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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCION En la

visita

del CISMID como al LABORATORIO DE ENSAYO DE

MATERIALES-UNI, se

pudo apreciar directamente, el comportamiento de los

materiales frente a diversos efectos que se los someta. El Laboratorio de Ensayo de Materiales se diseñó como un laboratorio al servicio de toda la universidad en las áreas de enseñanza e investigación, en apoyo a tesis de grado y además para trabajos de control de calidad de peticionarios. El laboratorio cuenta con varias secciones. La de ensayos mecánicos, uno de las mas completas en Latinoamérica, con capacidad de hacer ensayos sobre prototipo y sobre especimenes en máquinas universales y de compresión, fluencia, fatiga, dureza, torsión, resistencia, embutición, y ensayos de resortes alambres y chapas En el CISMID sin embargo pudimos apreciar los ensayos realizados sobre la vulnerabilidad sísmica de las viviendas que se evalúa sobre la base del daño que estas sufrirían al ser sometidas a los diferentes niveles de intensidad sísmica. El tipo de falla probable, la capacidad resistente de los elementos, y el nivel de ductilidad global permisible en cada estructura se determina de acuerdo con la tecnología constructiva de la vivienda, las experiencias en sismos pasados y ensayos de laboratorio.

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INDICE

Pagina INTRODUCCIÓN LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES ACERO

5

 Ensayo de tracción  Ensayo de doblado 17  Ensayo de Impacto Charpy 22

5

MADERA  Ensayo de flexión  Ensayo de Impacto  Ensayo de compresión paralela a la fibra 33  Ensayo de tracción perpendicular a la fibra 35  Ensayo de clivaje  Ensayo de tracción paralela a la fibra  Ensayo de dureza

30 32

37 40 42

VISITA AL CISMID  Laboratorio geotécnico  Laboratorio de estructuras

46 46

ANEXOS 90

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL “LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES (UNÍ)”

CISMID

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL ENSAYO DE TRACCION ACERO Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra en la Figura

Figura Máquina de Ensayo de Tracción La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.

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La Figura muestra el gráfico obtenido en una máquina de ensayo de tracción. Figura Curva Fuerza-Deformación de un Acero. Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial. Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple: F = K (L - L0) F: fuerza K: cte del resorte L: longitud bajo carga L0: longitud inicial Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja de ser válida nuestra fórmula F = K (L - L0) y se define que ha comenzado la zona plástica del ensayo de tracción.

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El Valor Límite Entre La Zona Elástica Y La Zona Plástica Es el punto de fluencia (yield point) y la fuerza que lo produjo la designamos como: F = Fyp (yield point) Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en F = Fmáx. Entre F = Fyp y F = Fmáx la probeta se alarga en forma permanente y repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = Fmáx la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello. La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura. La figura 9 muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Figura

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial Ao , obteniéndose: Resistencia a la fluencia: Unidades: Kg/mm2 o Mpa o Kpsi Considerando una probeta cilíndrica

Ao = (

)

La figura ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias.

Figura Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamineto final Lf (Figura 11) y el diámetro final Df , que nos dará el área final Af .

Figura

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área %RA y porcentaje de alargamiento entre marcas

% RA =

x 100

:

L=

x 100.

Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La fragilidad se define como la negación de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La Figura 12 permite visualizar estos dos conceptos gráficamente.

Figura El área bajo la curva fuerza disipada durante el ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el material es más tenaz. A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se puede obtener la curva Esfuerzo-

-

.

de fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente.

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Deformación unidimensional:

En la Figura 13 se presenta un ejemplo del gráfico Esfuerzo-Deformación de un acero.

Figura En la zona elástica se cumple: Módulo de Elasticidad = 2,1. 106 (Kg / cm2)

con lo que queda

y definitivamente,

F=

(Lf - L0 ) en donde la "constante de resorte" K =

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CARACTERISTICAS DE LA MAQUINA DE ENSAYO:

MAQUINA UNIVERSAL  Marca: AMSLER TESTING MACHINE  Funcionamiento: Hidráulico – eléctrico  

Estado: Operativo Usos: Se realizan 3 tipos de ensayos: -

Tracción: acero corrugado, cables de acero postensado

-

Compresión: mortero cúbico, madera, cajas, cartón y plástico

-

Flexión: concreto, madera y acero

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO:

1. Medición y marcado del tramo de calibración

2. Colocación de la probeta al sistema de sujeción de la máquina de ensayo.

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3. Verificar que el dial de carga marque cero. 4. La aplicación de la carga. 5. Unión de las partes para la ejecución de mediciones.

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Resultados final del ensayo tracción Acero de 12mm y 12.7mm

EN PLENO ENSAYO DE TRACCION.

