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ENSAYO DE COMPRESION PARA MADERA NORMA ASTM NTP 251.014

1. OBJETIVO    

Determinar la resistencia a la compresión máxima Construir el gráfico esfuerzo-deformación a partir de los datos obtenidos de la experiencia y de las fórmulas teóricas necesarias. Determinar el módulo de elasticidad Identificar el tipo de falla que sufre la muestra debido a la compresión aplicada

2. FUNDAMENTO TEÓRICO Desde las simples y débiles chozas vegetales utilizadas en la prehistoria hasta las más modernas soluciones arquitectónicas contemporáneas, la madera se ha caracterizado por ser uno de los materiales de construcción predilectos en materia de desarrollo sostenible. Utilizadas con conciencia ambiental, las estructuras de madera son prácticas, hermosas y durables La madera es uno de los materiales más antiguo de uso en las construcciones. Fue utilizada por todo el mundo, tanto en las civilizaciones primitivas, como en las desarrolladas, en oriente o en occidente. Dentro de las propiedades mecánicas que son de mayor interés en el comportamiento estructural de la madera se encuentran la resistencia a compresión. Esta propiedad se evalúa mediante pruebas, algunas de estas pruebas se ilustran esquemáticamente

Compresión Perpendicular a las fibras: La madera se comporta a manera de un conjunto de tubos alargados que sufriera una presión perpendicular a su longitud; sus secciones transversales serán aplastadas y, en consecuencia, sufrirán disminución en sus dimensiones bajo esfuerzos suficientemente altos.

Compresión Paralela a las fibras: La madera se comporta como si el conjunto de tubos alargados sufriera la presión de una fuerza que trata de aplastarlos. Su comportamiento ante este tipo de esfuerzos es considerado dentro de su estado elástico, es decir, mientras tenga la capacidad de recuperar su dimensión inicial una vez retirada la fuerza. 3. EQUIPOS USADOS PARA EL ENSAYO 

Máquina de prueba universal INSTRON



Sección de madera

4. PROCEDIMIENTO  Se prepara una muestra de madera de sección rectangular, teniendo en cuenta que el sentido de la fibra sea en dirección perpendicular a las caras que serán sometidas a compresión, o la direccion del grano debe ser paralela a la aplicacion de carga en el equipo. 

Se coloca la muestra sobre la máquina universal cuidadosamente



Antes de colocar la muestra para el ensayo, se deberán registrar las dimensiones iniciales de la muestra (largo, ancho, y altura), estas dimensiones serán el promedio de tres mediciones en forma distribuida. Se debe tener en cuenta que el promedio de las medidas son los valores que se registran en el software que controla el equipo de ensayo como valores iniciales.



Se coloca la celda de carga, y se realiza un avance rápido de la cruceta del equipo, hasta que las platinas tengan un pequeño contacto con la cara superior de la muestra a ensayar, en ese instante los valores iniciales de carga y de deformación en el computador deben ser cero.



Inciamos el ensayo con una velocidad de carga 0.6mm/min, teniendo en cuenta que se detiene la aplicacion de la carga cuando se

visualiza en el grafico “Esfuerzo Vs Deformación” que el esfuerzo esta descendiendo. 

Tomar apunte de los datos del programa INSTRON BLUE HILL

5. CALCULOS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES UNITARIAS. Para calcular los esfuerzos y deformaciones se aplicaron las siguientes formulas: 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 (%) =

𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 (

𝛥𝐿 (𝑚𝑚) × 100% 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙(𝑚𝑚)

𝑘𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 (𝑘𝑔𝑓) ) = 𝑐𝑚2 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 (𝑐𝑚2 )

Estas fórmulas se aplicaron en el Excel en conjunto con los datos

Tipo de Ensayo Anchura Espesor Altura Área

Compresión de Madera Pino 51.02 51.00 151.45 2602.02

mm mm mm mm

5.102 5.100 15.145 26.0202

cm cm cm cm2

Obtención de la gráfica esfuerzo deformación

Esfuerzo vs Deformación unitaria 300

Esfuerzo (σ)

250 200 150 100 50 0 0.00000% 0.05000% 0.10000% 0.15000% 0.20000% 0.25000% 0.30000% 0.35000% 0.40000% 0.45000% 0.50000%

