1. REFERENCIA TECNICA NTP 251.016:2004 NTP 251.014:2004

2. OBJETIVO DEL ENSAYO

Identificar los diferentes tipos de probetas utilizadas en los ensayos de acuerdo a la dirección de las fibras y a la dirección de la carga.

Aprender a localizar las áreas de falla de acuerdo a la probeta que se esté empleando.

Determinar las cargas utilizadas, las cargas necesarias y los puntos en los cuales la estructura o probeta se ve afectada por estas mismas cargas

Analizar el comportamiento del material al ser afectado por fuerzas externas.

3. INTRODUCCION.

La madera es uno de los materiales más usados para la construcción desde los inicios de la misma, y este material tan indispensable tiene características muy importantes con respecto a las fuerzas que soporta y la manera de la cual se utiliza, hay que resaltar que la madera es un material parcialmente homogéneo (tiene gran variedad de bacterias y su humedad genera variaciones en el material), es uniforme, estable, de superficie plana y lisa que ofrece buena trabajabilidad y óptima aceptación para recibir revestimientos con diversas terminaciones, pero no es un material isotrópico, es por eso que los ensayos a compresión y tensión paralelo y perpendicular a las fibras se realiza en todas las ocasiones partiendo de los fundamentos básicos de la física y la resistencia. 

La madera se utiliza de muchas formas en las construcciones y por esta razón es indispensable saber cómo reacciona al ejercer determinadas cargas y a su vez si nos puede cumplir los resultados que esperamos al saber cuál es su lugar propenso a la falla. Para así reforzar el mismo.

4. MARCO TEORICO

A) Ensayo de Compresión

El ensayo de compresión es un ensayo de materiales utilizado para conocer su

comportamiento ante fuerzas o cargas de compresión. Es un ensayo mucho menos

empleado que el ensayo de tracción, aplicándose en probetas de materiales que van a

trabajar a compresión pero de forma acelerada hasta llegar al punto de ruptura con el

objetivo de analizar la resistencia máxima que el mismo puede alcanzar. Este ensayo

resulta esencial para determinar los esfuerzos de compresión de los materiales debido

a que se usa en construcciones, tales como columnas y cimientos se encuentran a

compresión, es muy similar al de tensión, ya que a una probeta de un material dado se

le somete a cargas y se mide su deformación, de modo que se obtiene una gráfica

similar al de tracción.

La gráfica del ensayo de compresión, que expresa el comportamiento del

material ensayado, desarrolla tres campos observados por la deformación

física que se desenvuelve:

- Comportamiento elástico: donde la deformación del cuerpo no es

permanente, es decir el cuerpo recupera su forma inicial al retirar la

carga de compresión, que se desenvuelve de manera lineal citada por la

ley de la elasticidad de Hooke.

- Comportamiento plástico: donde la deformación es permanente porque

el cuerpo soportó un rango de cargas altas. La grafica se torna curva.

- Falla: por la excesiva carga axial de finalmente destruye la estructura del

material.

Graficas esfuerzo deformación: a) Zonas generales para todo material,

b) Zonas reales con sus puntos críticos de esfuerzos estudiables.

B) Requerimientos Para Probetas de Compresión

Para las probetas de compresión se prefieren probetas cilíndricas a

cualquier otra forma, pero en este caso es de sección cuadrada. La

selección de una relación entre longitud y ancho de la probeta es una

elección que se toma para evitar una serie de inconvenientes, ya que

de ser muy ancha y muy corta, las mediciones de deformaciones

serían casi irrealizables, de ser muy larga y delgada, se daría una

fractura por flexión, entonces se establece una relación determinada

para evitar dichos efectos. El tamaño de la relación depende del tipo

de material, del tipo de mediciones y del aparato de ensayo.

C) Coeficiente de Poisson.

 

Coeficiente de Poisson Nombrado por Simeón Poisson es una

constante elástica que proporciona una relación entre las la

deformación lateral que sufre el material y las deformaciones

relativas en dirección de la en la dirección de la carga aplicada

sobre el mismo. Cuando un cuerpo se acorta por efecto de una

compresión, se alarga en la dirección perpendicular a la compresión.

Un cuerpo alargado por efecto de una tracción, disminuye su ancho

en la dirección perpendicular a la tensión. Siendo el coeficiente de

Poisson la relación entre la deformación ongitudinal y la deformación

transversal

Cuando una tensión actúa en un cuerpo en una dirección y el volumen del

cuerpo es constante, el coeficiente de Poisson tiene su valor máximo igual

a 0,5.También se relaciona el módulo de rigidez y el módulo de Young en la

ecuación:

La fórmula sólo es válida dentro del límite elástico de un material. El

coeficiente de Poisson de un material estable no puede ser menos de -1.0

ni mayor que 0.5 debido al requisito de que el módulo del esquileo y módulo

a granel tenga valores positivos. La mayoría de los materiales tienen entre

0.0 y 0.5.

