IntegrantesJuan Donoso Abarca

2413007-KDavid Urtubia Abarca

2413005-3Ramo

Tecnología de la MaderaProfesor

René Carmona CAyudantePaula Villa

Fecha10/12/07

DEPTO. OBRAS CIVILESUNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA

INTRODUCCIÓN

En este ensayo se busca establecer los métodos y procedimientos de diseño estructural que determinan las condiciones mínimas que deben cumplir las uniones clavadas y encoladas de madera, y es aplicable sobre las estructuras de edificaciones corrientes, elementos estructurales en construcciones mixtas, moldajes, entibaciones, puentes, etc.

Los métodos, instrumentos y probetas utilizadas se describirán a continuación en el presente informe de laboratorio.

DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTAL

Para la elaboración del laboratorio de uniones se utilizaron los siguientes instrumentos y maquinarias:

Prensa Versatester: Instrumento de Ensayo de Compresión con regulador de velocidad de ensayo y con cabezal rotulado, de modo que permita una distribución uniforme y vertical de la carga sobre la probeta.

Martillo: Herramienta carpintera, usada comúnmente para golpear y hendir clavos en superficies que se desean fijar a otras. Posee además en su parte posterior un cabezal diseñado para la extracción de clavos.

Regla: Instrumento de medición de longitudes graduada al mm, usada para determinar la ubicación de los clavos, además del marcaje de las probetas para posteriormente obtener la deformación.

Probetas:

Clavos: 36 clavos de 2”, y 2,5 mm de diámetro.18 clavos de 2,5” y 3 mm de diámetro.

27 Tablas de Pino seleccionadas. Con un área de ensayo de 24 x 12 cm, y con espesor app de 1”.

Adhesivos: Cola Fría (PVA), Urea Formaldehído y Resorcinol.

PROCEDIMIENTOS

Primera sesión, preparación de las probetas.

Para comenzar se nos indicaron el tipo y cantidad de probetas que debieron ser construidas por distintos grupos formados en el laboratorio.

Se nos entregaron 29 tablas de pino seleccionadas descritas anteriormente y los clavos y adhesivos antes mencionados.

Para la fabricación de las probetas de tres tablillas, se debieron considerar:

Probetas para cizalle simple: consisten en tres tablillas por probeta, con un área de ensayo de 12 x 24 cm, en que los clavos de 2” (Ø 2,5 mm) solamente atraviesan dos tablillas desde cada cara, es decir cada clavo fija solamente dos partes, para ello se consideraron 3 tipos:

Cizalle 3 simple: 3 clavos por cara. Cizalle 6 simple: 6 clavos por cara.Cizalle 9 simple: 9 clavos por cara.

Probetas para cizalle doble: consiste en tres tablillas por probeta, con un área de ensayo de 12 x 24 cm, en que los clavos de 2,5” (Ø 3 mm) atraviesan las tres tablillas, es decir cada clavo debe fijar toda la probeta.

Cizalle 3 doble: 2 clavos por una cara y 1 por la otra.Cizalle 6 doble: 3 clavos por cada una de las caras.Cizalle 9 doble: 5 clavos por una cara y 4 por la otra.

Primero en cada probeta se debió marcar la sección de traslapo entre las tablillas, para ello se debió considerar que el área de ensayo debe ser de 12 x 24 cm, y que dos tablillas quedarán sobresalidas hacia un lado y la central hacia el otro, utilizando para estos efectos la regla y un lápiz (según muestra la figura.)

Una vez marcado el traslapo, se debió estampar la ubicación de cada clavo en el área antes dispuesta, dependiendo de la probeta que se esté construyendo. Para estos efectos no se procedió específicamente según la norma, sino que siguiendo los mismos conceptos que especifica la normativa se marcaron teniendo en cuenta que estos debían quedar lo mas lejos posible, tanto en los que se encuentran en la misma cara, como los que se encuentran en la cara contraria. Esta ubicación busca que la probeta no falle ni se agriete debido a que los clavos se encuentran muy cerca o que se encuentren en la misma línea de las fibras. Sino que falle en estricto rigor por cizalle, sea este simple o doble según sea el caso.

Ahora, una vez marcado el lugar del clavo, se procedió según sea el caso, cizalle simple o cizalle doble, a hendir los clavos con el martillo. Se debió tener un gran cuidado de que los clavos de cizalle simple no atravesaran la tercera tabla, para ello se midió la parte del clavo que debía quedar sin clavar. En el caso de cizalle doble se debió considerar que los clavos debían hendirse hasta atravesar toda la probeta. (estos puntos se encuentran graficados en las imágenes antes dispuestas.