Deformación unitaria (%)

Esfuerzo máximo: 277.0182 kgf/cm2 Hallamos el módulo de elasticidad (E), tomando un punto de la parte elástica 𝐸= 𝐸=

∆𝜎 ∆𝜀

(74.3288 − 71.2083) 0.06669 − 0.05556

𝐸 = 2783.678 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2

Finalmente determinamos el tipo de falla que sufrió la muestra debido a la compresión aplicada siguiendo la siguiente figura:

6. FOTOGRAFÍAS DE LA MUESTRA DESPUÉS DE LA COMPRESIÓN

Como vemos nuestra muestra sufrió un tipo de falla de Aplastamiento según la figura 1.

7. CONCLUSIONES -

La resistencia máxima a la compresión fue tomada, no de forma gráfica, sino determinando el máximo valor del esfuerzo utilizando la data en Excel. En la gráfica representa el final de la zona de endurecimiento por deformación, y el principio de la zona de estricción.

-

La resistencia a la compresión al límite elastico fue hallado de forma gráfica, definiendo una recta desde el punto (0.02; 0) aprox de la gráfica esfuerzo vs deformación unitaria porcentual, con pendiente similar a la gráfica, hasta que corte con la gráfica..

-

Resistencia al límite elastico = 200 kgf/cm2

-

La deformación unitaria porcentual al límite proporcional se determinó con el dato de resistencia al límite proporcional. Se ubicó el valor de esta resistencia y procedió a determinar su deformación según la tabla de Excel.

-

Deformación unitaria porcentual al límite elastico = 1.5 % aprox

-

El módulo de elasticidad se halló calculando la pendiente de la zona elástica. A igual que en el proceso de hallar el valor del esfuerzo máximo a compresión, nos valimos de la recta hecha en este proceso y definimos su pendiente. o E ≅ 2783.678

𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2

𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥

8. PROBLEMAS PROPUESTOS DEL LABORATORIO - COMPRESIÓN

Teniendo en cuenta los datos anteriores, complete lo siguiente:

a) ¿Por qué el esfuerzo de rotura es menor que el esfuerzo máximo? Justifique su respuesta. (1 punto)

Debido a que después de presentarse el esfuerzo máximo empiezan a presentarse deformaciones significativas en la probeta, provoca que el área se deforme, aumentando 𝑃

en magnitud, y como el área es inversamente proporcional al esfuerzo (𝜎 = 𝐴) , el esfuerzo de rotura, donde el material se rompe, disminuye. Por ende el esfuerzo de rotura siempre será menor al esfuerzo máximo debido a la deformación del área

b) ¿El módulo de elasticidad de un material, es el mismo para una prueba de tracción que de compresión? Justifique su respuesta. (1 punto) Siempre y cuando se hable de un material lineal, no se exceda del límite elástico y sea mayor que 0, el módulo de elasticidad será el mismo para tracción y compresión, debido a que es independiente al tipo de esfuerzo al que sea aplicado, pero sí depende de la dirección en la que la fuerza es aplicada. Por ende el módulo de elasticidad es el mismo para comprensión y tracción debido a que dichas fuerzas pertenecen a la misma dirección, la axial. c) ¿El esfuerzo en el límite proporcional es aproximadamente el 75% del esfuerzo máximo y la deformación en el límite proporcional es del orden del 60% de la deformación máxima? Justifique su respuesta. (1 punto)

Esfuerzo máximo del ensayo:

279.034 kgf/ cm2

Esfuerzo al límite proporcional:

196.72 kgf/ cm2

Deformación unitaria máxima:

0.17301%

Deformación unitaria al límite proporcional

0.10136%

Por lo tanto se puede afirmar que el esfuerzo en el límite proporcional es equivalente a un aproximado del 75% del esfuerzo máximo. 206.45 279.034

∗ 100 = 74%.

Y tambien que la deformación unitaria al limite proporcional equivale a un aproximado del 60% de la deformaciñon unitaria máxima 0.10136 0.17301

∗ 100 = 59%.

d) Según el módulo de elasticidad obtenido, a qué grupo de madera corresponde la muestra ensayada. Ver E0.10 Madera del RNE. (1 punto)

El módulo de elasticidad obtenido fue 2783.678 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 por lo tanto, la madera pertenece al grupo “C”.