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MIRANDO LAS GARGAS MAXIMAS

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ENSAYO DE DOBLADO 1. MARCO TEORICO Los ensayos de doblado, de los cuales el mas común es el de “doblado en frío”, ofrecen un medio simple, un tanto burdo, pero frecuentemente práctico y satisfactorio para obtener un índice de la ductilidad de los metales. Esencialmente el ensayo de doblado consiste en doblar bruscamente una barra a un ángulo grande y especificado y notar si ocurre o no agrietamiento en la superficie exterior de la probeta doblada. Muchas veces se determina el ángulo de doblado al, cual el agrietamiento se inicia. Normalmente se realizan ensayos de doblado para constatar la ductilidad para tipos particulares de servicio o detectar perdida de ductilidad bajos ciertos tipos de tratamientos. Ensayo de doblado a diferentes Tipos de acero de diámetro

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL  TIPOS DE ENSAYO DE DOBLADO El ensayo de doblado se clasifica de la siguiente manera: •

Ensayo De Doblado En Frío: Ocasionalmente se realizan estos ensayos para constatar la ductilidad para tipos particulares de servicio detectar la perdida de ductilidad bajo ciertos tipos de tratamiento. Así, los ensayos de doblado en frío que como el nombre lo implica, se hacen doblando un metal a temperaturas ordinarias, pueden servir para detectar un contenido demasiado alto de carbono o fósforo o condiciones de rolado impropio del acero. o Los

ensayos

de

doblado

en

frío

son

requeridos

en

las

especificaciones para muchos aceros, particularmente aquellos en forma de varillas y placa, como por ejemplo, barras para refuerzo de concreto (acero de construcción) ASTM A 15, A 16, Acero para remaches ASTM A 141, Acero estructural ASTM A 7, etc. o El ensayo de doblado se usa también frecuentemente para ensayar la ductilidad de las soldaduras.

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Ensayo De Doblado En Caliente Se realiza este tipo de ensayo para detectar un contenido demasiado alto de sulfuro en los metales, el cual los hace frágiles. Por ejemplo sobre hierro forjado calentándolo hasta la temperatura para soldar (1800ºF ) y doblando la pieza calentada sobre un yunque.

•

Ensayo De Doblado Apagado Se usa en en ocasiones en conexión con los aceros para remaches para calderas y se realiza calentando, apagando y luego doblando; el ensayo en este caso se usa para detectar un contenido de carbono demasiado alto.

•

Ensayo De Doblado Con Muesca Se realiza cuando se desea hacer un examen rápido de un metal para detectar

una estructura cristalina gruesa o la ocurrencia de defectos

internos. A veces la muesca se mella con un cincel frío, sujeta a un tornillo de banco y se dobla con un martillo. 

En ensayos mas cuidadosamente realizados la mella o muesca puede hacerse con una sierra ordinaria o una maquina fresadora, y después de haber iniciado un doblez ligero con un martillo, se le completa mediante carga axial en una maquina de ensayo.



Similares a los ensayos de doblado con muesca, son aquellos en los cuales se hace un agujero en la probeta punzonando o taladrando. El efecto de tales operaciones sobre la ductilidad se determina entonces cualitativamente doblando el metal por la sección restringida.



Aunque en obra frecuentemente se realizan ensayos cualitativos burdos usando un martillo y un tornillo de banco un yunque, en el laboratorio se emplea un equipo adecuado, y un procedimiento establecido por la norma de ensayo respectiva.

•

Ensayo De Doblado Misceláneos

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL Para usos particulares un número de ensayos de doblado especiales han sido desarrollados, tales como aquellos para investigar la ductilidad de las hojas metálicas delgadas, los ensayos de doblamiento flexionánte para la separación y el agrietamiento de las capas de los productos de hules, (ASTM D 430) y la “flexividad” de los metales termostáticos (ASTM B 106). 2. EQUIPO UTILIZADO  dispositivo para la aplicación del esfuerzo. El dispositivo con el que se ejerce el esfuerzo debe permitirla aplicación de la carga en forma lenta y uniforme. Sin choques y vibraciones.  Apoyos y Mandril. Los apoyos y el mandril deben ser paralelos entre si y tener una longitud superior al ancho del espécimen. Los radios de curvatura del mandril y de los rodillos de apoyo serán los establecidos por la norma INANTIC del producto. La misma observación vale para la distancia entre los rodillos de apoyo. Cuando esto no se indique se tomará igual a D + 3 a.  Matrices de Doblado . La matriz será un bloque de perfil en forma de U o de V. según el mandril utilizado. Las caras oblicuas de la matriz en V deben formar entre si un angulote 60 +10 y su abertura debe ser por lo menos igual a 125 mm. Las aristas de apoyo serán lentamente rodeadas.

