TECNOLOGA DE LOS MATERIALES

TECNOLOGA DE LOS MATERIALES

MADERA1. OBJETIVOS Determinar y calcular experimentalmente la resistencia a la Compresin de las diferentes variedades de madera existentes en el mercado. Reconocer el tipo de madera apropiado para usar en la construccin de acuerdo a su resistencia a la compresin. Conocer las propiedades de la madera sometida a esfuerzos de compresin de acuerdo a la orientacin de su grano, ya sea en direccin paralela o perpendicular.

2. MARCO TERICOLamaderaes unmaterialorttropo, con distinta elasticidad segn la direccin de deformacin, encontrado como principal contenido del tronco de unrbol. Los rboles se caracterizan por tener troncos que crecen cada ao, formando anillos, y que estn compuestos por fibras decelulosaunidas conlignina. Las plantas que no producen madera son conocidas comoherbceas.Una vez cortada y seca, la madera se utiliza para distintas finalidades y distintas reas: Fabricacin depulpao pasta, materia prima para hacerpapel. Alimentar elfuego, en este caso se denominaleay es una de las formas ms simples debiomasa. Menaje:vajillas,cuberteras,... Ingeniera,construccinycarpintera. Medicina. Medios de transporte:barcos,carruajes.CaractersticasLas caractersticas de la madera varan segn la especie del rbol origen e incluso dentro de la misma especie por las condiciones del lugar de crecimiento. Aun as hay algunas caractersticas cualitativas comunes a casi todas las maderas.La madera es un materialanistropoen muchas de sus caractersticas, por ejemplo en su resistencia o elasticidad. Si al eje coincidente con la longitud del tronco le nombramos como axial y al eje que pasa por el centro del tronco (mdula vegetal) y sale perpendicular a la corteza le llamamos transversal, podemos decir que la resistencia de la madera en el eje axial es de 20 a 200 veces mayor que en el eje transversal. La madera es un materialorttropoya que suelasticidaddepende de la direccin dedeformacin.Tiene un comportamientohigroscpico, pudiendo absorber humedad tanto del ambiente como en caso de inmersin en agua, si bien de forma y en cantidades distintas. La densidad de la madera vara notablemente entre especies. Una vez secas, hay especies que apenas alcanzan los 300 kg/m3 (Cecropia adenopus) mientras que otras pueden llegar a superar los 1200 kg/m3 (Schinopsis balansae).No obstante la densidad habitual de la mayora de especies se encuentra entre los 500 y los 800 kg/m3 (peso seco). La densidad tambin puede variar significativamente en una misma especie, o incluso en un mismo rbol, en funcin de la altura del fuste y de la distancia al centro del tronco.PROPIEDADES MECNICAS DE LA MADERA ESTRUCTURALLa orientacin de las fibras que componen la madera dan lugar a la anisotropa de su estructura, por lo que a la hora de definir sus propiedades mecnicas hay que distinguir siempre entre la direccin perpendicular y la direccin paralela a la fibra. En este hecho radica la principal diferencia de comportamiento frente a otros materiales utilizados en estructuras como el acero y el hormign. Las resistencias y mdulos de elasticidad en la direccin paralela a la fibra son mucho ms elevados que en la direccin perpendicular. A modo de introduccin podemos ver que los rboles estn diseados por la naturaleza para resistir con eficacia los esfuerzos a los que va a estar sometido en su vida; principalmente los esfuerzos de flexin producidos por la accin del viento y los de compresin producidos por las acciones gravitatorias. Traccin paralela a la fibraLa resistencia a traccin paralela a la fibra es elevada. En la madera clasificada, los valores caractersticos oscilan entre 8 y 18 N/mm2Compresin paralela a la fibraSu resistencia a compresin paralela a la fibra es elevada, alcanzando valores caractersticos en la madera clasificada de 16 a 23 N/mm2En el clculo de los elementos comprimidos se ha de realizar la comprobacin de la inestabilidad de la pieza (pandeo), en el que influye decisivamente el mdulo de elasticidad. El valor relativamente bajo de este mdulo reduce en la prctica la resistencia a la compresin en piezas esbeltas. Esta propiedad resulta importante en una gran cantidad de tipos de piezas, como pilares, montantes de muros entramados, pares de cubierta, etc. FlexinSu resistencia a flexin es muy elevada, sobre todo comparada con su densidad. Sus valores caractersticos para las conferas, que se utilizan habitualmente en estructuras, varan entre 14 y 30 N/mm2Esta propiedad es importante en piezas tales como vigas, viguetas de forjado, pares de cubierta, etc. Traccin perpendicular a la fibraSu resistencia a la traccin perpendicular a la fibra es muy baja (del orden de 30 a 70 veces menos que en la direccin paralela). Su valor caracterstico es de 0,3 a 0,4 N/mm2En la prctica y aplicado a las estructuras, esta solicitacin resulta crtica en piezas especiales de directriz curva (arcos, vigas curvas, etc) o en zonas de cambio brusco de directriz (zonas de vrtice). Estas tensiones de traccin, tambin se pueden producir como consecuencia de la coaccin del libre movimiento transversal de la madera en soluciones constructivas incorrectas, que pueden ser evitadas fcilmente con el conocimiento del material.Compresin perpendicular a la fibraSu resistencia a compresin perpendicular a la fibra es muy inferior a la de la direccin paralela. Sus valores caractersticos varan entre 4,3 y 5,7 N/mm2, lo que representa la cuarta parte de la resistencia en direccin paralela a la fibra. Este tipo de esfuerzo es caracterstico de las zonas de apoyo de las vigas, donde se concentra toda la carga en pequeas superficies que deben ser capaces de transmitir la reaccin sin sufrir deformaciones importantes o aplastamiento.CortanteEl esfuerzo cortante origina tensiones tangenciales que actan sobre las fibras de la madera segn diversos modos. - Tensiones tangenciales de cortadura: las fibras son cortadas transversalmente por el esfuerzo. El fallo se produce por aplastamiento. - Tensiones tangenciales de deslizamiento: el fallo se produce por el deslizamiento de unas fibras con respecto a otras en la direccin longitudinal. - Tensiones tangenciales de rodadura: el fallo se produce por rodadura de unas fibras sobre las otras. En las piezas sometidas a flexin y a cortante, las tensiones que intervienen son conjuntamente las de cortadura y deslizamiento. Sus valores caractersticos (por deslizamiento) varan entre 1,7 y 3,0 N/mm2 en las especies y calidades utilizadas habitualmente en la construccin.

