Determinación de grados estructurales del Nothofagus Alpina (Raulí) mediante métodos de...

“DETERMINACIÓN DE GRADOS ESTRCUTURALES DEL NOTHOFAGUS ALPINA (RAULÍ) MEDIANTE MÉTODOS DE

VIBRACIONES COMO HERRAMIENTA NO DESTRUCTIVA Y SU CORRELACIÓN CON MÉTODOS MECÁNICOS”

JAVIERA PADILLA REYES

PROYECTO DE TÍTULO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

INDICE DE CONTENIDOS

1. Introducción y objetivos

2. Marco teórico

2.1 Estructura de la madera

2.2 Propiedades físicas de la madera

2.3 Propiedades mecánicas de la madera

2.4 Clasificación estructural de la madera

3. Metodología

3.1 Clasificación visual

3.2 Módulo de elasticidad dinámico

3.3 Módulo de elasticidad a flexión estática y tensión de rotura

3.4 Ajuste del contenido de humedad

3.5 Determinación de grados estructurales a partir del módulo de elasticidad dinámico

4. Resultados y discusión

5. Conclusiones

1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS


Ejemplos de utilización de madera como material estructural

Fuente: INE. Edificación 2011

Nothofagus Alpina


Clasificación estructural:

Clasificación visual

Clasificación mecánica

Clasificación dinámica

EXTRANJERO


Clasificación estructural:




CHILE


Objetivo:

Determinar mediante métodos basados en vibraciones, el grado estructural de las piezas de madera de la especie Nothofagus alpina. Esto mediante la determinación del módulo de elasticidad dinámico y su correlación con los resultados de ensayos de flexión estática.

*) Determinar una relación empírica que vincule los resultados dinámicos con los de flexión estática.

*) Establecer valores representativos de módulo de elasticidad dinámico para cada grado estructural ensayado correspondiente para la especie en estudio.

2. Marco teórico


Estructura general del árbol

CO2

Agua + minerales

Savia

+ Fotosíntesis = Celulosa


Corte representativo

Tejido vegetal hueco

Esquema representativo del tejido vegetal Estructura celular

Pared celular constituida por celulosa

2.2 Propiedades físicas de la madera

Densidad

Contenido de humedad

La madera es un material higroscópico: - Capta y cede agua.

- Masa y volumen varían con el C.H.

Presencia de agua libre y ligada.

1. Bajo PSF: Se incrementa la resistencia de la madera.

2. Sobre PSF: No incide en la

resistencia de la madera.

A mayor densidad mayor resistencia.


Carga – Esfuerzo - Deformación

Curva tensión-deformación

Indican la capacidad para resistir fuerzas externas, de acuerdo a esto serán los usos que se le de y las dimensiones necesarias.

Ley de Hooke – Módulo de elasticidad

𝜎𝐿𝐸: Tensión de límite elástico

𝜀𝐿𝐸: Deformación de límite elástico

𝜎𝐿𝐸

𝜀𝐿𝐸

1

E


Ley de Hooke – Módulo de elasticidad

Carga – Esfuerzo - Deformación

E no es medida de resistencia , sino de rigidez.

Curva tensión-deformación

𝜎𝐿𝐸: Tensión de límite elástico

𝜀𝐿𝐸: Deformación de límite elástico

𝜎𝐿𝐸

𝜀𝐿𝐸

1

E


¿ Cómo determinar sus propiedades mecánicas ?

Módulo de elasticidad en flexión

Resistencia a la flexión

Resistencia a la tracción paralela

Resistencia a la compresión paralela

Resistencia al corte

NCh 3028/1 Of. 2006 establece metodologías


Clasificación dinámica Clasificación mecánica Clasificación visual



Singularidades determinantes para la clasificación visual

Registrar y evaluar presencia y magnitud de singularidades que

afectan las propiedades mecánicas.

NUDO EN LA CARA NUDO EN EL CANTO

ACEBOLLADURA

ARISTA FALTANTE DESVIACIÓN DE LA FIBRA

RAJADURA



Esquema máquina de clasificación mecánica

Ensayo de flexión no destructivo: se aplica

fuerza, se mide desplazamiento y se

calcula E.



