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CARACTERIZACIÓN Y ESTUDIO DEL MODULO DE ELASTICIDAD EN LA
MADERA DE CASTAÑO ( Castanea sativa ) ASERRADA EN GALICIA
ANTONIO V ÁZQUEZ DE PARGA SALLERAS,
V ÁZQUEZ y X.CARLOS CARREIRA PÉREZ
MANUEL MÉNDEZ LODOS, X. PABLO GONZÁLEZ
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGROFORESTAL. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE COMPOSTELA.
ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE LUGo. CAMPUS UNIVERSITARIO S/N 27002 LUGo.
RESUMEN
La madera de castaño en Galicia, tiene un uso tradicional en construcción, bien en elementos
estructurales ( viguetas, vigas, cerchas etc.), como de material base para carpintería tanto exterior
como interior; por su facilidad de mecanizado y su notable durabilidad. La aplicación de la
misma se ha realizado en base al conocimiento empírico, ejecutándose el dimensionamiento en
cuanto a resistencia y previsión de deformaciones. La necesidad de optimizar y avanzar en el uso
de esta madera obliga a la clasificación, normalización y exámen de las características físico
mecánicas, para poder ofrecer un producto con unas garantías de calidad y al mismo tiempo que
repercute en una aumento del valor añadido.
P
.c. : Madera, Castaño, Ensayos, Tecnología de la madera.
SUMMARY
The Chestnut wood in Galicia, has a traditional use in construction, well in structural elements
(girders, several structures, etc.), as of material base for the outside carpentry as well as interior;
for its facility of mechanization its notable permanence. The application of it has been
accomplished in base to the empirical knowledge, being executed the calculations conceming
resistance and deformations prevision. The need of optimizing and advancing in the use of this
wood compels to the classification, normalization and test of the mechanical and physical
characteristics, to be able to offer a product with sorne quality assurances and at the same time
that increases the value.
K. W.: Wood, Chestnut, Assays, Wood Technology.
INTRODUCCIÓN
Los limitados ensayos que se han realizado sobre características mecánicas de castaño se
efectuaban sobre probetas de tamaño reducido tal y como proponía la antigua norma española
U.N.E.-56-537-79 existente. Para los cuales se requería madera carente de defectos. La aparición
de una nueva norma europea U.N.E.-E.N. 408-96, que propone la utilización de madera de
tamaño estructural para realizar los ensayos de flexión y sus propiedades derivadas.
Se observa que con el procedimiento de ensayo primitivo, no se tenía en cuenta los defectos
existentes en las piezas reales de castaño, que dada su fisonomía y las condiciones especiales de
silvicultura, con un enfoque tradicional preferente hacia la obtención de árboles de fruto; no
351
proporciona tablones estructurales de calidad, incorporando estos un elevado número de defectos
( fendas, nudos, acebolladuras, cortezas ... ). Esto desvirtúa la aplicación real de resultados, para
una especie, cuya elevada durabilidad, la hace especialmente interesante para aplicaciones
estructurales de alta responsabilidad y estética (estructuras vistas, rehabilitación de edificaciones
históricas, etc.).
MATERIAL Y MÉTODOS
Con el fin de conocer las características en cuanto al módulo de elasticidad de la madera, que
se suministra al mercado por parte de los aserraderos, se decidió realizar un muestreo en varias
industrias de aserrado que procesan esta especie. Con frecuencia son industrias tradicionales,
muchas veces de estructura familiar y con equipos poco automatizados, pues los grandes
asen"aderos con líneas de proceso modernizadas, optan normalmente por el procesado de especies
de mayor producción. Por ello se seleccionaron 17 aserraderos, distribuidos en la provincia de
Lugo, a los que se les solicitó la aportación de muestras.
Una vez muestreada la madera se sometió a un proceso de secado en cámara climática cedida
por una empresa colaboradora. A partir de estas muestras se realizó un mecanizado en sierra y en
cepilladora obteniéndose las probetas estructurales y las de pequeño tamaño. Estas últimas fueron
sometidas a una acondicionamiento posterior de calidad, mediante una cámara de
acondicionamiento del Laboratorio de Materiales de la E.P.S de Lugo.
Las muestras obtenidas fueron probetas de pequeño tamaño para el ensayo de norma
U.N.E.537-79 ( 300 x 20 x 20 mm.) y de tamaño estructural para la nonna UNE-EN-408-96
(1900 x 50 x 100 mm.). Posteriormente fueron ensayadas en el Laboratorio de Materiales y
Tecnología de la Madera de la E.P.S., que dispone de una máquina electromecánica de ensayo con
control digital. Se preparó asimismo el puente de flexión de diseño propio, a fin de poder
detenninar el Módulo de Elasticidad (probeta pequeña y probeta estructural) y el Módulo de
Elasticidad Aparente (probeta estructural) en flexión estática., que se realiza en el tramo del 10%
al 40% de su carga máxima de rotura esperada en ambos casos.
