I.4.5.1.4 Determinación de pH en adhesivos 21

I.4.5.1.5 Metodología para determinación del porcentaje de carbonatos de calcio y magnesio en muestra de cola blanca

22

I.4.5.1.6 Determinación del contenido de Carbonato de calcio en la muestra por método volumétrico

22

I.4.5.1.7 Determinación del contenido de Carbonato de magnesio en la muestra por método volumétrico

22

I.4.5.1.8 Determinación del porcentaje de PVAC en el adhesivo 23 I.4.5.2 Método para la Fabricación de vigas con madera laminada 23 I.4.5.2.1 Ensamble de piezas longitudinales vigas de madera laminada 24 I.4.5.2.2 Conformación de vigas de madera laminada 24 I.4.5.2.3 Fabricación de columnas de madera laminada 25 I.4.5.2.4 Ensamble de piezas longitudinales columnas de madera

laminada

26 I.4.5.2.5 Conformación de columnas de madera laminada 27 I.4.5.2.6 Dimensionado de elementos estructurales 28 I.4.5.2.7 Ensayo de elementos estructurales 29 I.4.5.2.7.1 Ensayo de vigas 29 I.4.5.2.7.1.1 Registro de características geométricas de las vigas

fabricadas

29 I.4.5.2.7.1.2 Desarrollo de ensayos a Flexión 30 I.4.5.2.8. Ensayo de columnas 31 I.4.5.2.8.1 Registro de características geométricas de las columnas

fabricadas

31 I.4.5.2.8.2 Desarrollo de ensayos a compresión 31 I.4.5.3 Metodología para la determinación de las propiedades

mecánicas

33 I.4.5.3.1 Descripción y Procedimiento de los Ensayos Mecánicos

Realizados

33 I.4.5.3.2 Flexión Paralela a la Fibra 33

I.4.5.3.3 Tensión Paralela a la Fibra 35 I.4.5.3.4 Tensión Perpendicular a la Fibra 36

I.4.5.3.5 Compresión Paralela a la Fibra 36 I.4.5.3.6 Comprensión perpendicular a la fibra 38 I.4.5.3.7 Corte 39 I.4.5.3.8 Clivaje 41 I.4.5.3.9 Dureza 42 I.4.5.4 Metodología para la determinación de las propiedades

físicas

43

iv

I.4.5.4.1 Determinación de densidad básica Norma UNE 56531 43

I.4.5.4.2 Determinación del cambio de humedad Norma UNE 56529 I.4.7 Los instrumentos a utilizar I.4.7.1 Equipo utilizado para la determinación de las propiedades químicas I.4.7.1.1 Cristalería utilizada en análisis de los componentes químicos I.4.7.1.2 Reactivos de análisis de los componentes químicos I.4.7.2 Equipo utilizado para la determinación de las propiedades mecánicas I.4.7.3 Equipo utilizado para la determinación de las propiedades físicas

44 45

45

45 46

46

46 PARTE II MARCO TEÓRICO II.1 Madera Laminada 47

II.1.1 Definición de elementos de madera laminada encolada 47 II.1.2 Historia de la madera laminada encolada 48 II.1.3 Proceso de fabricación de elementos con madera laminada 48

II.1.3.1 Uniones 49 II.1.3.2 Las ventajas de la madera laminada 51 II.1.3.3 El potencial de la madera laminada 53 II.2 Evaluación y análisis estructural de columnas

II.2.1 Pre-dimensionado de columnas 53 53

II.2.2 Comportamiento II.2.3 Carga crítica II.2.4 Excentricidad II.2.5.Columna de madera II.2.5.1 Método para pre-dimensionar columna de madera

54 55 57 58 58

II.3 Evaluación de elementos estructurales producidos 60 II.3.1 Claro de cálculo 60 II.3.2 Recortes 60

II.3.3 Resistencia a flexión 60 II.3.4. Estabilidad lateral 60 II.3.4.1 Cálculo del factor de estabilidad lateral, φ 61

II.3.4.2 Factor de esbeltez, Cs 62 II.3.4.3 Determinación del factor de estabilidad lateral, φ 62 II.3.5 Resistencia a cortante 62

II.3.5.1 Sección crítica 62 II.3.5.2 Resistencia a cortante de diseño 63 II.3.5.3 Factor de recorte, Kr 63

II.3.6 Miembros sujetos a combinaciones de momento y carga axial de compresión

63

II.3.6.1 Resistencia a carga axial 64 II.3.6.2 Efectos de esbeltez 64 II.3.6.3 Fórmula de interacción para flexión uniaxial 65

v

II.3.7 Deflexiones 66 II.4 Palo Blanco 70 II.4.1 Habitat

II.4.2 Clima 70 70

II.4.3 Suelos y topografía 70 II.4.4 Ciclo vital 71

II.4.4.1 Reproducción y crecimiento inicial 71 II.4.4.2 Producción de semillas y su diseminación 71

II.4.4.3 Reproducción vegetativa 72 II.4.4.4 Crecimiento y rendimiento 72 II.4.4.5 Comportamiento radical 72

II.4.4.6 Usos 72 II.5

Situación del Palo blanco en Guatemala

74 II.5.1 Comparación entre plantaciones por Subregión con y sin

aplicación de manejo silvicultural

76 II.6 Adhesivos 78

II.6.1 Fundamentos Físicos 79 II.6.2 Propiedades 80

II.6.3 Adhesivos más comunes 80 II.6.4 Polímeros de Vinilo para Adhesivos 83

PARTE III RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS III. 1 Resultados de las propiedades fisicoquímicas de los adhesivos 85

III.1.1 Comparación de las propiedades fisicoquímicas 89 III.1.2 Análisis estadístico y discusión de las propiedades

fisicoquímicas

94 III.2 Resultados de la determinación de las propiedades físicas y

mecánicas de la madera de palo blanco (tabebuia donell-smithii) proveniente de diámetros menores de la cooperativa integral agrícola nuevo México; según norma ASTM D-143.

101 III.2.1 Análisis estadístico de los resultados de la determinación de

las propiedades físicas y mecánicas de la madera de palo blanco (tabebuia donell-smithii) proveniente de diámetros menores de la cooperativa integral agrícola nuevo México; según norma ASTM D-143.

104 III.3 Resultados de la determinación y evaluación de la resistencia

de los elementos estructurales fabricados

106 III.3.1 Determinación de la resistencia a flexión de vigas fabricadas

con madera laminada

106 III.3.2 Determinación de la resistencia a Compresión de columnas

fabricadas con madera laminada

108 III.3.3 Análisis estadístico de resultados de ensayos de las vigas 111

III.3.4 Análisis estadístico de los resultados de ensayos de las columnas

113

vi

III.4 Resultados de la evaluación la influencia de dos tipos de adhesivo de madera laminada en la resistencia de vigas sometidas a flexión comparando los datos obtenidos contra los requerimientos del dfnorm009 (normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras de madera).

115 III.4.1 Análisis estadístico de los resultados de la evaluación la

influencia de dos tipos de adhesivo de madera laminada en la resistencia de vigas sometidas a flexión comparando los datos obtenidos contra los requerimientos del dfnorm009

117 III.5 Resultados de la evaluación de la influencia de dos tipos de

adhesivo de madera laminada en la resistencia de columnas sometidas a compresión comparando los datos obtenidos contra los requerimientos del dfnorm009. (normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras de madera).

124 III.6 Establecer y proponer posibles usos para los elementos

estructurales (vigas y columnas) fabricados con madera laminada

132

PARTE IV IV.1 CONCLUSIONES 136 IV.1.1 Conclusiones generales 136

IV.2 RECOMENDACIONES 139

IV.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 141 IV.4 ANEXOS

IV.4.1 Anexo 1 Actividades desarrolladas en torno al proyecto IV.4.2 Anexo 2

144 145 147

PARTE V V.5 Informe Financiero 150

vii

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1 Talado de árboles de Palo Blanco 13 Fotografía 2 Dimensionado de trozas en campo 14 Fotografía 3 Procesado de trozas 16 Fotografía 4 Almacenamiento de las Trozas 17 Fotografía 5 Adaptación con piezas de madera para elaboración de uniones

longitudinales en vigas

18 Fotografía 6 Elaboración de probetas para pruebas de adhesión 19 Fotografía 7 Elaboración de piezas que conforman las vigas de madera

laminada

23 Fotografía 8 Unión longitudinal de piezas para fabricación de vigas de madera

laminada

24 Fotografía 9 Conformación de vigas de madera laminada 25 Fotografía 10 Fabricación de columnas de 2 pies 26 Fotografía 11 Unión longitudinal de piezas para fabricación de columnas de

madera laminada

27 Fotografía 12 Conformación de columnas de madera laminada 28 Fotografía 13 Dimensionado de elementos estructurales 29 Fotografía 14 Registro de dimensiones de vigas 30 Fotografía 15 Ensayo a flexión de vigas 30 Fotografía 16 Registro de dimensiones de Columnas 31 Fotografía 17 Ensayo de Columnas a compresión 32 Fotografía 18 Ensayo a Flexión 34 Fotografía 19 Pruebas de resistencia de uniones con adhesivos seleccionados 145 Fotografía 20 Miembros y Dirigentes de la Comunidad Nuevo México 145 Fotografía 21 Carpintería de la comunidad Nuevo México 146 Fotografía 22 Fotografía 23 Fotografía 24 Fotografía 25 Fotografía 26

Unión tipo Finger Joint Transversal Viscosímetro de Brookfield Escala de medición viscosímetro de Brookfield Balanza de humedad para la determinación de sólidos totales Muestras de adhesivos posterior a la determinación de sólidos totales

146 147 147 148

148

Fotografía 27 Determinación de pH en adhesivos 149 Fotografía 28 Determinación de calcio y magnesio en adhesivos por volumetría 149

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Puntos de toma de humedad 15 Figura 2 Probeta para ensayo a flexión 33 Figura 3 Probeta para ensayo de tensión paralela a la fibra. Dimensiones en

metros

35 Figura 4 Probeta para ensayo de tensión perpendicular a la fibra.

Dimensiones en centímetro

36 Figura 5 Probeta para ensayo de compresión paralela a la fibra. Medidas en

centímetros

37 Figura 6 Probeta para ensayo de compresión perpendicular a la fibra 38 Figura 7 Dirección de aplicación de la carga 39 Figura 8 Probeta para ensayo de corte 40 Figura 9 Probeta para ensayo de clivaje 41 Figura 10 Probeta para ensayo de dureza 42 Figura 11 Finger joint 50 Figura 12 Disminución del esfuerzo de trabajo a compresión según la

esbeltez de la columna. 55

Figura 13 Carga Crítica 55 Figura 14 Carga Crítica 56 Figura 15 Excentricidad 58 Figura 16 Factores de modificación para madera maciza y madera

contrachapada

67 Figura 17 Factores de modificación por contenido de humedad 67 Figura 18 Factores de modificación por peralte 68 Figura 19 Factores de modificación por duración de carga 68 Figura 20 Factores de resistencia para madera maciza y madera

contrachapada

69 Figura 21 Factores de modificación por tamaño de la superficie de apoyo 69 Figura 22 Volúmenes de producción para la especie forestal Palo Blanco,

Subregiones II-1,II-3,II-5, III-1, IV-2 e IX-4

74 Figura 23 Volúmenes de producción para la especie forestal Palo Blanco,

Subregiones II-3, IX-1, IX-2 e IX-4

75 Figura 24 Monómero de vinilo 83 Figura 25 Gráfica, comparación de porcentaje promedio de sólidos totales en

seis tipos de adhesivos

89 Figura 26 Gráfica, comparación de humedad en seis tipos de adhesivos 90 Figura 27 Gráfica, comparación de Viscosidad en Centipois para seis tipos

de adhesivos

91 Figura 28 Gráfica, comparación de Densidad para seis tipos de adhesivos 92 Figura 29 Gráfica, comparación de Potencial de Hidrógeno (pH) para seis

tipos de adhesivos

93 Figura 30 Gráfica, medias marginales estimadas de sólidos totales en seis

tipos de Adhesivos

95 Figura 31 Gráfica, medias marginales estimadas de humedad en seis tipos de

adhesivos

96

ix

Figura 32 Gráfica, medias marginales estimadas de viscosidad en seis tipos

de adhesivos

98 Figura 33 Gráfica, medias marginales estimadas de densidad en seis tipos de

adhesivos

99 Figura 34 Gráfica, medias marginales estimadas de densidad pH en seis tipos

de adhesivos

100 Figura 35 Gráfica, valores de las medias marginales para las distintas

pruebas en vigas

112 Figura 36 Gráfica, valores de las medias marginales para las distintas

pruebas en columnas

114 Figura 37 Gráfica, comparación de rangos obtenidos para valores de

momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 4 pies

121

Figura 38 Gráfica, comparación de rangos obtenidos para valores de momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 6 pies

122


123

Figura 40 Gráfica, comparación de rangos obtenidos para valores de carga crítica según Código DFNORM 009 para columnas de 2 pies

129


130


131

Figura 43 Vigas de madera laminada en entrepiso interior 133 Figura 44 Vigas de madera laminada en entrepiso interior 134 Figura 45 Vigas y columnas de madera laminada combinadas en mesanine 134 Figura 46 Pérgola fabricada con vigas y columnas de madera laminada 135

x

LISTA DE CUADROS Cuadro 1 Relaciones d/b máximas admisibles para las cuales puede

tomarse φ = 1.

61 Cuadro 2 Plantaciones sin manejo silvicultural 74 Cuadro 3 Plantaciones con manejo silvicultural 75 Cuadro 4 Plantaciones con manejo silvicultural 76 Cuadro 5 Plantaciones con manejo silvicultural 76 Cuadro 6 Propiedades Fisicoquímicas del adhesivo 1 para la conformación

de elementos estructurales vigas y columnas

86 Cuadro 7 Propiedades Fisicoquímicas del adhesivo 2 para la conformación

de elementos estructurales vigas y columnas.









88 Cuadro 12 Porcentaje promedio de sólidos totales en seis tipos de adhesivos 89 Cuadro 13 Porcentaje de humedad en seis tipos de adhesivos 90 Cuadro 14 Viscosidad en Centipois para seis tipos de adhesivos 91 Cuadro 15 Densidad para seis tipos de adhesivos 92 Cuadro 16 Potencial de Hidrógeno (pH) para seis tipos de adhesivos 93 Cuadro 17 Análisis de varianza univariante pruebas de los efectos inter-

sujetos para el porcentaje de sólidos totales en seis tipos de adhesivos

94 Cuadro 18 Prueba de Tukey para Sólidos Totales para seis tipos de

adhesivos

94 Cuadro 19 Análisis de varianza univariante pruebas de los efectos inter-

sujetos para el porcentaje de humedad en seis tipos de adhesivos

95 Cuadro 20 Prueba de Tuckey para el porcentaje de humedad en seis tipos de

adhesivos.


sujetos para el porcentaje de viscosidad en seis tipos de adhesivos

97 Cuadro 22 Prueba de Tuckey para el porcentaje de viscosidad en seis tipos

de adhesivos


sujetos para el porcentaje de densidad en seis tipos de adhesivos

98 Cuadro 24 Prueba de Tuckey para el porcentaje de densidad en seis tipos de

adhesivos


sujetos para el pH en seis tipos de adhesivos

100

xi

Cuadro 26 Valores calculados de resistencia a flexión en probetas de Palo Blanco

101

Cuadro 27 Valores calculados de resistencia a Tensión Paralela en probetas de Palo Blanco

101

Cuadro 28 Valores calculados de resistencia a Tensión Perpendicular en probetas de Palo Blanco

102

Cuadro 29 Valores calculados de resistencia a Compresión Perpendicular en probetas de Palo Blanco

102

Cuadro 30 Valores calculados de resistencia a Compresión Paralela en probetas de Palo Blanco

102

Cuadro 31 Valores calculados de resistencia a Corte en probetas de Palo Blanco

103

Cuadro 32 Valores calculados de resistencia a Clivaje en probetas de Palo Blanco

103

Cuadro 33 Valores calculados de Dureza en probetas de Palo Blanco 103 Cuadro 34 Estadísticos descriptivos para las propiedades del Palo blanco 104 Cuadro 35 Parámetros para estadísticos descriptivos para las propiedades

del Palo blanco

104 Cuadro 36 Resultados de los ensayos para la determinación de resistencia a

flexión en vigas con longitud de 4 pies






compresión en columnas con longitud de 2 pies

108 Cuadro 40 Resumen de datos necesarios para el cálculo de carga crítica en

columnas de 2 pies




columnas de 4 pies




columnas de 4 pies

110 Cuadro 45 Pruebas de los efectos inter-sujetos análisis de vigas 111 Cuadro 46 Prueba de Tukey para los ensayos realizados en vigas 111 Cuadro 47 Pruebas de los efectos inter-sujetos análisis de vigas 113 Cuadro 48 Prueba de Tukey para los ensayos realizados en vigas 113 Cuadro 49 Momentos calculados para vigas con longitud de 4 pies 116 Cuadro 50 Momentos calculados para vigas con longitud de 6 pies 116 Cuadro 51 Momentos calculados para vigas con longitud de 8 pies 116 Cuadro 52 Análisis estadístico de los valores obtenidos para el momento

flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 4 pies fabricadas con adhesivo AD5

117

xii

Cuadro 53 Análisis estadístico de los valores obtenidos para el momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 4 pies fabricadas con adhesivo AD2

118


118 Cuadro 55 Análisis estadístico de los valores obtenidos para el momento






120 Cuadro 58 Rangos obtenidos para valores de momento flector máximo

según Código DFNORM 009 para vigas de 4 pies





122 Cuadro 61 Cargas críticas calculadas para columnas con longitud de 2 pies 126 Cuadro 62 Cargas críticas calculadas para columnas con longitud de 4 pies 126 Cuadro 63 Cargas críticas calculadas para columnas con longitud de 6 pies 126 Cuadro 64 Análisis estadístico de los valores obtenidos para la carga crítica

calculada según Código DFNORM 009 para columnas de 2 pies fabricadas con adhesivo AD5

127 Cuadro 65 Análisis estadístico de los valores obtenidos para la carga crítica










130 Cuadro 70 Rangos obtenidos para valores de cargas criticas en columnas de

longitud 2 pies según Código DFNORM 009





132 Cuadro 73 Descripción del Presupuesto Global del Proyecto 144 Cuadro 74 Servicios Personales (Incentivos salariales) 145

xiii

LISTA DE ABREVIATURAS ASTM American Society for Testing and Materials A Área ANDEVA Análisis de Varianza ah alto de probeta a humedad constante

aH alto de probeta saturada bh base de probeta a humedad constante bH base de probeta saturada

BTU Unidad de energía inglesa. Es la abreviatura de British Thermal Unit

ch longitud de probeta a humedad constante Cv contracción volumétrica total en porcentaje cm Centímetro C Centroide de la probeta (igual al radio) CM cuadrado medio cH longitud de la probeta saturada DHS Diferencia Honesta Significativa Fo Fisher observada F Fisher tabulada gl Grados de libertad g Gramos Ho Hipótesis nula Ha Hipótesis alternativa ha Hectárea H% Contenido de humedad en porcentaje I Inercia de la probeta Kg/cm^2 Unidad de Fuerza: Kilogramo sobre centímetro cuadrado L Longitud Msnm Metros sobre el nivel del mar M_max Momento máximo ml Mililitros m Metros mm Milímetros mH es la masa de la probeta saturada mh es la masa de la probeta a humedad constante n Repeticiones u observaciones N Total de observaciones µi Media para cada parámetro L Litros pH Potencial de hidrógeno P1 es la masa inicial de las probetas P2 es la masa de la probeta en estado anhidro

xiv

q Carga R Radio r Radio interno

Efecto de los tratamientos (especies) Π Valor igual a 3.1416 (adimensional)

Dato fila ‘i’, columna ‘j’ Yi Sumatoria de los totales de las observaciones y Sumatoria de los promedios de las observaciones

ix Valor promedio

Dato fila ‘i’, columna ‘j’ σ Esfuerzo % Porcentaje °C Grado Celsius Σ Sumatoria

Media general Efecto de las corridas

Error experimental

ρρρρ densidad básica

xv

GLOSARIO

Acetato de Polivinilo

Es el miembro de la familia de ésteres de vinilo más fácilmente obtenible y de más amplio uso. Es un líquido inflamable, se preparó por primera vez en 1912. Es usado generalmente para adhesivos de encuadernación, bolsas de papel, cartones para leche, sobres, cintas engomadas, calcomanías, etc.

Adhesivo Área ortogonal

El adhesivo es una sustancia que puede mantener unidos a dos o más cuerpos por contacto superficial. Es sinónimo de cola y pegamento. Su importancia en la industria moderna es considerable. Área perpendicular a eje axial

Anhidra Que no contiene agua. Axial Relativo al eje. ASTM

American Society for Testing Materials, es un organismo de normalización de los Estados Unidos de América

Carga Carga máxima

Presión soportada por un cuerpo Presión máxima soportada por un cuerpo.

Coníferas Grupo de plantas de hojas perennes, deforma de escamas y fruto

en forma cónica, como los pinos, los cipreses y los abetos.

Calibrador Vernier

Instrumento de medición.

Centroide

Punto de equilibrio de cualquier figura o volumen.

Coeficiente de flexibilidad Cohesión

Es la relación porcentual entre el diámetro del lumen y el diámetro de la fibra. Resistencia a la cizalladura de la película autoadhesiva, también fuerza de enlace de fragmentación interna de la película autoadhesiva en dos trozos en dorso de lámina y en superficie al aplicar un par de fuerzas.

xvi

Columna Una columna es un elemento arquitectónico vertical y de forma

alargada que normalmente tiene funciones estructurales, aunque también pueden erigirse con fines decorativos. De ordinario, su sección es circular, pues cuando es cuadrangular suele denominarse pilar, o pilastra si está adosada a un muro. La columna clásica está formada por tres elementos: basa, fuste y capitel.

Diagrama de corte

Representación gráfic Representación gráfica de la aplicación de las cargas y sus correspondientes reacciones en toda la longitud de la probeta de ensayo.

Deformómetro Instrumento de medición de deformaciones verticales.

Eje axial Eje longitudinal que pasa por el centroide de una probeta

Epidermis

Es la capa más externa del vegetal joven. Está formada generalmente por una capa de células aplanada y fuertemente unidas. Las paredes de las células están recubiertas por una cutícula formada por lípidos del tipo de las ceras, que protegen de la pérdida del agua.

Esclerotización

Endurecer un tejido u órgano por la formación de escleroproteínas.

Eter de Polivinilo

Se obtienen por medio de la pirólisis de un acetal, pero se debe también hacer reacción con un catalizador para que ocurra la correspondiente polimerización, como un peróxido o un ácido.

Flexómetro Cinta métrica. Falla de una probeta

Es la que se manifiesta en el punto de mayor esfuerzo soportado por una probeta.

Hidrocarburo Cada uno de los compuestos químicos resultantes de combinación del carbono con el hidrógeno.

Higroscópico

Que tiene la propiedad de ceder o ganar humedad en intercambio con la humedad existente en el medio ambiente que la rodea, hasta alcanzarse un estado de equilibrio entre el valor de humedad relativa del aire y el contenido de humedad de madera.

Índice de esbeltez

Proporción entre la altura de la planta y su diámetro.

Índice de Runkel

Es la relación entre el doble del espesor de la pared y el diámetro del lumen, es uno de los parámetros desarrollados para predecir las propiedades papeleras a través de la morfología de las fibras.

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Luz entre apoyos

Distancia que separa dos puntos de apoyo.

Momento de Inercia

Suma de los productos que resultan de multiplicar la masa década elemento de un cuerpo por el cuadrado de su distancia a un eje de rotación.

Momento Magnitud resultante del producto del valor de una fuerza por su distancia a un punto de referencia.

Prensa Universal

Equipo para realizar ensayos a tensión, compresión y flexión.

Pulverulento

Que tiene aspecto de polvo

Silico-Fosfatos Son Cementos dentales de silicatos tipo porcelana formados de

alumina, cal y sílice mezclados con ácido fosfórico. Tiempo de Tack El tack se utiliza para medir la adhesión inicial. Esla fuerza de

resistencia de la lámina adhesivada adherida sobre una superificie en condiciones concretas mínimo tiempo y presión de contacto excepto la del peso de la superficie. Tack sinómimo pegajosidad.

UNE

Normas técnicas creadas por el Comité Técnico de Normalización de España. Es la abreviatura de Una Norma Española.

Viga Radio

En ingeniería y arquitectura se denomina viga a un elemento constructivo lineal que trabaja principalmente a flexión. En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal. Distancia del centro a un punto de una circunferencia.

