Panel Fibrocemento

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  • 7/22/2019 Panel Fibrocemento

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    UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIALA MOLINA

    Facultad de Ciencias Forestales

    PRACTICA 7

    PANELES COMPOSITES: Fibrocemento y Madera plstica

    CURSO

    Productos Forestales de Transformacin Qumica

    PROFESORES

    Ing. Hctor Enrique Gonzales Mora, Ph.D.

    Lic. Deysi Roco Guzmn Loayza

    BRIGADA 2

    Graciela Ayala

    Nelly Cabrera

    Germn Castillo

    Natalia Cisneros

    Fernando Magallanes

    LA MOLINA - 2013

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    PRACTICA 7

    PANELES COMPOSITES: Fibrocemento y Madera Plstica

    1. INTRODUCCINLa tecnologa con el tiempo ha mejorado en diversos mbitos, y para la industria de paneles defibra este hecho no es ajeno. Ahora se utilizan diversos materiales para la conformacin de

    paneles como por ejemplo: mezcla de virutas de madera con cemento, mezcla de fibras

    celulsicas con cemento, mezclas polimricas, entre otros. De estos productos, el que mejores

    posibilidades tiene de competir en el mercado con otros es el tablero de fibrocemento, debido

    a su bajo costo y la facilidad que tiene para ser moldeado. ltimamente tambin se ha ido

    incorporando el producto de madera plstica o composite de plstico con madera.

    El tablero de fibrocemento es una mezcla de fibras celulsicas con cemento brindando al

    producto propiedades nuevas que no tendran los componentes por separado, como por

    ejemplo: gran solidez y resistencia. El tablero composite madera-plstico (WPC) consiste enenvolver las fibras, formando el producto con ayuda del manto fibroso, llegando al punto de

    fusin del plstico (110C para PE de baja densidad, 140C para PE de alta densidad y 173 C

    para PP)

    En el presente informe, se presentan los resultados obtenidos en la conformacin de un

    tablero de fibrocemento utilizando cemento Portland; y tablero composite madera plstica,

    utilizando para este ltimo diferentes proporciones de madera molida.

    2. OBJETIVOS- Obtener un tablero de fibrocemento en base a pulpa mecano qumica.- Obtener un tablero de plstico de madera en base a la mezcla de plstico reciclado

    (polietileno) de alta densidad, y diferentes tamaos de partculas de madera de Pinus

    caribaea

    - Determinar las mezclas ptimas de fibra de madera con cemento y fibra de madera conplstico

    - Clasificar a los tableros obtenidos segn la norma correspondiente.

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    3. REVISIN BIBLIOGRFICA3.1. Definicin

    Los paneles de fibrocemento, segn la Norma DIN, son definidos como productos de una

    mezcla prensada de hebras de madera y cemento. Por otro lado, Canali (1978 citado por Cruz,

    1982), seala que son elementos pre-fabricados de hebras de madera y como aglomerante se

    utiliza el cemento, mezclado y prensado.

    3.2. Componentes

    3.2.1. Materiales Orgnicos. Chittenden (1975 citado por Cruz, 1982) indica que en la

    fabricacin de estos paneles, se utiliza madera o residuos provenientes de la agrocultura

    tales como bagazo de caa de azcar, paras de arroz, y otros.

    3.2.2. Aglomerante Mineral. Distintos autores (Chittenden, Howkes, Kohler citados por

    Cruz, 1982) mencionan que el aglomerante mineral ms usado es el cemento Portland,

    aunque tambin se pueda utilizar magnesita y escolita.

    3.2.3. Mineralizante. Autores como (Chittenden, 1975; FAO, 1976; Kohler, 1966 citados

    por Cruz, 1982) sealan que como agente mineralizante, se utilizan las sales que actan

    como aceleradores del fraguado del cemento. 1

    3.3. Fabricacin

    Canali (1978 citado por Cruz, 1982) recomienda que para la fabricacin de los paneles se deba

    utilizar siempre una sola especie de madera, ya que si se mezclan distintas especies, no

    reaccionan uniformemente con el cemento, por lo que no se podrn obtener resultados

    satisfactorios.