3. PROCEDIMIENTO

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL  Debe procederse aplicando el esfuerzo lento y uniformemente para no obstaculizar el estiramiento de la materia, cuidando también que el eje del espécimen se mantenga perpendicular al eje de doblado.  El ensayo puede efectuarse de dos maneras El espécimen se coloca sobre los rodillos de apoyo y se dobla hasta el ángulo especificado (figura1 y 2). Si el ángulo especificado es mayor que el que puede alcanzarse por doblado sobre matriz debe determinarse el doblado.  Si en los métodos anteriores no es posible alcanzar el ángulo especificado se debe terminar el doblado actuando directamente sobre las extremidades del espécimen mediante una prensa

y si es necesario mantener el

paralelismo a una distancia determinada puede usarse una calza en este caso es difícil de obtener el radio de curvatura.

4. CALCULOS Y GRAFICOS

Medidas. El ángulo de doblado prescrito siempre debe entenderse como mínimo cuando se especifica el radio interno de doblado “r” debe entenderse como máximo. Interpretación de los resultados. La cara externa de la parte doblada debe examinarse después del doblado. La interpretación que se de al aspecto de esta parte se fija en la norma ITINTEC. Todo se ha cumplido de acuerdo a lo pedido por la norma y de ha analizado correctamente.

Se Busca La Ductilidad Del Acero No Resistencia

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ENSAYO DE DOBLADO

1. MARCO TEORICO El plegado a temperatura ambiente es un ensayo tecnológico derivado del de flexión, se realiza para determinar la ductilidad de los materiales metálicos (de él no se obtiene ningún valor específico). Este ensayo es solicitado por las especificaciones en la recepción de aceros en barras y perfiles, para la comprobación de la tenacidad de los mismos y después de haber sido sometido al tratamiento térmico de recocido. El material se coloca entre los soportes cilíndricos, aplicando la carga lentamente hasta obtener el ángulo de plegado especificado para el mismo, o bien cuando se observa la aparición de las primeras fisuras en la cara inferior o la sometida a tracción.

2. PROCEDIMIENTO

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL  Se realiza sobre las probetas que fueron sometidas a flexión.  Para el cálculo de la longitud de los rodillos de apoyo se utiliza la siguiente ecuación: L = D + 3.d  Siendo “D” el diámetro del rodillo que aplica la carga y “d”, el diámetro de la probeta. L = 76,2 mm + 3,13 mm = 115,2 mm  En la máquina de ensayo Baldwin

se realizó la primera etapa de

plegado hasta un ángulo superior a 90º y luego sometido a una prensa y se terminó en un plegado con forma de “U”. Al observar ambas probetas vemos que no presenta en su parte estirada grietas y tampoco resquebrajaduras a simple vista, o sea que ambos materiales (SAE 1015 y SAE 1045) son aptos para hacer plegados.

Probeta sometida a plegado

Probeta Plegadas en U

ENSAYO DE IMPACTO CHARPY

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL 1. MARCO TEORICO Los ensayos estáticos y los de fatiga no abarcan todas las situaciones que se presentan en la práctica. Muchas veces se necesita determinar la resistencia de los materiales frente a las solicitaciones de tipo instantáneo. Tal es el caso del choque que produce una masa al caer desde cierta altura, produciéndose entonces un impacto localizado en una zona restringida del cuerpo contra el cual se produce el impacto. El objeto del ensayo de impacto consiste, precisamente, en determinar la capacidad del material para absorber y disipar esa energía producida por el choque, averiguando en última instancia la energía necesaria para producir la rotura del material en condiciones definidas.

