CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS DE MADERAS DE

III Congreso Internacional de Salicáceas en Argentina
Trabajo Técnico
CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS DE MADERAS DE CLONES DE ÁLAMO
ENSAYADAS EN LA PROVINCIA DE MENDOZA – REPÚBLICA ARGENTINA – PARTE I♦
CALDERÓN, A.D. 1; ROIG, F.A. 1; ZANETTI, R.P.1; AGUADO, E. G. 2; FURLANI, A. M. 2 Y
MARTINEZ, F. G2
1
Cátedra de Dasonomía – Dpto de Producción Agropecuaria – Facultad de Ciencias Agrarias –
Universidad Nacional de Cuyo - Alte. Brown 500, Chacras de Coria, Luján de Cuyo, Mendoza.
Tel.:0261-4135010- [email protected], [email protected]
2
Instituto de mecánica estructural y riesgo sísmico - Facultad de Ingeniería – Universidad
Nacional de Cuyo – Mendoza- [email protected], [email protected],
[email protected]
RESUMEN
Los objetivos de este estudio son determinar las características físico-mecánicas de una
amplia colección de clones de Populus spp ensayados en la provincia de Mendoza y comparar
los valores obtenidos con valores referenciales de otros clones de álamo y de otras especies
de frecuente uso comercial en la provincia.
Materiales y método: Los clones ensayados en esta primer etapa fueron tres: Populus x
canadensis ‘I-78’; Populus deltoides ‘Caroliniana Grigio’ y Populus deltoides ‘Australia 106/60’.
De ellos se extrajeron muestras para realizar los ensayos físicos y mecánicos. Los ensayos
físicos desarrollados sobre las muestras fueron: densidad según norma IRAM 9544 y contenido
de humedad según norma IRAM 9532. Los ensayos mecánicos realizados en Máquina
Universal de Ensayos para maderas, marca "AMSLER”, fueron: flexión estática según norma
IRAM 9542, compresión axial según norma IRAM 9541, dureza según norma IRAM 9558,
flexión dinámica según norma IRAM 9546 y tracción perpendicular a las fibras según norma NF
B51-010.
Resultados: Los valores medios fueron los siguientes: 1) Populus x canadensis ‘I-78’ :
Densidad: Ds=0,494 gr/cm3; Compresión axial: c12=433 Kg/cm2; Flexión estática:
f= 669
Kg/cm2; Flexión dinámica: K=0,26 Kgm; Resistencia a la tracción: Sl=25 Kg/cm2 y Dureza:
N=6,25 Mn. 2) Populus deltoides ‘Caroliniana Grigio’ : Densidad: Ds= 0,381 gr/cm3;
Compresión axial: c12=339 Kg/cm2; Flexión estática: f=548 Kg/cm2; Flexión dinámica:
K=0,13 Kgm; Resistencia a la tracción: Sl=21 Kg/cm2 y Dureza: N=2,05 Mn. 3) Populus
deltoides ‘Australia 106/60’ : Densidad: Ds=0,364 gr/cm3; Compresión axial: c12=330 Kg/cm2;
Flexión estática: f=558 Kg/cm2; Flexión dinámica: T=0,13 Kgm; Resistencia a la tracción:
Sl=19 Kg/cm2 y Dureza: N=3,04 Mn.
Conclusiones: Los valores medidos alcanzaron cifras semejantes a las encontradas en otros
trabajos donde se ensayaron otras especies y clones de álamos.
El clon Populus x canadensis ‘I-78’ mostró valores de densidad y resistencia mecánica
superiores a los otros clones ensayados e incluso algo superiores a los correspondientes a la
especie Pinus radiata.
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Trabajo Técnico
INTRODUCCIÓN
Los álamos en la provincia de Mendoza son las especies forestales cultivadas de mayor
difusión y con una importante experiencia tanto en su cultivo bajo riego, como también en su
industrialización y comercialización.
La madera de álamo en general reúne condiciones adecuadas para ser destinada a
diversos usos dentro de las diferentes industrias madereras.
A pesar de la aptitud de uso en general de los álamos, la gran cantidad de especies y
clones presentes en la región y la constante incorporación de nuevas variedades, requiere el
estudio de sus características tanto en sus aspectos de cultivo como también en referencia a
sus maderas.
Uno de los aspectos básicos y de gran importancia para establecer la aptitud de la
madera, es el conocimiento de las características físico-mecánicas de las mismas. Justamente
en este trabajo se muestran algunos resultados de clones estudiados en la región.
OBJETIVOS
Determinar las características físico-mecánicas de tres (3) clones de Populus spp.
ensayados en la provincia de Mendoza.