El ensayo de Módulo de elasticidad según la norma U.N.E. 56-537-79 se efectuó con un
puente de flexión, a una distancia interapoyos de 240 mm. aplicándose la carga centrada de
manera puntual, siendo los elementos de apoyo, rodillos de 30 mm. Siendo los rodillos de apoyo
inferior y de aplicación de carga de 30 mm. La velocidad de aplicación de carga es de 5 mm/min,
Obteniéndose automatizadamente a partir del diagrama de flexión el módulo de elasticidad en
Mpa.
El ensayo de módulo de elasticidad, de acuerdo a la norma UNE-EN 408-96, se realizó,
utilizando un puente de flexión fabricado y adaptado en el propio laboratorio de Materiales de la
E.P.S., apto para las probetas indicadas; dicho puente dispone de unos apoyos en torretas
inferiores deslizantes, que soportan los rodillos de 50 mm, situados a una luz de 1.800 mm. La
carga superior se aplica mediante dos rodillos también de 50 mm., montados en un puente de
apoyos deslizantes, ajustados a una separación de 600 mm; la cadencia en la aplicación de la
carga, será tal, que no sobrepase 0,3 rnmIs. La medida de deformación se realiza mediante una
regleta dotada de un captador, situada en el tramo central de aplicación de carga, que para nuestra
probeta es de 500 mm.
El ensayo de módulo de elasticidad aparente, de acuerdo con la norma UNE-EN 408-96,
contempla la aplicación de la carga mediante un sólo rodillo centrado de 50 mm. de diámetro que
carga sobre una probeta apoyada en dos rodillos separados 500 mm. La cadencia es la misma que
en el caso anterior al igual que la medida de la deformación.
352
RESULTADOS
Se adjuntan en las Tablas.
CONCLUSIONES
El módulo de elasticidad obtenido según la normativa primitiva U.N.E. es aproximadamente el
50% del obtenido mediante norma U.N.E.-E.N.
El módulo de elasticidad obtenido mediante el ensayo U.N.E. sobre probetas pequeñas tiene
una valor medio de 40.084, 47 Kg/cm2 . Y un valor característico de 25.796,38 Kg/cm2 . La norma
U.N.E. no hace interpretación de esta propiedad, pero se considera en referencia a otras maderas
como un valor bajo, siendo inferior p.e. a la madera de pino.
El módulo de elasticidad obtenido mediante ensayo U.N.E.-E.N. sobre probetas estructurales,
presenta un valor medio de 108.944,27 Kg/cm2 . Y un valor característico de 58.688,59 Kg/cm2,
muy superior al obtenido mediante la antigua norma U.N.E. Este valor en comparación a otras
maderas es bajo, siendo inferior al que proporcionó el pino radiata (valor característico del orden
de 90.000 Kg/cm2 .).
El módulo de elasticidad obtenido por el ensayo estipulado en la norma U.N.E.-E.N., se halla
mediante la aplicación de dos cargas concentradas simétricas. De esta forma el tramo entre las dos
cargas tiene una fuerza cortante nula. Además en éste ensayo la flecha es medida sobre la línea
neutra. Es por tanto mejor indicativo de las cualidades de la madera en su utilización como
elemento constructivo.
El valor medio del módulo de elasticidad aparente obtenido fue de 58.826,32 Kg/cm2 ., con un
valor característico de 33.955,37 Kg/cm2 . Este valor podría considerarse análogo al módulo de
elasticidad obtenido mediante norma U.N.E. sobre probetas pequeñas.
En la norma UNE, y en el ensayo E.N. de módulo de elasticidad aparente los resultados
obtenidos dado el método de ensayo, involucran la influencia del esfuerzo cortante en el cálculo
del módulo de elasticidad; caso que no ocurre en los ensayos EN de módulo de elasticidad al
quedar anulado éste, en el tramo central de la viga, que coincide con la zona más solicitada a
flexión.
La normativa UNE, al ensayar probetas en las que se han eliminado las irregularidades, resulta
beneficiosa para estudiar, las características comparadas de varias maderas. Siendo necesario en el
método EN, proceder a una clasificación previa de las probetas atendiendo a sus defectos y la
especie considerada.
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RODll LO 30 mm.
/' CONTRACHAPADO
Y
PROBETA 300·20·20
240
300
Esquema 1. Ensayo de módulo de elasticidad según norma U.N.E. 56-537-79
h/2
LL
11
Q:
6ht. 1.5h
a: 6h.
(l
=6h t. 1.5h
ROPILLO 50 mm.
---
' / CONTRACHAPADO 5mm .
.
L
'1
h
=
10
1
1.800
1.900
Esquema 2. Ensayo de módulo de elasticidad según norma U.N.E.-E.N. 408-96
354
1
1
ROOILLO 50 mm
/CONTRACHAPAOO
----ll: Sht 3h
.!.
h
.