No se llevo acabo el ensayo de impacto por CHARPY

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL El ensayo de impacto: no reproduce las condiciones de las cargas de choque en servicio sino constituye de por si un ensayo que da la resistencia de una probeta, generalmente entallada, fracturada por una carga que actúa bruscamente. Es, por lo tanto, un ensayo diferente a los demás ensayos mecánicos, que da un índice de la fragilidad de los metales o los materiales plásticos cuando se sospecha de la presencia de elementos fragilizantes, como el fósforo y el azufre en los aceros, u otros agentes. Esos ensayos sirven como elemento de juicio para identificar, aceptar o rechazar materiales iguales provenientes de distintos lotes una vez establecida la correlación correspondiente con el comportamiento confiable en el servicio. En los ensayos de impacto se trata de medir la capacidad de absorción de la energía de choque hasta la rotura del material. Raras veces se hacen otras mediciones, tales como deformaciones o deflexiones. Desde el momento que el ensayo de impacto se realiza con fines puramente tecnológicos, la energía de rotura bajo el choque brusco de una masa es lo que interesa fundamentalmente, a tal punto que las probetas para el ensayo suelen proveerse da ranuras o entalladuras para provocar la rotura de la sección disminuida. El objeto de las entalladuras en las probetas metálicas obedece al hecho de que a temperaturas normales una probeta de un metal dúctil – por ejemplo, acero de bajo contenido de carbono –solo se ha de doblar por efecto de una carga instantánea; en cambio, la presencia de la entalladura obliga a su fracturación.La causa de ello es la elevada concentración de tensiones que se produce en las inmediaciones de la entalladura, que convierte la fractura dúctil en una de tipo frágil. Esta tendencia a convertirse la fractura dúctil en otra de un material quebradizo por la sola presencia de la entalladura ha dado en llamarse sensibilidad a la entalladura.

2. NORMAS TÉCNICAS DEL ENSAYO CHARPY

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL La probeta tipo según ISO y normativa europea es de sección cuadrada de 10 mm de lado y 55 mm de longitud colocándose con una distancia entre apoyos de 40 mm. La entalla es de los tipos bulbo y cilíndrica con una profundidad de 5 mm, ancho máximo de 2 mm y una superficie de rotura de 10×5 mm². En la norma ASTM E23 o Charpy -V la probeta es de iguales dimensiones y distancia entre apoyos que la anterior pero la entalla es triangular formando las caras un ángulo de 45º, con una profundidad de 2mm y redondeo en el fondo de la entalla de 0,25 mm de radio. La norma DIN 50115 emplea probetas similares a las ISO pero de menos profundidad (3 mm la DVM y 2 mm la DVMK). La entalla de las probetas Izod, equivalentes a la norma BS 131 (V) son triangulares con las dimensiones de la Charpy-V.

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL 3. MÁQUINAS PARA EL ENSAYO DE IMPACTO. Para el ensayo de impacto sobre rocas, baldosas, tejas y otros materiales para la construcción, se emplean máquinas que poseen una masa de peso conocido que cae verticalmente desde una altura prefijada. Para el ensayo de impacto sobre metales se usan preferentemente máquinas de tipo pendular. Estas máquinas constan de una base robusta, que contiene el yunque con el apoyo donde se coloca la probeta para el ensayo. Un bastidor firmemente adosado a la base soporta una masa pendular, que gira con mínimo roce en un soporte a bolillas. Al costado del bastidor se halla la escala que mide la energía potencial que corresponde a cada posición del péndulo y, por ende también la energía gastada en la rotura de la probeta.

4. REQUISITOS DE UNA

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL MÁQUINA DE ENSAYO PARA ENSAYO DE IMPACTO. 1. La base y el yunque del equipo tienen que ser de una robustez tal que no absorba parte de la energía del impacto. 2. La misma rige para el bastidor el cual debe ser firmemente adosado a la base; soporta una masa pendular que gira con mínimo roce con un soporte a olillas, para que no haya disipación de energía por vibración o deformación. 3. El dispositivo para sostener la probeta de ensayo debe permitir su perfecto centrado e inmovilización antes que se produzca el impacto. 4. El péndulo no debe vibrar durante su desplazamiento el cual debe ejecutarse en un plano vertical. 5. El mecanismo que sirve para liberar al péndulo de su posición de reposo no tiene que incluir en su movimiento en el sentido de producir aceleración o vibración. 6. Cuando el péndulo cuelgue libremente en la máquina sin probeta el borde del que percuta debe coincidir con la línea vertical que pasa por el centro de rotación del péndulo. 7. En el momento del impacto la recta de acción de la fuerza reactiva entre la probeta y el péndulo; tiene que pasar por el centro de percusión. Siguiendo la figura que indica la posición de A de la masa pendular a B, antes de B la

iniciar el ensayo de impacto (energía dispensable) y en

posición que alcanza

el péndulo después de romper la probeta

ubicada en C; la energía (disipada) en la rotura es:

E  G(h1  h2)  GR(cos 2  cos1) 8. Para el ensayo de Izod se emplea generalmente una barreta con tres entalladuras en otras tantas caras, que se ensaya

sucesivamente

a

medida que se va separando cada trozo. 9. En materiales homogéneos se obtienen así las cifras comparables, mientras que en los materiales heterogéneos, o con tratamientos superficiales, las cifras difieren.

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL 10. La mayoría de las máquinas pendulares permiten leer directamente en sus escalas de energía E gastada en la rotura de las probetas, sin necesidad de considerar las energías inicial y final dadas por la posición del martillo antes y después de la rotura de la probeta. 11. Los tipos de martillo pendulares para el ensayo del impacto suelen fabricarse por lo general, con una potencia máxima disponible de 30 daNm y 3 daNm. El primero para el ensayo de metales y el segundo para plásticos, aunque puede haber también otras capacidades.

