Ensayo de las propiedades mecánicas de la madera

INGENIERIA CIVIL [INFORME DE LABORATORIO]

D I S E Ñ O D E E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Y E N M A D E R A

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INTRODUCCIÓN

El presente informe tiene como finalidad hacer una comparación entre los

resultados de distintas maderas que existen en la región sometidas a ensayos

de Flexión, Compresión y Peso Específico.

La madera es un material duro y resistente que se produce mediante la

transformación del árbol. Es un recurso forestal disponible que se ha utilizado

durante mucho tiempo como material de construcción.

La madera es un material que proviene de un ser vivo, por lo tanto es un

recurso renovable dotado de propiedades y características excelentes para

usos estructurales y acabados.

Hoy en día, sin embargo, la aparición de nuevos materiales han desplazado en

muchos casos a la madera. Otro factor muy importante que ha llevado a la

reducción en el uso de la madera ha sido la escasez de bosques provocada por

la deforestación.

La madera, como recurso natural renovable, ofrece grandes ventajas

ambientales favoreciendo procesos de soporte al ecosistema y brindando

enormes garantías como materia prima de alto potencial físico, mecánico y

estético para la construcción.

En Países desarrollados como por ejemplo Estados Unidos la madera es tal

vez el material más antiguo en construcción, sus excelentes resultados y

aplicaciones se contemplan en obras arquitectónicas de gran belleza.

En algunos países de Sudamérica ya ha comenzado a utilizarse con mayor

frecuencia de manera estructural, mientras que en el Perú se le tiene

desestimada y mayormente se usa de manera ornamental y para exportación.



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OBJETIVOS

Realizar el ensayo de compresión para los distintos tipos de madera.

Realizar el ensayo de flexión usando probetas para cada tipo madera.

Realizar el ensayo de peso específico semi-húmedo y seco a probetas

de madera de diferentes tipos y de bambú.

Comparar los resultados obtenidos en laboratorio con los parámetros

establecidos en el reglamento.

Comparar los resultados obtenidos de los ensayos, con los demás

grupos del curso.

MARCO TEÓRICO

1.1. MADERA

La madera es la materia prima que más ha explotado el ser humano desde

la Antigüedad. Se obtiene de los troncos de diferentes especies de árboles,

y sus aplicaciones principales son la construcción, decoración de interiores,

fabricación de mobiliario y enseres, embalajes, etc.

En la actualidad la madera se utiliza muy poco en las construcciones de

viviendas debido a que el material en algunas ocasiones no se encuentra

en el mismo lugar de la construcción; los trabajadores no están capacitados

para trabajar con este material, etc.

1.2. PARTES DEL TRONCO

Médula o duramen: Formada por células muertas que están muy

lignificadas. Su aspecto es seco y duro.



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Albura o leño: De aspecto blanquecino, formada por células vivas en su

parte exterior y es el responsable del transporte de la savia bruta desde

la raíz del árbol hasta las partes aéreas. Durante el crecimiento del

árbol, las células interiores mueren y pasan a engrosar el duramen.

Cambium: Capa de células vivas entre la albura y la corteza interna.

Durante su crecimiento da lugar a la formación de la albura y a nuevas

células de la corteza interna

Corteza interna: Es por donde circula la savia elaborada; está formada

por células que poco a poco se desplazan al exterior formando la

corteza

Externa. También se denomina floema o líber.

Corteza externa: Formada por una capa de células muertas, que protege al

árbol contra las inclemencias del tiempo y del ataque de insectos y parásitos.



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1.3. MADERA ESTRUCTURAL

1.3.1. PROPIEDADES RESISTENTES DE LA MADERA:

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PARALELA:

La madera representa gran resistencia a los esfuerzos de compresión

paralela a las fibras. La resistencia a la compresión paralela a las fibras es

aproximadamente la mitad de su resistencia a la tracción.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PERPENDICULAR:

Valores del esfuerzo de rotura en compresión paralela a las fibras para

ensayos con probetas de laboratorio varían entre 100 y 900 kg/cm2 para

maderas.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

La resistencia a la tracción paralela en especímenes pequeños libres de

defectos es aproximadamente 2 veces la resistencia a la compresión paralela

varía entre 500 y 1500 kg/cm2.

RESISTENCIA AL CORTE

Perpendicularmente a las fibras la resistencia es de tres a cuatro veces mayor

que en la dirección paralela.

El esfuerzo de rotura en probetas sometidas a corte paralelo varía entre 25 y

200 kg/cm2.

RESISTENCIA A LA FLEXION:

La resistencia a la flexión varía entre 200 y 1700 kg/cm2.

1.3.2. GRUPOS Y PROPIEDADES DE MADERAS SEGÚN REGLAMENTO

MODULO DE ELASTICIDAD

GRUPO PESO (tn/m3) Emin.

Kg/cm2

Eprom.