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RESUMEN

La evaluación vigas y columnas para fines estructurales fabricadas con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos, desarrollada en este proyecto pretende brindar una alternativa de uso racional a la madera juvenil que debido a sus dimensiones y rendimiento por hectárea, es de poco valor comercial.

Para el desarrollo de este proyecto, se recolectaron 100 árboles producto de primer raleo, provenientes de la Finca la Providencia se encuentra ubicada en el municipio de San Vicente Pacaya, Departamento de Escuintla, teniendo en cuenta factores como área y sentido de la tala. Los arboles seleccionados presentaban una altura promedio de 2.20 metros, los cuales fueron dimensionados y preparados para su traslado hacia el laboratorio multipropósito de la sección Tecnología de la Madera; donde fueron aserrados y procesados para la fabricación de piezas, con las que se conformaron tanto vigas como columnas, que fueron utilizadas como unidades experimentales durante el desarrollo del proyecto.

Para cumplir con los objetivos del proyecto, se realizaron distintas pruebas preliminares para determinar las características de los adhesivos a utilizar, forma de aplicación de los mismos así como dimensiones óptimas de las secciones y tipo de unión a trabajar para la conformación de los elementos estructurales evaluados.

La determinación de las características resistentes de los elementos estructurales, tanto vigas como columnas, se realizó en el laboratorio del Centro de Investigaciones de Ingeniería, de la facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala, a través de ensayos bajo normativa ASTM. Los resultados de estos ensayos fueron utilizados para el cálculo de las variables de respuesta, que fueron determinadas, analizadas y comparadas bajo parámetros establecidos en Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera.

La evaluación de la influencia de los adhesivos seleccionados para la fabricación de los elementos estructurales, se realizó a través de la comparación de los resultados provenientes del análisis estadístico de los rangos obtenidos, para los valores de momento flector máximo y carga crítica, en vigas y columnas respectivamente.

Los elementos estructurales fabricados arrojaron resultados satisfactorios, superando los valores requeridos por el código DFNORM009 (Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera), demostrando la aptitud de la madera de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos, para su uso en la fabricación de sistemas de entrepisos de madera, ambientes con gran apoyo entre luces, mesanines, pérgolas y cubiertas de grandes áreas.

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ABSTRACT

The Evaluation of laminated beams and columns for structural purposes , with Palo blanco (Tabebuia Donnell-smithii) wood from small diameters, obtained from silvicultural practices such as pruning and thinning, developed in this project will provide a rational alternative to juvenile wood that due to their size and yield per hectare, is of little commercial value.

For the development of this project, 100 trees were collected first thinning product, from the Finca la Providencia wich is located in the municipality of San Vicente Pacaya, Escuintla Department, taking into account factors such as area and cut direction. Selected trees had an average height of 2.20 meters, which were sized and prepared for transfer to the laboratorio multipropósito de la sección Tecnología de la Madera, where they were sawn and processed for the manufacture of parts with which both beams are formed as columns, which were used as experimental units for the project.

To meet the objectives of the project were conducted preliminary tests to determine the characteristics of the adhesives used, way of application and the optimal sections and the correct unions to forming structural elements evaluated .

The determination of the strength characteristics of structural elements, both beams and columns, was conducted in the Centro de Investigaciones de Ingeniería, de la facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala laboratory, through testing under ASTM standards. The results of these tests were used to calculate the response variables that were measured, analyzed and compared under parameters of supplementary technical standards for design and construction of wooden structures.

The evaluation of the influence of the adhesive selected for the manufacture of structural elements is made by comparing the results from the statistical analysis of the ranges obtained for values of bending moment and maximum critical load in beams and columns respectively.

Structural elements made satisfactory results, exceeding the values required by the code DFNORM009 (supplementary technical standards for design and construction of wooden structures), demonstrating the ability of the Palo blanco (Tabebuia Donnell-smithii) wood from smaller diameters, obtained from silvicultural practices such as pruning and thinning, for use in the manufacture of wooden mezzanine systems, environments with longers distances supports, pergolas and large ceillings areas.

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PARTE I

I.1 INTRODUCCIÓN

La mayoría de las características de la madera la hacen un material apto para ser utilizado en aplicaciones que van desde las artesanías hasta construcciones arquitectónicamente complejas y sismoresistentes. Parte importante en la fabricación de estructuras es el empleo de elementos de gran peralte que soporten cargas no solo inherentes a la estructura sino de ocupación incidental, y que sobre todo, sean de fácil colocación y adaptación en obra. Los elementos fabricados con madera laminada, proveen soluciones a dichos requerimientos, teniendo como ventaja sobre los elementos de madera maciza, que es posible reducir durante la fabricación de estos, los efectos negativos propios de cada especie forestal, que van desde los defectos anatómicos producidos durante la silvicultura hasta los adquiridos durante el proceso de transformación.

El Palo blanco (Tabebuia Donell –smithii), es una de las especies con menor contracción tangencial, además la madera juvenil presenta excelentes índices de calidad para coeficientes de flexibilidad, coeficiente de rigidez y relación de Runkel. (FODECYT 10-06). Para el presente estudio se caracterizó la madera juvenil de esta especie, con el fin de conocer las principales características resistentes que influyen en el comportamiento mecánico de los elementos estructurales (vigas y columnas) fabricadas a través de uniones finger joint, con el fin de aprovechar secciones de pequeñas dimensiones, provenientes del procesado de árboles de diámetros menores obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos.

La obtención de la materia prima (árboles de la especie Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii)), se llevó a cabo en la Finca la Providencia que se encuentra ubicada en el municipio de San Vicente Pacaya, Departamento de Escuintla. Los cuales fueron localizados, seleccionados y cortados para su posterior transformación en el laboratorio multipropósitos de la sección Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería, con el fin de fabricar los elementos estructurales que fueron utilizados como unidades experimentales durante el desarrollo del proyecto.

Parte importante de la fabricación de los elementos estructurales fue la caracterización de los adhesivos a emplear, por lo que se realizaron distintas pruebas para la determinación de la resistencia a esfuerzos cortantes, pH, densidad, viscosidad, porcentaje de sólidos totales, porcentaje de humedad y minerales contenidos como calcio y magnesio para distintos adhesivos, de los cuales fueron seleccionados dos, según el modelo experimental propuesto.

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Se fabricaron y evaluaron vigas de tres longitudes distintas, 4, 6 y 8 pies, con una escuadrilla regular 2 a 1, con dimensiones 4” x 2”, las cuales fueron sometidas a ensayos de flexión según normativa ASTM. Los datos obtenidos producto de los ensayos fueron analizados estadísticamente y comparados contra los requerimientos de las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera, del distrito Federal de México, con el fin de determinar la posible influencia de el uso de distintos adhesivos en la resistencia de las vigas de madera laminada. De igual forma, se fabricaron y evaluaron columnas de tres longitudes distintas, 2,4 y 6 pies, con una escuadrilla regular 1 a 1, 4” x 4”, las cuales fueron sometidas a ensayos de compresión según normativa ASTM. Los datos obtenidos producto de los ensayos fueron analizados estadísticamente y comparados contra los requerimientos de las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera, del distrito Federal de México, con el fin de determinar la posible influencia de el uso de distintos adhesivos en la resistencia de las columnas de madera laminada.

En el caso de las vigas, se determinó que no existe una diferencia significativa en el uso de los distintos adhesivos usados para la fabricación de dichos elementos; caso contrario en la fabricación de las columnas en los cuales, los datos de resistencia obtenidos se vieron afectados por el uso de los adhesivos. El comportamiento de los elementos estructurales, tanto vigas como columnas, evaluados según la normativa propuesta, es satisfactorio pues los datos obtenidos en laboratorio superan los requerimientos de dicha norma.

Los resultados de esta investigación demuestran la aptitud de la madera de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos, para la fabricación de elementos estructurales de madera laminada que pueden ser utilizados en aplicaciones que van desde el uso de elementos aislados, como en la fabricación de sistemas de entre piso para interior, creación de ambientes de alto valor arquitectónico con grandes luces entre apoyos y aplicaciones para exteriores como pérgolas de madera para cubrir grandes áreas.

Los elementos fabricados para fines estructurales fabricadas con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos, son una solución al manejo sostenible del bosque proveyendo un uso rentable para la madera de diámetros menores estimulando las practicas silviculturales dando valor agregado a madera que actualmente es de poco valor comercial.

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I.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

I.2.1 Antecedentes en Guatemala

El Centro de Investigaciones de Ingeniería es una unidad de la Facultad de Ingeniería dedicada a la docencia e investigación enfocada a temas de interés con la problemática nacional. La sección de “Tecnología de la Madera” del Centro de Investigaciones de Ingeniería es una sección que surge en base a la necesidad de incursionar en problemas relacionados con el ámbito de la madera, tanto en el sector comercial, forestal, como industrial en sus distintas ramas. El Sector Forestal constituye para Guatemala uno de los sectores con más oportunidades de desarrollo. Los bosques en Guatemala abarcan el 42% del Territorio nacional, según el estudio de dinámica de la cobertura forestal de la República de Guatemala 1991/93 – 2001. El mismo reporta una perdida anual de 73148 hectáreas, siendo El Petén el departamento que perdió mayor cobertura dada su extensión, representado el 64.8% del total perdido anualmente a nivel nacional, contrario a lo anterior, Retalhuleu, fue el departamento que ganó mayor cobertura forestal con un 0.46% respecto del bosque existente en el año en el que se inició dicho estudio. (Boletín de estadística forestal, INAB 2005). La ley Forestal emitida en (1998), por medio del Decreto Legislativo No 101-96, es el instrumento legal por medio del cual se pueden implementar iniciativas que desarrollen el potencial del sector. Otro factor que en acciones que han dado mayor impulso al cultivo de bosque lo constituye el Programa PINFOR, sin embargo al estar en áreas protegidas, el administrador es el CONAP, y su énfasis es el manejo de recursos naturales, bosques vírgenes en áreas protegidas y así generar un ciclo para mejorar la vida del bosque. Durante el año de (1989), se promulgó el Decreto 70-89, el cual suprimió al INAFOR, y automáticamente creó a la Dirección General de Bosques y Vida Silvestre –DIGEBOS-, como una Dirección administrativa, adscrita al Ministerio de Agricultura. Este mismo Decreto, emite la siguiente Ley Forestal, que se constituye en la Quinta de la historia de Guatemala, que en sus aspectos más importantes referentes al manejo forestal, lo constituye la declaración del enunciado de “promover el manejo forestal en forma racional y sostenible”, aunque en las fincas, las actividades de manejo forestal se orientaron principalmente al aprovechamiento selectivo de las masas existentes no al manejo de la mismas, lo que motivó una degradación cualitativa de ciertos bosques del país.

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Finalmente, en (1996), se emitió el Decreto 101-96, actual Ley Forestal, en la que se declara de urgencia nacional y de interés social la reforestación y conservación de los bosques, para lo cual se propiciará el desarrollo forestal y su manejo sostenible, mediante el cumplimiento de algunos objetivos como: “Incrementar la productividad de los bosques existentes, sometiéndolos a manejo racional y sostenido de acuerdo a su potencial biológico y económico”, “Conservar los ecosistemas forestales del país, a través del desarrollo de programas y estrategias que promuevan el cumplimiento de la legislación respectiva”. Son muchos los esfuerzos que ha habido para poder recopilar toda la información referente a los recursos forestales en Guatemala porque la misma es de valioso interés tanto para las instituciones nacionales como organismos internacionales. Esta información sirve de base para la fundamentación de muchos proyectos de desarrollo para el país. Sin embargo en muchos casos no se ha podido obtener todo lo existente ya que mucha de ella no ha sido procesada de una forma adecuada o en el peor de los casos se ha perdido.

Actualmente la información acerca de los recursos forestales, se ha ido fortaleciendo debido al interés de muchas instituciones para que la misma sea confiable. De tal forma que se han desarrollado diferentes bases de datos para irlas alimentando con información actualizada.

La sección de “Tecnología de la Madera” del Centro de Investigaciones de Ingeniería pretende ser un ente que ayude a generar información en el campo de la madera, en cooperación con las Facultades de Agronomía, Ciencias Químicas y Farmacia e instituciones que estén relacionadas con el tema.

En Guatemala han sido estudiadas las características tecnológicas de la madera de especies tanto coníferas como latifoliadas, sin embargo estos estudios se han desarrollado aisladamente y no incluyen la totalidad de información tecnológica.

En los últimos años se han realizado diversas investigaciones, en lo que a propiedades físicas y extraíbles como taninos se refiere, los equipos de investigación han sido conformados por Profesionales de los Institutos de Investigación de las Facultades de Ingeniería y Agronomía de la Universidad de San Carlos de Guatemala, así como por estudiantes de la Escuela de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de ésta Universidad.

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Saravia, M. (2009). ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DE LA MADERA DE PRIMER RALEO DE TECA, GMELINA, CIPRES Y PALO BLANCO, PARA DETERMINAR SU POTENCIAL INDUSTRIAL. Este proyecto se desarrollo con el fin de promover el uso de la madera joven de esas especies y desarrollar un mercado para productos del primer raleo para mejorar el flujo de caja de los proyectos forestales. Se determinaron las propiedades anatómicas, físicas, químicas y mecánicas de la madera usando normas ASTM. El presente proyecto contempló un estudio de las propiedades anatómicas, físicas químicas y mecánicas de la madera de cuatro especies importantes en los programas de reforestación en Guatemala, con el propósito de determinar las propiedades anatómicas, físicas, mecánicas y químicas importantes para ampliar el uso industrial de la madera del primer raleo de Teca (Tectona grandis L. f. ), Melina(Gmelina arbórea Roxb.), Ciprés(Cupressus lusitánica Mill.), y Palo Blanco(Cybistax donnel-smithii Seibert).

Se determinaron las propiedades anatómicas, para caracterizar la estructura y organización de cada una de las maderas. Con la determinación de las propiedades físicas es posible encontrar más y mejores usos y lograr productos finales de mejor calidad, para hacerlos más competitivos en los mercados externo e interno ; con la determinación de la composición química se pretendió separar y cuantificar los componentes de la madera entre ellos: celulosa, hemicelulosas, lignina, taninos y extraíbles; y, la determinación de las propiedades mecánicas de la madera permitió evaluar las posibilidades estructurales de ese material. Las diferentes evaluaciones se fundamentaron en las normas de la ASTM.

De acuerdo a los resultados obtenidos, tanto Teca (Tectona grandis) como Melina (Gmelina arbórea), presentan el mayor grosor de pared celular y la densidad básica. Este hecho está en estrecha relación con el mejor comportamiento que la madera juvenil de ambas especies tienen con respecto a las características físicas y mecánicas en general. La densidad básica de la madera y la compresión paralela tienen relación directamente proporcional, de manera que, Teca (Tectona grandis) y Melina (Gmelina arbórea), tienen similitud, mientras que Palo Blanco y Ciprés presentan valores bajos. La densidad básica y contenido de humedad se relacionan inversamente proporcional. Así, Teca tiene mayor densidad básica que las demás especies y el menor porcentaje de humedad. Por el contrario, el Ciprés tiene el menor valor de densidad básica y el mayor de porcentaje de humedad. Se observa que Melina (Gmelina arbórea), tiene el más alto valor de taninos, lo cual es de esperarse, le de mayor resistencia al ataque de microorganismos y plagas. Las maderas juveniles de Ciprés, en primer lugar, así como de Palo Blanco y Melina (Gmelina arbórea), se clasifican, según los coeficientes de calidad, como muy buenas para usar como materia prima para pulpa de papel. La madera juvenil de Ciprés presenta características anatómicas, químicas y físicas óptimas para su uso en la fabricación de papel. Siguen en calidad, Melina (Gmelina arbórea), y Palo Blanco, ésta última con el problema de tener una fibra muy corta. La madera juvenil de Teca es la menos recomendable para su uso en la producción de papel.

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Las maderas juveniles de Teca (Tectona grandis) y Melina (Gmelina arbórea), presentan las mejores características anatómicas, químicas, mecánicas y físicas para su uso en la industria del aserrío de la madera. Le siguen, Ciprés y Palo Blanco. Comisión de Comercio del Cluster Forestal (2009). INNODISEÑO EN MADERA 2009. Concurso organizado por la Comisión de Comercio del Cluster Forestal integrada por las siguientes instituciones: AGEXPORT, INAB, INTECAP, URL ADIG, USAC, MYMSA, AMSA, entre otras, orientado a promover la creatividad en el diseño para el usado de madera proveniente del manejo de plantaciones establecidas dentro del programa PINFOR. Dentro de las bases del concurso se pretendía encontrar un producto innovador de producción viable, comercialización a mediano plazo, producido con materia prima proveniente de plantaciones manejadas de palo blanco en su etapa de podas y raleos. Con este tipo de concursos se busca la propuesta de profesionales y estudiantes para que se optimice el esfuerzo de silvicultores, individuales, comunitarios y municipales en el uso del producto forestal derivado del manejo de plantaciones forestales.

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I.2.2 Justificación del trabajo de investigación

Con la aplicación de los incentivos para la reforestación, contenidos en el decreto Legislativo 101 – 97 se planta un promedio de 2000 has /año. Los rodales establecidos a partir de 1998, en la actualidad, con una edad de 10 años los más viejos, precisan de aclareos o raleos para dirigir la competencia mediante la redistribución del espacio aéreo, a distintas edades. La madera obtenida del primer raleo se caracteriza por tener diámetros reducidos y estar conformada principalmente por madera juvenil.

Un indicador importante que da valor a la madera es su producción energética. En

Guatemala, la madera contribuye con el 80 % de la energía que se consume; como fuente de biomasa, siendo en su mayoría madera de primer raleo. En el boletín de estadística forestal de año 2005 del INAB, de los 824,726 metros cúbicos de madera producida, 552,907 metros cúbicos son utilizados para leña.

Datos estimados por el INAB, presentan 400 hectáreas como promedio de hectáreas disponibles para manejo anual de Palo blanco a nivel nacional. Estas pueden proveer un volumen total de 4000 metros cúbicos por año de los cuales 70% será leña y el 30% será trocillo con diámetros de 3 a 4 pulgadas y largos de 2 a 4 pies.

Algunos usos para la madera joven son la producción de pulpa, aglomerados y tableros; no obstante, para desarrollar esos productos se requiere de tecnología de alto costo. La información con la que comunidades dedicadas al cultivo de bosques cuentan es de tipo básico y es de poca utilidad para aplicaciones tecnológicas y desarrollo de productos.

Se espera que con la caracterización física y mecánica y del estudio del comportamiento de los elementos estructurales fabricados, se contribuya al desarrollo de productos y procesos que mejoren el mercado de la madera de pequeñas dimensiones obtenidas a partir de diámetros menores de Palo Blanco (Tabebuia Donell-smithii).

Con la información generada en este estudio, las comunidades forestales conocerán las virtudes de su producto y del potencial con el que cuentan, para ser utilizadas en la industria de la construcción. También se tendrá información valiosa para la toma de decisiones relacionadas con las calidades de los materiales producidos. Por medio de los resultados obtenidos en este proyecto, el equipo de investigación y las instituciones involucradas en el mismo, están en capacidad de asesorar a personas particulares, cooperativas, organizaciones no gubernamentales y empresas de productos forestales en el aprovechamiento industrial de los recursos forestales del primer raleo.

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La ejecución del presente proyecto contribuirá al enriquecimiento y fortalecimiento de la investigación de productos agroindustriales generados a partir de madera proveniente de diámetros menores de plantaciones de Palo Blanco (Tabebuia Donell-smithii) cultivadas en Guatemala.

Las instituciones involucradas en este proyecto pueden ofrecer al sector agroindustrial de Guatemala y a las comunidades silvicultoras una alternativa de industrialización que sustituya a la tradicional explotación del bosque y utilizar los recursos poco aprovechables, producto del primer raleo.

Con los resultados de este proyecto se espera ofrecer a las comunidades silvicultoras, empresarios forestales, así como a Instituciones públicas y privadas que se dedican a la reforestación, opciones que permitan una mayor valorización de las primeras cosechas de las plantaciones de Palo Blanco (Tabebuia Donell-smithii); además, el involucramiento de dichas comunidades en proyectos de investigación de la madera les permitirá apreciar de una mejor forma ese recurso con lo cual tendrán un mejor manejo sostenible del bosque, aprovechando productos de poco valor para la industria maderera.

Por otra parte, el aprovechamiento de la madera proveniente de diámetros menores

que son productos del manejo silvicultural del bosque, estimula la reforestación puesto que se genera mayores ingresos para los involucrados en el desarrollo de plantaciones forestales.

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I.3 OBJETIVOS E HIPOTESIS I.3.1 Objetivos I.3.1.1 General Evaluar vigas y columnas para fines estructurales fabricadas con madera laminada de palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos. I.3.1.2 Específicos

I.3.1.2.1 Determinar y evaluar las propiedades físicas y mecánicas de la madera de palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores de la cooperativa integral agrícola Nuevo México; según norma ASTM D-143.

I.3.1.2.2 Determinar y evaluar la resistencia a flexión de vigas fabricadas con madera laminada mediante uniones Finger joint de palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores ensayadas bajo la norma ASTM D-198. I.3.1.2.3 Evaluar el comportamiento bajo cargas de compresión de columnas fabricadas con madera laminada mediante uniones Finger joint de palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores; según norma ASTM D-143.

I.3.1.2.4 Evaluar la influencia de dos tipos de adhesivo de madera laminada en la resistencia de vigas sometidas a flexión comparando los datos obtenidos contra los requerimientos del DFNORM009. (Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera).

I.3.1.2.5 Evaluar la influencia de dos tipos de adhesivo de madera laminada en la resistencia de columnas sometidas a compresión comparando los datos obtenidos contra los requerimientos del DFNORM009. (Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera).

I.3.1.2.6 Establecer y proponer posibles usos para los elementos estructurales (vigas y columnas) fabricados con madera laminada de palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores.

I.3.1.2.7 Divulgar a las autoridades, actores sociales e instituciones en el campo de su competencia la información obtenida de la investigación

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I.3.2 Hipótesis Hi: Hipótesis nula: Los elementos fabricados con madera laminada de palo blanco no cumplen con los requisitos de las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera. Ho: Hipótesis alternativa: Los elementos fabricados con madera laminada de palo blanco si cumplen con los requisitos de las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera.

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I.4 METODOLOGIA I.4.1 Localización

La obtención de las muestras de la especie palo blanco (Tabebuia Donell-smithii), se llevó a cabo en la Finca la Providencia se encuentra ubicada en el municipio de San Vicente Pacaya, Departamento de Escuintla. Localizada en los paralelos: latitud norte 140 16´30´´ y longitud Oeste: 900 41´02´´; con una altitud de 300 a 500 msnm. Las colindancias con la finca son: Al norte Finca San Nicolás y Finca el Almendro, Al sur la Finca El silencio y Finca Carmen Cuba El Asintal, al este con la Finca el Salto, al oeste con la Finca San Nicolás. La parte experimental de la investigación se llevó a cabo en la Universidad de San Carlos de Guatemala, ubicado en las coordenadas geográficas: latitud norte 14º 35’ 17.46”, longitud oeste 90º 33’6.25”, en condiciones ambientales de temperatura de 25º C y presión atmosférica de 640 mm Hg, en las siguientes dependencias:

I.4.1.1 Laboratorio Multipropósito de la Sección de Tecnología de la madera, ubicado en el área de tecnología de materiales del Centro de investigaciones de Ingeniería (área de prefabricados).

I.4.1.2 Laboratorio de docencia del área de Química de la Escuela de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería.

I.4.1.3 Laboratorio de la Sección de Metales y Productos Manufacturados del Centro de investigaciones de Ingeniería.

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I.4.2 Las Variables I.4.2.1 Variables dependientes

Vigas Dos tipos de adhesivos Columnas Dos tipos de adhesivos

I.4.2.1.1 Variables respuesta I.4.2.1.1.1 Vigas

Momento flector máximo I.4.2.1.1.2 Columnas Carga crítica I.4.2.2 Variables Independientes Vigas Columnas

Especie Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) I.4.3 Indicadores

Valores continuos sometidos a un diseño experimental.

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I.4.4 Estrategia Metodológica I.4.4.1 Población y Muestra I.4.4.1.1. Descripción de la Forma de Recolección

Los árboles que fueron recolectados son producto del primer raleo de las plantaciones, y para su tala se hizo en las siguientes etapas: Sentido de la tala: En función de la inclinación del árbol, la dirección del viento y minimizando el daño para otros árboles. Limpieza del área a talar: Eliminar todo lo que pueda entorpecer la tala o causar accidentes. Talado: Generalmente la tala inicia con el corte de gambas, continúa con corte de cuñas. Para talarlos únicamente se serró la parte baja del tronco, (45º aproximadamente) en el lado de la dirección de caída.

