CARACTERIZACIN DE LA MADERA KIRI PARA APLICACIONES AERONUTICAS

UNIDAD DE INVESTIGACIN Y DESARROLLO GRUPO ENSAYOS MECNICOS APLICADOS DEPARTAMENTO DE AERONUTICA FACULTAD DE INGENIERA U.N.L.P.

Ing. Claudio RimoldiIng. Esteban FernndezIng. Mariano Mundo

INTRODUCCIN

Extremadamente liviana y de estructura homognea con betas definidasBuenas propiedades mecnicas (obtenidas en ensayos preliminares)Baja concentracin de nudos y otros defectosResistente a la humedad y a la intemperie, fcil de secar De gran estabilidad dimensional ante variaciones de humedadFcil de trabajar y encolarDisponibilidad de tablones de ms de 5 m de longitud y ms de 50 mm de espesorProduccin nacionalDe crecimiento excepcionalmente rpidoBajo costoAlto ndice de retardabilidad de flama y buen aislante trmico

OBJETIVO

Determinar caractersticas fsicas y mecnicas de inters de esta madera para su aplicacin en aeronutica Pre diseo de una seccin de un larguero sobre las base de las propiedades halladas

Ensayo de flexin esttica de la seccin del larguero

METODOLOGAMadera = Material orttropo

Parmetros ms importantes para el pre diseo de un larguero alar

Mdulo de elasticidad en la direccin L de la vetaTensiones normales (elstica y de rotura) en las direcciones en la direccin L

Resistencia al corte de la madera en los planos normales a los vectores R y T

Los valores de mdulos de corte podrn ser estimados por diversos mtodos

Densidad y Peso especfico aparente (maderas macizas y laminadas)Humedad y contraccin volumtricaFlexin (maderas macizas y laminadas)Compresin paralela a la vetaCorte sobre madera macizaCorte sobre madera pegadaEnsayo de una seccin de larguero

ENSAYOS REALIZADOS

El peso especfico aparente: compara la densidad del material con la del agua.

Las variaciones en la densidad afectan las propiedades mecnicas de la madera

Tamao de las muestras

ProcedimientoMedicin de dimensiones utilizando calibre con 0,1 mm de resolucinMedicin del peso utilizando balanza con 0,01 gr de resolucin

Resultados

ENSAYOSDensidad y peso especfico aparente

EnsayoPropiedadValor medioSCv (%)N de muestrasDensidad aparente0,300,0072,336

Madera: material higroscpico, la humedad afecta las propiedades mecnicas

Procedimiento de la norma IRAM 9532 :Pesado de la muestra con un error de 0,01 grCalentamiento por ms de 20 hs a una temperatura de 103 C 2 CEnfriar a temperatura ambiente en un desecadorPesado cada 2 hs hasta tener diferencia en peso menor a 0,01 grResultados

Contraccin volumtricaSe aprovecharon las muestras de ensayo de humedad

ENSAYOSHumedad y contraccin volumtrica

EnsayoPropiedadValor medioSCv (%)N de muestrasHumedadH [%]11,10,615,4813

EnsayoPropiedadValor medioSCv (%)N de muestrasContraccin B%@H=102,5--6

Norma IRAM 9545, Ensayos de flexin esttica de maderas con densidad especfica inferior a 0,5.

Dimensiones de la probeta: Altura H = 50 mm, Ancho B = 50 mm, distancia entre apoyos L = 700 mm, Largo total D = 750 mm

ENSAYOSFlexin

Procedimiento de ensayoSe utiliz una mquina de ensayos universales de velocidad de desplazamiento constanteLa carga se midi por medio de una celda de carga de 1000 kg Reaccion CZC1000Las deformaciones de la probeta fueron medidas por medio de un LVDT (Linear variable differential transformer) instalado en el centro de la viga (aproximadamente en el eje neutro)

ENSAYOSFlexin

Resultados

Es de hacer notar que mdulo de elasticidad obtenido por este mtodo no corresponde al real de la madera debido a la influencia del corte en las deformaciones debidas a la flexin. El error cometido puede ser, como mnimo, de aproximadamente el 10%.