Comparar los valores obtenidos con valores referenciales de otros clones de álamo y de
otras especies de frecuente uso comercial en la provincia.
METODOLOGÍA
Clones ensayados
Dentro de un ensayo comparativo de clones de álamos en el Departamento de
Rivadavia en la provincia de Mendoza se tomaron muestras de los siguientes clones: Populus x
canadensis ‘I-78’; Populus deltoides ‘Caroliniana Grigio’ y Populus deltoides ‘Australia 106/60’.
Preparación del material
Los troncos de los clones ensayados fueron cortados longitudinalmente, mediante
aserrado en forma de varillas de 3cm x 3cm, que fueron marcadas en sus extremos para
conservar la ubicación en el tronco en relación al Norte.
Las varillas fueron colocadas con separadores y se dejaron secar bajo tinglado muy
aireado hasta alcanzar el equilibrio higroscópico de la zona.
Una vez alcanzado el estacionamiento adecuado fueron maquinadas en una
cepilladora, hasta alcanzar una sección transversal de 22mm x 22mm.
Se eligió la zona más conveniente por la perfección de la madera, descartando los
sectores con defectos muy pronunciados (presencia de nudos, rajaduras, madera de tensión,
bolsas de corteza, etc.). Se cortaron varillas de 1200mm para luego extraer 2 a 3 probetas de
flexión estática y dinámica de 300mm de longitud, dos trozos de 30mm para las probetas de
compresión, dos trozos de 75mm para la tracción perpendicular a las fibras, dos de 45mm para
la hienda y tres de 20mm para obtener la densidad, quedando siempre un trozo de reserva.
Luego se procedió a la selección de la madera libre de defectos y las probetas
dimensionadas y elegidas se sometieron a un pulido final por medio de una lijadora.
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Foto Nº 1, 2: Ubicación de las probetas en los rollizos. Foto 3: Distintos tipos de probeta para
los diferentes ensayos mecánicos
Humedad
Para la determinación del contenido de humedad se siguió el método de secado en
estufa según norma IRAM 9532. Se tomaron probetas de 20mm x 20mm, se pesaron al
momento del ensayo (peso húmedo) y luego se pesaron luego del secado en estufa hasta peso
constante (peso seco) y de acuerdo a la fórmula descripta abajo se estableció el contenido de
humedad en la madera.
Contenido de Humedad = Peso húmedo – Peso seco x 100
Peso seco
Densidad
La densidad se define como la cantidad de materia leñosa por unidad de volumen, o del
volumen de espacios vacíos existentes en una madera.
Para obtener la densidad se utilizó la norma IRAM 9544. Se utilizaron probetas de
20mm x 20mm x 20mm. Para determinar la masa de la probeta se utilizó una balanza digital y
su valor se expresó en gramos. El volumen se determinó por estereometría y se expresó en
centímetros cúbicos.
Peso específico=
Peso___
Volumen
Compresión axial
En nuestro país, la determinación de la resistencia de la madera a la compresión axial,
se realiza de acuerdo a Norma IRAM 9541 utilizando probetas cuyas dimensiones son de
20mm x 20mm x 60mm, con el gano paralelo al eje de la probeta. Antes de la ejecución de los
ensayos la probeta debe contener un porcentaje de humedad aproximadamente del 12%.
Resistencia de rotura a la compresión axial =
Carga máxima de rotura (Kg) _
Sección transversal de la probeta (cm2)
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Fotos 3 y 4: Ensayo de compresión axial
Flexión estática
La determinación de la resistencia a la flexión se efectúa en pequeñas probetas libres
de defectos con las siguientes dimensiones: 20mm x 20mm x 340mm según norma 9542 y con
un contenido de humedad cercano al 12%.
Tensión (σ
σ) = Momento flector (Kgm)
Módulo resistente (cm3)
Foto 5: Ensayo de Flexión estática
Flexión dinámica
Mediante los ensayos mecánicos se pueden determinar la fragilidad o capacidad de una
madera para absorber cargas instantáneas, por medio del trabajo necesario para producir la
rotura de una muestra de un solo impacto, mediante el sistema Monin en una máquina tipo
péndulo como el de Charpy.
Por lo tanto se determina el trabajo absorbido por la madera cuando es rota de un solo
golpe por el martillo-péndulo.
La flexión dinámica está especificada en Norma IRAM 9546. Las dimensiones de las
probetas son de 20mm x 20mm x 300mm, conteniendo un 12% de humedad
aproximadamente.