5. PROBETAS PARA EL ENSAYO DE IMPACTO.

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL Las probetas de impacto más usuales son las que responden a los ensayos de impacto de Charpy e Izod o al de impacto por tracción, las mismas que se aprecian en la fig., con sus correspondientes dimensiones y entalladuras. La probeta se ensaya simplemente apoyada y recibe el impacto del percutor en la cara opuesta a la entalladura. Las mismas máquinas permiten el ensayo de impacto con probetas circulares llenas o entalladas. Las probetas llenas son generalmente de 6mm de diámetro, mientras que las probetas entalladas sonde 10mm con una entalladura de 1mm de ancho y 2mm de profundidad. La rotura de la probeta se debe realizar con un solo golpe, descartándose aquellas que no hayan roto de primera intención. El resultado del ensayo de impacto se expresa como la relación entre la energía de rotura “E” dividida por la sección útil de la probeta “Fu”, designándose como resiliencia

R

E ( daNm / cm 3 ) Fu

Siendo E la energía proporcionada por la máquina de ensayo y Fu la sección de la parte llena en la zona entallada, variable que inciden en el ensayo de impacto.Los resultados de los ensayos de impacto sobre probetas iguales efectuadas en máquinas distintas pueden diferir por variación de las cantidades de energía disipada en forma de vibración por las distintas partes de la máquina. La velocidad de percusión de los martillos también incide en los resultados. La mayor incidencia está en el tamaño y la forma de la probeta, y en especial de la entalladura. La cifra de impacto:

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL Varía con la temperatura a tal punto que por debajo de una temperatura son frágiles por encima de la misma dúctiles. Entre ambas fracturas existe una zona de transición, donde el tipo de fractura es mixto. La temperatura crítica depende del tipo de acero, de la forma de la entalladura, del grano del material y del tratamiento térmico o mecánico. Nota: No Se Ensayaron No Llevaron Las Muestras Para Hacer El Ensayo De Impacto.

LA MADERA ING. JUAN OLAECHEA HUARCAYA

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL La madera es un recurso natural que ha sido empleado por el hombre desde los primeros tiempos, primero como combustible para producir fuego, y más tarde para la fabricación de utensilios. Aún en la actualidad, la madera, por sus propiedades características, es un material empleado con fines muy diversos como la construcción de edificios, fabricación de muebles, objetos artesanos, papel, etc.

Ensayo Flexión explicando el ingeniero

ENSAYO DE FLEXIÓN 1.

MARCO TEORICO Este

ensayo

tiene

por

objeto

difundir

el

conocimiento

del

comportamiento mecánico de las maderas nacionales, profundizando en la caracterización de de

madera

de

buena

las especies forestadas para la obtención calidad. Mostraremos

investigaciones realizadas en el ensayo de ensayo

resultados de

de

materiales

de la UNI.

 NORMA o Código----------------------- NTP 251.017:2004 o Publicado-------------------- R. 58-2004-CRT-INDECOPI (2004-07-02)

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL o Título------------------------ MADERAS. Método para determinar la flexión estática 2.

OBJETIVOS  El objetivo de este ensayo es la determinación de la flecha de la madera a la cual se le aplica determinada carga, madera extraída de un lote considerado homogéneo y de tres tipos diferentes.  Determinar que tipo de madera es la mas adecuada en cuanto a la resistencia a la flexión se refiere para la elaboración de vigas.

3.

EQUIPO UTILIZADO Las probetas a ensayar son de madera copaiba, pino y tornillo, fueron sometidas a un esfuerzo de flexión estática, con una separación entre apoyos de acuerdo a normas AFNOR y que recibieron un esfuerzo. El equipo utilizado fue una máquina universal mecánica.

4.

PROCEDIMIENTO  Se prepara la probeta para realizar el ensayo de flexion en este caso particular sera una probeta cuyas medidas son 20mm x 20mm x 300mm.  Se coloca la probeta en la maquina universal  Se procede con el ensayo haciendole la aplicación de la carga a la probeta.  Se va midiendo laflecha y la carga aplicada  Se anotan ambos datos para realizar los calculos respectivos.

5.

EXPRESION DE RESULTADOS Escala 60.0 Distancia de apoyo 24 cm

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TIPO DE MADERA

CARGA APLICADA

FLECHA

(Kg.)

( mm.)

