Ensayo de Tracción en Madera [PDF]

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INTRODUCCIÓN Ensayos de Tracción. Este ensayo permite obtener información sobre la capacidad de un material para soportar la acción de cargas estáticas o de cargas que varían lentamente a temperaturas homologas inferiores a 0,5 (parámetro adimensional que se define como el cociente entre las temperaturas de ensayo y de fusión). Como los componentes metálicos se proyectan en la mayoría de las ocasiones para trabajar en estas condiciones, probablemente este es el más popular entre los ensayos que permiten caracterizar el comportamiento mecánico de un material metálico. El ensayo se realiza alargando una probeta de geometría normalizada, con una longitud inicial Lo, que se ha amarrado entre las mordazas de una máquina, según el esquema que se muestra a continuación. Una de las mordazas de la máquina esta unida al cabezal móvil y se desplaza respecto a la otra con velocidad constante durante la realización del ensayo. Las máquinas de ensayo disponen de sistemas de medida, células de carga y extensómetros, que permiten registrar la fuerza aplicada y la deformación producida mientras las mordazas se están separando.1

Tracción en la madera.

La madera tiene características muy convenientes para su uso como material estructural y como tal se ha empleado desde los inicios de la civilización. Al contrario de la mayoría de los materiales estructurales, tiene resistencia a tensión superior a la de compresión, aunque esta última es también aceptablemente elevada. Su buena resistencia, su ligereza y su carácter de material natural renovable constituyen las principales cualidades de la madera 1

Comportamiento Mecánico de los materiales: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000155/lecciones/lec2/2_6.htm#RESISTENCIA

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para su empleo estructural. Su comportamiento es relativamente frágil en tensión y aceptablemente dúctil en compresión, en que la falla se debe al pandeo progresivo de las fibras que proporcionan la resistencia. El material es fuertemente anisotrópico, ya que su resistencia en notablemente mayor en la dirección de las fibras que en las ortogonales de ésta. El problema de la anisotropía se reduce en la madera contrachapeada en el que se forman placas de distinto espesor pegando hojas delgadas con las fibras orientadas en direcciones alternadas en cada chapa. 2

A la inversa de lo que acontece con los hormigones y piedras naturales, la resistencia a la tracción de las maderas es muy superior a la compresión. Solicitación para la que las fibras pandean lateralmente formando planos de deslizamiento, inclinados de 40_ a 60_ respecto a la fuerza de compresión, como se aprecia en la figura. El grado de humedad influye decisivamente en la capacidad de resistencia; disminuyendo a medida que se incrementa, hasta alcanzar el punto de saturación de las fibras: 30 % para las coníferas.

El tiempo de aplicación de las cargas influye en las deformaciones y resistencia de las maderas. Así, bajo cargas estáticas prolongadas, la resistencia obtenida respecto a los ensayos rápidos disminuye en las coníferas al 60% y en las frondosas al 77%.3

2

http://www.construmatica.com/construpedia/Madera Maderas: Ciencia y Tecnología. http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-221X2002000200008 3

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OBJETIVOS: 

Aprender a realizar el ensayo de tracción en madera.



Analizar el comportamiento de la madera (Laurel) bajo la acción de cargas en diferentes direcciones con relación a la orientación de las fibras.



Determinar las principales propiedades.

EQUIPO:  Máquina Universal Capacidad: 30 toneladas. Sensibilidad: ±10 Kg.  Calibrador Apreciación: 0.02 mm.  Dial de deformaciones para tracción. Apreciación: 0.0001 in.

MUESTRAS:  Probetas de madera de Laurel Probeta No. 1: 4.08mm x 8.44mm (Dimensiones de la sección más pequeña de la Probeta).

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Probeta No. 2:

Probeta No. 3:

Las dimensiones de las probetas 2 y 3 no se especifican, solo se detallan luego de haber realizado el ensayo para indicar la sección de falla.

PROCEDIMIENTO: Parte a) 1. Determinar la capacidad y apreciación de cada equipo a utilizar. 2. Determinar las dimensiones (a, b, Lo) de la probeta No. 1 utilizando el calibrador. 3. Preparar la máquina para ensayos a tracción, colocar los aditamentos correspondientes para sujetar la probeta No. 1.

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4. Colocar la probeta No. 1 en la Maquina Universal para realizar el ensayo de tracción paralelo a las fibras. 5. Colocar el Dial de Deformaciones para Tracción en la probeta de manera que permita observar las lecturas obtenidas al aplicar las cargas de manera controlada hasta que la probeta falle. 6. Registrar los valores de las deformaciones y las cargas en tablas. 7. Obtener con los valores los resultados requeridos y gráfico correspondiente. Parte b) 1. Preparar la máquina para ensayos a tracción, colocar los aditamentos correspondientes para sujetar la probeta No. 2 2. Colocar la probeta No. 2 en la Maquina Universal para realizar el ensayo perpendicular a las fibras con carga axial. 3. Aplicar cargas hasta que la probeta falle. 4. Registrar el valor de la carga máxima a la cual falló la probeta. 5. Registrar las dimensiones de la sección transversal de la falla. 6. Calcular el esfuerzo máximo de falla de la probeta. Parte c) 1. Preparar la máquina para ensayos a tracción, colocar los aditamentos correspondientes para sujetar la probeta No. 3 2. Colocar la probeta No. 3 en la Maquina Universal para realizar el ensayo perpendicular a las fibras con carga no axial. Repetir el proceso 3, 4, 5, 6 de la Parte b)