Una vez fueron talados los árboles, se retiraron las ramas y se cortaron las trozas.

Fotografía 1 Talado de árboles de Palo Blanco Fuente: FODECYT 034-2010

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Las trozas fueron dimensionadas en secciones rectas, con dimensiones entre 4 y 5 pies como se muestra en la figura. Para mantener inalterada la muestra y que la madera en trocilla no sufra de pandeos, grietas o rajaduras, se aplicó abundante pintura alquidalica en los extremos. Fotografía 2 Dimensionado de trozas en campo Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.4.1.2 Identificación de la Especie Forestal

Dentro de la comunidad Nuevo México se realizan diversas labores agrícolas; sin embargo las plantaciones forestales en aprovechamiento son únicamente son de la especie de Palo Blanco propuesta para el proyecto de investigación, por lo que para la recolección de las muestras, fue suficiente avanzar a las plantaciones. I.4.4.1.3 Selección y Número de Árboles

Según información proporcionada por BOSCOM, la densidad de las parcelas es de 913 árboles por hectárea, se seleccionó una muestra de 100 árboles tomados a azar de las parcelas listas para el raleo. Los árboles se seleccionaron de acuerdo a las disposiciones del técnico forestal de la comunidad. I.4.4.1.4 Selección y Número de Trozas

Debido que las plantaciones en estudio son plantaciones jóvenes, la mayoría de los árboles presentaban ramas a una altura promedio de 2.20 metros, por lo que se tomó de una a dos trozas de cada árbol, con una longitud aproximadamente de 1 metro.

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I.4.4.1.5 Corte y Preparación de las Trozas

Antes de preparar las trozas fue necesario conocer la humedad de corte en los árboles, para ello se realizaron 5 diferentes lecturas en cada tronco con un Higrómetro, de acuerdo con la siguiente figura:

Figura 1 Puntos de toma de humedad

Fuente: FODECYT 034-2010

La toma de humedad inicial, se realizó en campo con un higrómetro digital. Es importante indicar que el extremo A de los árboles se refiere a la parte basal, y el extremo B, a la parte superior respectivamente. Para la toma de humedad primero se marcaron los puntos en la parte media del árbol, a 15 cm y 20 cm en cada extremo (figura anterior). Se tomaron las siguientes lecturas. I.4.4.1.6 Aserrado y almacenamiento de la materia prima

Antes de ser aserradas, se midieron los diámetros de ambos extremos de cada troza; en todos los casos se tomó el menor diámetro como referencia para eliminar la corteza y escuadrar los bordes de tal manera que cada troza procesada tenga una sección transversal cuadrada o rectangular constante como se observa en la figura.

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Fotografía 3 Procesado de trozas Fuente: FODECYT 034-2010

Luego de ser aserrada la madera, se prepararon trozas de 2”x2” para la elaboración de las probetas.

Posterior a ser procesadas las trozas en la Sección de Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería, se procedió a almacenar en un lugar en donde estuviera protegida de excesivo sol, lejos de la lluvia y con suficiente circulación de aire. Las trozas fueron apiladas sobre polines para permitir una mejor circulación del aire.

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Fotografía 4 Almacenamiento de las Trozas Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.4.1.7 Procesado de la materia prima

La materia prima fue escuadrada, cortada y dimensionada en el laboratorio multipropósitos de la sección Tecnología de la Madera del Centro de Investigaciones de Ingeniería, con el fin de fabricar los elementos estructurales que fueron utilizados como unidades experimentales durante el desarrollo del proyecto. Una vez transformada la materia prima, se realizaron distintas pruebas para determinar la mejor unión, tanto para la conformación de vigas como de columnas utilizando la máquina para finger-joint. Debido a que las dimensiones de las piezas a utilizar para la conformación de vigas y columnas de madera laminada son de tamaño reducido, se logró determinar que era necesario hacer una adaptación a la máquina de finger joint para cumplir con el desarrollo de las uniones y no comprometer la seguridad de los operarios de la misma.

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Fotografía 5 Adaptación con piezas de madera para elaboración de uniones longitudinales en vigas

Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.4.1.8. Caracterización mecánica de los Adhesivos

Se realizaron distintas pruebas para la determinación de la resistencia al cortante de los distintos adhesivos adquiridos para el desarrollo experimental. Se adquirieron 6 distintos adhesivos y se seleccionaron dos, tomando como criterio principal los que resistieron la mayor carga por unidad de área pegada, así como su aptitud para estar expuestos a la intemperie, esto según indicaciones de los fabricantes, asumiendo que los elementos estructurales, tanto columnas como vigas fabricados con madera laminada, puedan ser utilizados en exteriores.

A cada probeta se le aplicaron 10ml de adhesivo en una superficie de

aproximadamente 50 cm2, utilizando una jeringa graduada y una espátula para distribuir uniformemente el adhesivo sobre la superficie, como lo muestra la figura.

Es importante destacar que los mismos adhesivos probados en probetas de las mismas características, pero de especies forestales distintas arrojaron resultados distintos, por factores como pH, densidad, viscosidad y su interacción química con la madera.

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Fotografía 6 Elaboración de probetas para pruebas de adhesión Fuente: FODECYT 034-2010

La caracterización mecánica de los adhesivos fue complementada con el análisis y cuantificación de las propiedades químicas de los mismos.

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I.4.5 El Método I.4.5.1 Metodología para la determinación de las propiedades Químicas

I.4.5.1.1 Determinación de porcentaje de humedad y sólidos totales en la muestra de adhesivos

1. Se tomó una muestra de 1 g de cola blanca en un plato de aluminio. 2. Se distribuyó toda la muestra por el plato para lograr una capa uniforme de la

misma en el plato. 3. Se procedió a colocar en una balanza para determinación de humedad RADWAG

MAX 50 NH con capacidad máxima de 50 gramos / 0.1mg / 210g/1mg. 110 AC. Pantalla gráfica. Temperatura Máxima 2500C. Exactitud del lectura 0.01/0.001%, Dimensión de Platillo Ø 90mm. Con determinación de humedad automática en temperatura y tiempo. (Temperatura aproximada de 1200C y 1 minuto de tiempo)

4. El resultado se reportó como porcentaje de humedad y por diferencia del 100% se obtuvo el resultado del porcentaje de sólidos totales en la muestra.

I.4.5.1.2 Determinación de Viscosidad en adhesivos con el Viscosímetro de Brookfield

1. Colocar al viscosímetro sobre una base firme. 2. Nivelar el equipo mediante los 3 tornillos que se encuentran en la base y con

la ayuda del nivel de burbuja que está ubicado a un costado del dial. 3. Acoplar el huso al viscosímetro en la parte más baja del eje pívot. Para esto

se levante ligeramente este eje, sujetándole firmemente con la mano izquierda, mientras se va entornillando el huso con la mano derecha. El entornillamiento es de derecha a izquierda en sentido contrario a lo normal.

4. Trasvasar el adhesivo al vaso de precipitado de 600 ml (cm3) y colocarlo adecuadamente para introducir en el huso (aguja).

5. Insertar y centrar el huso en el material a examinar (con la ayuda de la charnela que se encuentra en el soporte) hasta que el nivel del fluido estén la depresión acanalada del eje del huso. Con el huso tipo disco es necesario algunas veces inclinar el instrumento ligeramente mientras se está introduciendo en la muestra para evitar que se formen y queden atrapados burbujas de aire en la superficie interna.

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6. Para hacer una medida de viscosidad, accionar el botón de encendido del motor y dejar un tiempo hasta que el indicador de lectura se estabilice. Este tiempo dependerá de la velocidad a la cual el viscosímetro está funcionando y de las características del fluido en examen. Cuando se hace una mediada a altas velocidades, es necesario presionar el embrague y apagar el motor con el puntero rojo visible en dial de lectura del viscosímetro.

7. Cuando se hace una medida de viscosidad, la lectura del viscosímetro debe ser anotada y multiplicada por el factor apropiado para la combinación empleada: modelo de viscosímetro – huso velocidad. Este factor se obtiene de las tablas que se encuentran en el empaque del Viscosímetro. Para lograr mayor exactitud las lecturas obtenidas por debajo de 10.0 deberán ser evitadas.

8. Cuando se tenga que cambiar de huso, de muestra, etc., se debe apagar el motor del viscosímetro. Sacar el huso antes de limpiarlo.

La viscosidad se determina con la siguiente fórmula:

Viscosidad = lectura del dial x Factor (para el huso y velocidad utilizada tabla) la viscosidad estará dada en Centipoise.

I.4.5.1.3 Determinación de Densidad en adhesivos

1. Tarar una probeta de 100 mL. 2. Colocar el adhesivo en una probeta de 100 mL. 3. Determinar el peso en una balanza, en este caso se utilizó una Balanza

TouchScreen 2000g x 0.01g, Rango de 0 a 2000g con resolución de 0.01g, pantalla TouchScreen de 5.7”.

4. Se anotó el peso. Luego a este peso se le quitó la tara, quedando el peso del adhesivo y se dividió dentro del volumen que se midió en la probeta y se determinó cada valor de densidad (g/mL).

I.4.5.1.4 Determinación de pH en adhesivos

1. Se trasvasó el adhesivo en un beacker, el volumen puede ser de 1mL a 5

mL. 2. Sumergir la tira de papel tornasol o pH por tres segundos y retirar de la

muestra de adhesivo. 3. Limpiar la tira con un guaipe húmedo para remover el exceso, y ver el

cambio de color, para comparar con el patrón de la caja de papel filtro, y anotar el valor del pH.

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I.4.5.1.5 Metodología para determinación del porcentaje de carbonatos de calcio y magnesio en muestra de cola blanca

1. Se preparó una solución de KOH 1M 2. Se preparó una solución buffer pH=10 3. Se preparó una solución de EDTA (titriplex) 0.05 M

Solución buffer pH=10

• Solución equimolar (0.05M): cloruro de amonio (NH4Cl) e hidróxido de amonio (NH4OH).

Para 50 mL de cada solución (1L de solución buffer): 0.3259 mL de NH4OH al 30% de pureza y 0.0876 g NH4Cl.

I.4.5.1.6 Determinación del contenido de Carbonato de calcio en la muestra por método volumétrico:

Titulación de Calcio

1. Se preparó la solución muestra, realizando una dilución 3:1, agua desmineralizada y cola blanca. Para 100 ml de solución, 25 ml de muestra.

2. Se tomó una muestra de 10 ml en un earlenmayer. 3. Se agregó 10 ml de KOH 1 M. 4. Verificar que pH=12 luego de agregar KOH 5. Se agregó 4 gotas de indicador Calcón. 6. Se tituló la muestra con EDTA 0.05 M hasta el viraje del indicador. 7. Por estequiometría se determinó la cantidad de carbonato de calcio contenida en la

muestra.

I.4.5.1.7 Determinación del contenido de Carbonato de magnesio en la muestra por método volumétrico:

Titulación de Calcio y Magnesio

1. Se tomó una muestra de 10 ml en un earlenmayer. 2. Se agregó 15 ml de solución buffer pH=10. 3. Se verificó el pH de la solución con un pHímetro. 4. Se agregó 10 ml de agua desmineralizada. 5. Se agregó 4 gotas de indicador Negro de Ericromo T. 6. Se tituló la muestra con EDTA 0.05 M hasta el viraje del indicador.

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7. A la cantidad de mililitros de EDTA consumidos, se restó la cantidad de EDTA consumido en la titulación de calcio, para obtener la cantidad de EDTA consumido en la titulación de magnesio.

8. Por estequiometría se determinó la cantidad de carbonato de magnesio contenida en la muestra.

I.4.5.1.8 Determinación del porcentaje de PVAC en el adhesivo:

1. Al porcentaje de sólidos totales contenidos en el adhesivo, se restó el porcentaje de carbonatos de calcio y de magnesio, para obtener un estimado del porcentaje de acetato de polivinilo del adhesivo.

I.4.5.2 Método para la Fabricación de vigas con madera laminada

El primer paso consistió en la elaboración de uniones de longitudinales en piezas utilizando la máquina de Finger-joint, teniendo como prioridad lograr el correcto modulado para que con distintos arreglos de estas piezas, se puedan crear elementos; en base a este criterio, se procesaron piezas con escuadrilla 2 a 1 (de sección rectangular con altura igual a 2 veces la base). Par el alcance del proyecto las piezas elaboradas contaron con dimensiones nominales de 2” x 1” Fotografía 7 Elaboración de piezas que conforman las vigas de madera laminada Fuente: FODECYT 034-2010

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I.4.5.2.1 Ensamble de piezas longitudinales vigas de madera laminada

Una vez elaboradas las uniones longitudinales se procedió a la modulación y ensamble de piezas longitudinales con la ayuda de sargentos de apriete rápido, y sargentos tipo C. Esto para las tres longitudes de vigas propuestas para los alcances del proyecto. Fotografía 8 Unión longitudinal de piezas para fabricación de vigas de madera

laminada Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.2 Conformación de vigas de madera laminada

La conformación de vigas se realizó de manera artesanal utilizando sargentos de apriete rápido, y sargentos tipo C, sargentos de tornillo, y en el caso de las vigas de mayor longitud, sargentos de tubo. El ensamble se realizó de esta manera con el fin de poder transmitir la tecnología a comunidades que no cuentan con maquinaria y herramienta sofisticada. Las vigas fueron ensambladas en longitudes de 4, 6 y 8 pies.

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Fotografía 9 Conformación de vigas de madera laminada Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.3 Fabricación de columnas de madera laminada

Para la conformación de columnas se procedió a elaborar uniones de longitudinales en piezas utilizando la máquina de Finger-joint, teniendo como prioridad lograr el correcto modulado para que con distintos arreglos de estas piezas, se puedan crear elementos; en base a este criterio, se procesaron piezas con escuadrilla 1 a 1, es decir, elementos de sección cuadrada. Para el alcance del proyecto las piezas elaboradas contaron con dimensiones nominales de 1” x 1”.

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Fotografía 10 Fabricación de columnas de 2 pies Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.4 Ensamble de piezas longitudinales columnas de madera laminada

El ensamble se realizó utilizando herramienta sencilla, en su mayoría prensas de tornillo y sargentos de apriete rápido, como se muestra en la figura, esto con el fin de poder transmitir la tecnología a comunidades que no cuentan con maquinaria y herramienta sofisticada.

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Fotografía 11 Unión longitudinal de piezas para fabricación de columnas de madera laminada

Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.5 Conformación de columnas de madera laminada

La conformación de las columnas se realizó de manera artesanal utilizando sargentos de apriete rápido, y sargentos tipo C, sargentos de tornillo. Se realizaron pruebas a pequeña escala para determinar la mejor forma de unión de cada uno de los cuatro elementos que conforman las columnas en sus tres longitudes propuestas para el desarrollo experimental del proyecto (2, 4 y 6 pies).

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Fotografía 12 Conformación de columnas de madera laminada Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.6 Dimensionado de elementos estructurales

Previo a la realización de los ensayos para la determinación de la resistencia de las vigas y columnas ensambladas, se procedió a dimensionarlas una vez ya ensambladas utilizando la sierra de banco y acepilladora eléctrica, esto con el fin de homogenizar las secciones tanto de vigas, con escuadrilla nominal de 2” x 4”; como de columnas, con escuadrilla nominal de 3 ½” x 3 ½” para tener únicamente como variable geométrica las longitudes de las mismas.

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Fotografía 13 Dimensionado de elementos estructurales Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.7 Ensayo de elementos estructurales I.4.5.2.7.1 Ensayo de vigas I.4.5.2.7.1.1 Registro de características geométricas de las vigas fabricadas

Previo al ensayo de los elementos estructurales, se procedió a la toma de datos de longitud, base y peralte de las vigas, esto con el fin de realizar los cálculos posteriores a los ensayos, con dimensiones reales y no nominales luego del dimensionado de los elementos.

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Fotografía 14 Registro de dimensiones de vigas Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.7.1.2 Desarrollo de ensayos a Flexión.

Los elementos fueron ensayados a flexión en la Máquina de Ensayos Universal en los laboratorios del Centro de Investigaciones de Ingeniería del edificio T-5. El desarrollo de los ensayos estuvo a cargo del Ingeniero Pablo Christian de León Rodríguez. La tabulación y procesado de los resultados se realizó en la sección de Metales y Productos Manufacturados del Centro de Investigaciones de Ingeniería. Fotografía 15 Ensayo a flexión de vigas Fuente: FODECYT 034-2010

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I.4.5.2.8. Ensayo de columnas I.4.5.2.8.1 Registro de características geométricas de las columnas fabricadas

Previo al ensayo de los elementos estructurales, se procedió a la toma de datos de longitud, y sección transversal de las columnas, esto con el fin de realizar los cálculos posteriores a los ensayos, con dimensiones reales de la sección de cada uno de los elementos probados a compresión. Fotografía 16 Registro de dimensiones de Columnas Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.2.8.2 Desarrollo de ensayos a compresión

Las columnas de 2´ de longitud fueron ensayadas a compresión en la Máquina de

Ensayos Universal, las columnas de 4´ y 6´ fueron ensayadas en la Prensa Hidráulica Universal, como se muestra en la figura respectivamente. Ambas máquinas se encuentran ubicadas en los laboratorios del Centro de Investigaciones de Ingeniería del edificio T-5. Los ensayos estuvieron a cargo del Ingeniero Pablo Christian de León Rodríguez. La tabulación y procesado de los resultados se realizó en la sección de Metales y Productos Manufacturados del Centro de Investigaciones de Ingeniería.

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Fotografía 17 Ensayo de Columnas a compresión Fuente: FODECYT 034-2010

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I.4.5.3 Metodología para la determinación de las propiedades mecánicas

Los ensayos realizados para conocer las características físicas y las propiedades mecánicas se realizaron en piezas pequeñas y libres de defectos como se especifica en la norma ASTM D-143.

La norma ASTM D-143 detalla las especificaciones que deben cumplir las probetas para ser ensayadas, (dimensiones, calidad de la madera) así como las especificaciones de cada uno de los ensayos (precisión, velocidad de aplicación de la carga.)

I.4.5.3.1 Descripción y Procedimiento de los Ensayos Mecánicos Realizados

De acuerdo con las especificaciones de la norma ASTM D 143 las probetas ensayadas se realizaron a partir de barras de 0.05*0.05*0.75 m.

Las probetas ensayadas tenían una humedad controlada del 12%, con la madera secada al aire durante 102 días desde su corte en la localización de la finca antes mencionada.

I.4.5.3.2 Flexión Paralela a la Fibra

Las dimensiones de las probetas a utilizar para dicho ensayo deberán ser de

2*2*30 pulgadas como se observa en la figura, que además del peso, deben ser registradas antes de realizar el ensayo.

Figura 2 Probeta para ensayo a flexión


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Los soportes fueron colocados a una longitud libre de 70 cm, la carga se aplica continuamente a la probeta con una velocidad constante de 1,25 Kg /segundo ó de 2,5 mm/min.

Para cada intervalo de carga (ejemplo: cada 100 Kg) se miden las deflexiones al centro de la probeta por medio de un deflectómetro como se muestra en la figura siguiente. Fotografia 18 Ensayo a Flexión Fuente: FODECYT 034-2010

Con los valores obtenidos, se determinó la carga al límite elástico, el esfuerzo

máximo o módulo de rotura y el módulo de elasticidad a flexión. El esfuerzo máximo se determina con la fórmula

Donde:

Fb Esfuerzo último de tensión P Carga última (Kg) L Longitud libre (cm) b Ancho (5 cm) h Largo (5 cm

Esta fórmula únicamente es válida para el rango elástico del material sin embargo

se acepta debido a la aplicación de factores de reducción que colocan al material dentro de un rango seguro.

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El módulo de elasticidad se determina por:

Donde:

E Módulo de elasticidad a flexión (Kg/cm2) P Cualquier carga de trabajo del límite elástico (Kg) ε Deformación para la carga P (cm) b Ancho (5 cm) h Largo (5 cm) I Momento de inercia

I.4.5.3.3 Tensión Paralela a la Fibra Las dimensiones de la probeta deberán ser 5*5*45 cm como se observa en la figura. Figura 3 Probeta para ensayo de tensión paralela a la fibra. Dimensiones en metros Fuente: FODECYT 034-2010

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I.4.5.3.4 Tensión Perpendicular a la Fibra

Las dimensiones de la probeta deberán ser 5*5*7.5 cm como se observa en la figura a continuación. Figura 4 Probeta para ensayo de tensión perpendicular a la fibra. Dimensiones en centímetros Fuente: FODECYT 034-2010 I.4.5.3.5 Compresión Paralela a la Fibra La madera, en la dirección de las fibras, resiste menos a compresión que a tracción, siendo la relación del orden de 0,50, aunque variando de una especie a otra de 0,25 a 0,75.

La forma y dimensiones de las probetas son como se muestran en la figura. Antes de realizar el ensayo correspondiente se determinan el peso y las dimensiones reales de la probeta.

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Figura 5 Probeta para ensayo de compresión paralela a la fibra. Medidas en centímetros Fuente: FODECYT 034-2010

Todas las caras de la probeta deben formar ángulos rectos entre sí, para que de esta manera la carga pueda estar centrada y no ocurran problemas de ladeo que arrojen resultados incorrectos.

La carga se aplica en forma continua de 200 Kg a una velocidad constante la cabeza de 0,003 cm/min. El esfuerzo de compresión paralelo último que se toma como:

Donde:

Esfuerzo último de compresión paralela P Carga última A Área de compresión (25 cm2)

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El módulo de elasticidad a compresión paralela se calcula con

Donde:

P Cualquier carga abajo del límite elástico L Longitud efectiva (15 cm aprox.) A Área de compresión (25 cm2) ε Deformación para la carga P

I.4.5.3.6 Compresión Perpendicular a la Fibra Para la realización de este ensayo no se alcanzan altas lecturas de deformaciones pero además de aplicarse fuerza a la probeta de longitudinalmente, también se aplica de forma radial y tangencial.

Las dimensiones de las probetas para esta prueba son de 5 x 5 x 15 cm. Antes de efectuar el ensayo se determinan las dimensiones reales y el peso de la probeta. Figura 6 Probeta para ensayo de compresión perpendicular a la fibra. Fuente: FODECYT 034-2010

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Figura 7 Dirección de aplicación de la carga. Fuente: FODECYT 034-2010

La carga es aplicada a la probeta por medio de una placa de apoyo, metálica, (área de 25 cm2) y usando un dispositivo especial para la prueba. La carga debe aplicarse en forma continua a una velocidad de 0,3 mm/min.

Se mide la carga que produce una deformación de 2,5 mm, en la probeta y se detiene la prueba. Esta se toma como la carga máxima, a menos que la falla ocurriera antes de esa deformación. El máximo esfuerzo se toma como:

I.4.5.3.7 Corte Es la resistencia ofrecida frente a una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección del esfuerzo es perpendicular a la dirección de las fibras

Las probetas para ensayo se obtienen por pares, una de ellas es para ser probada en la dirección radial y la otra para ser probada en la dirección tangencial.

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Figura 8 Probeta para ensayo de corte. Fuente: FODECYT 034-2010

La carga se aplica continuamente a la probeta con una velocidad constante de la cabeza móvil de 0,06 cm/min. La probeta se introduce dentro de un dispositivo diseñado especialmente para provocar el corte.

Se lee la carga para la cual la probeta es fallada, se toma una muestra de la pieza para determinar el contenido de humedad y se dibuja en una hoja de datos la forma de la falla.

Fv Esfuerzo de corte P Carga máxima A Área de corte (25 cm2)

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I.4.5.3.8 Clivaje Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección de los esfuerzos es paralela a la dirección de las fibras.

La madera tiene cierta facilidad para hendirse o separarse en el sentido de las fibras. Una cuña, penetra fácilmente en la madera, al vencer por presión la fuerza de cohesión de las fibras (no las corta). La madera verde es más hendible que la seca.

Cuando se van a realizar uniones de piezas de madera por medio de tornillos o

clavos nos interesa que la madera que vamos a usar tenga una gran resistencia a la hienda.

Para realizar esta prueba se escogen 6 barras en una forma similar a la prueba de corte paralelo para obtener 12 probetas de prueba por cada troza. Estas probetas se obtienen por pares, una de ellas para ser probada en la dirección radial y la otra en la dirección tangencial.