Kg/cm2

A 1.1 95000 130000

B 1 75000 100000

C 0.9 55000 90000

Bambú -- 73000 95000



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TABLA 5.2.2, DEL REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

ESFUERZOS ADMISIBLES

GRUPO FLEXION

Fm

TRACCION

PARALELA

Ft

COMPRESIÓN

PARALELA

Fc//

COMPRESIÓN

PERPENDICULAR

Fc

CORTE

PARALELO

Fv

A 210 145 145 40 15

B 150 105 110 28 12

C 110 75 60 15 8

TABLA 5.2.3, DEL REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

Los valores para el Bambú señalados en la Norma E-100 son:

ELEM. FLEXION

Fm

TRACCION

PARALELA

Ft

COMPRESIÓN

PARALELA

Fc//

COMPRESIÓN

PERPENDICULAR

Fc

CORTE

PARALELO

Fv

BAMBÚ 50 160 130 13 10

1.4. MADERAS UTILIZADAS EN EL LABORATORIO

Para esta ocasión los tipos de Madera usados son:

MADERAS UTILIZADAS

PARA CADA GRUPO

ISHPINGO

CAPIRONA

COPAIBA

MOENA

EUCALIPTO

CEDRILLO

CAOBA

BAMBU



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DESCRIPCIÓN DE LA MADERA DEL GRUPO: MOENA

1.-CARACTERISTICAS DE LA MADERA:

DESCRIPCION DEL ARBOL EN PIE:

El árbol alcanza una altura total de 32 m, y una altura comercial de 18 - 22 m.,

con un D.A.P. de 0,6 - 0,9 m. Presenta fuste recto y cilíndrico, con

ramificaciones a partir del tercio superior formando una copa abierta, algunas

veces presenta aletas basales que llegan a alcanzar 2 m. de altura, corteza

rugosa de 10 mm. de espesor, de color anaranjado rojiza pardo morado, de

sabor astringente, textura compacta y aromática.

DESCRIPCION DE LA MADERA:

Color: Amarillo dorado con tonalidades verde claro y franjas oscuras.

Grano: Entrecruzado.

Textura: Media a fina.

Brillo: Medio a alto.

Vetado: Bandas alternas brillantes en la sección tangencial y opaca

en la sección radial, aumentando el color y contraste por el grano

entrecruzado.

Olor: Aromático.

Nombre científico: Aniba amazonica meiz

Familia: Lauraceae

Reino y division: Plantae - Angiospermae

Nombre Comercial Internacional: Moena

MOENA



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2.-RECOMENDACIONES TECNICAS:

ASERRIO Y SECADO:

La Moena Amarilla es una especie de fácil aserrío, sencilla de trabajar con

herramientas y máquinas comunes de carpintería; a pesar de tener grano

entrecruzado se puede obtener superficie lisas y de buen acabado, usando

ángulos de corte de 25°, 30° y 35° en el cepillado. El moldurado longitudinal es

bueno y el transversal es regular, tiene un comportamiento regular al taladrado

y torneado. La madera es moderadamente difícil a fácil de secar al aire,

presentando cierta deformación

3.-DURABILIDAD NATURAL Y USOS:

La Moena amarilla es una especie con durabilidad natural a la pudrición. Usos:

Es empleada para carpintería, pisos machihembrados, estructuras de

viviendas, chapas decorativas y parihuelas.



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I. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

MATERIALES: Se utilizó las siguientes probetas de madera:

MADERAS

UTILIZADAS PARA

CADA GRUPO

DIMENSIONES

FLEXIÓN COMPRESIÓN P. ESPECIF.

ISHPINGO 5x5x22 4x6x22 5x5x5

CAPIRONA 5x5x22 4x6x22 5x5x5

COPAIBA 5x5x22 4x6x22 5x5x5

MOENA 5x5x22 4x6x22 5x5x5

EUCALIPTO 5x5x22 4x6x22 5x5x5

CEDRILLO 5x5x22 4x6x22 5x5x5

CAOBA 5x5x22 4x6x22 5x5x5

MADERAS

UTILIZADAS PARA

CADA GRUPO

DIMENSIONES

COMPRESIÓN P. ESPECIF.

BAMBU (e=0.8) 10x40 10x40

BAMBU (e=1) 12X40 12X40

BAMBU (e=1.5) 13x40 13x40



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EQUIPOS: Los equipos utilizados fueron:

- PRENSA HIDRAULICA: Esta equipo se utilizó para realizar los ensayos a

compresión y a flexión

- BALANZA DIGITAL: Utilizado para el ensayo de Peso Específico.

- HORNO: Utilizado para el ensayo de Peso específico, colocando las probetas

por el período de 24 horas.



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II. PROCEDIMIENTO

ENSAYO DE COMPRESION:

Para realizar este ensayo utilizamos una muestra de madera (PROBETA DE 5

cm x 5 cm x 22 cm, a nuestro grupo le correspondió llevar una probeta de

Moena (Grupo 10) con dichas dimensiones, y fue sometida a una fuerza

puntual (Prensa), con el fin de hallar su esfuerzo a la Compresión, del mismo

modo se procedió para todos los tipos de madera que llevaron los demás

grupos.

Las otras maderas ensayadas fueron: ISHPINGO, CAPIRONA, COPAIBA, EUCALIPTO, CEDRILLO, además se realizó el mismo procedimiento para calcular el esfuerzo a compresión de las muestras de Bambú (para diferentes dimensiones).