A= k.b.h2
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A: trabajo absorbido por la probeta o resiliencia total (Kgm)
k: coeficiente de resiliencia
b: ancho de la probeta (cm)
h: altura de la probeta (cm)
Fotos 6 y 7: Ensayo de flexión dinámica
Tracción
Los ensayos de tracción perpendiculares a las fibras se realizaron en la dirección axial a la
probeta. Se utilizó la norma NF B51-010. Las dimensiones de las probetas fueron de 20mm x
20mm x 70mm
Tensión (σ
σ)= Pm (Kg)
A (cm2)
σ:= esfuerzo a la tracción perpendicular
Pm = carga máxima en el momento de rotura
A = área de la sección transversal mínima de la probeta
Fotos 8 y 9: Ensayo de tracción perpendicular a las fibras
Dureza
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El ensayo de dureza Chalais-Meudon está especificado en Norma IRAM 9558. Las
probetas de madera ensayadas tienen las medidas igualmente que para el ensayo a
compresión axial 20mm x 20mm x 60mm y su contenido de humedad cercano al 12%.
Dureza (N) =
l
t
l ancho (mm)
prof. de la impronta (mm)
RESULTADOS
Las determinaciones de las distintas propiedades físicas y mecánicas de las maderas se
muestran en la siguiente tabla resumen, en la misma también se ven datos correspondientes a
otros ensayos efectuados con el clon de álamo I-214 y también los valores correspondientes a
la especie Pinus radiata.
Ensayo
Humed
ad
Designació
n
Símbolo
H
Compresión
axial
Flexión estática
Humed
Humed Módulo
ad
Humed
ad
de
Húme Sec ambien
ambie elasticid
ad
te
nte
ad
12%
da
a
Densidad
Dh
Flexión
dinámica
Trab
ajo
Resile
ncia
Tracción
Dure
za
Resiste
ncia
Dure
za
Ds
T
K
Sl
N
ch
c12
f
f12
gr/c
Unidad
%
gr/cm3 m3 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 kgm
Kg/cm2
Mn
Australia
0,3
106/60
8,26
0,394 64
385
330
558
33364 0,83
0,13
19
3,04
Caroliniana
0,3
Grigio
9,05
0,415 81
378
339
548
33346 0,80
0,13
21
2,05
0,4
I-78
9,89
0,542 94
501
433
669
48600 1,65
0,26
25
6,25
Pinus
0,4
radiata
12,00 0,510 85
414
774
6,00
En los gráficos que a continuación se exponen queda expresadas cada una de las propiedades
de las maderas ensayadas, mostrando así las diferencias entre las distintas especies y clones.
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Trabajo Técnico
DENSIDAD (seco)
0,600
0,500
gr/cm3
0,400
0,300
0,200
0,100
0,000
I-78
Pinus radiata
Caroliniana Grigio
Australia 106/60
I-214
Australia 106/60
I-214
Clones
DENSIDAD (seco)
0,600
0,500
gr/cm3
0,400
0,300
0,200
0,100
0,000
I-78
Pinus radiata
Caroliniana Grigio
Clones
HUMEDAD
14,00
12,00
10,00
%
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
Pinus radiata
I-214
I-78
Clones
Caroliniana Grigio
Australia 106/60
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Trabajo Técnico
COMPRESION axial
500
450
400
350
kg/cm
2
300
250
200
150
100
50
0
I-78
Pinus radiata
Caroliniana Grigio
Australia 106/60
I-214
Clones
TRACCION
30
25
kg/cm
2
20
15
10
5
0
I-78
Caroliniana Grigio
I-214
Australia 106/60
Clones
FLEXION DINAMICA
0,30
0,25
kg/cm
2
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
I-78
I-214
Caroliniana Grigio
Clones
Australia 106/60
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Trabajo Técnico
DUREZA
7,00
6,00
5,00
kg/cm
2
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
I-78
I-214
Pinus radiata
Australia 106/60
Caroliniana Grigio
Clones
CONCLUSIONES
Los valores medidos alcanzaron cifras semejantes a las encontradas en otros trabajos donde
se ensayaron otras especies y clones de álamos.
El clon Populus x canadensis ‘I-78’ mostró valores de densidad y resistencia mecánica
superiores a los otros clones ensayados e incluso algo superiores a los
correspondientes a la especie Pinus radiata.
BIBLIOGRAFÍA
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Publicado resumen en el “VI Congreso Forestal Argentino”. Santiago del Estero.
Agosto de 1988.
Coronel, E.O. – “Fundamentos de las propiedades físicas y mecánicas de las
maderas” Parte 1º y 2º - Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de
Santiago del Estero - Santiago del Estero – 1994 y 1995.
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Somoza, A.R. y Mastrantonio L. – “Madera de álamo: Determinación de su peso
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Argentina – Mendoza – 1999.