5. MATERIALES

Compresión normal a las fibras

Las probetas empleadas en este ensayo consisten en primas rectos de 5 cm x

5 cm de sección transversal y longitud de 2 a 4 veces el ancho. La fibra debe

ser paralela a la longitud. Las medidas de las probetas deben verificarse en el

momento del ensayo. El número de probetas de ensayo estará de acuerdo con

el grado de exactitud. 

Compresión trasversal a las fibras

Las probetas empleadas en este ensayo consisten en primas rectos de 5 cm x

5 cm de sección transversal y 15 cm de longitud, cortadas de tal manera que

las caras longitudinales sean paralelas al grano, dos de sus caras opuestas

tangenciales y las otras dos radiales. Las medidas se verifican en el momento

del ensayo.

6. APARATOS

Prensa

Capaz de producir fuerzas mayores de 2 000 daN, provista de 2 crucetas, una

fija y otra móvil y de un mecanismo que permita regular la velocidad lineal de la

cruceta móvil. Una de las crucetas por lo menos debe estar provista de un

cabezal con una articulación esférica que permita una distribución uniforme de

la carga. 

Deformimetro

Debe utilizarse en caso de que la prensa no disponga de un registrador

automático de la curva de esfuerzo-deformación. Al montarse éste sobre la

probeta, la punta inferior del deformimetro debe tocar la probeta y marcar el

movimiento de acortamiento de la probeta.

En los diferentes tipos de ensayo se utiliza el mismo tipo de prensa tan solo

con un cambio en las mordazas y en el tipo de medición que tenga calibrado el

equipo, aunque también se puede usar el deformimetro.

7. PROCEDIMIENTOS

PROCEDIMIENTO COMPRESIÓN PARALELA A LAS FIBRAS

1. La carga se aplica sobre las bases del prisma, esto es, sobre las caras

transversales, en forma continua y durante todo el ensayo para que produzca

una deformación de 0,6 milímetros por minuto. Los valores para la curva de

esfuerzo-deformación se toman aún después de la rotura de la probeta.

2. Posición de las roturas del ensayo. Para obtener resultados uniformes y

satisfactorios, es necesario que las roturas se produzcan en el cuerpo de la

probeta. Este resultado es más exacto en las probetas de sección transversal

uniforme, cuando los extremos de dicha probeta tienen un contenido de

humedad menor que el resto de la misma.

3. Descripción de las roturas por compresión. Las roturas por compresión se

describen de acuerdo con la apariencia de las mismas en la superficie en que

aparezcan. En caso de presentarse dos o más roturas, se describen en el

orden en que ocurrieron. En la planilla correspondiente debe dibujarse, en la

gráfica, la forma de la rotura.

4. Inmediatamente después de realizado el ensayo, se corta de la probeta un

prisma de 2 cm de altura, cuyas superficies y aristas se deben fijar

convenientemente a fin de despojarlas de astillas y otras irregularidades, y se

determina el contenido de humedad de acuerdo con lo establecido en la NTC

206.

COMPRECION NORMAL A LAS FIBRAS

1. Se coloca la probeta centrada sobre la base del aparato en forma tal que la

fuerza se aplique sobre la cara tangencial o radial. La pieza de presión se

coloca sobre la probeta, perfectamente centrada con ésta y se hacen

descansar sobre su cilindro basculante los extremos de los brazos, uno de los

cuales acciona el deflectómetro.

2. Se acciona la prensa de tal forma que una de las crucetas toque

ligeramente la pieza de presión. En este instante se ajusta el deflectómetro de

modo que todas las manecillas indiquen cero. Luego se acciona nuevamente la

prensa a una velocidad de ensayo de 0,3 mm por minuto. Esta velocidad debe

mantenerse constante hasta alcanzar una deformación del 5 % del espesor de

la probeta.

2.1 En el caso de que no se disponga de un registrador automático de carga-

deformación, debe proveerse a los operadores de una planilla complementaria

confeccionada a dos columnas, una de las cuales debe tener ya impresa la

carga de ensayo de tal manera que pueda hacerse una lectura cómoda del

indicador de carga en cualquier momento. En la segunda, otro operador anota

las cifras del deflectómetro correspondiente a cada lectura del indicador de

carga hasta alcanzar una deformación del 5 % del espesor de la probeta.

