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Universidad Católica
de Santa María
Facultad de Arquitectura e Ingeniería Civil y del Ambiente
Escuela Profesional de Ingeniería Civil
Materiales de Construcción - Prácticas
Docente: Ing. José Germán Loayza Rodríguez
Semestre: III
Grupo: 07
Subgrupo: A
Práctica N° 15 : “ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES DE MADERAS PARA LA CONSTRUCCIÓN: DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD, DENSIDAD, CONTRACCIÓN Y COMPRESIÓN AXIAL”
Almerón Mamani Allison Karelia
Chuquitaype Casquina Fabrizio Enmanuel
Cruz Arce Sebastián Rodrigo
Humayasi Pari José Antonio
Mamani Huayllani Jhon Antony
Pinto Luna Daniel Ernesto
Arequipa - Perú
A. INTRODUCCIÓN
La madera es uno de los materiales de construcción más usados en la actualidad, se le puede encontrar tanto en herramientas como en materiales estructurales como decorativos, tales como armaduras, pisos laminados, contrachapados, etc.; es así como el estudio de esta se vuelve un requisito indispensable para el conocimiento de cualquier ingeniero o aspirante a ingeniero. Así, cuando hablamos de un material de construcción como la madera, siempre se debe pensar que, como todos, es un material que posee propiedades únicas y que para determinar estas se pueden seguir ensayos o pruebas tal como se hizo con los metales. Propiedades importantes que se pueden obtener son la densidad, resistencia a la compresión, entre otras; en esta práctica se van a determinar 4 propiedades de la madera; cabe recalcar que para esta práctica no se usará un solo tipo de madera, sino más bien se usarán 3 tipos de madera: la madera Tornillo, la madera Aguano Macha y la madera Pashaco, esto permitirá obtener más de un resultado que permita clasificar las maderas según su clase. B. RESUMEN En la presente práctica se desarrollarán hasta 3 ensayos para determinar 4 de las propiedades de la madera, estas son el contenido de humedad, la densidad, la contracción y la compresión axial. Para estas pruebas se usaron muestras de madera de 3 tipos de árboles distintos, estamos hablando del Tornillo, Aguano Macha y el Pashaco, se pretende determinar las diferencias entre estos gracias a los resultados de las pruebas. Para la prueba de densidad se usarán 2 métodos; el primer método es la estimación del volumen por medición de superficies y el segundo es la estimación del volumen por inmersión de agua. Para el primero se toma el peso de las muestras de madera con una balanza y se determina su volumen mediante medidas; para el segundo método se usa el principio de Arquímedes para determinar el volumen por la diferencia de la lectura con muestra inmersa en el agua y la lectura del agua sin la muestra. Para ambos casos, se determina la densidad mediante fórmula. Para la prueba de contenido de humedad y contracción, tomará el peso de cada muestra, además de sus medidas, seguidamente se colocarán las muestras en un horno a una temperatura de 103° C y tras 24 horas se tomará el nuevo peso y las nuevas medidas para ver cuánto se contrajo. Finalmente, para la compresión axial se aplicará una carga en las muestras de la madera y se registrará la carga que puede soportar.
Bases Conceptuales
- Compresión: “Presión a que está sometido un cuerpo por la acción de fuerzas opuestas que tienden a disminuir su volumen.” (Real Academia Española, 2021, definición 3 ).
- Contracción: Propiedad que poseen los materiales como la madera de disminuir su volumen a medida que su humedad se vaya perdiendo.
- Densidad: Magnitud física que relaciona la masa y el volumen de un cuerpo.
- Humedad: Cantidad de agua o derivado de cualquier líquido que se haya presente en un cuerpo o material.
- Volumen: “Magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo en tres dimensiones, largo, ancho y alto.” (Real Academia Española, 2021, definición 2 ). E. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES Y PROCEDIMIENTO Equipo y Materiales
- Muestras de madera elegida dimensionada, libre de materiales adheridos a su superficie de dimensiones: 0.05 x 0.05 x0.15m aproximadamente. Conserve las muestras en recipientes herméticos individuales para evitar la pérdida de humedad natural.
- Estufa ventilada con la capacidad de mantener la temperatura alrededor de la muestra a 103°C ± 2°C, y que permita que la humedad pueda escapar.
- Balanza electrónica con aproximación y exacta a 0,5 g para pesos de hasta 5000 g y o 0,0001 veces de la masa de la muestra para pesos superiores.
- Recipiente graduado del volumen necesario para colocar la muestra de madera dentro.
- Vernier metálico: para medir las dimensiones del prisma.
- Placas adicionales: para evitar el desgaste del material y que solo falle por la compresión que se le aplicará.
- Una prensa hidráulica o máquina de compresión, capaz de aplicar una fuerza superior a los 2000 kg.
- Agua destilada densidad 1g/cm3.
- Aguja de 0.10m aproximadamente.
- Bandejas metálicas.
- Franela.
- Calculadora.
- Libreta de apuntes.
Equipo de Protección Personal
- Chaleco.
- Guantes de badana.