Finalmente armada la probeta, se trazó con lápiz mina, una marca cada 1 mm, de 10 mm, con el fin de que posteriormente cuando la carga sea aplicada se obtengan las deformaciones con esta precisión.

Al mismo tiempo se construían las Probetas encoladas:

Se consideraron para estos efectos tres probetas encoladas con: PVA (cola fría), Urea Formaldehído y Resorcinol.

Para la construcción de estas probetas se utilizaron las mismas tablillas antes dispuestas, las cuales se traslaparon de la misma manera que en las uniones clavadas.

Una vez traslapadas, en cada superficie de contacto se marcó un área de 4x4 cm, desfasadas la una con la otra, con una regla, escuadra y lápiz, con el fin de que la marca quede precisa y recta.

Luego, según sea el caso, se aplicó una capa delgada de cada adhesivo, se dejó ventilar unos minutos, luego se unió según la marca de desfase antes dispuesta, y se dejó prensada hasta el día del ensayo.

Al finalizar la probeta se realizó la misma marca que en las probetas clavadas con el fin de determinar posteriormente las deformaciones.

Una vez construidas todas las probetas, en la segunda sesión se procedió a ensayar cada una de ellas.

Se dispuso cada probeta en la máquina de ensayo de compresión, con cabezal móvil con el fin de que la carga sea aplicada uniforme y verticalmente sobre la probeta, y con dispositivo de regulación de velocidad. Con el fin de tener completo control sobre el ensayo.

Se registró, para cada probeta, la carga necesaria para que esta se deformara 1 mm. Utilizando para estos efectos las marcas antes realizadas.

En estricto rigor se debió registrar la deformación y carga hasta los 5 mm, pero estos se registraron hasta los 10 mm (o más), según lo dispuesto por el laboratorista al momento del marcaje de la probeta.

Se obtuvieron los siguientes datos.

Cizalle 3 simple Cizalle 3 doble Cizalle 6 simpleDeform.

(mm)Carga (Kgf)

Deform. (mm)

Carga (Kgf)

Deform. (mm)

Carga (Kgf)

1 400 1 330 1 8302 450 2 380 2 8503 470 3 400 3 9204 480 4 450 4 9205 480 5 450 5 9206 450 6 480 6 9007 350 7 510 7 8808 280 8 530 8 8609 150 9 530 9 820

10 110 10 540 10 77011 54012 53013 53014 52015 500

Cizalle 6 doble Cizalle 9 simple Cizalle 9 dobleDeform.

(mm)Carga (Kgf)

Deform. (mm)

Carga (Kgf)

Deform. (mm)

Carga (Kgf)

1 600 1 1000 1 9502 850 2 1100 2 11003 920 3 1150 3 13504 950 4 1100 4 11505 970 5 1000 5 11106 980 6 600 6 11107 960 7 250 7 11108 940 8 10809 890 9 1060

10 840 10 104011 800

PVA (Cola Fría)

Una unión falló de inmediato, la otra a los 1930 (Kgf)

Urea Formaldehído

Falló a los 4200 (Kgf) sin deformarse (importante decir que la superficie de contacto era mucho mayor que 16 cm2)

Resorcinol

Falló a los 1650 (Kgf) sin deformarse.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Para que los resultados sean comparables entre sí, la carga se distribuye por cada clavo, definiendo entonces una carga unitaria. Se calculan para estos efectos las siguientes tensiones:

Cizalle unión clavada:

RCZ =

Donde:

C = carga registrada en [kgf]. Se utiliza en este caso la carga máxima soportada por la probeta.N = número de clavos utilizados.

Cizalle 3 Simple

RCZ = 480/6 = 80 [kgf]

Cizalle 3 Doble

RCZ = 540/3 = 180 [kgf]

Cizalle 6 Simple

RCZ = 920/12 = 76,67 [kgf]

Cizalle 6 Doble

RCZ = 980/6 = 163,33 [kgf]

Cizalle 9 Simple

RCZ = 1150/18 = 63,89 [kgf]

Cizalle 9 Doble

RCZ = 1350/9 = 150 [kgf]

Cizalle unión encolada:

RCZ =

Donde:

C = carga registrada en [kgf].A = área encolada en [cm2].

PVA (Cola Fría)

RCZ = 1930/16 = 120,62 [kgf / cm2].

Urea Formaldehído

RCZ = 4200/16 = 262,5 [kgf / cm2].

(Recordar que en estricto rigor el área con este adhesivo fue mucho mayor a 16 cm2)

Resorcinol

RCZ = 1650/16 = 103,12 [kgf / cm2].

Finalmente se grafica carga unitaria versus deformación para cada caso.