    Keil (1973 citado por Cruz, 1982)seala que las hebras deben mineralizarse previamente para

    poder lograr una mejor adherencia al cemento.

    Kohler (1966 citado por Cruz, 1982), refirindose a los procesos de fabricacin, indica que para

    la obtencin de las hebras, se emplean pedazos de madera de similar tamao de longitud y

    dimetros no muy grandes, los que son sometidos a la a accin de una desfibradora. Las

    hebras as obtenidas deben ser baadas en una solucin mineralizante para luego mezclarlo

    con el aglutinante hidrulico. Esta mezcla se coloca en hormas para darle forma y dimensiones

    al papel prensndolos en fro y dejndolos luego por 24 horas para lograr el endurecimiento.

    3.4. Propiedades

    3.4.1. Densidad. Segn la Norma DIN 1101 (1980), se tienen los siguientes valores.

    1El CaC2 es un mineralizante que acta como acelerador del fraguado del cemento.

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    Cuadro 1.Densidad de los tableros de fibrocemento.

    Espesor (mm) Densidad Media(kg/m3)

    Peso Medio(kg/m2)

    15 570 8.5

    25 460 11.5

    35 415 14.5

    50 (+15 mm) 390 (+15%) 19.5 (+15%)

    75 375 28

    100 - -

    (Norma DIN 1101, 1980)

    3.4.2. Resistencia a la Flexin Esttica

    Cuadro 2.Valores Mnimos para la Resistencia a la Flexin Esttica

    Espesor (mm)Densidad Media

    (kg/m3)Tolerancia %

    15 17 -

    25 10 -35 7 -10

    50 5 -

    75 4 -

    100 4 -

    (Norma DIN 1101, 1980)

    3.4.3. Resistencia a la Compresibilidad. Segn la Norma DIN 1101 (1980), se mide el

    porcentaje de reduccin en el espesor del panel de prueba al aplicarle una carga de 3

    kg/m2.

    Cuadro 3.Reduccin en % al aplicar carga de 3 kg/m2.

    Espesor (mm) Reduccin (%) Tolerancia %

    25 15 -

    35 18 10

    50, 75, 100 20 -(Norma DIN 1101, 1980)

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    3.4.4. Aislante Trmico. Kohler (1966 citado por Cruz, 1982) indica que el panel de 5 cm

    de espesor tiene un coeficiente de conductividad trmica de 0,07 Kcal/mhC, donde:

    Kcal = Kilocaloras m= 1 metro h= 1 hora C= 1 grado centgrado

    Lo que equivale, segn el mismo autor, a la de una pared de concreto de 50 cm de ancho,

    aproximadamente.

    3.4.5. Aislante Acstico. Bock (S/F) afirma que una pared de 5 cm de espesor con estos

    paneles y una capa de enlucido de 4 mm en una de sus caras permite un aislamiento de

    ruidos del orden de 31 decibeles, siendo los niveles de ruidos aceptables dentro de

    viviendas del tipo normal de 30 decibeles (Medina, 1972 citado por Cruz, 1982).

    3.4.6. Absorcin Acstica. Kohler (1966), dice que los paneles de fibrocemento tienen unaabsorcin acstica mxima entre una frecuencia de 500 y 2000 Hertz, que equivalen

    aproximadamente a un muro de hormign de 15 cm de espesor (Medina, 1972 citado por

    Cruz, 1982)

    3.4.7. Resistencia al Fuego. Kohler(1966 citado por Cruz, 1982) califica a los paneles como

    un material prcticamente ignfugo y no inflamable. Bock (S/F citado por Cruz, 1982)

    menciona que paneles de 5 cm de espesor demoran 1 hora para incinerarse, ensayados

    bajo las especificaciones de la Norma British Standard BS 476.

    3.4.8. Clavado. Bock (S/F citado por Cruz, 1982) seala que los paneles soportan la

    introduccin y extraccin de clavos y tornillos con cabeza grande.

    3.4.9. Aserrado. Kohler (1966) seala que son fcilmente aserrables o cortados con sierras

    manuales.