- Lentes claros.
- Calzado de seguridad con punta de acero. Procedimiento
- Contenido de humedad:
- Primero diferenciamos los tres tipos de madera: Tornillo, Aguano masha y Pashaco.
Figura 1 : Muestras de maderas.
Fuente: Elaboración propia.
- Se limpian las muestras liberándolas de polvo y partículas pequeñas adheridas a su superficie. Observamos si encontramos alguna grieta o hueco en las maderas.
Figura 2 : Observación en una madera.
Fuente: Elaboración propia.
- Las probetas se deben pesar con una exactitud de 0,1 g a) Medición directa - Tomar las medidas de las caras con un vernier digital.
Figura 5 : Medición de muestras.
Fuente: Elaboración propia.
- En nuestro caso no se cubrió los extremos con parafina u otra cubierta similar antes de la inmersión en agua; la inmersión dura solamente unos pocos segundos y la penetración del agua en la madera durante tan corto tiempo puede ser despreciada. b) Estimación del volumen por inmersión de agua
- Colocar la probeta erguida en un vaso de vidrio graduado y con capacidad suficiente.
Figura 6 : Probeta con agua.
Fuente: Elaboración propia.
- Se toma la lectura del enrase del nivel del líquido con la graduación del vaso.
Figura 7 : Medida con exactitud.
Fuente: Elaboración propia.
- Se adhiere agua destilada hasta que el nivel del líquido sobrepase ligeramente la cara superior de la probeta.
Figura 8 : Vaceado del líquido a la jarra.
Fuente: Elaboración propia.
- En la parte superior de la jarra se insertará el mango de una cuchara para mantenerla adherida al fondo del vaso.
Figura 11 y 12: Medición de maderas.
Fuente: Elaboración propia.
- En cada probeta, se deben medir 4 altos, 4 anchos de pared (dos en cada extremo) y 2 longitudes.
- Se debe permitir que la probeta se seque lentamente en condiciones de humedad gradualmente decreciente y temperatura creciente.
- Las masas y las dimensiones se deben registrar con regularidad hasta que las dimensiones sean constantes o se termine un ciclo completo de secado. Por último, las probetas se deben poner en un horno con temperatura aproximada de 110°C, de tal forma que se sequen completamente, después de lo cual, se deben tomar las dimensiones por última vez.
Figura 13 : Muestras secas.
Fuente: Elaboración propia.
- Resistencia a la compresión paralela y perpendicular a las fibras
- La muestra se limpia inicialmente liberándola de polvo y partículas pequeñas adheridas a su superficie.
- Los extremos se pulen para que queden planos.
- Se realiza la medición de ambas caras en contacto con la prensa hidráulica y se determina el promedio de ambas áreas.
Figura 14 : Medición de caras en contacto.
Fuente: Elaboración propia.
- Se pone el espécimen la prensa, de tal forma que el pistón de la máquina quede paralelo a las caras transversales de la muestra.
Figura 15 : Compresión.
Fuente: Elaboración propia.
- Se aumenta de manera continua la carga axial en el espécimen hasta que se obtenga la carga pico y la falla.
Determinación de la Contracción
Determinación de la Contracción según la Variación de Medidas ENSAYO DE CONTRACCIÓN Resistencia a la Compresión Axial Carga Deformación
- Agua sin la Muestra cm^3 542.50 547.50 542. - Diferencia (Volumen) cm^3 257.50 252.50 257. - Densidad g/cm^3 0.85 0.67 0.
- Tabla - N° de ensayos Unidad ESPECÍMENES - Volumen Inicial mm^3 104057.36 101571.04 102506. - Volumen Final mm^3 94467.28 93380.60 91312. - Contracción Volumétrica % 9.22 8.06 10.
- Dimensión Longitudinal 1 mm 80.27 80.62 80.
- Dimensión Longitudinal 2 mm 80.18 79.91 79.
- Contracción Longitudinal % 0.11 0.88 1. - Dimensión Radial Inicial mm 35.87 35.64 35. - Dimensión Radial Final mm 34.45 34.39 34. - Contracción Radial % 3.96 3.51 4. - Dimensión Tangencial 1 mm 36.14 35.35 35. - Dimensión Tangencial 2 mm 34.20 33.98 33. - Contracción Tangencial % 5.37 3.88 5. - Relación (T/R) 1.36 1.11 1. - 1 0 0.00 0 0. (lb) (kg) (pulg) (mm) - 2 1166.244 529.00 0.021 0. - 3 2764.593 1254.00 0.035 0. - 4 4327.669 1963.00 0.053 1. - 5 4858.982 2204.00 0.057 1. - 6 5299.906 2403.99 0.064 1. - 7 6307.418 2860.99 0.072 1. - 8 7967.497 3613.99 0.078 1.
G. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Análisis de las Maderas según el Ensayo de Contenido de Humedad Como se vio en la hoja de datos, la madera 3 tenía mucho mayor contenido de humedad que las maderas 1 y 2; las cuales eran muy cercanas. Por ende, podemos concluir que la madera Pashaco tiene mucho mayor contenido de humedad que las maderas Tornillo yAguano Macha. Clasificación de la Madera según el Ensayo de Densidad Como se vio en la hoja de datos, tanto la madera 1 como la madera 3, es decir, el Tornillo y el Pashaco pertenecen a la madera tipo A pues su densidad es mayor a 0.71; sin embargo, la madera 2 o Aguano Macha es de tipo B pues su densidad esta entre 0.56 y 0.70. Clasificación de la Madera Usada en el Ensayo de Compresión Paralela Para determinar esto debemos hallar el esfuerzo admisible que es: Esfuerzo Admisible =
F. C.× F. T.
F. S.× F. D. C.
× Esfuerzo Básico Esfuerzo Admisible =
1 .× 1
1. 6 × 1. 25
×
Esfuerzo Admisible =
×
0.00 (^) 529.
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2. Carga (kg) Deformación (mm)
Carga-Deformación
- ¿Cuál es la humedad máxima según la norma ITINTEC 251.104 para el uso de madera? Según la ITINTEC 251.104 la madera deberá estar seca a un contenido de humedad en equilibrio con el ambiente donde va a ser instalada y en ningún caso se excederá de un contenido de humedad del 22%.
- Nombrar los usos más conocidos de la madera escogida en la construcción Se usa como vigas, arcos, entramados, encofrados, caballetes, postes, columnas y pies derechos, andamios, graderías, pilotes, etc.
- ¿Qué puede diferir entre ambos ensayos de determinación de la densidad? El volumen determinado, y esto se puede deber a que se perdió un poco de líquido durante el proceso.
- ¿De acuerdo a los resultados obtenidos en la densidad básica, corresponde al grupo indicado por la NTP E-010 Anexo 3? Gracias a los resultados obtenidos se pudo obtener que la madera tornillo y Pashaco con de tipo A, pues su densidad es mayor a 0.71; por otro lado, la madera Aguano Macha es de tipo B pues el valor de su densidad está entre 0.56 y 0.70.
- ¿Qué es la contracción en la madera y qué nos indica? El proceso de contracción de la madera consiste en la pérdida de humedad de esta, bajo diferentes condiciones de humedad relativa y de temperatura del aire, lo que implica una variación en las dimensiones iniciales. Para la Determinación de la Compresión Axial
- ¿Cuál cree usted que es la necesidad de hacer este ensayo en la madera? Es necesario hacer esta prueba de laboratorio ya que nos permite conocer el comportamiento de la madera en sus tres ejes al ser sometida a cargas aplastantes.
- ¿Cuál es el porcentaje de diferencia al comparar la compresión axial perpendicular y paralela a la fibra? ¿Por qué crees que una es mayor que la otra? No se puede determinar puesto que ambos ensayos no están bajo el mismo régimen, ya que uno se realizó en el laboratorio y el otro con datos ya estipulados en las diapositivas.
- Nombra las dimensiones de comercialización de madera para encofrados. Encofrados horizontales y verticales
- Espesor: 21mm y 27 mm
- Ancho: 500 mm
- Longitud: 1000 – 2500 mm Encofrados de muros y losas.
- Espesor: 9, 12, 15, 18, 21 mm
- Ancho: 1250, 1500 mm
- Longitud: 2500, 3000, 3600 mm
- Realiza una pequeña reseña del tipo de madera escogido. Tornillo: "El Tornillo es una madera medianamente pesada, presenta contracciones lineales media y contracción volumétrica estable." (“TORNILLO | Maderas ODL”) La madera, es moderadamente fácil de aserrar por su mediana resistencia mecánica. J. CONCLUSIONES
- Gracias a los resultados podemos ver que la madera Pashaco presenta mayor humedad que el Tornillo y Aguano Masha, es decir que, en temas de fijación o anclaje con pinturas, barnices, etc. Se recomienda el tornillo y Aguano Masha por encima de este.
- Se pudo ver que tanto la madera Tornillo como la de Pashaco, tuvieron unas densidades de (0.83 - 0.85) y (0.79 – 0.82) a lo cual le corresponde la categoría A, puesto que es mayor de 0.71 que indica el reglamento establecido, a diferencia de la tercera muestra de madera Aguano Masha que es perteneciente al grupo B con un rango de (0.65 – 0.67)
- Al hallar el volumen de las tres muestras aplicando los dos métodos ya mencionados, se puede verificar que los resultados coinciden o están en el rango de error aceptable, con esto concluimos que los dos métodos aportan a una mayor precisión de resultados.
- Si bien la relación T/R de las tres muestras difieren un poco comparado con las fichas técnicas, aún siguen siendo maderas estables pues están dentro del rango de 1 a 2, es decir son de grado 1. K. REFERENCIAS Real Academia Española (2021). Compresión. En Diccionario de la lengua española. Recuperado en 19 de junio de 2022, de https://dle.rae.es/compresi%C3%B3n Real Academia Española (2021). Volumen. En Diccionario de la lengua española. Recuperado en 19 de junio de 2022, de https://dle.rae.es/volumen?m=form