Las probetas deben tener una dimensión de 5*5*7.62 cm y la forma que se

observa en la figura siguiente:

Figura 9 Probeta para ensayo de clivaje. Fuente: FODECYT 034-2010

La velocidad de aplicación de la carga se mantiene en 0,25 cm/min. Se utiliza un dispositivo especial para clivaje se falla la probeta por desgarre y se lee la carga máxima para cuando esto ocurre.

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I.4.5.3.9 Dureza

La probeta para ensayo debe ser una pieza de 5*5*15 cm como se observa en la figura. Figura 10 Probeta para ensayo de dureza.


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I.4.5.4 Metodología para la determinación de las propiedades físicas I.4.5.4.1 Determinación de densidad básica Norma UNE 56531 Equipo utilizado:

• Balanza analítica con precisión de 0.001g • Calibrador de Vernier digital con precisión de 0.01mm • Desecador con material absorbente de Humedad (Cloruro de calcio) • Balanza con plancha de calentamiento y recirculación de aire con temperatura de

105°C ± 1°C (Balanza de Humedad) Probetas:

• 04 Prismas cuadrangulares de sección recta de 20mm de lado y altura de 25mm ± 3mm por especie.

Procedimiento: Se determinó la masa de cada una de las probetas en balanza analítica con precisión de 0.001g

• Se procedió al registro de las dimensiones de las probetas (lados y altura) con calibrador de Vernier digital con precisión de 0.01mm

• Se colocaron las probetas en un desecador con material absorbente de Humedad (Cloruro de calcio) durante 24 horas, previo a ser secadas en balanza de humedad.

• Se realizó el secado de cada una de las probetas en la Balanza con plancha de calentamiento y recirculación de aire con temperatura de 105°C ± 1°C (Balanza de Humedad) hasta llegar a un valor de masa constante.

Obtención de resultados: La densidad básica de la probeta se calcula de la siguiente forma:

,

en donde: ρ= densidad básica

mh es la masa de la probeta a humedad constante ah,bh,ch son las dimensiones de la probeta a humedad constante.

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I.4.5.4.2 Determinación del contenido de Humedad Norma UNE 56529 Equipo utilizado:


105°C ± 1°C (Balanza de Humedad) Probetas:

• 04 Prismas cuadrangulares de sección recta de 20mm de lado y altura de 25mm ± 3mm por especie.

Procedimiento:

• Se determinó la masa de cada una de las probetas en la balanza analítica con precisión de 0.001g (masa inicial).

• Se realizó el secado de cada una de las probetas en la Balanza con plancha de calentamiento y recirculación de aire con temperatura de 105°C ± 1°C (Balanza de Humedad) hasta llegar a un valor de masa constante (estado anhidro).

• Se dejó enfriar cada una de las probetas en un desecador con material absorbente de humedad, hasta temperatura ambiente.

• Se procedió a registrar la masa de las probetas en estado anhidro a temperatura ambiente.

• Se determinó el contenido de humedad en porcentaje por diferencia de masas.

Obtención de resultados: El contenido de humedad de las probetas se calcula de la siguiente forma:

,

en donde: H% es el contenido de humedad en porcentaje

P1 es la masa inicial de las probetas P2 es la masa de la probeta en estado anhidro

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I.4.7 Los Instrumentos a utilizar I.4.7.1 Equipo utilizado para la determinación de las propiedades químicas

• Viscosímetro Brookfield. Modelo: VLT Serie: 106209 Analógico. RPM: 60, 30, 12, 6, 3, 1, 0.5, 0.6, 0.3 Rango 15-2 000 000 cps.

• Balanza TouchScreen 2000g x 0.01g, Rango de 0 a 2000g con resolución de 0.01g, pantalla TouchScreen de 5.7” a colores en español, puertos RS232, USB Ethernet, funciones GLP: hora, fecha, usuarios, registros, plataforma de acero inox de 195 x 195 mm.

I.4.7.1.1 Cristalería utilizada en análisis de los Componentes Químicos

• Pipetas de 10 mL, de 50 mL, de 1 mL y de 5 mL. • Vasos de precipitado de 100 mL, de 50 mL, de 1000 mL, de 500 mL,

de 250 mL, marca Pirex. • Matraces de 250 mL, de 500 mL, de1000 mL. • Varillas de agitación. • Bureta de 25 mL • Earlenmeyer de 500 mL. • Probeta de 500 mL, de 250 mL, de 100 mL, de 50 mL, de 10 mL.

Otros accesorios en análisis de los Componentes Químicos

• Perillas de succión. • Embudo de Vidrio. • Soporte Universal • Pinzas para bureta • Papel Mayordomo

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I.4.7.1.2 Reactivos de análisis de los Componentes Químicos

• 6 tipos de adhesivos • Agua desmineralizada, marca Salvavidas. • Alcohol etílico (C2H5OH) al 95% grado reactivo. Densidad 0.75 kg/L.

Peso molecular 46.07 g/mol. Envase de 2.5 L. Casa proveedora MERCK KGaA.

• Hidróxido de Amonio (NH4OH) al grado reactivo. Envase: 2.5L. Casa proveedora MERCK KGaA.

• Cloruro de Amonio (NH4Cl). Envase: 1Kg . Casa proveedora MERCK KGaA.

• Hidróxido de Potasio (KOH) grado analítico. Peso molecular 40 g/mol. Envase 1 kg. Casa proveedora MERCK KGaA.

• Titriplex (Sal disódica de EDTA) Envase 500 g. Casa proveedora MERCK KGaA.

I.4.7.2 Equipo utilizado para la determinación de las propiedades mecánicas Norma utilizada: ASTM D-143 Instrumentos de medición para longitud

• Flexómetro, precisión 0.001 m • Vernier digital, precisión 0.0005 pulgadas

Instrumento de medición de deformación • Deformómetro análogo, precisión 0.001 pulgadas

Maquinas para aplicación de carga: • Prensa Universal Baldwin Lima Hamilton,

o Escala de 12 000 kg, precisión 10.0 kg o Escala de 3 000 kg, precisión 2.5 kg o Escala de 600 kg, precisión 0.5 kg

I.4.7.3 Equipo utilizado para la determinación de las propiedades físicas


105°C ± 1°C (Balanza de Humedad) • Matraces de 1000mL • Horno de secado con aire forzado con calibración de 0°C a 120°C ± 5°C • Bolsas con cierre hermético

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PARTE II

MARCO TEÓRICO II.1 MADERA LAMINADA

La madera aserrada tiene un comportamiento estructural adecuado; sin embargo, hay factores que influyen negativamente en su uso; tales como, los defectos anatómicos, la escasez de piezas grandes con fines estructurales y la extracción de volúmenes insuficientes. Para subsanar estas limitaciones, se puede considerar como alternativa la fabricación de elementos con piezas de madera laminada, las cuales se forman con láminas de madera pegadas con algún tipo de adhesivo. (Fernández-Golfín Seco, J.I.; M.R. Díez Barra; A. Gutiérrez Oliva. (1997)).

Además, en elementos como vigas y columnas de madera laminada es posible reducir la influencia negativa de los defectos anatómicos propios de cada especie forestal, distribuyéndolos en las zonas menos esforzadas del elemento. Otro aspecto a considerar es que las vigas y columnas de madera laminada siempre podrán fabricarse en dimensiones mayores que las aserradas de madera maciza, y por último, con el uso de diámetros menores, se puede garantizar una explotación forestal rentable. (Fernández-Golfín Seco; J.I. M.R. Díez Barra; A. Gutiérrez Oliva. (1997)). II.1.1. Definición de elementos de madera laminada encolada

Los elementos de madera laminada estructural (MLE) son piezas de sección transversal rectangular de ancho fijo y altura constante o variable y de eje recto o curvo, constituidos por láminas o tablas unidas en forma irreversible con un adhesivo específicamente formulado, o de uso especial para madera. (Demkoff, Miguel. (2003))

Los elementos de madera laminada encolada no deben contener, bajo ninguna circunstancia, clavos o grapas como elementos vinculantes de las tablas. El encolado es la vinculación más efectiva, no acarrea disminución de sección y su efectividad aumenta en algunos casos la resistencia nominal de las secciones. (Demkoff, Miguel. (2003)).

La altura de los elementos de vigas o arcos puede ser constante o variable, y su

dimensión en largo está limitada solo por las posibilidades de transporte. (Demkoff, Miguel. (2003)).

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II.1.2 Historia de la madera laminada encolada

La técnica de superar las limitaciones dimensionales mediante vinculaciones

mecánicas (clavos, pernos, tarugos etc.) se conoce desde hace siglos. El reemplazo de esas pobres vinculaciones mecánicas por una ligazón química efectiva, como las actuales, se debe a Otto Hetzer, quien en 1905 hace conocer en Europa el sistema denominado “estructura Hetzer”, consistente de elementos rectos o curvos fabricados con tablas pegadas con adhesivo a base de caseína y cal pulverizada. Las primeras construcciones importantes se realizaron entre 1909 y 1919 en Suiza, Dinamarca y Suecia, bajo el procedimiento denominado “estructuras Töreboda”. El sistema ideado por Hetzer evolucionado en gran medida, debido a las técnicas de industrialización de la madera, la aparición de adhesivos sintéticos no degradables biológicamente, la ampliación de la capacidad de los sistemas de transporte y la mayor versatilidad de los programas de construcción civil, industrial y rural. (Demkoff, Miguel. (2003)).

En varios países de Europa y América se cuenta con muchos edificios realizados con estructura resistente de madera laminada estructural desde hace casi cuatro décadas. Esto permite asegurar que no se trata de un material ignorado por los profesionales de la construcción. Actualmente no es un acontecimiento exótico encontrar buenas viviendas de madera en barrios suburbanos, clubes sociales y lugares de playa. (Demkoff, Miguel. (2003)).

En el campo de los techos de madera es en donde aparece la utilización frecuente de vigas de madera laminada encolada (MLE). En general se utilizan como piezas de cumbreras, limahoyas, vigas principales, donde reemplazan las secciones que se construían en un pasado reciente con madera dura en largos especiales. Los elementos de MLE compiten muy bien en precio, y su incidencia en el costo por metro cuadrado de obra es ínfima. Este hecho hace que los elementos fabricados con madera laminada encolada tengan un mercado potencial, situado dentro del campo de la construcción. (Demkoff, Miguel. (2003)).

II.1.3 Proceso de fabricación de elementos con madera laminada

La fabricación de madera laminada es un proceso conceptualmente simple.

Consiste en producir elementos macizos de resistencia incrementada, constituidos por tablas de espesor reducido encoladas solidariamente de forma tal que no se pueda separar o individualizar el trabajo de cada lámina. Para ello hay que utilizar madera seca, el adhesivo adecuado, aplicar una presión constante y realizar la operación en donde se controle la humedad de las piezas encoladas. Estas condiciones son de gran importancia para que los elementos fabricados muestren un buen desempeño y resultan independientes de las dimensiones del elemento encolado. (Demkoff, Miguel. (2003)).

49

II.1.3.1 Uniones

Las tablas se empalman mediante uniones “Finger-Joint”, que permite también

recuperar piezas relativamente cortas y homogeneizar secciones de madera valiosa. La primera operación consiste en ajustar el porcentaje de humedad entre un 12% y un 17%, con diferencias no mayores a 4% entre tablas Y no mayor a 2% entre sectores de una misma tabla. Se continúa con un saneado de defectos y empalme en largo mediante “finger-joint”. La Temperatura de la madera en esta etapa debe ser igual o mayor que 15º C. El largo de los dientes de empalme efectivo es de 15mm, ejerciendo sobre la unión una presión mínima del orden de los 20 (bar). (Demkoff, Miguel. (2003)).

No hay demasiada diferencia entre los dientes tipo finger joint, para paneles

y para madera laminada estructural. La mayor diferencia está en el equipamiento. La tendencia actual es trabajar con dientes de un largo cercano a los 12 a 15 mm. Operativamente los dientes para madera laminada estructural debe ser autoblocantes y tener en el extremo un "escape" para el adhesivo. Este pequeño "vacío" en el extremo del diente, necesario para trabajar con presiones altas, a veces se ve como un inconveniente en los paneles, obligando a masillar el hueco. La mayor diferencia del proceso, es el prensado. En las fábricas de paneles, los listones se prensan contra un tope. En una fábrica de madera laminada encolada se utilizan prensas rítmicas, que permiten hacer tablas de largo ilimitado. (Demkoff, Miguel. (2003)).

Es necesario utilizar un adhesivo para uso estructural. Por el momento los únicos

adecuados son los adhesivos de urea formaldehído, urea resorcinol y urea melamina, todos de dos componentes y de curado en frío, entendiendo por tales los productos con los cuales la reacción de catalización de la resina se produce por la acción de un componente agregado a la mezcla base. Es importante mencionar que los adhesivos vinílicos utilizados en carpintería no son muy recomendables, pues no resisten las solicitudes habituales de los elementos estructurales. (Demkoff, Miguel. (2003)).

Existe en el mercado un nuevo tipo de adhesivo de tipo anaeróbico, de un

componente. Pero su tecnología de uso requiere de prensas sofisticadas lo que lo hace de difícil implementación. El adhesivo de urea formaldehído es el más económico. Tiene una moderada resistencia a la rehumidificación temporaria. Es utilizable en taller con temperaturas no inferiores a los 10°C. El mejor adhesivo para usos exteriores y sin duda el más utilizado por los fabricantes europeos, es el de urea resorcinol. Requiere una temperatura de trabajo superior, y es bastante más costoso que el de urea formaldehido. (Demkoff, Miguel. (2003)).

El adhesivo de urea melamina es también muy resistente a la acción de la humedad

sin serlo tanto como el adhesivo de resorcinol y suele ser utilizado cuando se desea evitar las líneas de cola oscuras de la resorcina. Sin embargo, la cola más utilizada es el resorcinol formol porque es neutra a agentes químicos, resistentes al fuego e insensible a la humedad después del encolado. Exige madera con un contenido de humedad inferior al 12 por ciento y superficies muy uniformes. (Demkoff, Miguel. (2003)).

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Al mismo tiempo, se prepara el pegante o adhesivo según las recomendaciones del

fabricante y el tipo de uso de la estructura, es decir, bajo techo o a la intemperie. Los adhesivos más utilizados para condiciones bajo techo son aquellos con base en urea-formaldehido. Si la estructura va a quedar expuesta a condiciones de alta humedad o al ataque de agentes patógenos, sería aconsejable aplicar a las tablas un proceso de inmunización por inmersión o vacio presión según necesidad. Los ensambles longitudinales se hacen por el sistema de finger-joint (figura 11). (Demkoff, Miguel. (2003)).

Figura 11 Finger joint

Fuente: (Demkoff, Miguel. (2003)).

Definidas las características de las vigas y columnas, tanto en su forma como en lo

largo, ancho y espesor se procede a preparar las láminas a ensamblar. Las superficies, tanto de los cantos como de las caras de las tablas, deben ser lisas y uniformes para permitir una buena adherencia entre ellas. La aplicación de la cola, aunque antes se hacía manualmente, se aconseja hacerla por medios mecánicos para asegurar una distribución uniforme y homogénea sobre cantos y caras de cada lámina. El prensado se hace con prensas manuales, hidráulicas o neumáticas. Para favorecer el fraguado de la cola, la formación y prensado de la viga y columnas se hace en cuartos climatizados entre 20 y 40 grados centígrados. La duración del prensado depende del tipo de pegante utilizado, de las dimensiones de la viga y la columna, la temperatura y humedad del medio ambiente. Se debe procurar un prensado uniforme y una presión constante durante el tiempo de fraguado de la cola. (Demkoff, Miguel. (2003)).

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El acabado de la viga consiste en un pulido de las superficies para retirar los

residuos de la cola y dar uniformidad. En muchos casos se aplican inmunizantes, generalmente óleo solubles, los cuales tienen además, un efecto de impermeabilización. Finalmente se aplican productos de acabado como barnices y lacas. (Demkoff, Miguel. (2003)). II.1.3.2 Las ventajas de la madera laminada

La madera laminada ha permitido ampliar la gama de usos de la madera en donde se resaltan sus cualidades estéticas, físico-mecánicas y de durabilidad. Por otra parte, ha permitido la producción de elementos estructurales de forma, tamaño, funcionalidad y creatividad no logrados con la simple madera maciza, e incluso, con materiales tradicionales. A continuación se presenta un listado de algunas ventajas de estos elementos estructurales, ya que un listado más completo depende de su imaginación y de aplicaciones más específicas. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000)).

• Economía: Estos elementos permiten cubrir grandes luces sin necesidad

de paredes interiores o columnas. Además, son elementos decorativos que evitan acabados costosos como falsos techos. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• Seguridad ante situaciones eventuales de incendios, sobrecargas o

movimientos telúricos: Por su sección transversal relativamente grande se queman muy lentamente y resisten la penetración del calor porque forman una capa superficial de carbón, de tal manera que conserva su resistencia mecánica. A su vez, en comparación con otros materiales no se expande o deforma con el calor. Las vigas laminadas por su capacidad de resistir sobrecargas y absorber cargas de impacto son muy seguras ante vientos fuertes y terremotos. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• Durabilidad: Siempre y cuando el diseño y la construcción hayan

observado los principios básicos de protección contra la humedad, la pudrición y el ataque de insectos. Muchas maderas gracias a su propia durabilidad natural se han mantenido en servicio por siglos. Para aumentar tal durabilidad existen productos y tratamientos preservantes muy eficaces. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• Facilidad de instalación: Ya que estos elementos son prefabricados en las

plantas procesadoras y llegan a la obra listos para ser colocados. Su instalación se hace con mano de obra local o con la ayuda de grúas o implementos manuales. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000)).

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• Resistencia química de la madera ya que esta se considera inerte y por lo

tanto no sufre cambios químicos ni deterioración en condiciones normales de trabajo. La madera es resistente a ácidos, óxidos y otros agentes corrosivos. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• Propiedades físicas y mecánicas únicas: Por ejemplo, su resistencia le

permite absorber choques o golpes que podrían romper o quebrar otros materiales. La madera puede resistir cargas repetitivas sin fatigarse ya que su límite está por encima de los niveles de esfuerzo normales de diseño. Además, posee excelentes cualidades de aislamiento térmico y eléctrico y bondades acústicas especiales. Los acabados permiten realzar sus texturas, veteados y colores. Una viga laminada en madera es en promedio cinco veces más liviana que una en concreto. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• Grandes luces hasta de 100 metros han sido cubiertas con vigas laminadas

curvas en forma de arco, parábolas o cúpulas. Técnicamente aun sería posible cubrir luces mayores siempre y cuando se garantice una adecuada repartición de cargas en los cimientos. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• Eficiente utilización de recursos naturales ya que las laminas agrupadas

según su resistencia son todas utilizadas en la misma viga. Las de mayor resistencia se colocan en las áreas de alto esfuerzo y las otras hacia el centro donde los esfuerzos son menores. Esta distribución garantiza abastecimiento permanente de materia prima, la cual por otra parte, proviene de un recurso natural renovable con un inmenso potencial industrial. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• Ahorro de consumo de energía, ya que para convertir madera desde su

estado de materia prima a un producto listo para el consumo industrial requiere menos combustible que cualquier otro material comparable en la industria de la construcción. La producción de una tonelada de madera requiere cerca de 430 kilowatios hora de electricidad o su equivalente, mientras que la producción de una tonelada de acero necesita 2.700 KWH y una tonelada de aluminio 17.000 KWH de electricidad. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

• La tecnología de la madera laminada está a disposición de los

constructores e industriales en forma de guías prácticas, especificaciones técnicas y manuales especializados. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

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Las desventajas de la madera laminada dependen todas de la inadecuada

fabricación, el diseño constructivo y el mantenimiento. Estas desventajas tienen que ver, más que todo, con la higroscopicidad de la madera que facilita la emigración del agua desde los extremos de las vigas favoreciendo las manchas y ataque por hongos. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

II.1.3.3 El potencial de la madera laminada

El límite en la utilización de elementos laminados está en la mente creativa de los diseñadores, ellos encuentran en este material infinitas alternativas para cubrir grandes áreas en una forma rápida y económica. La versatilidad del material permite lograr diseños rectilíneos con formas geométricas simples adecuados para sistemas múltiples de almacenamiento o edificios de varios pisos. Las formas curvas tipo túdor permiten formar en un solo elemento las columnas y las vigas de techo. El sistema gótico se puede lograr con arcos seccionados fáciles de fabricar, transportar e instalar ya que se unen con acoples metálicos. Las mayores limitaciones, en el caso de Guatemala, se encuentran en la industria maderera, en la falta de conocimiento de los constructores respecto a las ventajas y posibilidades de estos materiales constructivos. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

II.2 Evaluación y análisis estructural de columnas II.2.1 Pre-dimensionado de columnas

La columna es el elemento estructural vertical empleado para sostener la carga de la edificación. Es utilizado ampliamente en arquitectura por la libertad que proporciona para distribuir espacios al tiempo que cumple con la función de soportar el peso de la construcción; es un elemento fundamental en el esquema de una estructura y la adecuada selección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en su capacidad de carga. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

Para la columna se indica las características que la definen así como el comportamiento para definir los aspectos a tomar en cuenta en el diseño de las columnas de madera, acero y concreto armado.La columna es un elemento sometido principalmente a compresión, por lo tanto el diseño está basado en la fuerza interna, conjuntamente debido a las condiciones propias de las columnas, también se diseñan para flexión de tal forma que la combinación así generada se denomina flexocompresión. Según el uso actual de la columna como elemento de un pórtico, no necesariamente es un elemento recto vertical, sino es el elemento donde la compresión es el principal factor que determina el comportamiento del elemento. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

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Es por ello que el predimensionado de columnas consiste en determinar las

dimensiones que sean capaces de resistir la compresión que se aplica sobre el elemento así como una flexión que aparece en el diseño debido a diversos factores1. Cabe destacar que la resistencia de la columna disminuye debido a efectos de geometría, lo cuales influyen en el tipo de falla. El efecto geométrico de la columna se denominan esbeltez2 y es un factor importante, ya que la forma de fallar depende de la esbeltez, para la columna poco esbelta la falla es por aplastamiento y este tipo se denomina columna corta, los elemento más esbeltos se denominan columna larga y la falla es por pandeo. La columna intermedia es donde la falla es por una combinación de aplastamiento y pandeo. Además, los momentos flectores que forman parte del diseño de columna disminuyen la resistencia del elemento tipo columna. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

II.2.2 Comportamiento

Dentro de los requisitos fundamentales de una estructura o elemento estructural están: equilibrio, resistencia, funcionalidad y estabilidad. En una columna se puede llegar a una condición inestable antes de alcanzar la deformación máxima permitida o el esfuerzo máximo. El fenómeno de inestabilidad se refiere al pandeo lateral, el cual es una deflexión que ocurre en la columna (véase Figura 3); cuando aparece incrementa el momento flector aplicado sobre el elemento, el aumento de la deflexión agranda la magnitud del momento flector, creciendo así la curvatura de la columna hasta la falla; este caso se considera inestable. Por ello la resistencia de la columna sometida a compresión tiene dos límites, el de resistencia para columnas cortas y el de estabilidad para columnas largas (Figura 2). La estabilidad es así el nuevo parámetro que define además de la resistencia y la rigidez, las dimensiones de la columna (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000)).

Imperfecciones iniciales en la línea vertical de la columna o imperfecciones en el

material, también la continuidad de la columna con la viga hace que los momentos aplicados en la viga se transmitan a la columna. Relación entre el tamaño de la sección transversal y la longitud del elemento. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

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Figura 12 Disminución del esfuerzo de trabajo a compresión según la esbeltez de la columna.

Fuente: (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000)) II.2.3 Carga crítica

La deformación de la columna varía según ciertas magnitudes de cargas, para valores de P bajos se acorta la columna, al aumentar la magnitud cesa el acortamiento y aparece la deflexión lateral. Existe una carga límite que separa estos dos tipos de configuraciones y se conoce como carga crítica Pcr (véase Figura 3). Figura 13 Carga Crítica

Fuente: (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y. Young, (2000))

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Supongamos un elemento recto vertical sometido una carga H, esta carga produce una deflexión (véase Figura 3a). Si se aplica una fuerza vertical P que va aumentado y se disminuye el valor de H, de tal forma que la reflexión sea la misma al caso de la Figura 3a (véase Figura 3b), el valor de Pcr es la carga necesaria para mantener la columna deformada sin empuje lateral H. Para valores mayores a la carga crítica aumentan la deflexión hasta que falla por pandeo, limitando la capacidad de la columna. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Popov, (1996); Timoshenko y Young, (2000))

Los factores que influyen en la magnitud de la carga crítica son la longitud de la

columna, las condiciones de los extremos y la sección transversal de la columna. Estos factores se conjugan en la relación de esbeltez o coeficiente de esbeltez (véase Ecuación 1), el cual es el parámetro que mide la resistencia de la columna. De esta forma para aumentar la resistencia de la columna se debe buscar la sección que tenga el radio de giro más grande posible, o una longitud que sea menor, ya que de ambas formas se reduce la esbeltez y aumenta el esfuerzo crítico. (Beer, F. y Johnston E, (1993); Singer, F. y Pytel, A. (1982); y Young, (2000)).