    3.4.10. Durabilidad Natural. Bock (S/F citado por Cruz, 1982) dice haber observado

    paneles en viviendas construidas hace ms de 50 aos que se encuentran an en buenas

    condiciones y que en piezas sumergidas en agua hace 10 aos no encuentra deterioro

    alguno, ni estando en contacto con el suelo desde hace 30 aos.

    Asimismo, Kohler (1966 citado por Cruz, 1982) indica que el carcter alcalino del material

    evita cualquier tipo de ataque de hongos e insectos.

    3.4.11. Enlucido. Bock (S/F/), Canali (1978 citados por Cruz, 1982) y otros sealan que los

    paneles soportan perfectamente los revestimientos y acabados convencionales con la

    aplicacin de pinturas y barnices.

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    3.5. Usos

    Diversas instituciones tales como la Norma DIN 1101 (1980), British Standard 1105 (1972),

    Canali (1978 citado por Cruz, 1982), y otros sealan que los usos probados de este material

    son: en construccin de viviendas de bajo costo, encofrados, elementos de paredes y

    tabiqueras interiores, cubiertas exteriores de techos, cielos rasos, aislamientos acsticos ytrmicos, juntas de dilatacin, revestimiento de fachadas, paneles publicitarios, elementos

    decorativos, y ms.

    3.6Requisitos de las materias primas para la elaboracin de fibrocemento.3.6.1. Material Orgnico. Generalmente se utiliza madera u otros residuos agrcolassiempre y cuando no contengan altos porcentajes de sustancias que impidan el fraguado

    del cemento. Respecto a esto, la Norma British Standard 1105 (28), indica que los pinos y

    los cipreses son maderas aceptables. Kohler (1966 citado por Cruz, 1982) afirma tambin

    que la madera de conferas se utiliza con xito, adems de poseer un corte perfecto para

    la obtencin de hebras por constitucin anatmica.

    Chittenden (1975 citado por Cruz, 1982) seala que la aptitud de una especie en la

    fabricacin del fibro-cemento depende de ciertas sustancias presentes en la madera que

    disminuyen el fraguado, llegando en algunos casos a inhibirlo completamente. Estas

    sustancias que interfieren en el endurecimiento del cemento no son bien conocidas, pero

    se sabe con certeza que los azcares de la madera y el grupo de compuestos hemi-

    celulsicos son los principales responsables de este retardo.

    Kohler (1966 citado por Cruz, 1982) agrega que los taninos y colorantes perturban al

    fraguado del cemento, en cambio, las resinas presentes en las conferas no tienen ningndefecto.

    Alarcn y Alva (1972 citado por Cruz, 1982), al evaluar el efecto del azcar en la resistencia

    mecnica del concreto, encontraron que porcentajes mayores a 0,03% de azcar en la

    mezcla disminuyen la resistencia del concreto, llegando a ser extremadamente baja a

    porcentajes mayores del 0,10%. Sealan que este fenmeno se debe al efecto retardarte

    del azcar en el proceso del fraguado, que al bloquear a las molculas de hidrxido de

    calcio, uno de lso componentes principales del cemento, impide una completa

    combinacin con los aluminatos triclcicos (otros de los componentes del cemento),

    provocando una lenta e incompleta reaccin.

    Chittenden (1975 citado por Cruz, 1982) sostiene que los materiales orgnicos con altos

    contenidos de extractivos, como es el caso de muchas maderas tropicales, disminuyen el

    fraguado del cemento llegando a inhibir completamente la reaccin, siendo la razn

    principal para que toda planta industrial realice una seleccin de sus maderas antes de la

    manufactura.

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    3.6.2. Cemento. Kohler (1966 citado por Cruz, 1982) entre otros, sostiene que en lafabricacin de estos paneles, el tipo de cemento ms idneo es el que fragua y alcanza

    dureza rpidamente. Entre aquellos que cumplen con estos requisitos menciona al

    cemento Portland ASTM Tipo I. El cemento Portland, segn las definiciones de la Norma

    ITINTEC (1968), es el producto obtenido por la pulverizacin del clinker portland con la

    adicin eventual del sulfato de calcio. Se admite la adicin eventual del sulfato de calcio.Se admite la adicin de otros productos que no excedan al 1% del peso total. El cemento

    Portland tipo I es el cemento destinado a obras de concreto en general.