Esquema máquina de clasificación dinámica

Ensayo no destructivo: se aplica una

excitación , se mide la frecuencia natural y

se correlaciona con el módulo de elasticidad

dinámico Ed.



Esquema explicativo del sistema

3. METODOLOGÍA


Ancho de nudos Corteza incluida Desviación de la fibra Bolsillos de resina Aristas faltantes Acebolladuras Grietas Alabeos

- calidad + calidad

Para este estudio

Grado N°1 Grado N°2 Grado N°3 Grado N°4

NCh 1970/1 Of.1988 establece parámetros y metodologías:

Grado N°4 y mejor

Grado N°2 y mejor


Piezas grado N°2 y mejor Piezas grado N°4 y mejor

3.2 Módulo de elasticidad dinámico

Software propio del PLG de Fakopp Enterprise


Ensayo de flexión estática según NCh 3028/1 Of.2006

Módulo de elasticidad en flexión


Ensayo de flexión estática según NCh 3028/1 Of.2006

Tensión de rotura

3.4 Ajuste del contenido de humedad

Tensión de rotura Módulo de elasticidad

NCh 3028/2 Of.2008 establece parámetros y metodologías:

3.5 Determinación de grados estructurales a partir del módulo elasticidad dinámico

Clasificación estructural sólo con línea de tendencia

Categoría 1: Aceptación correcta. Categoría 2: Aceptación incorrecta. Categoría 3 y 4: Rechazo correcto.

3.5 Determinación de grados estructurales a partir del módulo elasticidad dinámico

Reduce aceptación incorrecta

Clasificación estructural con línea de tendencia de confianza menor

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN


Grado N°4 y mejor Grado N°2 y mejor

Ed [Gpa] Ef,12% [Gpa] Ed [Gpa] Ef,12% [Gpa]

Mínimo 13,5 17,6 13,1 14,4

Máximo 6,6 7,1 6,6 6,8

Promedio 10,2 11,3 9,7 10,5

Desviación estándar 1,4 1,8 1,5 1,8

Módulos de elasticidad dinámico y estático para un total de 200 probetas ensayadas


Modelo de correlación entre Ed y Ef,12%.


Modelo de clasificación estructural para grado N°4 y mejor

Línea de tendencia Línea de confianza menor


Modelo de clasificación estructural para grado N°2 y mejor

Línea de tendencia Línea de confianza menor


Línea de confianza menor para grado N°2 y mejor


Modelo de clasificación estructural


Modelo propuesto de clasificación estructural

Línea de determinación de calidad estructural


Modelo propuesto de clasificación estructural

Rechazo: Ed < 9,7 GPa

S > 3/8 b

Grado N°4 y mejor: Ed > 9,7 GPa

1/4 b < S < 3/8 b

Grado N°2 y mejor: Ed > 10,2 GPa

S < 1/4 b



5. CONCLUSIONES

5. Conclusiones y recomendaciones

Aun cuando el rango de tamaño de defectos señalados por la norma NCh 1970/1 Of.1988 es acotado, fm resultó ser bastante sensible a estos, mientras más defectos, menor fm.

Sin embargo, el módulo de elasticidad se mantuvo dentro de un

margen muy estrecho.

Grado N°4 y mejor Grado N°2 y mejor

fm,12%= 56,0 MPa Ef,12%= 10,5 GPa

fm,12%= 68,3 MPa Ef,12%= 11,2 GPa 16 mm 11 mm


Se verificó que el PLG es una herramienta confiable para la determinación del Ed obteniéndose buena correlación entre este y Ef,12%.

La relación obtenida entre Ed y Ef,12% otorga un modelo simple y

rápida para la determinación de Ef,12% de manera no destructiva y en terreno.


Debido a lo acotado de los rangos de los parámetros de clasificación visual indicados en la NCh 1970/1 Of.1988, fue imposible utilizar Ed para asignar un grado estructural, lo mismo ocurre al utilizar Ef,12% con el mismo fin.

Lo anterior cuestiona la efectividad de establecer rangos tan

acotados en la definición de parámetros de aceptación de cada grado estructural.


Finalmente, resultó ser inviable realizar una clasificación estructural únicamente con métodos dinámicos. Sin embargo, al apoyarse con una clasificación visual simplificada, el método dinámico otorga mayor eficiencia y eficacia a este proceso, con rechazo claro y rápido.

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