TORNILLO

204

7mm

PINO

220

7mm

COPAIBA

296

6mm

ENSAYO DE IMPACTO

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL 1. MARCO TEORICO  Se mide por medio de un ensayo en el cual una probeta de un material, generalmente con la presencia de una muestra, se golpea con un péndulo calibrado y se mide la energía requerida para fracturarla. Aunque se utiliza el término de energía.En la regla vertical se desliza un anillo que indica el lugar para dejar caer la bola. Se anota la altura de caída necesaria para producir la fractura de la solera.  Una muestra tiene resistencia al impacto si es fuerte cuando se la golpea agudamente de repente, como con un martillo.

2. OBJETIVOS  Proporcionar los conocimientos esenciales del comportamiento de la madera y su resistencia frente a los impactos producidos por cargas externas  Comparar los resultados y determinar cual de ellos obtuvo la mayor resistencia al impacto.

3. EQUIPO EMPLEADO  Máquina universal  Probeta de madera en forma rectangular, de medidas 30x2x2cm.

4. PROCEDIMIENTO  Se coloca la probeta en la maquina universal  Luego se le aplica la carga.  En la máquina universal hay un agujero en el cual indica la energía de choque que alcanzara la probeta.

5. EXPRESION DE RESULTADOS

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Colocación de los materiales en plena maquina “universal”

Tipo de madera

Energía de choque

Tornillo

2.8kg

Pino

2.4kg

huarango

0.4 kg

ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA

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1.

MARCO TEORICO El método se basa en aplicar, sobre una sección transversal extrema de la probeta, una carga continua de dirección paralela a las fibras de la madera,

midiendo las deformaciones producidas por la aplicación de

dicha carga hasta llegar al punto de falla de la probeta. La resistencia a la compresión paralela a la fibra (fc0) está dada por la máxima tensión de compresión que puede actuar en un cuerpo de prueba con sección transversal cuadrada de 5cm de lado y 15cm de altura, y está dada por la siguiente

expresión:

fC O 

FC Omax A

 NORMA o Código------------------------NTP 251.014:2004 o Publicado---------------------R. 58-2004-CRT-INDECOPI (2004-07-02) o Título--------------------------MADERAS. Método para determinar la compresión axial o paralelo al grano 2.

OBJETIVOS El objetivo de este ensayo es la determinación de la resistencia y rigidez a compresión paralelo a la fibra de la madera de un lote considerado homogéneo.

3.

EQUIPO UTILIZADO  Máquina de ensayo para compresión, con dispositivo para regular la velocidad de ensayo y con cabezal rotulado de modo que permita una distribución uniforme de la carga sobre la probeta.  Extensómetro, con sensibilidad de 0,002 mm.  Las probetas deben ser paralelepípedos rectos de 2 x 2 x 5 cm. medidos con una precisión de ± 0,3%. No deben presentar fallas ni defectos.  Las secciones transversales extremas de la probeta deben ser paralelas entre sí y perpendiculares a su eje longitudinal. La probeta debe tener

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL su eje longitudinal paralelo a la dirección de la fibra con dos de sus caras opuestas paralelas a los anillos de crecimiento. Las maderas son de tornillo, pino y copaiba.

4.

PROCEDIMIENTO  Medir el ancho, a, y el espesor, e, de la probeta en ambos extremos y en el centro de ella.  Aplicar la carga en forma continua con una velocidad del cabezal de la máquina.  Medir las deformaciones por compresión paralela, a, que se producen en el tramo central.  Medir las deformaciones con una precisión de 0,002 mm, para cargas progresivas, con intervalos de carga convenientemente elegidos, de modo que las lecturas que así se obtengan permitan efectuar la determinación del límite de proporcionalidad, Plp, en el gráfico carga deformación.  Anotar la carga máxima, Q, obtenida durante el ensayo de la probeta.  Para obtener resultados uniformes y satisfactorios es necesario que las roturas no se produzcan en los extremos de la probeta.  Después del ensayo, extraer de las cercanías de la zona de falla de la probeta.

5.

CALCULOS Y GRAFICOS

ENSAYO DE COMPRESIÓN DEL PINO

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ENSAYO DE PROVETA CONCRETO

ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL RESULTADOS Tipo de madera

Carga (Q)

Tornillo

1620

Pino

1700

Huarango

3800

ENSAYO DE TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL 1.

MARCO TEORICO.

La norma establece las condiciones que deben cumplirse para el ensayo perpendicular a la fibra en madera en las cuatro variedades tales como: copiaba, eucalipto, pino, tornillo. En nuestro caso se uso Pino, Copiaba y Tornillo.

Probeta de madera para ensayo de tracción perpendicular a la fibra

Probeta para ensayo de tracción perpendicular a la Fibra Norma Francesa AFNOR

2.