    3.6.2.1. Influencia del cemento en los procesos parciales de la formacin del concretoKeil (1973 citado por Cruz, 1982) afirma que el cemento influye de modo

    preponderante sobre los procesos parciales de la formacin del concreto. Estos

    procesos son:

    a) Fraguado: Los componentes resultantes actan como verdaderos hidratossolubles en agua que luego se precipitan cuando se reduce por un fenmeno de

    sobre-saturacin. Adrianzn (1966 citado por Cruz, 1982) aade que estos

    precipitados en forma de cristales de textura fibrosa constituyen un medio de

    agarre entre las diferentes partculas de la mezcla.

    b) Endurecimientoc) Tiempo de mezclado: Saad (1969 citado por Cruz, 1982) sostiene que el tiempo de

    mezclado es el tiempo que demora la preparacin de la mezcla, el cual influye en

    la resistencia del concreto. Se debe tener en cuenta que todas las partculas del

    agregado queden completamente cubiertas por la pasta del cemento. En la

    resistencia a la compresin por el tiempo de mezclado, se observa que cuando el

    tiempo de mezclado alcanza los 4 minutos, la resistencia del hormign se

    incrementa rpidamente. A mayor tiempo, la resistencia se conserva

    prcticamente con tendencia a disminuir. Un tiempo de mezclado entre 1,5 y 2

    minutos es suficiente para lograr un incremento entre 20 y 35% en la resistencia.

    d) Colocacin de la mezcla en obra: Saad (1969 citado por Cruz, 1982) recomiendapreparar la mezcla en una sola operacin y colocarla en obra en el menor tiempo

    posible y en ningn caso despus de 60 minutos de haber hecho la mezcla, porque

    se obtendran resistencias menores y no- uniformes.

    e) Compactado: Saad (1969 citado por Cruz, 1982) sostiene que despus de colocarla mezcla en las hormas, se deber compactar inmediatamente por medios

    mecnicos o manuales, dependiendo de las caractersticas del hormign, de talforma que asegure la eliminacin de los vacos o de agua sobrante.

    f) Curado3.6.3.Agua. Autores como Keil (1973) y Kohler (1966 citados por Cruz, 1982) sealan

    que el agua es esencial en la mezcla con el cemento, porque permite que ste reaccione

    qumicamente para darle las propiedades del concreto. De ah que el agua utilizada no

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    debe contener sustancias que perturben al fraguado del cemento como algas, aceites,

    humus, etc.

    4. MATERIALES Y MTODOS4.1 Materiales

    - Pulpa seca- Cemento portland- Balanza- Madera molida- Chips de plstico- Recipiente con agua- Molde- Prensa4.2 Metodologa

    Formacin del tablero fibrocemento

    - Con la pulpa obtenida luego del primer desfibrado del proceso de pulpeo mecnicoobtenido en la prctica anterior, se estim la cantidad de pulpa seca obtenida.

    - Sabiendo que la cantidad total de slidos en el tablero es igual a la pulpa secaobtenida mas cemento. La cantidad de fibras es el 15% del total de slidos.

    - Se sumergi la pulpa en una solucin de carbonato de calcio al 4% por diez minutos;luego, se dej escurrir el excedente.

    - Al mismo tiempo se procedi a una serie de pasos que involucran la preparacin de lapasta o mezcla agua-cemento, en una relacin de 0,4 a 1.

    - Luego se mezcl la pasta con las fibras, en un tiempo mximo de 5 minutos.- Se coloc la mezcla en un molde o recipiente con base rgida; antes de esto, se unt

    con grasa la base facilitando as el desmoldado.