Figura 14 Carga Crítica

Fuente: (Beer, F. y Johnston E, (1993); Singer, F. y Pytel, A. (1982); y Young, (2000)).

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Ecuación 1

Donde: k ≡ Coeficiente relacionado con el tipo de apoyo;

L ≡ Longitud de la columna; r min ≡ Radio de giro mínimo de la sección.

II.2.4. Excentricidad

Cuando la carga no se aplica directamente en el centroide de la columna, se dice que la carga es excéntrica y genera un momento adicional que disminuye la resistencia del elemento, de igual forma, al aparecer un momento en los extremos de la columna debido a varios factores, hace que la carga no actúe en el centroide de la columna (véase Figura 4). Esta relación del momento respecto a la carga axial se puede expresar en unidades de distancia según la propiedad del momento3, la distancia se denomina excentricidad. Cuando la excentricidad es pequeña la flexión es despreciable y cuando la excentricidad es grande aumenta los efectos de flexión sobre la columna (Singer F. y Pytel, A. (1982)). 3 El momento es igual a una fuerza multiplicada por la distancia perpendicular al punto en donde esta actúa. Ecuación 2

Donde: e ≡ excentricidad,

M ≡ Momento en el extremo; P ≡ Carga axial.

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Figura 15 Excentricidad

Fuente: (Singer F. y Pytel, A. (1982)).

II.2.5.Columna de madera

Las columnas de madera pueden ser de varios tipos: maciza, ensamblada, compuesta y laminadas unidas con pegamento. De este tipo de columnas la maciza es la más empleada, las demás son formadas por varios elementos. (Singer F. y Pytel, A. (1982)).

II.2.5.1 Método para pre-dimensionar columna de madera

La ecuación de análisis se realiza según los esfuerzos y se expresa de forma

simple tal como lo indican las siguientes ecuaciones

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Ecuación 3

Fuente: (Medina, Jorge O. (2002)) Ecuación 4

Ecuación 5

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09)

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II.3 Evaluación de elementos estructurales producidos Requisitos generales:

II.3.1. Claro de cálculo Para vigas simplemente apoyadas el claro de cálculo se tomará como la distancia entre los paños de los apoyos más la mitad de la longitud requerida en cada apoyo para que no se exceda la resistencia al aplastamiento definida. En vigas continuas, el claro de cálculo se medirá desde los centros de los apoyos continuos. (Medina, Jorge O. (2002))

II.3.2. Recortes Se permiten recortes, rebajes o ranuras siempre que su profundidad no exceda de un cuarto del peralte del miembro en los apoyos ni de un sexto del peralte en las porciones alejadas de los apoyos y que queden fuera del tercio medio. La longitud de recortes alejados de los apoyos se limita a un tercio del peralte. (Medina, Jorge O. (2002))

II.3.3. Resistencia a flexión La resistencia de diseño, MR, de miembros sujetos a flexión se obtendrá por medio de la expresión MR = FR ff u S φ (3.2). (Medina, Jorge O. (2002)) Donde ff u = ff u’ Kh Kd Kc Kp Kcl (secciones 2.4 y 2.4.1); S módulo de sección; φ factor de estabilidad lateral según la sección y FR se tomará igual a 0.8.

II.3.4. Estabilidad lateral

• Requisitos generales

Para vigas sin soportes laterales en sus apoyos que impidan la traslación y la rotación de sus extremos, el factor de estabilidad lateral, φ, podrá tomarse igual a la unidad, si la relación entre el peralte y el grosor de la viga no excede de 1.0. Cuando dicha relación es mayor que 1.0 deberá proporcionarse soporte lateral en los apoyos de manera que se impida la traslación y la rotación de los extremos de la viga. Excepto en los casos en que se cumplan las condiciones dadas en la tabla 1, cuando puede tomarse la unidad como valor de φ. Las reglas de las secciones siguientes son aplicables a miembros sujetos tanto a flexión simple como a flexocompresión. (Medina, Jorge O. (2002))

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II.3.4.1 Cálculo del factor de estabilidad lateral, φ Longitud sin soporte lateral, Lu. Cuando no existan soportes laterales intermedios,

la longitud sin soportes laterales, Lu, se tomará como la distancia centro a centro entre apoyos; en voladizos, se tomará como su longitud. Cuando existan viguetas perpendiculares a la viga, conectadas a ésta de manera que impidan el desplazamiento lateral de la cara de compresión, Lu, se tomará como el espaciamiento máximo entre viguetas. Cuando la cara de compresión de la viga esté soportada en toda su longitud de manera que los desplazamientos laterales queden impedidos, Lu podrá tomarse igual a cero. Para poder considerar que la cubierta proporciona suficiente restricción lateral deberá estar firmemente unida a la viga y a los miembros periféricos de manera que se forme un diafragma rígido. (Medina, Jorge O. (2002))

Cuadro 1 Relaciones d/b máximas admisibles para las cuales puede tomarse φ = 1.

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09), (2009))

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II.3.4.2 Factor de esbeltez, Cs El factor de esbeltez, Cs, se determinará con la expresión

Fuente: (Medina, Jorge O. (2002)) II.3.4.3 Determinación del factor de estabilidad lateral, φ El valor del factor de estabilidad lateral, φ, se determinará como sigue:

1) Cuando Cs ≤ 6, el valor de φ se tomará igual a la unidad. 2) Cuando 6 < Cs ≤ Ck, el valor de φ se determinará con la expresión

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09) Cuando Cs > Ck el valor de φ se determinará con la expresión

Fuente: Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09) No se admitirán vigas cuyo factor de esbeltez, Cs, sea superior a 30. II.3.5 Resistencia a cortante II.3.5.1 Sección crítica

La sección crítica para cortante de vigas se tomará a una distancia del apoyo igual al peralte de la viga. Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09)

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II.3.5.2 Resistencia a cortante de diseño

La resistencia a cortante de diseño, VR, en las secciones críticas de vigas se obtendrá por medio de la expresión

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09) Donde: fvu = fvu’ Kh Kd Kc Kr Kv . y FR se tomará igual a 0.7 Podrá considerarse Kv = 2 en los siguientes casos: a) En las secciones críticas de apoyos continuos; y b) En todas las secciones críticas de vigas de sistemas estructurales con compartición de carga. En todos los demás casos Kv = 1.0. II.3.5.3 Factor de recorte, Kr

El factor de recorte, Kr , se calculará de acuerdo con las siguientes expresiones: a) Recorte en el apoyo en la cara de tensión

b) Recorte en el apoyo en la cara de compresión y er ≥d

c) Recorte en el apoyo en la cara de compresión cuando er < d

Fuente: (Medina, Jorge O. (2002)). II.3.6 Miembros sujetos a combinaciones de momento y carga axial de compresión Requisito general

Toda columna deberá dimensionarse como miembro sujeto a flexo-compresión independientemente de que el análisis no haya indicado la presencia de momento (DFNORM09).

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II.3.6.1 Resistencia a carga axial

La resistencia a compresión de diseño, PR, se obtendrá por medio de la expresión PR = FR fcu A Donde: fcu = fcu’ Kh Kd Kc Kp Kcl de tablas con factores de diseño. A área de la sección; FR se tomará igual a 0.7 II.3.6.2 Efectos de esbeltez

Los efectos de esbeltez se tomarán en cuenta a través de la amplificación de

momentos. En el caso de columnas compuestas de dos o más elementos, la esbeltez se considerará de manera independiente para cada elemento a no ser que se prevea un dispositivo que una los extremos de los elementos rígidamente y espaciadores adecuados. (Medina, Jorge O. (2002))

• Longitud sin soporte lateral

La longitud sin soporte lateral, Lu, de miembros bajo compresión se tomará como la distancia centro a centro entre soportes laterales capaces de proporcionar una fuerza de restricción lateral por lo menos igual al cuatro por ciento de la carga axial sobre el miembro. Esta fuerza también deberá ser suficiente para resistir los efectos de los momentos en los extremos y las cargas laterales que pudieran existir. (Medina, Jorge O. (2002))

• Longitud efectiva

Los miembros en compresión se dimensionarán considerando una longitud efectiva, Le = k Lu. Para miembros bajo compresión arriostrados contra desplazamientos laterales se tomará k = 1.0, salvo que se justifique un valor menor. Para miembros en compresión sin arriostramiento contra desplazamientos laterales, k se determinará por medio de un análisis. (Medina, Jorge O. (2002)) Limitaciones

a) Para miembros no arriostrados, los efectos de esbeltez podrán despreciarse si Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09)

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Donde: r es el radio de giro mínimo de la sección. b) Para miembros arriostrados, los efectos de esbeltez podrán despreciarse si

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09) Donde:

M1, M2 momentos actuantes en los extremos multiplicados por el factor de carga apropiado; M1 momento menor y se considera negativo cuando M1 y M2 producen curvatura doble; y M2 momento mayor y siempre se considera positivo. (Medina, Jorge O. (2002)) c) No se admiten valores de k Lu / r superiores a 120. II.3.6.3 Fórmula de interacción para flexión uniaxial

Los miembros sujetos a compresión y flexión uniaxial deberán satisfacer la siguiente condición

Donde:

Mc momento amplificado que se aplicará para diseño con la carga axial Pu; y Pu carga axial última de diseño que actúa sobre el elemento y es igual a la carga de servicio multiplicada por el factor de carga apropiado. (Medina, Jorge O. (2002))

• Determinación del momento amplificado en miembros restringidos lateralmente

El valor de Mc se determinará por medio del siguiente procedimiento:

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Mo máximo momento sin amplificar que actúa sobre el miembro en compresión y es igual al momento de servicio multiplicado por el factor de carga apropiado; y

Fuente: (Medina, Jorge O. (2002)) El valor de la carga crítica de pandeo Pcr se obtendrá con la expresión

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009)) Donde FR se tomará igual a 0.7 Para miembros restringidos contra el desplazamiento lateral y sin cargas transversales entre apoyos, el valor de Cm podrá tomarse igual a

Para otros casos tómese Cm = 1.0. Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009)) II.3.7 Deflexiones:

Las deflexiones calculadas tomando en cuenta los efectos a largo plazo no deberán exceder de los siguientes límites:

• Para claros menores a 3.5 m, una flecha vertical igual al claro entre 240 o el claro entre 480.

• cuando se afecten elementos no estructurales. • Para claros mayores a 3.5 m, una flecha vertical igual al claro entre 240 + 5 mm o

el claro entre 480 + 3 mm cuando se afecten elementos no estructurales. • Las deflexiones de elementos tanto de madera maciza como de madera

contrachapada deberán calcularse bajo las cargas de diseño, considerando un factor de carga igual a la unidad. Como módulo de elasticidad se tomará el valor promedio de los datos obtenidos de los ensayos. (DFNORM09 (2009))

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Figura 16 Factores de modificación para madera maciza y madera contrachapada

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009)) Figura 17 Factores de modificación por contenido de humedad Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009))

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Figura 18 Factores de modificación por peralte

Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009)) Figura 19 Factores de modificación por duración de carga Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009)).

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Figura 20 Factores de resistencia para madera maciza y madera contrachapada Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009)) Figura 21 Factores de modificación por tamaño de la superficie de apoyo. Fuente: Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de Estructuras de madera, (DFNORM09 (2009)).

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II.4 PALO BLANCO

Tabebuia donnell-smithii Rose, conocido como palo blanco produce una madera valiosa usada en muebles, molduras y chapa decorativa. Este árbol de gran tamaño se cultiva para la producción de madera y también como un árbol de ornamento, en parte debido a su impresionante despliegue estacional de flores amarillas. (Francis, John K. (1989)).

II.4.1 Habitat Área de Distribución Natural y de Naturalización

El área de distribución natural se extiende desde el estado mejicano de Nayarit a través de los estados de Chiapas y Veracruz hasta Guatemala y El Salvador, y el área central de Honduras. Esta área se encuentra entre las latitudes 13 y 21 N. Fuera de su área de distribución natural, el palo blanco se ha sometido a prueba como un árbol maderero en Costa Rica, Hawaii, y Puerto Rico. Se ha plantado también como un árbol de ornamento en muchas áreas alrededor del mundo. (Francis, John K. (1989)). II.4.2 Clima

La precipitación anual promedio en el área de distribución natural del palo blanco varía entre alrededor de 1000 a 3000 mm por año, la mayoría de la cual tiene lugar durante el verano. Durante los meses de enero, febrero y marzo tiene lugar una breve temporada seca de 2 a 3 meses de duración. La temperatura anual promedio varía entre 23 y 28 ºC, y la temperatura promedio durante el mes más frío varía entre 17 y 23 ºC. No ocurren heladas en el área de distribución natural del palo blanco. (Francis, John K. (1989)). II.4.3 Suelos y Topografía

Requiere de un buen sitio. En su área de distribución natural crece sobre

suelos aluviales y suelos derivados de cenizas volcánicas, roca metamórfica y piedra caliza. Las texturas de suelo adecuadas van de margas arenosas hasta francos arcillosos, con unos valores de pH de entre 5.5 y 7.5. Los suelos bien drenados son los mejores, aunque los suelos un tanto excesivamente drenados y moderadamente bien drenados (sin subsuelos impermeables) pueden también producir buenos especímenes. Los terraplenes aluviales y las pendientes bajas coluviales constituyen las mejores posiciones topográficas; los suelos profundos son necesarios en áreas rocosas. El palo blanco crece desde elevaciones de cerca del nivel del mar hasta alrededor de 1,000 m. (Francis, John K. (1989)).

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II.4.4 Ciclo vital II.4.4.1 Reproducción y Crecimiento Inicial Flores y Fruto

El palo blanco produce flores de color amarillo encendido, de 2 a 2.5 cm de ancho, en racimos al final de las ramas. Las flores ocurren durante la estación seca (afoliar) y pueden durar por casi 2 meses. Las vainas con las semillas tienen de 25 a 50 cm de largo, son rectas, pendientes y de color marrón cuando maduras; se maduran 4 meses después de la florescencia y liberan las semillas al rajarse. (Francis, John K. (1989)).

II.4.4.2 Producción de Semillas y su Diseminación

Las semillas, las cuales se producen en gran cantidad, son delgadas, planas y se encuentran rodeadas de un ala papirácea. Existen alrededor de 170,000 semillas por kilogramo. Estas semillas livianas pueden viajar por cientos de metros en vientos fuertes. La recolección de las vainas puede comenzarse tan pronto como su color cambie de verde a marrón. Se pueden recolectar grandes cantidades de vainas de los árboles derribados en proyectos madereros; alternativamente, se pueden recoger cantidades pequeñas de semillas directamente del suelo. Cuando esparcidas sobre el suelo, las vainas se abren en 2 ó 3 días, pero las semillas deberán ser secadas por 1 ó 2 semanas adicionales para alcanzar un nivel de humedad del 5 al 6 por ciento para ser almacenadas. Las semillas se pueden almacenar en contenedores herméticos a temperatura ambiente por hasta 1 año. (Francis, John K. (1989)).

Las plántulas de palo blanco deberán ser transplantadas a bolsas de vivero o

almácigos a un espaciamiento de 0.3 por 0.3 m a las 3 semanas aproximadamente, o cuando tengan de 2.5 a 5 cm de alto. En las bolsas de vivero, las plántulas alcanzarán un tamaño plantable (40 cm de alto) alrededor de 4 meses después del transplante. Las plántulas en los almácigos de vivero con el fin de obtener plantas tocones (plantas con las raíces desnudas y con la mayoría de la parte superior podada), deberán crecer hasta una altura de alrededor de 1 m. Esto deberá ocurrir de 7 a 9 meses después del transplante. La parte superior se corta alrededor de 10 cm arriba de la superficie antes de que las plántulas sean alzadas. (Francis, John K. (1989)).

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Las raíces se podan ligeramente y se sumergen en una mezcla pastosa de arcilla, se envuelven en musgo o tela de yute húmedas y se plantan en el terreno tan pronto como sea posible. Este tipo de provisiones plantables se ha usado con gran éxito en países como Honduras. Se requiere de un espaciamiento considerable debido a la necesidad de sol pleno y a su crecimiento rápido. El espaciamiento del palo blanco en plantaciones en Honduras fue por lo general de 9 por 4.5 m (240 árboles por ha). Se han probado espaciamientos más estrechos, pero sin ninguna mejora en la forma. (Francis, John K. (1989)).

II.4.4.3 Reproducción Vegetativa

Los árboles jóvenes son capaces de rebrotar al ser cortados, por lo menos

hasta cuando alcanzan un tamaño de poste. (Francis, John K. (1989)).

II.4.4.4 Crecimiento y Rendimiento

El crecimiento en altura disminuye gradualmente hasta que se alcanza una altura máxima de 25 a 35 m. El crecimiento en diámetro en los buenos sitios varía entre alrededor de 1 y 3 cm por año. Es posible alcanzar un diámetro a la altura del pecho (d.a.p.) de hasta alrededor de 1 m. Una plantación de 32 años de edad en Guatemala promedió alrededor de 2 m3 por árbol; un rodal con una provisión plena podría rendir 446 m3, o 14 m3 por ha por año. (Francis, John K. (1989)).

II.4.4.5 Comportamiento Radical

Las plántulas desarrollan una raíz pivotante profunda, fuerte y carnosa. Unas

grandes raíces laterales se desarrollan de manera gradual. Los árboles de palo blanco tienen unos contrafuertes pequeños, y se puede desarrollar un acanalamiento en los árboles de gran tamaño. (Francis, John K. (1989)).

II.4.4.6 Usos

El palo blanco es un árbol maderero importante en su área de distribución natural. Sus maderos alcanzan un gran precio, y se reporta que el grado de rendimiento es extremadamente bueno para una especie frondosa de madera dura. A pesar de que la abundancia del palo blanco en bosques naturales se ha visto reducida debido a la corta excesiva, los programas de plantación prometen incrementar la cantidad de madera disponible. La madera es de color crema, amarillo o marrón claro, a menudo con listas o bandas y sin una transición definida entre la albura y el duramen. La fibra es de recta a variegada y la textura de mediana a tosca. (Francis, John K. (1989)).

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El peso específico es de alrededor de 0.44 g por cm3, y el contenido de humedad de la madera verde es de alrededor del 62 por ciento. La madera se seca al aire con rapidez con poca degradación. La madera con un contenido de humedad del 12 por ciento tiene una resistencia al doblado de 6,571 newtons por cm2, un módulo de elasticidad de 717 newtons por cm2 y una resistencia máxima a la compresión de 3,861 newtons por cm2. Durante el secado, la madera de palo blanco se encoge un 3.1 por ciento radialmente, 5.2 por ciento tangencialmente y 8.7 por ciento volumétricamente. La madera se aserra y se trabaja a máquina con mucha facilidad y toma un buen acabado. Los usos principales para la madera de palo blanco son para muebles, chapa decorativa, molduras, maderos estructurales y leña. (Francis, John K. (1989)).

Es un buen árbol de sombra a la orilla de los caminos, en parques y en

propiedades de buen tamaño. A pesar de que pierde sus hojas durante la estación seca, su impresionante despliegue de flores amarillas compensa más que suficientemente cualquier pérdida en su apariencia. (Francis, John K. (1989))

El género Tabebuia contiene alrededor de 100 especies en la América tropical

y subtropical. El palo blanco es similar a T. millsii (Miranda) A. Gentry, la cual crece en el sur de México y Guatemala, con una población descoyuntada en Venezuela. Se pueden encontrar formas intermedias entre estas dos especies, y es posible que ambas sean en realidad una sola especie. Los sinónimos botánicos para el palo blanco son Roseodendron donnell-smithii (Rose) Miranda y Cybistax donnell-smithi Rose. ( Francis, John K. (1989)).

Debido a los datos obtenidos del INAB, utilizaremos el sinónimo botánico

Cybistax donnell-smithii al referirnos al palo blanco.

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II.5 Situación del Palo blanco en Guatemala

Cuadro 2 Plantaciones sin manejo silvicultural


En el cuadro anterior, los datos de IMA e ICA son iguales en las Subregiónes II-1, II-3 y III-1, debido a que en los tres casos, la información proviene de una primera medición, y la variable del ICA en Volumen, que no tiene un valor anterior de referencia, el valor es el mismo que el IMA en Volumen. ( FODECYT 078-2007) Figura 22 Volúmenes de producción para la especie forestal Palo Blanco, Subregiones II-1,II-3,II-5, III-1, IV-2 e IX-4


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Según el cuadro y graficas anteriores, de las Subregiónes evaluadas la que presenta el mejor crecimiento es la IX-4 Coatepeque, por el contrario, la de menor crecimiento es la II-5 Fray Bartolomé de las Casas. Cuadro 3 Plantaciones con manejo Silvicultural


Figura 23 Volúmenes de producción para la especie forestal Palo Blanco, Subregiones II-3, IX-1, IX-2 e IX-4


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Según el cuadro y graficas anteriores, de las Subregiones monitoreadas con esta especie, la que presenta el mejor crecimiento es la IX-1 Mazatenango, por el contrario, la de menor crecimiento es la II-3 Cobán. II.5.1 Comparación entre plantaciones por Subregión con y sin aplicación de manejo silvicultural

En el cuadro a continuación se observa que en la Subregión II-3 Cobán, las plantaciones sin manejo silvicultural presentan mejores crecimientos que las plantaciones con manejo. Esto es reflejo de una aplicación de raleo, en donde los árboles extraídos han sido los más grandes en DAP principalmente, afectando negativamente todas las variables dasométricas (DAP, Altura, Volumen, etc.) y por consiguiente presentado menores incrementos que las plantaciones sin manejo. (FODECYT 078-2007)

Cuadro 4 Plantaciones con manejo Silvicultural


También en la Subregión IX-4 Ixcan se observa que las plantaciones sin manejo silvicultural presentan mejores crecimientos que las plantaciones con manejo. Esto es reflejo de una posible mala aplicación de raleo, en donde los árboles extraídos han sido los más grandes en DAP principalmente, afectando negativamente el incremento promedio en DAP*, Altura, Volumen etc. Por consiguiente las plantaciones sin manejo presentan mejore resultados que las plantaciones con manejo silvicultural. Fuente: FODECYT 078-2007

Cuadro 5 Plantaciones con manejo Silvicultural


DAP. Diámetro de altura al pecho. (PINFOR, 2006).

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El palo blanco (Cybistax donell-smithii (rose) seibert), es una especie poco estudiada y por ende poco utilizada, debido a que es una madera blanda y con bajo porcentaje de extraíble, de la cual se utiliza únicamente el duramen. Como ejemplo de lo anterior se encuentra la comunidad de Nuevo México, San Vicente Pacaya, Escuintla; en donde se ubica una plantación de 52 hectáreas de palo blanco (Cybistax donell-smithii (rose) seibert), de cinco años, de la cual desaprovechan la corteza y el aserrín. (FODECYT 078-2007).

Por lo anteriormente expuesto es necesario realizar un estudio comprobable que brinde datos significativos y confiables sobre el aprovechamiento de los madera de palo blanco de los primeros raleos y de diámetros menores, en la elaboración de productos para innovadores, y de esta manera obtener información que permita determinar un proceso industrial en el cual utilizar la madera que tiene poco valor comercial, generando así, mayores ingresos económicos para la comunidad e información de innovación para la industria relacionada con la madera. (FODECYT 078-2007).