Cizalle 3 Simple

0100200300400500600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Deformación [mm]

Car

ga [k

gf]

Cizalle 3 Doble

0100200300400500600

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

Defomación [mm]

Car

ga [k

gf]

nota: no es necesario graficar los ensayos donde se utilizaron adhesivos, dado el comportamiento de estas cuando la carga fue aplicada.

CONCLUSIONES Juan Donoso Abarca

Es importante entender que las uniones dentro de una construcción en madera, o construcciones mixtas, es el punto más importante desde el punto de vista estructural y estético. Digo esto debido que si bien dimensionamos los elementos a partir de las tensiones de diseño, es decir considerando la carga de servicio a la que estará expuesto, además de distintos factores de modificación que aumentarán la sección de cada elemento a partir de criterios como: duración de la carga, peligro de pudrición, impregnación de la madera y temperatura a la que estará expuesta. Pese a todo lo anterior, donde se obtiene el tamaño de cada elemento, no se consideran posibles fallas o errores en las uniones de cada elemento, por lo mismo es que es importante conocer la manera en que se deben utilizar los métodos de vinculación mas utilizados en nuestro país, como son las uniones clavadas y donde se utilizan adhesivos.

Es importante reconocer todos los conceptos que se están aplicando en este laboratorio, por ejemplo cuando consideramos uniones clavadas, es de suma importancia entender que si bien las piezas se adhieren mediante el roce ejercido por el anclaje de los clavos, son estos últimos los que reciben todo el esfuerzo de corte, cuando una unión se somete a cualquier fuerza contraria. Por lo mismo es de gran importancia conocer que los clavos no deben ser puestos en la misma línea de las fibras, o que cuando se clava por ambos lados del elemento no se deben contraponer. Todo aquello para evitar rajaduras o fallas que no correspondan a un esfuerzo puro de cizalle. Además se debe entender que cada clavo representa un componente del esfuerzo en la unión, y que a mayor numero de clavos, y a mayor hendidura su comportamiento será notablemente mejor.

Por otro lado las uniones encoladas pueden representar la unión utilizada en muebles, en vigas de madera laminada y en tableros. En el laboratorio queda demostrado en base a los resultados que si bien la utilización de adhesivos es un poco más complicada que las uniones con clavos, pues necesitan de prensas y tiempo de fragüe, su efectividad puede resultar mayor bajo distintas condiciones. En este caso los esfuerzos de corte en las uniones corresponden a toda el área donde se aplica el adhesivo, generando una gran unión física de las fibras de la madera, lo cual queda demostrado al observar las uniones una vez que las probetas fallaron, donde se puede observar que el adhesivo por si mismo no es el que falla, sino que son las fibras adheridas a la madera las que se desprenden a partir del esfuerzo al que fueron expuestos. Y que su comportamiento estará proporcionalmente relacionado al área donde se aplica el adhesivo, por lo mismo es que en el ensayo la Urea Formaldehído superó considerablemente los otros adhesivos, en el cual al momento de fabricación de la probeta esta Urea escurrió, generando una mayor superficie de contacto. Aunque podría decirse que se preveía que este adhesivo superaría a los demás, debido a su uso en la construcción como aglutinante de tableros estructurales OSB, que son los mas utilizados en nuestro país, el cual debido a su precio y accesibilidad, su uso se ha masificado considerablemente.

En este último punto es donde queda demostrada una diferencia importante entre estos dos tipos de uniones, en la de clavos, son esto elemento los que directamente fallan, ya sea porque se doblan o porque por efectos de la forma de la probeta estos son extraídos de la madera. Por otro lado el adhesivo funciona superficialmente forzando una falla fuera del plano de adherencia. De lo anterior se puede inferir que los clavos mientras mas es la cantidad y tamaño que se encuentra empotrado en la madera mayor será su comportamiento, debido a que el clavo por ser de metal no fallará por si solo, y a partir del tamaño del empotre, las fibras se compensarán y costará mucho más llegar a la falla.

Por todo lo anterior es porque últimamente la madera laminada, ya sea como viga o paneles, han sufrido un gran aumento y masificación en su uso, es cuestión de observar en cualquier parte de la ciudad Valpo-Viña donde pasarelas, paraderos, y aún mas claro el edificio en Caleta Portales se utilizan este tipo de elementos. Y otro punto de suma importancia es que esta capa con adhesivos constituyen una barrera para los distintos agentes que degradan la madera, aún más notorio como es el caso de las termitas, donde exhaustivos estudios muestran que estos insectos no son capaces de traspasar esta barrera.

Al observar los resultados queda claramente demostrado lo antes dicho, donde en las uniones con clavos, las que poseen una mayor cantidad de clavos, y que poseen una mayor longitud empotrada, tienen una mayor resistencia al corte. Y por otro lado a mayor superficie de contacto con adhesivo su comportamiento será mejor.