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
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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
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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.
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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.
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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
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Propiedades mecánicas de la madera
Resistencia a la flexión
Resistencia a la tracción
Resistencia a la compresión
Elasticidad
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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
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Ilustración 4. Ensayo perpendicular a las fibras (probeta antes del ensayo)
Ilustración 5. Ensayo perpendicular a las fibras (probeta después del ensayo)
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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
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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
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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
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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
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7. ANALISIS DE RESULTADOS
8. CONCLUSIONES
9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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