8. CALCULOS

El esfuerzo al límite proporcional se calcula aplicando la siguiente expresión:

ELP= PS

Donde :

ELP: Es el esfuerzo al límite proporcional en kg.

P: Es la carga al límite proporcional en kg .

S: Es la superficie impresa sobre la probeta por la pieza de presión media en cm2

EXPRESION DE LOS RESULTADOS

A) DETERMINACION DE LA COMPRESION PERPENDICUILAR AL GRANO

PERPENDICULAR A LAS FIBRASID 5X5X15 M-1 M-2 M-3

Área Superior [cm2] 4.975 4.945 5.110 5.000 5.080 4.970Área Inferior [cm2] 5.060 4.935 4.975 5.090 4.940 5.045

Área Promedio [cm2] 24.7862375 25.436375 25.08495

PERPENDICULAR A LAS FIBRASM-1 M-2 M-3 Promedio

FUERZA [kgf] 2446.48 2242.61 2242.61AREA [cm2] 24.79 25.44 25.08

ESFUERZOS [kgf/cm2] 98.70 88.17 89.40 92.09

B) DETERMINACION DE LA COMPRESION PARALELO AL GRANO

PARALELA A LAS FIBRASID 5X5X20 M-1 M-2 M-3

Área Superior [cm2] 5.200 5.400 4.940 5.020 5.000 4.940Área Inferior [cm2] 5.020 4.930 5.010 5.020 5.090 5.000

Área Promedio [cm2] 26.4143 24.9745 25.075

PARALELA A LAS FIBRASM-1 M-2 M-3 Promedio

FUERZA [kgf] 13863.40 10397.55 12844.04AREA [cm2] 26.41 24.97 25.08

ESFUERZOS [kgf/cm2] 524.84 416.33 512.22 484.47

C) CONTENIDO DE HUMEDAD

CONTENIDO DE HUMEDADP-1 P-2 P-3 Promedio

W Húmedo [gr] 33.8 33.9 34.2

W Seco [gr] 30.4 30.7 30.9W % 11.18 10.42 10.67 10.84%

RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE MADERA ENSAYADA

MADERA

Paralela al grano Perpendicular al GranoM1

[kgf/cm2]

M2[kgf/cm2]

M3[kgf/cm2]

PROMEDIO[kgf/cm2]

M1 M2 M3 PROMEDIO[kgf/cm2]

TORNILLO 634.0 671.0 643.0 649.3 158.0 151.0 122.0 143.7SAPOTE 307.0 342.0 306.0 318.3 81.0 81.0 80.0 80.7CEDRO 484.0 530.0 419.0 477.7 45.0 44.0 42.0 43.7SAPOTE 554.0 427.0 501.0 484.47 91.7 89.4 90.6 92.09

PASHACO 546.2 438.0 541.7 508.6 126.1 144.3 157.1 142.5LUPUNA 126.0 121.0 129.0 125.3 26.0 25.0 23.0 24.7

9. CONCLUSIONES La madera tornillo es la de mayor resistencia 649.3 kgf/cm2 es por ello de su

uso en la construcción. La madera lupuna tiene la menor resistencia ello se debe a la estructura que

presenta. El comportamiento de la madera ensayada SAPOTE depende de su estructura y

de su composición. Esta a su vez, están íntimamente relacionadas con los procesos de desarrollo y crecimiento de los arboles

Los valores obtenidos para la resistencia a la compresión son los siguientes

Resistencia a la Compresión Perpendicular a las Fibras

ESFUERZOS [kgf/cm2]

92.09

Resistencia a la Compresión Paralelo a las Fibras

ESFUERZ

[kgf/cm2]

484.47

OS

Al adquirir la madera para fines estructurales debe tenerse en cuenta que en condiciones ideales de uso, en contenido de humedad debes acercarse lo más posible al contenido de humedad en equilibrio.

Al ensayar la madera confirmamos que los materiales aun en la rotura poseen una capacidad elástica puesto que después de la compresión tendió a recuperar en gran porcentaje su forma original.

De los diagramas “Esfuerzos vs Deformaciones” se puede obtener algunas de las propiedades mecánicas de los materiales.

Debemos tener conciencia en el impacto ambiental, que conlleva el uso de la madera, ya que este es un recurso renovable natural, y el uso excesivo de la tala puede llevar a la extinción de especies importantes en nuestra región.

BIBLIOGRAFIA

Norma Técnica Peruana MADERA. Método para Determinar la Compresión Axial o Paralela al Grano (NTP 251.014)

Norma Técnica Peruana MADERA. Método para Determinar la Compresión Perpendicular al Grano (NTP 251.016)