DIAGRAMA ESFUERZO- DEFORMACIN 3. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS USADOSa) MUESTRAS DE MADERA: COPAIBA

Contamos con 6 muestras de madera copaiba

b) MAQUINA DE ENSAYO

La mquina de ensayo de resistencia a la compresin que mide la fuerza a la que se somete la muestra (en libras) y presenta diferentes velocidades.

4. DATOS Y PROCEDIMIENTOS En primer lugar tomamos las medidas de los lados de la base (superior e inferior) para luego calcular el rea. Estos datos se muestran en la tabla 1.

Figura 1.- Medicin de las dimensiones Luego procedemos a someter las muestras al ensayo de compresin, obteniendo las fuerzas que hacen fallar a cada muestra. Organizamos las muestras y las ensayamos as: las tres primeras con la fuerza paralela al grano y las tres siguientes perpendiculares al grano. Los datos se adjuntan en la tabla 1. Figura 2.- Ensayo a la compresin de las muestras

TABLA 1: DATOS TOMADOS

5. CLCULOS Y RESULTADOS Calculamos el rea promedio de las dos secciones y, tras convertir la fuerza a kg-f, hallamos el esfuerzo correspondiente mediante la frmula:

TABLA 2: CLCULOS Recordando que las 3 primeras muestras fueron sometidas a fuerza paralela a su grano y las siguientes sometidas a fuerza perpendicular. Procedemos a calcular el esfuerzo promedio para el ensayo paralelo y perpendicular. Luego obtenemos:

ESFUERZO PARALELO:

ESFUERZO PERPENDICULAR

A continuacin se presentan los resultados obtenidos en todos los grupos de prcticas para los diferentes tipos de madera.

6. CONCLUSIONES De acuerdo a los resultados obtenidos se concluye que el tornillo es el ms recomendable para su uso en la construccin debido a que presenta una mayor resistencia a la compresin, ya sea paralela o perpendicular al grano. La madera, en cualquiera de sus variedades, presenta una mayor resistencia a la compresin cuando se le aplica una fuerza paralela a su grano. La madera Copaiba tiene una resistencia aceptable y cercana a la del tornillo por lo que podra ser recomendable para poder usarse en construccin, de acuerdo a la funcin que cumpla.

7. RECOMENDACIONES Manejar y usar adecuadamente el equipo de ensayo de resistencia a la compresin para no tener problemas al momento de someter la muestra y tomar una lectura correcta. Medir con precisin las dimensiones de la muestra.

8. BIBLIOGRAFA Materiales de construccinIng. Alberto Regal M. Materiales de construccin PhD. Jorge Gmez Domnguez

INGENIERA CIVIL