Nuevo México es una comunidad repatriada ubicada en San Vicente Pacaya, Escuintla. Dicha comunidad cuenta con una plantación de palo blanco de 110 hectáreas de las cuales 52 Hectáreas cuentan con árboles de 5 años; la madera proveniente de estos diámetros menores es utilizada únicamente para la elaboración de productos sencillos en un taller de carpintería básica, o se utiliza para leña, debido al desconocimiento de características físicas, químicas y mecánicas de la madera así como de posibles usos dentro del campo de la industria. (FODECYT 078-2007)

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II.6 ADHESIVOS

Los adhesivos se conocen desde tiempos inmemoriales y han sido empleados extensamente a lo largo de la historia hasta la actualidad. Existen ejemplos naturales de adhesión, como es el caso de las telas de araña, de los panales de abejas o de los nidos de pájaros. Se han hallado vestigios del uso de la sangre animal como adhesivo durante la Prehistoria. Los babilonios empleaban cementos bituminosos hacia el 4000 A.C, mientras que los egipcios preparaban adhesivos mediante la cocción de huesos de animales para la adhesión de láminas de madera hacia el 1800 A.C. (Madrid Mario (1996))

El sector de los adhesivos está en pleno crecimiento y su desarrollo será muy importante en los próximos años, dado que ofrece rendimientos similares y en ocasiones superiores a los de otras soluciones para el ensamblaje y el sellado con ventajas en cuanto a ahorro de costes. (Madrid Mario (1996))

Como sistema de unión y/o sellado de materiales, los adhesivos ocupan un lugar que en ocasiones comparten con otros sistemas de unión. No obstante, los adhesivos requieren conocimientos básicos para un adecuado uso y sólo a través de un diseño adecuado de la unión se logran resultados satisfactorios. (Madrid Mario (1996))

Se puede definir adhesivo como aquella sustancia que aplicada entre las superficies de dos materiales permite una unión resistente a la separación. Denominamos sustratos o adherentes a los materiales que pretendemos unir por mediación del adhesivo.

El conjunto de interacciones físicas y químicas que tienen lugar en la interfase

adhesivo/adherente recibe el nombre de adhesión. (Madrid Mario (1996)) Métodos de ensamblaje de materiales:

• Distribución uniforme de tensiones

• Rigidización de las uniones

• No se produce distorsión del sustrato

• Permiten la unión económica de distintos materiales

• Uniones selladas

• Aislamiento

• Reducción del número de componentes

• Mejora del aspecto del producto

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• Compatibilidad del producto

• Uniones híbridas Como inconvenientes de los adhesivos, se puede destacar:

• Necesidad de preparación superficial

• Espera de los tiempos de curado

• Dificultad de desmontaje

• Resistencias mecánica y a la temperatura limitadas

• Inexistencia de ensayos no destructivos

Los adhesivos son puentes entre las superficies de los sustratos, tanto si son del mismo, como si son de distinto material. El mecanismo de unión depende de:

• La fuerza de unión del adhesivo al sustrato o adhesión

• La fuerza interna del adhesivo o cohesión

Se puede evaluar la adhesión de dos sustratos simplemente realizando un ensayo de rotura de la unión adhesiva. Así, el fallo de una unión adhesiva puede ocurrir según tres posibles modos:

Separación por adhesión: cuando la separación se produce en la interfase sustrato adhesivo.

Separación por cohesión: cuando se produce la ruptura del adhesivo.

Ruptura de sustrato: cuando el propio sustrato rompe antes que la unión adhesiva o que la interfase sustrato-adhesivo. (Madrid Mario (1996)) II.6.1 Fundamentos Físicos:

• Adherencia: Resistencia que se produce en la superficie de contacto de dos cuerpos en la que hay una interacción de dichas superficies. Son interacciones electromagnéticas producidas por variaciones en la distribución de electrones.

• Cohesión: Atracción molecular que mantiene unidas las partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo; depende de cómo se encuentren distribuidos los átomos, las moléculas y los iones. (Wake. W.C. (1983))

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II.6.2 Propiedades: • Consistencia: Los adhesivos no son simples fluidos al consistir de polímeros

usualmente en solventes y también de compuestos con polvos de diversas propiedades físicas y químicas. Los adhesivos con alta consistencia o viscosidad presentan una cierta resistencia al fluir. (Wake. W.C. (1983))

• Tiempo de almacenamiento: Cuando un adhesivo es guardado por un tiempo considerablemente grande en condiciones extremas de temperatura, pueden ocurrir cambios físicos y químicos. El tiempo de almacenamiento de un adhesivo es el tiempo en el que puede ser almacenado en condiciones controladas y permanece adecuado para su uso. (Wake. W.C. (1983))

• Tiempo de trabajo: Lapsos que transcurre entre el momento en que un adhesivo está listo para su uso y aquel en donde el adhesivo ya no se puede usar. Se encuentra determinado por la consistencia y la fuerza conjuntiva del adhesivo.

• Cobertura: Propiedad que determina la extensión en la que un adhesivo puede ser expandido uniformemente en un área que va a ser unida con otra superficie con una unidad de peso y volumen determinado. (Wake. W.C. (1983))

• Bloqueo: Adhesión indeseable entre dos capas de materiales similares, tal como ocurre cuando se ejerce una moderada presión o durante el almacenamiento.

• Pegajosidad: Característica de un adhesivo que causa que una superficie recubierta con este se adhiera a otra al contacto, esencialmente es la glutinosidad.

• Penetración: Efectividad de los adhesivos aplicados en materiales porosos, este debe hacer un intimo contacto con las dos superficies que se van a ligar; aquí no puede haber una alta penetración del substrato ya que se desperdicia adhesivo. (Wake. W.C. (1983))

• Velocidad de cura: Tiempo en que tarda un adhesivo para lograr unir eficientemente dos superficies. (Wake. W.C. (1983))

II.6.3 Adhesivos más comunes: • Adhesivos Inorgánicos y Cementos: El mundo que nos rodea tiene muchos ejemplos

de ligaduras inorgánicas que han durado siglos, la mayoría de los edificaciones comunes están formados con piedras de agregados líquidos con composiciones silicosas. La diferencia entre adhesivos y cementos es que los cementos tienen un espesor mucho mayor pero ambos incluyen una ligadura adhesiva. Son económicos, resistentes al fuego y generalmente al agua y a otros productos químicos. Resisten el crecimiento de mohos y al ataque de insectos destructores de celulosa. Se dividen en:

- Silicatos Solubles: Se preparan fundiendo arena silica purificada con carbonato de sodio o sulfato de sodio y después disolviendo el producto resultante (generalmente vidrio arenoso) en agua. Son productos químicos técnicamente puros muy utilizados en la industria ya que son de bajo costo y tienen total resistencia a la combustión. (Wake. W.C. (1983)).

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- Cementos Fosfatados: Como su nombre lo indica, son aquellas que tienen altas concentraciones de Fósforo. Los más importantes son: 1) Los Silico-Fosfatos: Son Cementos dentales de silicatos tipo porcelana

formados de alumina, cal y sílice mezclados con ácido fosfórico. (Wake. W.C. (1983)).

2) Los Fosfatos Metálicos: Los principales y más usados para aplicaciones caseras son los fosfatos de cinc bibásicos. Estos forman materiales cristalinos. (Wake. W.C. (1983)).

3) Acido oxifosfórico: Se forman de una ligadura de óxido con el ácido fosfórico y aluminio, cromo y magnesio u oxido de circonio a 200°C.

4) Fosfatos ácidos: Se elaboran suspendiendo hidrato de aluminio fino y oxido o ácido fosfórico en porciones separadas de kerosene o tolueno usando diluyente orgánico para mantener la temperatura de 70-80°C al ser mezclados. (Wake. W.C. (1983))

- Cementos Hidráulicos: Son cementos que se endurecen por medio de la hidratación, y están los de calcio-aluminatos, cementos puzolánicos, silicatos de bario, aluminato de bario, etc. (Wake. W.C. (1983))

• Colas Animales: Es un adhesivo de gran versatilidad con amplia aceptación en la

industria. Este producto natural muy polimerizado es un coloide orgánico derivado del colágeno (constituyente proteínico de los tejidos animales). Se forma al someter a hidrólisis el colágeno de la siguiente manera:

C102H149O38N31 + H2O → C102H151O39N31

- Colas de Pellejo: Se preparan sometiendo el pellejo a un tratamiento con lechadas de cal, luego se le agrega ácido clorhídrico, sulfúrico o sulfuroso, se agrega en agua caliente y luego se separan sucesivamente soluciones diluidas de cola.

- Colas de Hueso: Se procesan del contenido de colágeno de los huesos. Este se extrae por medio de solventes, ácidos diluidos, vapor a presión o agua caliente, quedando colas diluidas de la materia ósea. (Wake. W.C. (1983))

• Adhesivos de Caseína: La caseína es la principal proteína de la leche, y no se puede

obtener de otra fuente en que tenga definida su composición química. Se obtiene específicamente de la leche descremada. Para usarla como adhesivo, se aísla la caseÍna de la leche desnatada por acidificación de la leche alrededor de un pH de 4.5, se separa una cuajada que se lava, se seca y muele rindiendo aproximadamente 3lb de caseÍna por cada 100lb de leche. Al ser la caseína una proteína, es esencialmente una condensación de aminoácidos en la que la liga principal en la cadena es la liga amida - CO NH - conocida como liga péptida dentro de la proteína. (Wake. W.C. (1983))

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• Almidón: Es el principal polímero natural dispersible en agua usado industrialmente como adhesivo económico. Efectivo y único en su versatilidad y simple en su aplicación. El almidón es un polímero de glucosa, aprox. 3/4 partes de este carbohidrato tienen una estructura ramificada conocida comúnmente como amilopectina, la otra parte se le conoce como amilosa, la cual imparte a los almidones su propiedad de fijación posterior. Se clasifica en:

- Almidones con fluidez (diluido): Se hacen con un proceso seco dentro de mezclas ácidas.

- Almidones oxidados: Se hacen con un tratamiento húmedo con hipoclorito de sodio; se utiliza para el empastado de superficies de papel y como recubrimiento para papel. (Wake. W.C. (1983))

- Dextrinas: Se hacen al calentar el almidón en estado seco y luego es rociado con ácidos. Son de color blanco y presentan una alta viscosidad. (Wake. W.C. (1983)).

• Celulósicos: Provienen de los elementos estructurales de las plantas. Es un polímero

de cadena larga con una serie de anillos glucósidos unidos por puentes de oxigeno. La unidad monómera que se repite consiste en un anillo que lleva tres grupos de hidroxilos, uno primario y dos secundarios; todos los adhesivos basados en la celulosa son derivados formados por reacciones de uno o más de estos tres grupos de hidroxilos. (Wake. W.C. (1983))

• Hule Butilo y Poliisobutileno: Son polímeros elastoméricos que se usan ampliamente

como ligante o elastómeros en los cementos y adhesivos. La diferencia es que el Butilo es un copolímero del isobutileno con una cantidad menor de isopreno (caucho), mientras que el poliisobutileno es un homopolímero. Ambos son altamente parafínicos y por lo tanto, resistentes a los ataques ambientales y a químicos que no sean solventes de hidrocarbono; tienen baja permeabilidad a la humedad, vapores y gases y no tienen olor ni sabor. (Wake. W.C. (1983)).

• Hule Nitrilo: Son copolimeros de butadieno y acrilonitrilo. Son compatibles con las resinas de fenol-formaldehído, alkidas, cloruro de vinilo, epoxias, entre otras, lo que le brinda una gran fuerza y resistencia al aceite. Se aplican en forma de látex, cementos y cintas. Tienen una excelente compatibilidad como adhesivos con adherentes polares como fibras de proteínas, textiles, papel y madera. (Wake. W.C. (1983)).

• Hule Estireno - Butadieno: Tiene una relativa baja polaridad comparado con otros hules sintéticos. Es resistente a las condiciones atmosféricas y al calor. Se hacer por la emulsión de copolimerización del butadieno y el estireno. La copolimerización se efectúa por medio de un catalizador de peróxido o persulfato. (Wake. W.C. (1983)).

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• Adhesivos de Fusión en Caliente: Son agentes de unión que alcanzan un estado sólido y la fuerza adhesiva resultante al enfriarse. Antes del calentamiento, un adhesivo de fusión en caliente es termoplástico, hecho con un 100% de material sólido, totalmente adhesivo. Anteriormente se usaban resinas y ceras naturales y sintéticas de peso molecular bajo que servían de adhesivos fundidos en caliente (como la resina de trementina o resina terpeno), pero para convertirlas en adhesivos útiles fueron reforzadas con polímero de alto peso molecular (como el etil celulosa, polietileno, acetato de polivinilo, etc). (Wake. W.C. (1983))

• Adhesivos a Base de Silicón: Cada molécula de los adhesivos a base de silicón es

una cadena compuesta por átomos de oxígeno y de silicio alternados y con un grupo orgánico unido al silicio. El más utilizado es el cianoalquil-silicon, el cual enseña una gran resistencia a muchos solventes. Estos copolímeros varían de líquidos de fluidez libre a gomas viscosas dependiendo de su peso molecular. (Wake. W.C. (1983)).

II.6.4 Polímeros de Vinilo para Adhesivos:

Son sustancias macromoleculares formadas por polimerizacion (adición) de productos químicos monomoleculares que contienen el doble enlace etilenico (eteno) no saturado. Un monómero de vinilo es Figura 24 Monómero de vinilo

Fuente: (Wake. W.C. (1983))

• Acetal Polivinilo: Se usa para muchas aplicaciones estructurales adhesivas que

implican el metal, vidrio y papel, y para recubrimiento, pero en cada uso, sus características adhesivas son la primera consideración. Se caracteriza por su alta resistencia a los hidrocarburos alifaticos, aceites minerales, animales y vegetales, soportan álcalis fuertes pero son sensibles a los ácidos, soportan temperaturas de hasta 100°C por periodos largos de tiempo sin que se descoloren. (Wake. W.C. (1983))

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• Acetato de Polivinilo: Es el miembro de la familia de ésteres de vinilo más fácilmente obtenible y de más amplio uso. Es un líquido inflamable, se preparó por primera vez en 1912. Es usado generalmente para adhesivos de encuadernación, bolsas de papel, cartones para leche, sobres, cintas engomadas, calcomanías, etc. (Wake. W.C. (1983))

• Eter de Polivinilo: Se obtienen por medio de la pirólisis de un acetal, pero se debe también hacer reacción con un catalizador para que ocurra la correspondiente polimerizacion, como un peróxido o un ácido. (Wake. W.C. (1983)).

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PARTE III

RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

III. 1 RESULTADOS DE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMIC AS DE LOS ADHESIVOS

En el presente estudio se determinaron algunas propiedades físico-químicas de seis adhesivos para ser utilizados en la conformación de elementos estructurales vigas y columnas. Es importante determinar las principales características de los adhesivos para elegir dos de ellos para el presente estudio. La sustancias en el mundo, tal y como se conocen, se caracterizan por sus propiedades físicas o químicas, es decir, cómo reaccionan a los cambios sobre ellas.

Las propiedades físicas son aquellas que se pueden medir, sin que se afecte la composición o identidad de la sustancia. También existen las propiedades Químicas, las cuales se observan cuando una sustancia sufre un cambio químico, es decir, en su estructura interna, transformándose en otra sustancia, dichos cambios químicos, son generalmente irreversibles. Otro grupo de propiedades que caracterizan la materia son las Extensivas e Intensivas, las propiedades Extensivas se caracterizan porque dependen de la cantidad de materia presente. La masa es una propiedad Extensiva, mas materia significa más masa, además, las propiedades Extensivas se pueden sumar (son aditivas), el Volumen también lo es. Las propiedades Intensivas, no dependen de la cantidad de masa, además, no son aditivas, tenemos un ejemplo, la densidad, esta no cambia con la cantidad de materia, y es una de las propiedades que se determinó en el presente estudio.

A continuación se presentan los cuadros con resultados de los seis adhesivos que

se codificaron según el orden en que se adquirieron para el presente proyecto. La determinación de las propiedades se llevó a cabo en el Laboratorio de docencia del área de Química de la Escuela de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería.

El orden de la determinación de cada una de las propiedades para cada adhesivo fue el de sólidos totales y porcentaje de humedad, Viscosidad, Densidad y pH, como se muestra en los siguientes cuadros. De igual manera se llevó a cabo el procedimiento para la determinación de Calcio y Magnesio que son los metales que representan la dureza total en una muestra que tiene como solvente agua, estos dos metales en un momento dado puede relacionarse estequiométricamente y llevar a cabo la determinación del polímero que conforma el adhesivo, y puede que afecte en un momento dado la capacidad adherente a las superficies. Según la marcha química realizada que fue una titulación volumétrica en donde el titulante fue la sal disódica del ácido etilendiamino tetracético (titriplex) y se utilizó el Calcón para determinar la cantidad de calcio y el Indicador Negro de Ericromo T, para determinar calcio y magnesio. Se visualizaron cambios inmediatos al momento de verter una gota de titulante a cada muestra preparada para la titulación. Por lo que se puede concluir que el calcio y magnesio en estas muestras de adhesivos no representan una dureza que afecte el fraguado y el tacking del adhesivo en la madera de palo blanco que conformarán los elementos estructurales.

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Razón por la cual en esta sección de resultados se presentan los cuadros de propiedades físico-químicas que fueron las significativas para la elección de los dos adhesivos utilizados en el proyecto. Cuadro 6 Propiedades Fisicoquímicas del Adhesivo 1 para la conformación de

elementos estructurales vigas y columnas.

Adhesivo Repetición Sólidos

totales (%) Humedad

(%) Viscosidad

(cP) Densidad (g/mL) pH

1 35.594 64.406 21,750 1.058 4 2 35.576 64.424 21,000 1.052 4 3 35.704 64.296 21,500 1.058 4

AD1

promedio 35.625 64.375 21416.67 1.06 4.00 Fuente: FODECYT 034-2010

Los resultados de las propiedades fisicoquímicas determinadas para Adhesivo 1 fueron porcentaje promedio de sólidos totales 35.625%, porcentaje promedio de humedad 64.375%, promedio de viscosidad 21,416.67 (cP), la densidad promedio fue de 1.06 (g/mL) y el promedio de pH = 4. Cuadro 7 Propiedades Fisicoquímicas del Adhesivo 2 para la conformación de



totales (%) Humedad

(%) Viscosidad


1 54.868 45.132 74,667 1.245 6 2 54.839 45.161 75,667 1.251 6 3 53.368 46.632 75,667 1.245 6

AD2 promedio 54.358 45.642 75333.667 1.247 6.000


resultados de las propiedades fisicoquímicas determinadas para Adhesivo 2 fueron porcentaje promedio de sólidos totales 54.358%, porcentaje promedio de humedad 45.642%, promedio de viscosidad 75,333.667 (cP), la densidad promedio fue de 1.247 (g/mL) y el promedio de pH = 6.

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Cuadro 8 Propiedades Fisicoquímicas del Adhesivo 3 para la conformación de



totales (%) Humedad

(%) Viscosidad


1 54.214 45.786 42,000 1.232 4 2 54.094 45.906 43,667 1.222 4 3 54.211 45.789 43,667 1.245 4

AD3 promedio 54.173 45.827 43111.333 1.233 4.000 Fuente: FODECYT 034-2010




totales (%) Humedad

(%) Viscosidad

(cP) Densidad (g/mL) Ph

1 47.761 52.239 35,550 1.022 4 2 45.968 54.032 32,500 1.023 4 3 46.154 53.846 35,500 1.022 4

AD4 promedio 46.628 53.372 34,516.667 1.022 4.000


Los resultados de las propiedades fisicoquímicas determinadas para Adhesivo 4 fueron porcentaje promedio de sólidos totales 46.628%, porcentaje promedio de humedad 53.372%, promedio de viscosidad 34,516.667 (cP), la densidad promedio fue de 1.022 (g/mL) y el promedio de pH = 4.

88

Cuadro 10 Propiedades Fisicoquímicas del Adhesivo 5 para la conformación de elementos estructurales vigas y columnas.


totales (%) Humedad

(%) Viscosidad


1 42.553 57.447 11,000 1.001 3 2 43.651 56.349 10,000 1.002 3 3 42.478 57.522 10,667 1.001 3

AD5 promedio 42.894 57.106 10555.667 1.001 3.000




Adhesivo Repetición

Sólidos totales (%)

Humedad (%)

Viscosidad (cP)

Densidad (g/mL) pH

1 38.389 61.611 45,000 1.213 4 2 36.667 63.333 49,333 1.212 4 3 37.838 62.162 49,333 1.213 4

AD6 promedio 37.631 62.369 47,888.667 1.213 4.000


Los resultados de las propiedades fisicoquímicas determinadas para Adhesivo 5 fueron porcentaje promedio de sólidos totales 37.631%, porcentaje promedio de humedad 62.369%, promedio de viscosidad 47,888,667 (cP), la densidad promedio fue de 1.213 (g/mL) y el promedio de pH = 4.

89

III.1.1 COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FISICOQU ÍMICAS

Cuadro 12 Porcentaje promedio de sólidos totales en seis tipos de adhesivos

ADHESIVO % sólidos totales AD1 35.625 AD2 54.358 AD3 54.173 AD4 46.628 AD5 42.894 AD6 37.631

Fuente: FODECYT 034-2010 Figura 25 Gráfica, Comparación de porcentaje promedio de sólidos totales en seis

tipos de adhesivos


El presente gráfico describe que el adhesivo 2 y el adhesivo 3 presentan el mayor porcentaje de sólidos totales.

90

Cuadro 13 Porcentaje de humedad en seis tipos de adhesivos

ADHESIVO % Humedad AD1 64.375 AD2 45.642 AD3 45.827 AD4 53.372 AD5 57.106 AD6 62.369

Fuente: FODECYT 034-2010 Figura 26 Gráfica, comparación de humedad en seis tipos de adhesivos


El presente gráfico describe que el adhesivo uno y seis presentan el mayor porcentaje de humedad.

91

Cuadro 14 Viscosidad en Centipois para seis tipos de adhesivos

ADHESIVO Viscosidad (cP)

AD1 21416.667 AD2 75333.667 AD3 43111.333 AD4 34516.667 AD5 10555.667 AD6 47888.667

Fuente: FODECYT 034-2010 Figura 27 Gráfica, comparación de Viscosidad en Centipois para seis tipos de adhesivos


El presente gráfico presenta que la mayor cantidad de Viscosidad la presenta el adhesivo dos siguiéndole el adhesivo seis.

92

Cuadro 15 Densidad para seis tipos de adhesivos

ADHESIVO Densidad (g/mL) AD1 1.056 AD2 1.247 AD3 1.233 AD4 1.022 AD5 1.001 AD6 1.213

Fuente: FODECYT 034-2010 Figura 28 Gráfica, comparación de Densidad para seis tipos de adhesivos


El presente gráfico muestra que los adhesivos que presentan mayor magnitud de densidad son los adhesivos dos, tres y seis.

93

Cuadro 16 Potencial de Hidrógeno (pH) para seis tipos de adhesivos

ADHESIVO pH AD1 4.000 AD2 6.000 AD3 4.000 AD4 4.000 AD5 3.000 AD6 4.000

Fuente: FODECYT 034-2010 Figura 29 Gráfica, comparación de Potencial de Hidrógeno (pH) para seis tipos

de adhesivos


El presente gráfico muestra que el adhesivo tendiente a la neutralidad es el dos, mientras que el adhesivo uno, tres, cuatro, cinco y seis muestran una mayor acidez encontrándose con un potencial de hidrógeno de tres y cuatro en promedio para las muestras.

94

III.1.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO Y DISCUSIÓN DE LAS PR OPIEDADES FISICOQUIMICAS.

A continuación se presenta el análisis estadístico para las propiedades determinadas para los seis adhesivos, para ello se realizaron análisis de varianza univariante de los efectos intersujetos, también se realizó le prueba de Tuckey y se presentan las gráficas para las medias marginales estimadas.

Cuadro 17 Análisis de varianza univariante pruebas de los efectos inter-sujetos para el porcentaje de sólidos totales en seis tipos de adhesivos

Origen

Suma de cuadrados tipo

III gl Media

Cuadrática F Sig Adhesivo 962.146 5 192.429 395.16 0.00

Error 5.844 12 0.487 Total corregida 967.99 17


La presente determinación de varianza univariante demuestra que la significancia es cero. Cuadro 18 Prueba de Tukey para Sólidos Totales para seis tipos de adhesivos

Subconjunto Adhesivo N 1 2 3 4 5

AD1 3 35.62467

AD6 3 37.63133

AD5 3 42.89400

AD4 3 46.62767

AD3 3 54.17300 AD2 3 54.35833 Sig. 1.000 1.000 1.000 1.000 .999


Según la presente prueba de Tuckey el adhesivo tres y dos son los que presentan la mayor cantidad de sólidos totales.

95

Figura 30 Gráfica, medias marginales estimadas de sólidos totales en seis tipos de adhesivos.


La presente gráfica muestra que el adhesivo tres y dos son los que presentan la mayor cantidad de sólidos totales . Cuadro 19 Análisis de varianza univariante pruebas de los efectos inter-sujetos para el porcentaje de humedad en seis tipos de adhesivos

Origen


III gl Media




La presente determinación de varianza univariante demuestra que la significancia es cero.