=10
.. 1.1,.500
1.900
Esquema 3. Ensayo de módulo de elasticidad aparente según norma U.N.E.-E.N. 408-96
-
-
Frecuencia
- ---
P - u n 10 medio
M O D. ELASTICIDA D FLEXION .EN
Kgtcm'
I
3
O
4
1
O
3
2
3
1
3
1
2
6
1
3
3
O
5
2
1
4
I
57499
62263
67027
7 179 1
7 6555
81319
86 O 8 3
90847
95611
100375
105139
109903
114667
119431
124195
128959
133723
138487
143251
148015
152779
**0************
***o
*****0**************
* * .. * * o
*******0
*********0*****
o
**********
************0**
o
*****
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*****
o
° ** * * * * * * ** ** **
°
*0*
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1*****0***************
****°
. . . + ..•
t····+····~····+····~· H
(e d
DATOS
DE MOD
---
da
eq
LlI \ él
le
ValormínlITlO
Valormá)'lmo
De,,\ lacI()n cSlanuflr
V3rlanla
Rango
K u ¡"lO
"1~
A :"¡ITl etría
6
!c"lOgldma de- frecuenCia . .
ELASTICIDAD FLEXION
-
D Ircrencl3 m á x ab'olula
Diferencia pO~lllva
29142.952
849.1 11635.9
V" lo r Z K-S
Grado de qgnlflcaclón p
100028.19
- 1 .036
----
DIferencIa negatIva
I
m ell)
I
-
0.08.\P
0.07003
·0.08387
0.581
0.888
-
¿S E
A C E PT A
NORM ALlDAD?
355
.tJU ,,1 e- d la no
KOLMOGOROV-SM IRNOV
48
108944.272
55124.75
155152.9
Tabla
. I
10
-
TEST DE NORMALIDAD
prE N
-O .203
8
(O
"' n 2 e a . . o ':l JI
-
F:11'ayo,
Valor m e d 10
. 1 . . . . + .. . . 1 . • . • + ••
SI. Ip>O.05)
Fre c uencia
Punto medio
2
28678
31638
34598
37558
40518
43478
46438
49398
52358
55318
58278
61238
64198
67158
7 0118
73 078
1
1
1
2
3
3
3
1
3
2
3
5
6
3
2
1
7 6 O3 8
4
78998
81958
84918
87878
1
O
1
I
K 9 le m 2
MOD. ELASTICID AD APAR ENTE. EN
**0*******
***o*
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~
"l o-g-l-ama -d~<~f~
I<-c-u< -nc-la' ~--------~--- ----
(o
~OS
DE MOD. ELASTlClDAD APARENT E . prE N
T ES T DE NO RM AL IDAD
._- K-OL
-. M OGOR O V -SM IRNO V
~
En sa yo s
V a la r medIo
Valor mínimo
Valor m áx imo
DeS ViaCión e ~ tandar
Vananza
Rango
K Url QS h
ASImetría
C:U U'-If' a la l1o l mal)
48
588 2 6.31 9
27200.81
89354.97
15165.21 1
2299 83 636 .3
62 154 . 16
-0.5 8 8
-0.292
Dife renci a m á x a b,oluta
-
0.107 83
0.07136
-0 . 107 8 3
0.74 7
0.632
D Iferen e la pO~lliva
Diferencia n eg ati va
ValorZ K-S
G rada d e significacIón p
-- - -
¿S E
ACEP T A
NORMA LID AD?
-- - -- -
SI.lp > 0.05l
Frecuencia
Punto medio
MODULO DE E LASTI C IDA D .UNE
Kg / cm 2
~-----------~-------- -~==============================================9
10
16
13
8
11
13
15
17
8
2
1
***
18 O 7 5
20157
22239
24321
26403
28485
30567
32649
34731
36813
38895
40977
43 059
45141
47223
4930 5
51387
53469
55551
57633
0*
59715
**0
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o
o
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o
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o
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o
l .
. + . . .• 1 . . . . + •• .• 1 . . . . + .. .. 1 . . . . + .. . . 1 . . . . + • • . . 1
O
12
H
I
(cada
16
146
400 84 .47
17 0 3 8.54
60750.51
8 712.24 7
75903247.13
43711.968
(- )0.162
1-)0.545
Tabla.
356
2
o
de frecuencIa ..
lO
t::...9.u\vale a 0,4('a<..0<..)
DATOS MODULO DE E L AST IClDAD . UNE
Ensayos
Valor m ed io
Valor m inim o
Valor máximo
Desviación est andar
Varianza
R an go
K urt os i s
ASimetría
1~ l ograma
aJu<.,lf' a lel normal )
TEST DE NORMALIDAD
KO LM O GORO V - SM IRN O V
DiferenCia m áx ab s olula
Difer e ncia positiva
Dif e ren c ia ne ga ti v a
ValorZ K-S
Grado de Significación p
0 .077
0.057 8
1-)0.077
0.9 3
0.352
--
¿S E
ACEPTA
NORMALIDAD?
SI.lp>0.05 l