OBJETIVOS

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL  Proporcionar los conocimientos esenciales del comportamiento de la madera.  Determinar la resistencia a la tracción de la madera en sus distintas variedades.  Comparar los resultados y determinar cual de ellos obtuvo la mayor resistencia.

3.

EQUIPO UTILIZADO

El equipo que se utilizó en el ensayo fue la maquina universal en el cual se puede realizar hasta tres ensayos. La maquina cuenta con las escalas 600kg hasta 6000kg y las medidas de la madera son de acuerdo a norma.

4.

PROCEDIMIENTO  Se prepara las probetas ya establecidas por norma.  Se coloca la madera en el equipo y se ajusta donde el equipo tiene una escala milimetrada para la lectura de la carga al aplicarse.  Se produce una fuerza que trata de soportar las fibras de la madera.  En este ensayo la carga actúa perpendicularmente a las fibras de la madera por lo tanto no es útil para cargas pesadas.

Ensayo de traccion perpendicular ala fibra

Expresión de los resultados:

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL Mala medidas hechas, no entraban ala maquina. “Universal”

En pleno ensayo de la probeta de mala medida.

Tipo de madera

Carga (Q)

pino

70kg

Tornillo

30kg

Huarango

72 kg

ENSAYO DE CLIVAJE 1.

MARCO TEORICO

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL La palabra clivaje también conocida como “hendibilidad”. Es la resistencia que presenta la madera a rajarse al introducirle un clavo, es decir, la resistencia de las fibras a separarse en sentido longitudinal. En general, las maderas húmedas aceptan mejor el clavado que las secas, y las blandas que las duras. El clivaje es la resistencia que ofrece la madera al rajamiento. Puede ser tangencial y radial, dependiendo de la ubicación de los anillos de crecimiento.

Podemos encontrar hendibilidad de dos tipos:  Clivaje tangencial El plano de falla es tangente a los anillos de crecimiento.  Clivaje radial Es aquel en que el plano de falla es normal a los anillos de crecimiento.

2.

OBJETIVOS

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL  Proporcionar los conocimientos esenciales del comportamiento de la madera en referencia a rajaduras que se puedan presentar en el supuesto caso de que sus fibras se separen.  Determinar la resistencia a la hendibilidad de la madera en sus distintas variedades.  Comparar los resultados y determinar cual es el mas adecuado en la elaboración de una viga.

3.

EQUIPO UTILIZADO

El equipo que se utilizó en el ensayo fue la maquina universal en el cual se puede realizar hasta tres ensayos. La maquina cuenta con las escalas 600kg hasta 6000kg y las medidas de la madera son de acuerdo a norma.

4.

PROCEDIMIENTO  Se prepara las probetas ya establecidas por norma.  Se coloca la madera en el equipo y se ajusta donde el equipo tiene una escala milimetrada para la lectura de la carga al aplicarse.  Se produce una fuerza que trata de separar las fibras de la madera.  En este ensayo la carga actúa paralelamente a las fibras de la madera.

5.

CALCULOS Y GRAFICOS.

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL En Pleno Ensayo De Clivaje. Huarango

Tipo de madera

Carga (Q)

Tornillo

20

Pino

22

huarango

18

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL Esquema de ensayo de clivaje. Dependiendo de La ubicación de los anillos de crecimiento con respecto al plano De falla, el clivaje puede ser tangencial y radial.

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ENSAYO DE TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA 1. MARCO TEORICO En estos ensayos se recurre de acuerdo a la Fig. Ambas poseen una secc. Central calibrada y extremos ensanchados en la zona de empalme para evitar la rotura se produzca cerca de las mordazas a raíz del aplastamiento del material. Es conveniente destacar la disparidad de las dimensiones de las probetas de maderas de acuerdo con las diversas normas lo cual tiene una incidencia marcada en los resultados de los ensayos que se efectúa con ese material dado que la presencia de nudos y otros defectos es un hecho inevitable la resistencia disminuye con el aumentos de las dimensiones de la probetas Además por ser madera un material de alto contenido de humedad (tanto mayor cuanto menor es su densidad),el resultado del ensayo siempre debe ir acompañado de la cifra del contenido de humedad en el momento de realizar el ensayo. Probeta lista para ser ensayado

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 NORMA

Probeta de Madera para ensayo de Tracción Paralela a la fibra Norma ASTM D-143

Norma Alemana DIN 2188

 VELOCIDAD DE ENSAYO DE TRACCION

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Si se efectúa mediciones con aparatos ala velocidad ha de ser tan lenta para efectuar cómodamente la lecturas sobre la marcha del ensayo



Otro procedimiento consiste en aplicar la carga por incrementos , leyendo las curvas cargas-deformaciones , es conveniente efectuar las lecturas de las cargas para iguales incrementos de las deformaciones



Cuando no se efectúa la mediciones de deformaciones, el incremento de la carga puede ser a razón se 1 daN/mm².s, la velocidad que se puede aumentar una vez superado el periodo de fluencia

2. PROCEDIMIENTO  Se amarra la probeta a las mordazas

de la maquina y se verifica su

correcta verticalidad.  luego se aplica la carga en forma gradual hasta producir la rotura , instante en que se registra la carga máxima. 3. CALCULOS.