96

Cuadro 20 Prueba de Tuckey para el porcentaje de humedad en seis tipos de adhesivos.


AD2 3 45.64167

AD3 3 45.82700

AD4 3 53.37233

AD5 3 57.10600

AD6 3 62.36867

AD1 3 64.37533 Sig. .999 1.000 1.000 1.000 1.000


Según la presente prueba de Tuckey el adhesivo seis y uno son los que presentan la mayor cantidad de humedad. Figura 31 Gráfica, medias marginales estimadas de humedad en seis tipos de adhesivos.


97

La presente gráfica muestra que el adhesivo seis y uno son los que presentan la mayor cantidad de sólidos totales. Cuadro 21 Análisis de varianza univariante pruebas de los efectos inter-sujetos para el porcentaje de viscosidad en seis tipos de adhesivos

Origen


III gl Media

Cuadrática F Sig Adhesivo 7.66E+09 5 1.53E+09 837.899 0.00

Error 21947778 12 1828981.5 Total corregida 7.68E+09 17


La presente determinación de varianza univariante demuestra que la significancia es cero. Cuadro 22 Prueba de Tuckey para el porcentaje de viscosidad en seis tipos de adhesivos

Subconjunto Adhesivo N 1 2 3 4 5 6

AD5 3 10555.67

AD1 3 21416.67

AD4 3 34516.67

AD3 3 43111.33

AD6 3 47888.67

AD2 3 75333.67 Sig. 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000


Según la presente prueba de Tuckey el adhesivo seis y dos son los que presentan la mayor cantidad de viscosidad.

98

Figura 32 Gráfica, medias marginales estimadas de viscosidad en seis tipos de adhesivos.


La presente gráfica muestra que el adhesivo dos y seis son los que presentan la mayor cantidad de sólidos totales. Cuadro 23 Análisis de varianza univariante pruebas de los efectos inter-sujetos para el porcentaje de densidad en seis tipos de adhesivos.

Origen


III gl Media


Error 0.00 12 2.63E-05 Total corregida 0.195 17


La presente determinación de varianza univariante demuestra que la significancia es cero.

99

Cuadro 24 Prueba de Tuckey para el porcentaje de densidad en seis tipos de adhesivos.


AD5 3 1.00133

AD4 3 1.02233

AD1 3 1.05600

AD6 3 1.21267

AD3 3 1.23300 AD2 3 1.24700 Sig. 1.000 1.000 1.000 1.000 .051


Según la presente prueba de Tuckey el adhesivo tres y dos son los que presentan la mayor magnitud de viscosidad. Figura 33 Gráfica, medias marginales estimadas de densidad en seis tipos de

adhesivos.


100

Según la gráfica anterior el adhesivo tres, dos y seis son los que presentan la mayor magnitud de densidad.

Cuadro 25 Análisis de varianza univariante pruebas de los efectos inter-sujetos para el pH en seis tipos de adhesivos.

Origen


III gl Media

Cuadrática F Sig Adhesivo 14.500 5 2.90 0 0.00



La presente determinación de varianza univariante demuestra que la significancia es cero. Figura 34 Gráfica, medias marginales estimadas de densidad pH en seis tipos de

adhesivos.


Según la presente gráfica el adhesivo dos presenta mayor magnitud de pH y menor acidez, y las demás muestras de adhesivos muestran un pH de tres y cuatro, que son los que presentan menor acidez.

101

III.2 RESULTADOS DE LA DETERMINACION DE LAS PROPI EDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LA MADERA DE PALO BLANCO (Tabebuia Donell-Smithii) PROVENIENTE DE DIÁMETROS MENORES DE LA COOPERATIVA INTEGRAL AGRÍCOLA NUEVO MÉXICO; SEGÚN N ORMA ASTM D-143.

En los cuadros que se muestran a continuación se detallan los valores calculados para las distintas propiedades influyentes en el comportamiento de los elementos estructurales conformados. Cuadro 26 Valores calculados de resistencia a flexión en probetas de Palo Blanco

PROBETA

Esfuerzo en kg/cm2

1 532.979464 2 423.1681186 3 448.0541648 4 507.7947201 5 456.8395405

FLEXIÓN

6 323.4794753 Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 27 Valores calculados de resistencia a Tensión Paralela en probetas de Palo Blanco

PROBETA

Esfuerzo en kg/cm2

1 418.2280514 2 497.8733695 3 581.9746166 4 696.7140432 5 366.9543589

TENSION PARALELA

6 566.4992919 Fuente: FODECYT 034-2010

102

Cuadro 28 Valores calculados de resistencia a Tensión Perpendicular en probetas de Palo Blanco

PROBETA

Esfuerzo en kg/cm2

1 45.94734155 2 38.99911536 3 38.5855952 4 44.10154154 5 27.66836273

TENSION PERPENDICULAR

6 42.46492942 Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 29 Valores calculados de resistencia a Compresión Perpendicular en probetas de Palo Blanco

PROBETA

Esfuerzo en kg/cm2

1 33.03066193 2 22.92409577 3 23.84615385 4 38.41059603 5 13.59477124

COMPRESION PERPENDICULAR

6 17.51633987 Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 30 Valores calculados de resistencia a Compresión Paralela en probetas de Palo Blanco

PROBETA Esfuerzo en kg 1 289.8885044 2 225.4901961 3 277.6470588 4 265.4600302 5 226.8358324

COMPRESION PARALELA

6 289.1195694 Fuente: FODECYT 034-2010

103

Cuadro 31 Valores calculados de resistencia a Corte en probetas de Palo Blanco

PROBETA

Esfuerzo en kg/cm2

1 91.50326797 2 81.99643494 3 78.18181818 4 89.28571429 5 88.41354724

CORTE

6 80.21390374 Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 32 Valores calculados de resistencia a Clivaje en probetas de Palo Blanco

PROBETA

Esfuerzo en kg/cm

1 57.5 2 48.21428571 3 36.71875 4 41.66666667 5 45.83333333

CLIVAJE

6 43.75 Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 33 Valores calculados de Dureza en probetas de Palo Blanco

PROBETA Esfuerzo en kg 1 14.14027149 2 8.484162896 3 9.803921569 4 15.3787005 5 8.321005917

DUREZA

6 15.08295626 Fuente: FODECYT 034-2010

104

Los datos anteriores fueron analizados estadísticamente para obtener los valores promedio para cada una de las características anteriormente descritas en cuadros.

Las pruebas estadísticas buscaron tener el valor promedio de los datos obtenidos, así como el error típico y valores máximos y mínimos dentro de los cuales se considera pueden encontrarse las resistencias de la madera utilizada como materia prima para la elaboración de las vigas y las columnas de madera laminada, conformadas para el alcance de los objetivos del proyecto. III.2.1 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS DE LA DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICA S DE LA MADERA DE PALO BLANCO (Tabebuia Donell-Smithii) PROVENIENTE DE DIÁMETROS MENORES DE LA COOPERATIVA INTEGRAL AGRÍCO LA NUEVO MÉXICO; SEGÚN NORMA ASTM D-143. Cuadro 34 Estadísticos descriptivos para las propiedades del Palo blanco

N Mínimo Máximo Media Estadístic

o Estadístico Estadístico Estadístico

Flexión 6 323.4795 532.9795 448.719247

Tensión Paralela 6 366.9544 696.7140 521.373955

Tensión Perpendicular

6 27.6684 45.9473 39.627814

Compresión Perpendicular

6 13.5948 38.4106 24.887103

Corte 6 78.1818 91.5033 84.932448 Clivaje 6 36.7188 57.5000 45.613839 Dureza 6 8.3210 15.3787 11.868503 Elasticidad 6 149718.044

7 453130.197

0 286330.72

8933 N válido (según lista) 6


105

En el cuadro de arriba se muestran los valores analizados para la caracterización de las distintas propiedades de la madera de Palo Blanco utilizada como materia prima para la fabricación de elementos estructurales de madera laminada, tanto vigas como columnas. Cuadro 35 Parámetros para estadísticos descriptivos para las propiedades del Palo blanco

Media Desv. típ. Varianza Error típico Estadístico Estadístico

Flexión 29.9966319 73.4764422 5398.788 Tensión Paralela 48.8158613 119.5739515 14297.930 Tensión Perpendicular 2.6615149 6.5193535 42.502 Compresión Perpendicular

3.8121923 9.3379258 87.197

Corte 2.2412830 5.4899998 30.140 Clivaje 2.8651236 7.0180909 49.254 Dureza 1.3676759 3.3501080 11.223 Elasticidad 57901.36671

51 141828.8038

618 2.012E10

N válido (según lista) Fuente: FODECYT 034-2010

106

III.3 RESULTADOS DE LA DETERMINACION Y EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES FABRICAD OS III.3.1 Determinación de la resistencia a flexión de vigas fabricadas con madera laminada

El resumen de los valores obtenidos para evaluar la resistencia a flexión de vigas fabricadas con madera laminada mediante uniones Finger joint de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores ensayadas, se determino mediante el cálculo del Módulo de Ruptura (MR), en vigas de tres longitudes distintas, propuestas en el diseño experimental; dichos resultados se muestran en los siguientes cuadros: Cuadro 36 Resultados de los ensayos para la determinación de resistencia a flexión en vigas con longitud de 4 pies

No.

Longitud 4 pies

Modulo de Ruptura

PROBETA identificación kg/cm2

ADHESIVO 1 1-4-GB4 946.5939856 AD5 2 2-4-GB4 945.8705357

3 3-4-GB4 829.3087121 ADHESIVO 1 1-4-1206 776.8244121

AD2 2 2-4-1206 946.5939856 3 3-4-1206 1054.629169


Para las vigas con longitud de cuatro pies, se determinó a través de sus características geométricas un factor de esbeltez Cs de 8.12 y un módulo de sección S de 65.63

107

Cuadro 37 Resultados de los ensayos para la determinación de resistencia a flexión en vigas con longitud de 6 pies

No.

longitud 6 pies

Esfuerzo MR

PROBETA identificación Kg/cm2

ADHESIVO 1 1-6-GB4 1196.388712 AD5 2 2-6-GB4 1374.341378

3 3-6-GB4 1106.711648 ADHESIVO 1 1-6-1206 1060.206206

AD2 2 2-6-1206 991.7927473 3 3-6-1206 1127.237575


Para las vigas con longitud de seis pies, se determinó a través de sus

características geométricas un factor de esbeltez Cs de 10.285 y un módulo de sección de S de 64.03 Cuadro 38 Resultados de los ensayos para la determinación de resistencia a flexión en vigas con longitud de 6 pies

No.

Longitud 8 pies

Esfuerzo MR

PROBETA identificación Kg/cm2

ADHESIVO 1 1-8-GB4 847.4820624 AD5 2 2-8-GB4 975.0823332

3 3-8-GB4 992.8884322 ADHESIVO 1 1-8-1206 890.3858418

AD2 2 2-8-1206 993.0420918 3 3-8-1206 775.1594388


Para las vigas con longitud de seis pies, se determinó a través de sus características geométricas un factor de esbeltez Cs de 11.30 y un módulo de sección de S de 65.63

108

III.3.2 Determinación de la resistencia a Compresión de columnas fabricadas con madera laminada

El resumen de los valores obtenidos para evaluar el comportamiento bajo cargas de compresión de columnas fabricadas con madera laminada mediante uniones Finger joint de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores. La aplicación de la carga se realizó para determinar la carga crítica de pandeo, en columnas de tres longitudes distintas, propuestas en el diseño experimental; dichos resultados se muestran en los siguientes cuadros: Cuadro 39 Resultados de los ensayos para la determinación de resistencia a compresión en columnas con longitud de 2 pies

No. Longitud 2

pies Carga critica

PROBETA identificación kg ADHESIVO 1 1-2-GB4 85665.7359

5 2 2-2-GB4 86723.3376 3 3-2-GB4 86987.5365 ADHESIVO 1 1-2-1206 83589.068

2 2 2-2-1206 82319.2884 3 3-2-1206 82569.6891


Los cálculos necesarios para la determinación de la carga crítica en columnas con

longitud de 2 pies se muestran en el siguiente cuadro Cuadro 40 Resumen de datos necesarios para el cálculo de carga crítica en columnas de 2 pies

Área

maciza Longitud Esfuerzo Inercia Mod. Elast.

promedio efectiva

Promedio Mpa

Promedio a

compresión

ADHESIVO 5 66.9666667 65.7666667 25.23606934 376.768133 95926.25

ADHESIVO 2 65.88 65.8333333 27.80059496 358.722675 95926.25


109

Cuadro 41 Resultados de los ensayos para la determinación de resistencia a compresión en columnas con longitud de 4 pies

No.

longitud 4 pies

Carga critica

PROBETA identificación kg

ADHESIVO 1 1-4-GB4 24802.2216 5 2 2-4-GB4 25122.2798

3 3-4-GB4 25042.5872 ADHESIVO 1 1-4-1206 24876.4192

2 2 2-4-1206 25197.5789 3 3-4-1206 24842.7826


Los cálculos necesarios para la determinación de la carga crítica en columnas con longitud de 4 pies se muestran en la siguiente tabla

Cuadro 42 Resumen de datos necesarios para el cálculo de carga crítica en columnas de 4 pies

Área


promedio efectiva Promedio Mpa Promedio a compresión

ADHESIVO 5 66.841386 121.9 22.74102424 375.709882 95926.25

ADHESIVO

2 66.8279187 121.866667 22.20627471 373.972801 95926.25


110

Cuadro 43 Resultados de los ensayos para la determinación de resistencia a compresión en columnas con longitud de 6 pies Fuente: FODECYT 034-2010

Los cálculos necesarios para la determinación de la carga crítica en columnas con longitud de 6 pies se muestran en el siguiente cuadro

Cuadro 44 Resumen de datos necesarios para el cálculo de carga crítica en columnas de 4 pies

Área


promedio efectiva

Promedio Mpa

Promedio a

compresión ADHESIVO

5 66.9180873 185.1 11.41548931 378.977609 95926.25 ADHESIVO

2 66.810678 185.133333 11.71531433 380.827259 95926.25


No.

longitud 6 pies

Carga critica

PROBETA identificación kg

ADHESIVO 1 1-6-GB4 10093.534 5 2 2-6-GB4 11053.2704

3 3-6-GB4 11005.9203 ADHESIVO 1 1-6-1206 10781.0882

2 2 2-6-1206 11011.4673 3 3-6-1206 10816.2586

111

III.3.3 Análisis estadístico de resultados de ensayos de las vigas Cuadro 45 Pruebas de los efectos inter-sujetos análisis de vigas Variable dependiente: Esfuerzo en Vigas Módulo de Ruptura M.R.

Origen

Suma de cuadrados

tipo III gl Media

cuadrática F Sig.

Modelo corregido

254520.972a 5 50904.194 4.664 .013

Intersección 17662655.560

1 17662655.560

1618.367 .000

Trat 254520.972 5 50904.194 4.664 .013 Error 130966.492 12 10913.874

Total 18048143.024

18

Total corregida 385487.464 17

a. R cuadrado = .660 (R cuadrado corregida = .519) Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 46 Prueba de Tukey para los ensayos realizados en vigas

Se muestran las medias de los grupos de subconjuntos homogéneos. Basadas en las medias observadas. El término de error es la media cuadrática (Error) = 10913.874. a. Usa el tamaño muestral de la media armónica = 3.000 b. Alfa = 0.05.


112

Del cuadro anterior se observa que de los resultados obtenidos no existe diferencia de los ensayos de las vigas de distintas longitudes, con los dos adhesivos probados, existe diferencia únicamente para las vigas de longitud 6 pies, y que las vigas de 4 y 8 pies, tienen un comportamiento similar. Figura 35 Gráfica, valores de las medias marginales para las distintas pruebas en vigas


De la figura anterior se observa que el valor medio más alto es el alcanzado por el tratamiento A1L6, que significa: vigas fabricadas con el adhesivo 5 y de 6 pies de longitud.

113

III.3.4 Análisis estadístico de los resultados de ensayos de las columnas Cuadro 47 Pruebas de los efectos inter-sujetos análisis de columnas

Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 48 Prueba de Tukey para los ensayos realizados en columnas

Esfuerzo en Columnas

DHS de Tukeya,b

Subconjunto Trat N 1 2 3 4

A1L6 3 10717.5733

A2L6 3 10869.6067

A2L4 3 24972.2600

A1L4 3 24989.0300

A2L2 3 82826.0167

A1L2 3 86458.8733 Sig. .998 1.000 1.000 1.000

Se muestran las medias de los grupos de subconjuntos homogéneos.

Basadas en las medias observadas.

El término de error es la media cuadrática (Error) = 219294.276.

a. Usa el tamaño muestral de la media armónica = 3.000

b. Alfa = 0.05. Fuente: FODECYT 034-2010

114

Del cuadro anterior se observa que cada uno de los grupos analizados de columnas muestra un comportamiento distinto para la longitudes de 2, 4 y 6 pies. Figura 36 Gráfica, valores de las medias marginales para las distintas pruebas en

Columnas


De la siguiente gráfica se puede observar que las medias marginales estimadas tienen un comportamiento homogéneo en tratamientos para elementos estructurales de la misma longitud, dando valores similares independientemente del adhesivo con el cual fueron conformadas.

115

III.4 RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN LA INFLUENCIA DE DOS TIPOS DE ADHESIVO DE MADERA LAMINADA EN LA RESISTENCIA D E VIGAS SOMETIDAS A FLEXIÓN COMPARANDO LOS DATOS OBTENIDOS CONTRA LOS REQUERIMIENTOS DEL DFNORM009 (NORMAS TÉ CNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE MADERA).

Para la obtención del momento flector máximo, según las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera, se tomaron en cuenta los siguientes factores:

ffu´ Kh Kd Kc Kp Kcl Fr 0.8 1 1 1.15 1.25 1 0.8

En donde: ffu´= valor especificado del esfuerzo a flexión Kh = factor de modificación por contenido de humedad para dimensionamiento de secciones Kd = factor de modificación por duración de carga para dimensionamiento de secciones Kc = factor de modificación por compartición de carga Kp = factor de modificación por peralte Kcl = factor de modificación para madera de coníferas Fr = Factor de resistencia

La resistencia de diseño de los elementos fabricados, sometidos a flexión se obtuvo por medio de la expresión:

Mr= Fr. Ffu.S.Φ En donde: Mr = Momento flector máximo según las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera Ffu= ffu´.Kh.Kd.Kc.Kp.Kcl Fr=0.8 S= Módulo de sección Φ= Factor de estabilidad lateral = 4 (según código)

El momento flector máximo para dos apoyos se obtuvo con las fórmulas tradicionales de la estática, con los datos calculados anteriormente, el resumen de estos valores para cada una de las longitudes, se muestran en los cuadros a continuación:

116

Cuadro 49 Momentos calculados para vigas con longitud de 4 pies

Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 50 Momentos calculados para vigas con longitud de 6 pies


Cuadro 51 Momentos calculados para vigas con longitud de 8 pies

No. Modulo de Momento de diseño

Momento flector

máximo

PROBETA ruptura

según Código DFNORM 009 en

Kg.m para dos apoyos en kg.m

ADHESIVO 1 847.4820624 231.27 239.41

AD5 2 975.0823332 266.09 275.46

3 992.8884322 270.95 280.49

ADHESIVO 1 890.3858418 242.98 251.53

AD2 2 993.0420918 270.99 280.53

3 775.1594388 211.53 218.98


No. Modulo de Momento flector máximo

Momento flector

máximo

PROBETA ruptura


Kg.m

para dos apoyos en

kg.m

ADHESIVO 1 946.593986 185.55 267.41 AD5 2 945.870536 185.41 267.21

3 829.308712 162.56 234.28 ADHESIVO 1 776.824412 152.27 219.45

AD2 2 946.593986 185.55 267.41 3 1054.62917 206.73 297.93

No. Modulo de Momento Flector

Momento flector

máximo

PROBETA ruptura


Kg.m

para dos apoyos en

kg.m

ADHESIVO 1 1196.38871 289.75 337.98 AD5 2 1374.34138 332.85 388.25

3 1106.71165 268.03 312.65 ADHESIVO 1 1060.20621 263.19 299.51

AD2 2 991.792747 246.21 280.18 3 1127.23758 279.83 318.44

117

III.4.1 ANALISIS ESTADISTICO DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN LA INFLUENCIA DE DOS TIPOS DE ADHESIVO D E MADERA LAMINADA EN LA RESISTENCIA DE VIGAS SOMETIDAS A FL EXIÓN COMPARANDO LOS DATOS OBTENIDOS CONTRA LOS REQUERIMIENTOS DEL DFNORM009

Para la comparación de los datos obtenidos y evaluación de la posible influencia

de los adhesivos utilizados en la fabricación de las vigas de madera laminada, se sometieron a un análisis estadístico los datos producto del cálculo de los momentos flectores. Los parámetros producto de este análisis se muestran en resumen en los siguientes cuadros: Cuadro 52 Análisis estadístico de los valores obtenidos para el momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 4 pies fabricadas con adhesivo AD5

Media 177.8409065 Error típico 7.639904797 Mediana 185.4097962 Desviación estándar 13.23270327 Varianza de la muestra 175.1044359 Coeficiente de asimetría -1.731827023 Rango 22.99029077 Mínimo 162.5613162 Máximo 185.551607 Suma 533.5227194 Cuenta 3 Nivel de confianza (95.0%) 32.87185723


118



Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 54 Análisis estadístico de los valores obtenidos para el momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 6 pies fabricadas con adhesivo AD5

Media 296.8799399 Error típico 19.04739208 Mediana 289.7534488 Desviación estándar 32.99105084 Varianza de la muestra 1088.409435 Coeficiente de asimetría 0.926700114 Rango 64.81725941 Mínimo 268.0345557 Máximo 332.8518151 Suma 890.6398196 Cuenta 3 Nivel de confianza (95.0%) 81.95431353


119


Media 263.07632 Error típico 9.70642965 Mediana 263.190685 Desviación estándar 16.8120293 Varianza de la muestra 282.64433 Coeficiente de asimetría -0.0306103 Rango 33.6234751 Mínimo 246.207399 Máximo 279.830874 Suma 789.228959 Cuenta 3 Nivel de confianza(95.0%) 41.763396

Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 56 Análisis estadístico de los valores obtenidos para el momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 8 pies fabricadas con adhesivo AD5



120




De los cuadros anteriores se puede calcular los valores máximos y mínimos que se pueden esperar respecto del valor medio (Valor de la media ± valor nivel de confianza 95.0%), con un nivel de confianza del 95%, quedando los siguientes resultados: Cuadro 58 Rangos obtenidos para valores de momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 4 pies

Adhesivo Valor mínimo Valor máximo AD5 144.97 210.71



121



De la figura anterior se observa que los rangos de los momentos obtenidos se encuentran con valores similares, y que el valor máximo valor de AD2 contiene a los valores de AD5, y el rango de valores mínimos de AD2 están contenidos en el rango de valores de AD5, por lo que no existe diferencia representativa en el uso de uno u otro pegamento en la fabricación de las vigas de esta longitud.

Cuadro 59 Rangos obtenidos para valores de momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 6 pies




122



De la figura anterior se observa que los rangos de los momentos obtenidos se encuentran con valores similares, y que el valor máximo valor de AD2 contiene a los valores de AD5, y el rango de valores mínimos de AD5 esperados están contenidos en el rango de valores de AD2. Aunque los valores calculados utilizando AD2 son mayores, no existe diferencia representativa respecto de los valores promedio obtenidos, para el uso de uno u otro adhesivo en la fabricación de las vigas de esta longitud.

Cuadro 60 Rangos obtenidos para valores de momento flector máximo según Código DFNORM 009 para vigas de 8 pies




123



De la figura anterior se observa que los rangos de los momentos obtenidos se encuentran con valores bastante similares, y que el valor máximo valor de AD2 contiene a los valores de AD5, y el rango de valores mínimos de AD5 esperados están contenidos en el rango de valores de AD2; se observa entonces que no existe diferencia representativa respecto de los valores promedio obtenidos, para el uso de uno u otro adhesivo en la fabricación de las vigas de esta longitud.

124

III.5 RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LA INFLUEN CIA DE DOS TIPOS DE ADHESIVO DE MADERA LAMINADA EN LA RESISTEN CIA DE COLUMNAS SOMETIDAS A COMPRESIÓN COMPARANDO LOS DATO S OBTENIDOS CONTRA LOS REQUERIMIENTOS DEL DFNORM009. (NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE MADERA).

