Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera LABORATORIO Nº2 ENSAYO DE COMPRESION PERPENDICULAR A LAS FIBRAS DE MADERA INTEGRANTES Juan Alejandro Dorado Arias - 1006491533 Diego Fernando Galeano Bonilla – 1005089511 Angie Milena Ruales Realpe – 1004694900 Angy Katerine Villamil Llano - 1010094853 REVISADO POR: William Valencia Mina DOCENTE: William Valencia Mina TITULAR DE LA ASIGNATURA Mecánica de materiales PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO ARMENIA Noviembre de 2022 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil - 7- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN......................................................................................................................... 3 2. OBJETIVOS .................................................................................................................................... 3 2.1. Objetivo general ...................................................................................................................... 3 2.2. Objetivos específicos .............................................................................................................. 3 3. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................... 4 4. EQUIPOS Y MATERIALES ....................................................................................................... 9 4.1. Equipos ..................................................................................................................................... 9 4.2. Materiales .................................................................................................................................. 9 5. PROCEDIMIENTO ...................................................................................................................... 9 6. CÁLCULOS ................................................................................................................................... 11 7. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................................ 14 8. CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 14 9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ...................................................................................... 14 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -2- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera 1. INTRODUCCIÓN Hoy en día el principal uso de la madera en construcciones es la función qué desarrollan para encofrados. Aprender sobre los diferentes comportamientos qué puede tener este elemento sometido a cierto tipo de cargo brinda herramientas para el diseño de vigas en la parte de los apoyos, sin embargo, este es un ejercicio más enfocado a la práctica y el aprendizaje para el caso de nosotros como estudiantes debido a qué materiales como el acero y concreto tienen una relevancia mucho mayor en la construcción actual. Para este caso se llevó a cabo un ensayo de compresión perpendicular a las fibras de una probeta de madera, esta se ingresa a la máquina previamente calibrada en velocidad, sensibilidad, entre otros factores, en posición horizontal, así luego pasar a realizar la evaluación de lo que sufre la madera al ser sometida por carga perpendicular. 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo general Determinar los esfuerzos generados por la carga cuando haya sufrido una deformación aproximada al 1% de su altura. 2.2. Objetivos específicos Poder apreciar como se ve una falla causada por comprensión a las fibras perpendiculares de la probeta Determinar el esfuerzo máximo a compresión perpendicular qué sufrió la probeta. Determinar el esfuerzo unitario qué sufrió la probeta. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -3- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera 3. MARCO TEÓRICO Existen diferentes características y/o propiedades que permiten identificar un material. La madera es un material muy complejo de analizar debido a que es un material anisotrópico, este tipo de material se conoce por que la estructura interna del material cambia con respecto a la orientación que se está analizando, es decir, propiedades como la elasticidad, temperatura, conductividad, etc., dependen de diferentes direcciones; la madera al ser un material de origen natural posee distintas características que hacen variar su resistencia, por ejemplo el crecimiento y orientación del árbol, la cantidad de humedad que este posea debido a que menor humedad la resistencia será mayor, degradación e incluso factores como los insectos también afectan las propiedades del material. Ilustración 1. Efecto de contenido de humedad en la resistencia de la madera. Recuperado de: http://repositorio.espe.edu.ec/xmlui/handle/21000/2052?show=full Dicho esto, se deben de realizar dos ensayos para ambas direcciones en las que se encuentran las fibras, es decir los ensayos a realizar son con las fibras en dirección paralela y ensayo con las fibras en dirección perpendicular, cabe resaltar que para el ensayo de corte paralelo a las fibras se puede evaluar tanto en dirección radial como tangencial y esto debido a lo mencionado anteriormente, debido a las propiedades que posee la madera los resultados dependen de la dirección en la que se realice el ensayo. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -4- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera Cortes en la madera: La madera se puede cortar en 3 formas distintas para la extracción de las probetas: Corte tangencial: Es un corte tangente a los anillos de crecimiento y perpendicular a los radios leñosos. Corte radial: Es un corte perpendicular a los anillos de crecimiento y paralelo a los radios leñosos. Corte oblicuo: Tiene una dirección arbitraria (Los 3 cortes deben de realizarse a lo largo del eje longitudinal del árbol o paralelo a las fibras) Ilustración 2. Cortes y direcciones de la madera Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -5- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera Propiedades mecánicas de la madera Resistencia a la flexión Resistencia a la tracción Resistencia a la compresión Elasticidad Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -6- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera Ensayo de compresión perpendicular a las fibras Normas de referencia para la elaboración de este ensayo: NTC 785-74, ASTM D143-14 En este ensayo se pone a prueba una probeta de madera a una carga en dirección normal o perpendicular a las fibras, al momento de aplicar esta fuerza de compresión a la probeta, las fibras al ser huecas, se van aplastando a medida que la carga aumenta, lo cual genera grandes deformaciones. A medida que trascurre el tiempo las fibras se van comprimiendo hasta tal punto que se vuelve muy fuerte debido a que ya no existen espacios que permitan más desplazamiento, aumentando así la densidad, sin embargo, en el componente practico esta resistencia no se aprovecha, debido a que primero se debe deformar en gran manera la madera justo antes de alcanzar su resistencia máxima en esta dirección. Los esfuerzos están limitados por las deformaciones por ende se determinan los esfuerzos correspondientes a las deformaciones del 1% y del 5% de la altura de la probeta; la resistencia a la compresión de la madera perpendicular a las fibras está relacionada con la dureza y resistencia al corte perpendicular de dichas fibras. Ilustración 3. Simulación ensayo de compresión perpendicular a las fibras. Recuperado de: http://repositorio.espe.edu.ec/xmlui/handle/21000/2052?show=full Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -7- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera Ilustración 4. Ensayo perpendicular a las fibras (probeta antes del ensayo) Ilustración 5. Ensayo perpendicular a las fibras (probeta después del ensayo) Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -8- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera 4. EQUIPOS Y MATERIALES 4.1. Equipos Máquina de ensayo: Se puede utilizar cualquier tipo de máquina de ensayo, capaz de imponer fuerzas mayores a 2000 daN (decaNewtons) y a una magnitud fijada más adelante. Estas máquinas deben de poseer dos platos, de los cuales uno es un plato de rotula apoyado en la parte superior de la probeta, que permita una distribución uniforme por toda la sección trasversal de la probeta y el otro plato sobre el cual descansa la probeta. 4.2. Materiales Se requieren de una probeta la cual contaba con unas dimensiones de 50 mm x 50 mm x 200 mm Una placa metálica se sección menor a la de la probeta de madera que permita una distribución homogénea de la carga, esta contaba con unas dimensiones de área transversal 50 mm x 150 mm 5. PROCEDIMIENTO Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil -9- Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil - 10 - Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera Altura 6. CÁLCULOS Ilustración 13. Características de la probeta. Ilustración 12. Superficie tangencial. MEDIDAS DEL PLANO DE FALLA DE LAS PROBETAS Altura Espesor Profundidad 50 mm 50 mm 150 mm TRANFORMACION DE UNIDADES 0.05 m 0.05 m 0.15 m Tabla 1. Medidas del plano de falla. Fuente: Propia Con las medidas suministradas en la guía de laboratorio y utilizadas en la práctica, como se observa en la figura X. Se calcula el área del plano de aplicación de la fuerza utilizando la fórmula para el área de un rectángulo, como se muestra a continuación. 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 ∗ 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 0.05 𝑚 ∗ 0.15 𝑚 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 0.05 𝑚 ∗ 0.15 𝑚 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 0.0075 𝑚2 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil - 11 - Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera El área calculada corresponde al área de la superficie de madera, que está en contacto con la placa de acero, a través de la cual se ejerce la carga de compresión. Es decir, esta es el área donde va a actuar el esfuerzo. Mediante el ensayo de laboratorio se obtuvo la carga máxima de fuerza normal, con dicho dato de la carga a compresión perpendicular y el área calculada anteriormente, se encuentra el esfuerzo máximo normal a compresión perpendicular a las fibras. 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 153.62 𝐾𝑁 Resistencia o esfuerzo máximo 𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑃 𝐴𝑟𝑒𝑎 153,62 𝐾𝑁 𝜎= 0.0075 𝑚2 𝜎= 𝜎 = 20482,7 𝐾𝑃𝑎 𝜎 = 20,4827 𝑀𝑃𝑎 Ahora se determina la deformación unitaria normal ∈= 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑔𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 (𝑚𝑚) 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 (𝑚𝑚) ∈= 2 (𝑚𝑚) 50 (𝑚𝑚) ∈ = 0,04 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil - 12 - Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera Se calcula la deformación especifica 𝐷𝑒 = 2 (𝑚𝑚) ∗ 100 50 (𝑚𝑚) 𝐷𝑒 = 4 % Resultados obtenidos del ensayo de laboratorio del ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera. Calculo Probeta Área de aplicación de la carga 0.0075 𝑚2 Carga máxima (KN) 153,62 KN Esfuerzo o resistencia a la compresión perpendicular a las 20,4827 MPa fibras de madera (MPa) Deformación Unitaria 0,04 Deformación especifica 4% Tabla 2. Resultados. Fuente: Propia Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil - 13 - Laboratorio de mecánica de materiales Ensayo de compresión perpendicular a las fibras de madera 7. ANALISIS DE RESULTADOS 8. CONCLUSIONES 9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil - 14 -