Tipo de madera

Carga (Kg.)

Tornillo

336kg

Pino

336kg

Huarango

498kg

ENSAYO DE DUREZA

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1. MARCO TEORICO Si bien es cierto la dureza de la madera

se puede determinar me3diante el

ensayo de BIRNELL, empleando la bolilla de 10mm y una carga entre 100 y 500 daN – según sea la dureza -, la que se aplica en 15 segundos y se mantiene durante 30 segundos, el ensayo frecuentemente empleado es de JANKA. De acuerdo con este método de dureza se utiliza un penetrador esférico de 11.28mm de diámetro o sea una sección F=1.0cm², que introduce en la muestra de madera a una profundidad igual al radio la cifra de dureza JANKA es igual a la de la carga para producir esa penetración, puesto que se define como la relación entre la carga y la sección diametral de la impresión que es igual precisa mente, a 1.0cm². En general se practican dos penetraciones sobre una superficie tangencial, dos sobre una superficie radial y una en cada extremo, cuidando de hacerlo lejos de los bordes. Se obtienen de de ese modo tres cifras de dureza que varían entre si de acuerdo con la superficie de la madera esa diferencia se hace tanto menor cuanto mayor es el peso especifico de la madera en cuyo caso también aumenta la dureza.

En pleno ensayo De dureza Del pino

 NORMA

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL El ensayo se realiza sobre una probeta especialmente preparada (norma ASTM D-143) de 5.1 x 5.1 x 15.2cm esta se coloca sobre el plato de apoyo de una maquina de ensayo en cuyo cabezal superior se ha introducido el dispositivo con el durometro, que posee un aditamento que solo permite que este penetre hasta una profundidad igual a 5.64mm. La norma IRAM 9558 establece un método de ensayo para determinar la dureza de las maderas, que esta basado en la norma AFNOR B 51-0.13.

2. OBJETIVOS  Verificar la dureza para los diferentes tipos de madera y comparar 3. EQUIPO UTILIZADO El instrumental necesario para dicho ensayo consta: a) Una cuchilla recta con borde de cilíndrico de 15mm de radio y de una longitud mayor que la dimensión transversal de la probeta b) Una maquina para la aplicación de las cargas hasta 200 daN con lecturas al ±1%. c) Un penetrómetro para la medición de las profundidades de las improntas con lecturas al 0.01mm. Las probetas utilizadas son de 20mm x20mm x 60mm, sus caras mayores son orientadas de modo tal que coincidan con las cortes transversales, radiales o tangenciales respectivamente. Las superficies deben estar totalmente libres de defectos. En el instante del ensayo la humedad de la madera debe ser de 15%± 3% la determinación de la humedad se efectúa de acuerdo a la norma IRAM 9532.

4. PROCEDIMIENTO

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“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL  Se mide el ancho de la cara a ensayar en su zona media. luego se coloca la probeta sobre el plato de la maquina y se apoya en la cuchilla de modo que el eje del borde cilíndrico quede horizontal y perpendicular en la mitad del eje longitudinal de la probeta  Se aplica a la cuchilla una carga progresiva creciente hasta obtener un valor de 5 daN y se lee el valor de la profundidad de la impronta en el penetrómetro. Se aumenta progresivamente la carga aplicada durante 3 min. Hasta tener un valor de 100 daN por cm. de ancho de la probeta, manteniéndose esa carga durante 5 seg. Para el caso de maderas muy blandas la carga máx. Aplicada debe ser 50 daN por cm. De ancho de la probeta.  Se disminuye la carga hasta 5 daN y se lee nuevamente el valor del penetrómetro.  En nuestro caso de la visita se aumento la carga hasta q no ingresara el penetrómetro (no girara la billa o eje cilíndrico, había chocado con la base y se lee el valor de la carga.

Colocación del huarango Para ensayo de dureza

5. CALCULOS DE ENSAYO DE DURESA.

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Tipo de madera

Carga (Q)

Tornillo

336 kg

Pino

414kg

Huarango

498kg

“Terminados los ensayos”.

En Pleno Ensayo El Grupo 3

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