ENSAYOSFlexin

EnsayoPropiedadValor medioSCv (%)N de muestrasFlexinEf [kg/mm2]54433,26,109p [kg/mm2]3,010,113,849r [kg/mm2]4,550,4510,009

Se tuvo en cuenta la norma IRAM 9551, Determinacin de la compresin paralela al grano.

Procedimiento de ensayoSe utiliz una mquina de ensayos universales de velocidad de desplazamiento constanteLa carga se midi por medio de una celda de carga de 2500 kg Reaccion CZC2500Las deformaciones de la probeta fueron medidas mediante un extensmetro mecnico

ENSAYOSCompresin

ResultadosENSAYOSCompresin

EnsayoPropiedadValor medioSCv (%)N de muestrasCompresinEc [kg/mm2]6804,040,5912p [kg/mm2]2,150,125,5712max [kg/mm2]2,570,156,0012

ENSAYOSCompresin

Se tom como referencia la norma IRAM 9596: Ensayo de resistencia a esfuerzos de corte para maderas.

Se modific el dispositivo de ensayo para generar las condiciones de borde semejantes a lo establecido en la norma.

Velocidad de desplazamiento del cabezal: 0,5 mm/min. Inclinacin de la veta deber ser inferior a 1:12ENSAYOSCorte sobre madera maciza

Resultados

ENSAYOSCorte sobre madera maciza

EnsayoPropiedadValor medioSCv (%)N de muestrasCorter [Kg/cm2]47,262,455,188

Clculo del mdulo de corte

Equivale a una relacin E/G de 16,9 se corrobora la aproximacin terica de una relacin de 16:1 entre E y G. Este valor es, formalmente, G31 sin embargo se considerar como un G promedio en las distintas direcciones, por ausencia de valores ms precisos.

ENSAYOSClculo de mdulo de corte

Probetas(h/L)21/Ef1,3x1,3x270,0023180,0017674,5x4,5x700,0045080,001842

EnsayoPropiedadValor medioFlexinGmedio [kg/mm2]35,1

Pegamento utilizado: -Resina Ureica Fortex, modelo 1065-Pegado a temperatura ambiente -Tiempo de secado de seis horas.

Resultados

ENSAYOSCorte sobre madera pegada

EnsayoPropiedadValor medioSCv (%)N de muestras Corter p [Kg/cm2]42,52,806,596

COMPARACIN DE MATERIALES

COMPARACIN DE MATERIALES

COMPARACIN DE MATERIALES

SECCIN DE LARGUERO ALARAeronave livianaMTOW: 450 kgn= 3,8Seccin cercana a la razEnvergadura: 8,8 mCuerda media: 1,15 m

Se aproximaron los esfuerzos en el larguero con una viga en un ensayo de flexin de tres puntos

SECCIN DE LARGUERO ALARSeccin cajn de la zona de ensayo construido con largueros y enchapado de kiri

Se montaron dos strain gages, uno en la zona central del larguero traccionado (Deformacin longitudinal) y otro sobre el laminado a -45 (contraccin del campo diagonal). Se obtuvieron curvas de Carga deformacin, se verific el mdulo elstico en la direccin de las fibras y la carga de rotura del componente.

E= 650 Kg/mm2 Carga de rotura= 870 Kg

Fue posible obtener valores tiles de todas las propiedades mecnicas y fsicas buscadasImportancia de la correcta seleccin de la madera en las propiedades mecnicas finalesBajo nivel de humedad en equilibrio con el ambiente, 11% (valor mas que aceptable para climas de alto porcentaje de humedad como el de la ciudad de La Plata)Prestaciones especficas semejantes a maderas de uso aeronutico, sin embargo su mdulo de elasticidad especfico es del orden del 20% menor. Excelente resistencia al pegadoSe comprob que el valor del modulo de elasticidad real es mayor al obtenido por flexin (en un orden del 16%).Se comprob que el costo es muy inferior a cualquiera de los materiales comparadosCONCLUSIONES

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