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RESULTADOS: TABLA 1/3 PROBETA No. 1 ENSAYO DE TRACCIÓN EN MADERA TRACCIÓN PARALELA A LAS FIBRAS 1

2

Dimensiones

No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

3

4 a= 4,08 mm b=8,44 mm

5

6 7 Área= 34,44 mm² L= 50 mm

CARGA CARGA DEFORMACIÓN DEFORMACIÓN ESFUERZO DEF. ESPECIFICA. P P ι ι σ ε (Kg) (KN) (in x 10¯⁴) (mm x 10¯³) (Mpa) (mm /mm x 10¯⁴) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 80,00 0,78 9,00 22,86 22,79 4,57 100,00 0,98 19,00 48,26 28,48 9,65 130,00 1,28 28,00 71,12 37,03 14,22 150,00 1,47 36,00 91,44 42,73 18,29 180,00 1,77 48,00 121,92 51,27 24,38 200,00 1,96 56,00 142,24 56,97 28,45 230,00 2,26 68,00 172,72 65,51 34,54 250,00 2,45 76,00 193,04 71,21 38,61 280,00 2,75 88,00 223,52 79,76 44,70 300,00 2,94 95,00 241,30 85,45 48,26 330,00 3,24 109,00 276,86 94,00 55,37 350,00 3,43 117,00 297,18 99,70 59,44 380,00 3,73 129,00 327,66 108,24 65,53 390,00 3,83 140,00 355,60 111,09 71,12

TABLA 2/3 PROBETA No. 2 ENSAYO PERPENDICULAR A LAS FIBRAS CON CARGA AXIAL 1

2

Dimensiones CARGA CARGA P P (Kg) (KN) 250,00 2,45

3 a= 24,82 mm b=31,08 mm ESFUERZO σ (Mpa) 3,18

4 Área= 771,41 mm²

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TABLA 3/3 PROBETA No. 3 ENSAYO PERPENDICULAR A LAS FIBRAS CON CARGA NO AXIAL 1

2

Dimensiones CARGA CARGA P P (Kg) (KN) 180,00 1,77

3 a= 24,78 mm b=74,12 mm ESFUERZO σ (Mpa) 0,96

4 Área= 1836,69 mm²

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FOTOGRAFIAS: Maquina Universal Capacidad: 30 toneladas.

PROBETA No. 1 Antes de Tracción

Después de la Tracción (Falla por rompimiento de paquete de fibras)

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PROBETA No. 2 Antes de ensayo de Tracción con Carga Axial

Después de Ensayo (Falla por desprendimiento de fibras)

PROBETA No. 3 Antes de ensayo de Tracción con Carga No Axial

Después de Ensayo (Falla por desprendimiento de fibras)

CONCLUSIONES 1. El objetivo del ensayo consistió determinar la resistencia de las probetas de madera a la fuerza estática aplicada lentamente, para analizar los modulo de elasticidad, y su resistencia a la tracción con cargas axiales y no axiales. 2. El esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura en el diagrama de la probeta No. 1 fueron el mismo.

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3. La elongación de la probeta No. 1 es de 0.71% el cual es menor al 5% por lo tanto es un material frágil. 4. La resistencia a la tracción varía considerablemente en relación a la aplicación de las cargas de tracción de manera paralela o perpendicular al eje de las fibras. 5. La falla producida en las probetas 2 y 3 es una falla por desprendimiento de fibras debido a la aplicación de cargas axial y no axial.

RECOMENDACIONES 1. Realizarse el ensayo con las probetas 2 y 3 elaboradas de manera que las fibras estén paralelas a la aplicación de la carga axial y no axial para la verificación de su resistencia. 2. Indicar las especificaciones técnicas que deben tener los aditamentos para sujetar las probetas.

ANEXOS Para probeta No. 1 en tracción paralela a las fibras: Carga P=P*g;

g = 9.81 m/s² (gravedad)

P= 80(Kg)*9.81 (m/s²) P= 784.80 (N) = 0.78 (KN) Area A=a*b A= 4.08 (mm) * 8.44 (mm) A= 34.44 (mm²)

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Esfuerzo

Deformación Específica

⁄

Elongación

Módulo de elasticidad

⁄

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Gráfico para probeta No. 2 y No. 3 en tracción perpendicular a las fibras:

BIBLIOGRAFÍA -

Ensayo de Tracción en madera: http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718221X2002000200008

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Apuntes de Ingeniería: http://www.cuevadelcivil.com/2010/10/metodos-energeticos-energia-de.html

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Ensayos en Maderas: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA1B4AA/astm-d143