Probeta de la madera Moena

sometida a compresión.



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ENSAYO A FLEXION:

Para este ensayo utilizamos solo la

probeta de madera Cedro de

dimensiones 4cmx6cmx22cm, sometida

a una fuerza puntual simulada en la

maquina compresora (Prensa), como se

muestra en la imagen:

Marcas en la fibras después del

ensayo a Compresión

NOTA:

su dimensión menor es la que se apoya sobre dos apoyos de acero,

estando la madera centrada entre ambos, la separación entre

dichos apoyos es de 18 cm, entre ejes. Y la carga puntual debe caer

en el centro de nuestra probeta de madera, de ese modo abarcar

toda la dimensión

22 cm

4 cm 6 cm



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PESO ESPECÍFICO:

Para este caso vamos a calcular el peso específico semi-húmedo y seco para cada una de las muestras de Bambú y de la maderas.

Para las maderas: En este caso utilizamos probetas de 5cmx5cmx5cm. Calculamos su respectivo peso antes y después de colocarla al horno (el tiempo que permanecerá en el horno es por 24 horas).



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Para el Bambú: para este caso calculamos el volumen de la muestra del Bambú. Calculamos además los pesos de la muestra antes y después de colocarla al horno para que se seque durante 24 hrs a 100 Cº.

III. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

PARA EL ENSAYO DE COMPRESIÓN:

Se han utilizado las siguientes fórmulas:

En el caso de las maderas:

En el caso del Bambú:

RESULTADOS DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN

MADERA DIMENSIONES AREAcm2 COMPRESION

LARGO(L) ANCHO(A) FUERZA (kg)

ESFUERZO (kg/cm2)

ISHPINGO 5 5 25 8000 320

CAPIRONA 5 5 25 9500 380

COPAIBA 5 5 25 9000 360

MOENA 5 5 25 6000 240

EUCALIPTO 5 5 25 6250 250

CEDRILLO 5 5 25 3500 140

CAOBA 5 5 25 7000 280



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MADERA DIMENSIONES AREA COMPRESION

DIAMETRO( ) (cm)

ESPESOR (e) FUERZA ESFUERZO

Bambú 10 0.8 35.81

Bambú 10 1

Bambú 10 1.5



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PARA EL ENSAYO DE FLEXIÓN: Se han utilizado las siguientes fórmulas:

(

) (

)

MADERA DIMENSIONES FLEXION

BASE ALTURA LARGO

L FUERZA MOMENTO ESFUERZO

ISHPINGO 6 4 22 16 18 1000 4500 281.25

CAPIRONA 6 4 22 16 18 1000 4500 281.25

COPAIBA 6 4 22 16 18 3250 14625 914.0625

MOENA 6 4 22 16 18 1250 5625 351.5625

EUCALIPTO 6 4 22 16 18 1500 6750 421.875

CEDRILLO 6 4 22 16 18 500 2250 140.625

CAOBA 6 4 22 16 18 1250 5625 351.5625



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PARA EL ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO

MADERA DIMENSIONES VOLUMEN PESO SEMI HUMEDO

P.E SEMI HUMEDO

PESO SECO P.E. SECO

BASE ALTURA LARGO

ISHPINGO 5 5 5 125 81.15 0.649 76.79 0.614

CAPIRONA 4 4 4 64 49.09 0.767 95.27 0.725

COPAIBA 5 5 5 125 99.14 0.793 76.92 0.762

MOENA 5 5 5 125 81.26 0.650 82.53 0.615

EUCALIPTO 5 5 5 125 92.18 0.737 118.94 0.709

CEDRILLO 5 5 5 125 66.27 0.530 118.94 0.480

CAOBA 5 5 5 125 84.82 0.679 118.94 0.657



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MADERA DIMENSIONES VOLUMEN PESO SEMI HUMEDO

P.E SEMI HUMEDO

PESO SECO P.E. SECO

DIAMETRO ESPESOR ALTURA

Bambú 10 0.8 40 1005.32 153.23

0.512 142.79

0.142

Bambú 10 1 40 1256.64 221.43 0.176 194.01 0.154

Bambú 10 1.5 40 1884.96 424.6 0.225 401.56 0.213



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IV. CONCLUCIONES

- La mayor resistencia a la compresión resulto en la madera Copiaba; con 380

kg/cm2; un resultado elevado, ejemplo de una verdadera madera estructural;

mientras la que la madera Cedrillo tuvo una resistencia a la compresión de

140 kg/cm2.

- Al igual que la conclusión anterior, el Copiaba tuvo el mayor resultado en el

ensayo a flexión con un esfuerzo de 914.0625 kg/cm2 y el menor fue del Ficus

y Cedrillo con 140.625

- Se obtuvo el siguiente cuadro comparativo para los pesos específicos semi-

humedo y seco:

MADERA ISHPINGO CAPIRONA COPAIBA MOENA EUCALIPTO CEDRILLO CAOBA BAMBU

PESO

ESPECIFICO

SEMI-

HUMEDO

PESO

ESPECÍFICO

SECO

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