Para el cálculo de la carga crítica según las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera, se tomaron en cuenta los siguientes factores:

Kh Kd Kc Kp Kcl 0.6 1 1.15 1.15 1

En donde: Kh= factor de modificación por contenido de humedad para dimensionamiento de secciones Kd= factor de modificación por duración de carga para dimensionamiento de secciones Kc= factor de modificación por compartición de carga Kp= factor de modificación por peralte Kcl= factor de modificación para madera de coníferas La resistencia de diseño de los elementos fabricados, sometidos a compresión se obtuvo por medio de la expresión:

PR= FR . fcu . A Donde: fcu = fcu´.Kh.Kd.Kc.Kp.Kcl A= área de la sección Fr= se tomará igual a 0.7 según el código

La carga crítica calculada se realizó con las formulas de la estática tomando en cuenta la inercia y longitud promedio de los elementos ensayados, el resumen de estos valores para cada una de las longitudes, se muestra en los cuadros a continuación:

125

Cuadro 61 Cargas críticas calculadas para columnas con longitud de 2 pies

LONGITUD No. Carga Fcu´ Carga crítica

4 pies PROBETA Crítica

obtenida Esf. Comp.

MPA según Código DFNORM 009

en Kg ADHESIVO 1 85665.7359

5 2 86723.33758 25.24 66389.22921 3 86987.53647

ADHESIVO 1 83589.068 2 2 82319.28839 27.8 63081.53649

3 82569.68912 Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 62 Cargas críticas calculadas para columnas con longitud de 4 pies

LONGITUD No. Carga Fcu´ Carga crítica

4 pies PROBETA Crítica

obtenida Esf.

Comp.MPA según Código DFNORM 009


1 2 25122.27978 22.74 19269.93858 3 25042.58719

ADHESIVO 1 24876.41918 2 2 25197.5789 22.21 19191.33898

3 24842.78259 Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 63 Cargas críticas calculadas para columnas con longitud de 6 pies LONGITUD No. Carga Fcu´ Carga crítica

3 PROBETA Crítica

obtenida Esf.

Comp.MPA según Código DFNORM 009


1 2 11053.27042 11.42 8430.160401 3 11005.9203

ADHESIVO 1 10781.08819 2 2 11011.46732 11.72 8468.254649

3 10816.25864 Fuente: FODECYT 034-2010

126

Para la comparación de los datos obtenidos y evaluación de la posible influencia de los adhesivos utilizados en la fabricación de las columnas de madera laminada, se sometieron a un análisis estadístico los datos producto del cálculo de las cargas críticas. Los parámetros producto de este análisis se muestran en resumen en los siguientes cuadros: Cuadro 64 Análisis estadístico de los valores obtenidos para la carga crítica calculada según Código DFNORM 009 para columnas de 2 pies fabricadas con adhesivo AD5


Fuente: FODECYT 034-2010 Cuadro 65 Análisis estadístico de los valores obtenidos para la carga crítica calculada según Código DFNORM 009 para columnas de 2 pies fabricadas con adhesivo AD2

Media 82826.01517 Error típico 388.3135963 Mediana 82569.68912 Desviación estándar 672.5788781 Varianza de la muestra 452362.3473 Coeficiente de asimetría 1.465898998 Rango 1269.779611 Mínimo 82319.28839 Máximo 83589.068 Suma 248478.0455 Cuenta 3 Nivel de confianza(95.0%) 1670.778555


127

Cuadro 66 Análisis estadístico de los valores obtenidos para la carga crítica calculada según Código DFNORM 009 para columnas de 4 pies fabricadas con adhesivo AD5

Media 24989.0295 Error típico 96.1953242 Mediana 25042.5872 Desviación estándar 166.615189 Varianza de la muestra 27760.6212 Coeficiente de asimetría -1.29704059 Rango 320.058146 Mínimo 24802.2216 Máximo 25122.2798 Suma 74967.0886 Cuenta 3 Nivel de confianza(95.0%) 413.895074


Media 24972.26022 Error típico 113.077015 Mediana 24876.41918 Desviación estándar 195.8551351 Varianza de la muestra 38359.23396 Coeficiente de asimetría 1.674754256 Rango 354.796308 Mínimo 24842.78259 Máximo 25197.5789 Suma 74916.78066 Cuenta 3 Nivel de confianza(95.0%) 486.5311272


128

Cuadro 68 Análisis estadístico de los valores obtenidos para la carga crítica calculada según Código DFNORM 009 para columnas de 6 pies fabricadas con adhesivo AD5

Media 10717.5749 Error típico 312.319709 Mediana 11005.9203 Desviación estándar 540.953603 Varianza de la muestra 292630.801

Coeficiente de asimetría -

1.71713357 Rango 959.736424 Mínimo 10093.534 Máximo 11053.2704 Suma 32152.7247 Cuenta 3 Nivel de confianza (95.0%) 1343.80325


Media 10869.60472 Error típico 71.65423475 Mediana 10816.25864 Desviación estándar 124.1087752 Varianza de la muestra 15402.98807 Coeficiente de asimetría 1.576884144 Rango 230.3791248 Mínimo 10781.08819 Máximo 11011.46732 Suma 32608.81415 Cuenta 3 Nivel de confianza (95.0%) 308.3032888


129

De los cuadros anteriores se puede calcular los valores máximos y mínimos esperados respecto del valor medio (Valor de la media ± valor nivel de confianza 95.0%), con un nivel de confianza del 95%, quedando los siguientes resultados: Cuadro 70 Rangos obtenidos para valores de cargas criticas en columnas de longitud 2 pies según Código DFNORM 009

Adhesivo Valor mínimo Valor

máximo AD5 84721.31106 88196.4289


máximo AD2 81155.24 84496.79

Fuente: FODECYT 034-2010 Figura 40 Gráfica, comparación de rangos obtenidos para valores de carga crítica según Código DFNORM 009 para columnas de 2 pies


De figura anterior se observa que los valores de resistencia obtenidos en Kg, para las columnas fabricadas con el adhesivo AD5 superan los valores tanto mínimos como máximos de las columnas fabricadas con el adhesivo AD2.

130

Cuadro 71 Rangos obtenidos para valores de cargas criticas en columnas de longitud 4 pies según Código DFNORM 009


máximo AD5 24575.13446 25402.92461


máximo AD2 24485.73 25458.79



La figura anterior se observa que los valores de resistencia obtenidos para las columnas de 4 pies se mantienen bastante constantes para cada uno de los adhesivos dentro de un rango definido. Para esta longitud de columnas se observa que el adhesivo que proporcionó valores más altos de resistencia en la fabricación de columnas es el AD2

131

Cuadro 72 Rangos obtenidos para valores de cargas criticas en columnas de longitud 6 pies según Código DFNORM 009


máximo AD5 9373.771658 12061.37815


máximo AD2 10561.30 11177.91



De la figura anterior se observa que los valores de resistencia obtenidos para las columnas de 6 pies presentan poca variabilidad para cada uno de los adhesivos, dentro de un rango definido. Al igual que para la longitud de 4 pies, se observa que el adhesivo que proporcionó valores más altos de resistencia en la fabricación de columnas es el AD2.

132

III.6 ESTABLECER Y PROPONER POSIBLES USOS PARA LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES (VIGAS Y COLUMNAS) FABRICAD OS CON MADERA LAMINADA DE PALO BLANCO (TABEBUIA DONELL-SMI THII) PROVENIENTE DE DIÁMETROS MENORES.

De los resultados observados en los cuadros 49 al 51 para vigas y del cuadro 61 al 63 para columnas se observa que los elementos estructurales fabricados con madera laminada de palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, cumplen con requerimientos según la norma con la que fueron evaluadas citada anteriormente. Es importante tener en cuenta que los valores mostrados; son para cargas ultimas, con el fin de establecer la resistencia máxima de los elementos estructurales fabricados, tanto vigas como columnas, por lo que es importante tener en cuenta factores de seguridad como los sugeridos por el IBC, UBC, o sugerencias del Manual CORMA chileno.

Para los distintos valores obtenidos, se recomienda utilizar un factor de seguridad 2 para los valores tanto de momentos de diseño en vigas, como para los valores de carga critica en columnas, teniendo en cuenta que para próximos estudios se hace necesario un estudio de deflexiones y flechas admisibles para distintas condiciones de carga para cada uno de los elementos.

Para las vigas fabricadas, se observó que son elementos bastante resistentes y de moderado peso por unidad de longitud. De los ensayos realizados se observa que debido a ser elementos conformados por secciones paralelas unidas con adhesivos, el comportamiento de las vigas se asemeja más al de un material ortotrópico, fácil de trabajar (cepillar, dimensionar, biselar) y que cuenta con la facilidad de prefabricación en secciones regulares y longitudes según se requieran.

Una de las ventajas más grandes de las vigas fabricadas con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores es que favorece al desarrollo sostenible del bosque, al aprovechar pequeñas secciones para modular elementos de escuadrillas típicas usadas en construcción, además aportan belleza decorativa y por la naturaleza de la conformación de los elementos se obtiene una gran estabilidad dimensional, factor que resulta importante en aplicaciones exteriores.

En el caso de las columnas fabricadas con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, se observa que los resultados obtenidos de resistencia, superan por un alto porcentaje a los elementos de madera maciza, aunado esto, las columnas fabricadas con madera laminada de Palo blanco tienen la ventaja de poseer menores deformaciones volumétricas debido a factores de intemperismo (humedad, grietas, torceduras, etc.), menor peso por unidad de longitud y poseen una alta calidad de superficie que aporta valor ornamental en cualquier aplicación tanto para interiores como para exteriores.

133

Los elementos estructurales fabricados con madera laminada tienen un efecto

ornamental de gran valor contribuyendo a la estética de construcciones tanto en interior como para exterior, debido a que por su naturaleza resistente, se convierten en elementos portantes con los que se pueden diseñar ambientes de grandes luces. Dentro de las aplicaciones para las cuales las vigas y columnas de madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores son consideradas aptas, podemos mencionar:

• Soporte para estructuras de entrepiso

Figura 43 Vigas de madera laminada en entrepiso interior

Fuente: www.bricomart.com

134

• Ambientes interiores con grandes luces entre apoyos, en combinación

Figura 44 Vigas de madera laminada en entrepiso interior

Fuente: www.maderascastellar.net

• Mesanines de madera o estructuras para lofts Figura 45 Vigas y columnas de madera laminada combinadas en mesanine

Fuente: www.maderascastellar.net

135

• Pérgolas de grandes luces para exteriores Figura 46 Pérgola fabricada con vigas y columnas de madera laminada

Fuente: www.blogdecoraciones.com

136

PARTE IV

IV.1 CONCLUSIONES IV.1 CONCLUSIONES GENERALES

1. La caracterización y evaluación de las propiedades físicas y mecánicas de la madera de Palo blanco que resultan influyentes en el comportamiento de los elementos estructurales conformados con madera laminada, a través de uniones tipo finger joint, se detallan en los cuadros 26 al 33. Se determinaron los valores medios para cada una de las principales características analizadas, y se realizó el análisis estadístico correspondiente de los valores obtenidos, lo cual se muestra en el cuadro 34 y 35. Los valores se asemejan a los de una madera blanda, esto se puede atribuir al hecho de que es madera obtenida de prácticas silviculturales como podas y raleos.

2. Se determinó y evaluó la resistencia de vigas fabricadas con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii), mediante uniones Finger joint, proveniente de diámetros menores; para tres longitudes distintas y dos tipos de adhesivos que fueron caracterizados física y químicamente; los resultados de dicha caracterización se muestran en los cuadros 6 al 16. Los resultados de los ensayos a flexión en vigas se detallan en los cuadros 36 al 38, los cuales fueron sometidos a un análisis estadístico que se muestra en detalle en los cuadros 45 y 46. Las medias marginales de dichos valores se muestran en la figura 35.

3. Se evaluó el comportamiento bajo cargas de compresión de columnas

fabricadas con madera laminada de palo blanco (Tabebuia Donell-smithii), mediante uniones Finger joint, proveniente de diámetros menores; para tres longitudes de columnas distintas y dos tipos de adhesivos que fueron caracterizados física y químicamente; los resultados de dicha caracterización se muestran en los cuadros 6 al 16. Los resultados de la evaluación del comportamiento de las columnas se resume en los cuadros 39 al 44; los cuales fueron sometidos a un análisis estadístico que se detalla en los cuadros 47 y 48. Las medias marginales de dichos valores se muestran en la figura 36.

137

4. Se evaluó la influencia de dos tipos de adhesivo de madera laminada en la resistencia de vigas sometidas a flexión comparando los datos obtenidos contra los requerimientos del DFNORM009. (Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera). Los resultados de dicha evaluación se muestran en los cuadros 49 al 51. Los cuales fueron sometidos a un análisis estadístico detallado en los cuadros 52 al 57. Para la comparación de los valores obtenidos para cada una de las longitudes de vigas fabricadas con los dos adhesivos seleccionados, se determinaron los rangos de Momento flector máximo según el código DFNORM009, lo cual se muestra en detalle en los cuadros 58 al 60 y la comparación gráfica de estos, se muestra en las figuras 37 a la 39.

5. Se evaluó la influencia de dos tipos de adhesivo de madera laminada en la resistencia de columnas sometidas a compresión comparando los datos obtenidos contra los requerimientos del DFNORM009. (Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera). Los resultados de dicha evaluación se muestran en los cuadros 61 al 63. Los cuales fueron sometidos a un análisis estadístico detallado en los cuadros 64 al 69. Para la comparación de los valores obtenidos para cada una de las longitudes de columnas fabricadas con los dos adhesivos seleccionados, se determinaron los rangos de Carga crítica según el código DFNORM009, lo cual se muestra en detalle en los cuadros 70 al 72 y la comparación gráfica de estos, se muestra en las figuras 40 a la 42.

6. A partir de los resultados obtenidos de la evaluación tanto de vigas como de columnas, descrita en las conclusiones 4 y 5, se determinó que los elementos estructurales fabricados con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii), provenientes de diámetros menores son aptos para ser utilizados en aplicaciones como: implementación de vigas de madera laminada en entrepiso en interiores, modulación y fabricación de interiores con grandes luces entre apoyos, combinando vigas y columnas de madera laminada, fabricación de estructuras para lofts, y aplicaciones en exteriores como pérgolas de grandes luces. Lo anterior se ilustra en las figuras 43 a la 46.

7. La evaluación de los elementos estructurales fabricados con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) provenientes de diámetros menores, bajo el código DFNORM009 (Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera), muestran resultados con los que se comprueba la hipótesis alternativa planteada ya que si cumplen los requerimientos de dicho código.

138

8. Según los resultados mostrados en los cuadros 45 y 46 se logró determinar que existe un comportamiento bastante uniforme en los elementos de 4 y 8 pies, registrando con valores máximos de resistencia a flexión, los elementos de 6 pies independientemente del adhesivo utilizado para su conformación, se concluye que la modulación adecuada para la conformación de elementos para grandes luces, no debe darse en tramos mayores a 6 pies, con la técnica de ensamble y adhesivos utilizados para dichos elementos.

9. Según los resultados mostrados en los cuadros 70 al 72 y su respectiva comparación gráfica en las figuras 40 a la 42, se concluye que las columnas de madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) provenientes de diámetros menores, presentan características altamente resistentes, que superan incluso, los valores de columnas de madera maciza, por lo que son un excelente sustituto de las mismas, no solo al soportar mayor carga, sino al aprovechar piezas de madera corta, de poco valor comercial.

139

IV.2 RECOMENDACIONES

1. Se recomienda dar continuidad al estudio de los elementos para fines estructurales fabricadas con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos, combinados en sistemas de marcos estructurales y que sean ensayados en elementos a escala real.

2. Se recomienda tomar en cuenta los resultados de cada una de las pruebas

realizadas a los adhesivos caracterizados dentro del presente estudio, pues según resultados mostrados en la evaluación de las columnas fabricadas, es evidente que el adhesivo resulta crítico en los valores de resistencia última obtenidos.

3. Se recomienda en estudios posteriores, evaluar factores como permeabilidad,

hinchazón y análisis de resistencia a hongos, en elementos estructurales fabricados con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos, previo a utilizar dichos elementos en situaciones de alta higroscopia o en climas en los cuales sean susceptibles al ataque de posibles patógenos y vectores.

4. Se recomienda la realización de pruebas de tacking en adhesivos, así como

análisis propios de polímeros para tener una mayor cantidad de parámetros que permitan la selección de uno u otro adhesivo, según el fin que se pretenda dar a los elementos estructurales, fabricados con madera laminada de Palo blanco (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos.

5. Se recomienda la utilización de vigas fabricadas con madera laminada de Palo

blanco (Tabebuia Donell-smithii), mediante uniones Finger joint; proveniente de diámetros menores, en aplicaciones como vigas de entrepiso, sistemas de piso y como complementos arquitectónicos (barandales, pasamanos, cerramientos, etc), como lo ilustra en conjunto la figura 45.

140

6. Se recomienda el uso de columnas fabricadas con madera laminada de palo blanco mediante uniones Finger joint (Tabebuia Donell-smithii) proveniente de diámetros menores, en aplicaciones en estructuras en donde la transmisión de cargas verticales o por gravedad sea crítica, por ejemplo: sistemas con muros de doble altura, sistemas de piso con mezanines, entrepisos que sean utilizados como bodegas u oficinas.

141

IV.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. American Plywood Association. Paneles estructurales de Madera laminada y su uso en la construcción. Boletín. 3 págs.

2. American Society for Testing and Materials, (2003) ASTM D143-94 Standard

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3. American Society for Testing and Materials, (2003) ASTM D198-02 Standard

Test Methods of Static Tests of Lumber in Structural Sizes. Volumen 04.10 Estados Unidos de America: 2003. 31 págs.

4. Araujo Molina , Omar. Cerón Cardeña Miguel. Resistencia a la flexión de vigas

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Plantaciones Forestales en Guatemala. FODECYT 078-2007. Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología, Guatemala. 2010.

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25. Wilson, Jerry D. y Buffa, Anthony J.( 2003). Física. 5a. Ed. Editorial Pearson

Educación. México.

144

IV.4 ANEXOS

145

IV.4.1 ANEXO 1 Actividades desarrolladas en torno al proyecto Fotografía 19 Pruebas de resistencia de uniones con adhesivos seleccionados


En la fotografía mostrada arriba, se muestra a miembros del equipo de investigación elaborando probetas para la determinación de la resistencia a cortante, inducido por tracción, en especímenes de longitudes cortas previo al ensamble de vigas. Fotografía 20 Miembros y Dirigentes de la Comunidad Nuevo México


En la fotografía de arriba se muestra a los dirigentes de la comunidad Agrícola y de forestería Nuevo México, en compañía de miembros del equipo de investigación, previo a iniciar el recorrido por las parcelas de donde se extrajo la materia prima para el desarrollo experimental del proyecto.

146

Fotografía 21 Carpintería de la comunidad Nuevo México

Fuente FODECYT 034-2010

En la fotografía de arriba se muestra a uno de los encargados de la carpintería de la comunidad Agrícola Nuevo México, se tuvo un acercamiento previo con las personas que manejan el taller para conocer la maquinaria, herramienta y equipo con el que contaban para desarrollar el proceso de elaboración de vigas y columnas en el marco del proyecto. Fotografía 22 Unión tipo Finger Joint Transversal

Fuente FODECYT 034-2010

En la fotografía mostrada arriba se observa la maquina utilizada para la elaboración de la unión Finger Joint transversal o “en cabeza”, para la elaboración de vigas de madera laminada.

147

IV.4.2 ANEXO 2 Análisis fisicoquímicos Determinación de la viscosidad de los adhesivos con un viscosímetro brookfield

En la fotografía de abajo se muestra el viscosímetro de Brookfield vista frontal con la muestra de adhesivo, previo al ensayo y determinación de la viscosidad. Fotografía 23 Viscosímetro de Brookfield Fuente FODECYT 034-2010 Fotografía 24 Escala de medición del Viscosímetro de Brookfield Fuente FODECYT 034-2010 En la fotografía de arriba se muestra la escala de medición del viscosímetro de Brookfield, en marcha para la determinación de la viscosidad en Centipois.

148

Determinación de sólidos totales en adhesivos Fotografía 25 Balanza de Humedad para la determinación de sólidos totales

En la fotografía de arriba se muestra la balanza de humedad que fue utilizada para

la determinación del porcentaje de humedad en adhesivos. Fotografía 26 Muestras de adhesivos posterior a la determinación de sólidos

totales.

En la fotografía de arriba se observan las muestras de los adhesivos a los que se les determinó el porcentaje de sólidos totales y a la vez el porcentaje de humedad.

149

Determinación de pH en adhesivos Fotografía 27 Determinación de pH en adhesivos

En la fotografía de arriba se muestra la determinación del pH de los seis adhesivos

analizados, con papel tornasolo o pH. Determinación de calcio y magnesio en adhesivos Fotografía 28 Determinación de Calcio y Magnesio en Adhesivos por volumetría

En la fotografía de arriba se muestra la determinación de Calcio y Magnesio por

volumetría de nuetralización con EDTA (ácido etilendiaminotetracético).

150

PARTE V INFORME FINANCIERO Ficha de Ejecución presupuestaria

AD-R-0013

Nombre del Proyecto:

Numero del Proyecto: 034-2010

Investigador Principal: INGA. ERICKA JOHANNA CANO DÍAZMonto Autorizado: Q323.700,00 01/02/2011Plazo en meses 12 meses 1a.

Fecha de Inicio y Finalización: 01/02/2011 al 31/01/2012 2a.

Menos (-) Mas (+)

1 Servicios no personales

181 Estudios, investigaciones y proyectos de factibilidad 93.000,00Q 1.250,00Q 90.500,00Q 1.250,00Q 189 Otos estudios y/o servicios 8.000,00Q 8.000,00Q 122 Impresión,encuadernación y reproducción 3.000,00Q 5.000,00Q 8.000,00Q 133 Viáticos en el interior 10.000,00Q 4.152,00Q 5.848,00Q 142 Fletes 12.000,00Q 12.000,00Q -Q 185 Servicios de capacitación 14.000,00Q 14.000,00Q

2 MATERIALES Y SUMINISTROS

214Productos agroforestales, madera, corcho y susmanufacturas 25.000,00Q 16.950,10Q 8.000,00Q 49,90Q

241 Papel de escritorio 500,00Q 495,00Q 5,00Q 249 Otros productos de papel, cartón e impresos 1.200,00Q 693,00Q 507,00Q 261 Elementos y compuestos químicos 1.554,50Q 1.554,50Q -Q 262 Combustibles y Lubricantes 10.000,00Q 2.732,70Q 5.368,00Q 1.899,30Q 267 Tintes, pinturas y colorantes 1.000,00Q 8.203,97Q 9.203,97Q -Q 269 Otros productos químicos y conexos 10.000,00Q 4.710,00Q 5.200,10Q 89,90Q 283 Productos de metal 4.000,00Q 58,66Q 4.058,66Q -Q 286 Herramientas menores 3.500,00Q 16.050,59Q 19.070,71Q 479,88Q 291 Útiles de oficina 600,00Q 600,00Q -Q

295Útiles menores, médico-quirúrgicos y delaboratorio 550,10Q 550,10Q -Q

297 Útiles, accesorios y materiales eléctricos 5.658,66Q 10.400,00Q 4.731,30Q 10,04Q 298 Accesorios y repuestos en general 11.085,00Q 11.085,00Q -Q 299 Otros materiales y suministros 3.000,00Q 997,23Q 3.997,23Q -Q

3PROPIEDAD, PLANTA, EQUIPO EINTANGIBLES

321 Maquinaria y equipo de producción 139.500,00Q 139.426,19Q 73,81Q 329 Otras maquinarias y equipos 114.920,60Q 114.920,60Q -Q

323.700,00Q 183.420,65Q 183.420,65Q 283.487,17Q 40.212,83Q

MONTO AUTORIZADO 323.700,00Q Disponibilidad 43.199,23Q

(-) EJECUTADO 280.500,77Q SUBTOTAL 43.199,23Q

(-) CAJA CHICATOTAL POR EJECUTAR 43.199,23Q

Renglon Pendiente de

Ejecutar Ejecutado

PRÓRROGA AL 30/06/2012

Nombre del Gasto Asignacion

Presupuestaria

TRANSFERENCIA

FICHA DE EJECUCIÓN PRESUPUESTARIA LINEA:

"Evaluación de vigas y columnas para fines estructurales con madera laminada de palo blanco (Tabebuia-

Donell-Smtihii) proveniente de diámetros menores, obtenidos de prácticas silviculturales como podas y raleos"

PRÓRROGA AL 30/11/2012

FODECYT

Orden de Inicio (y/o Fecha primer pago):

Grupo

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