    - El desmoldado se realiz luego de 24 horas de efectuada la mezcla.Formacin de composite madera plstico

    - Se seleccionaron tres mallas diferentes de 40, 100 y 200, en una fraccin de maderamolida anhidra/plstico de 60/40.- Luego se pesaron 12g de la fraccin de la madera anhidra y 8 g de chips de plstico

    - Se mezclaron ambas fracciones para luego colocarlas en un molde- El molde se coloc en la prensa caliente. Aplicando una carga de 10 000 Lb- A una temperatura ligeramente superior al punto de fusin del plstico, por un tiempo

    aproximado de 5 minutos.

    - Luego de este proceso, se pas a retirar el producto formado; acondicionndolo yfinalmente pesando el producto obtenido.

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    - Se realiz un recorte del producto para determinar su densidad e hinchamiento.

    5. RESULTADOS

    5.1. Fibrocemento

    Cuadro 4. Caractersticas del tablero de fibrocemento obtenido en la prctica.

    Caractersticas del Fibrocemento

    Espesor 18 mm

    Ancho 20.95 cm

    Largo 29.9 cm

    VOLUMEN 1128 cm3

    MASA 1,050 kg

    DENSIDAD 931 kg/m3

    5.2. Maderaplstico

    Cuadro 5. Caractersticas de los tableros de maderaplstico.

    MallaSin tratamiento Con tratamiento

    Espesor (mm) Ancho (cm) Largo (cm) espesor (mm) Ancho (cm) Largo (cm)

    40 1,51 10 10 1,88 10,2 10,2

    100 2,12 6 6 2,52 6,1 6,1

    200 1,27 5 8 1,78 5,1 8,4

    Cuadro 6. Propiedades del tablero maderaplstico antes y despus del tratamiento

    MallaSin tratamiento Con tratamiento2 Hinchamiento

    Masa(g)

    Volumen(cm3)

    Densidad(g/cm3)

    Masa (g)Volumen

    (cm3)Densidad(g/cm3)

    Masa(%)

    Volumen(%)

    40 13,2 15,1 0,875 17,2 19,6 0,877 22,9 22,8

    100 7,26 7,63 0,951 8,57 9,38 0,914 15,3 18,6

    200 5,62 5,08 1,106 7,08 7,63 0,928 20,6 33,4

    2Los tableros se mantuvieron en remojo por un periodo de tiempo. determinado

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    6. EJERCICIOS6.1. Determinacin de las mezclas optimas de fibras con cemento y madera con plstico

    Cuadro 7.Resistencia a la compresin de las fibras de madera, cemento portland y

    polipropileno.

    Resistencia a la compresin

    kg/m2 Mpa

    Fibras madera (Pinus caribaeae) 813 7,90

    Cemento Portland 2384 23,3

    Polipropileno 3805 37,3

    6.1.1. Fibrocemento

    Cuadro 8. Determinacin de la mezcla optima fibra (madera)/cemento

    Vf/Vm K =1 K = 0.9 k = 0.8

    100/0 7,9 7,1 6,3

    90/10 9,4 8,7 8,0

    80/20 11,0 10,4 9,7

    70/30 12,5 12,0 11,4

    60/40 14,1 13,6 13,1

    50/50 15,6 15,2 14,8

    40/60 17,2 16,8 16,5

    30/70 18,7 18,5 18,2

    20/80 20,3 20,1 19,9

    10/90 21,8 21,7 21,6

    0/100 23,3 23,3 23,3

    3Saravia, 20104Mendoza et al 20115http://www.general-aislante.com.ar/poliprop.htm

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    Figura 1. Proporcin de fibras (Vf) vs Resistencia a la compresin (MPa) para el tablero de

    fibrocemento

    6.1.2. MaderaPlstico

    Cuadro 9. Determinacin de la mezcla optima fibra (madera)/polipropileno

    Vf/Vm K =1 K = 0.9 k = 0.8

    100/0 7,9 7,1 6,3

    90/10 10,8 10,1 9,4

    80/20 13,8 13,1 12,5

    70/30 16,7 16,2 15,6

    60/40 19,6 19,2 18,7

    50/50 22,6 22,2 21,8

    40/60 25,5 25,2 24,9

    30/70 28,5 28,2 28,0

    20/80 31,4 31,2 31,1

    10/90 34,3 34,3 34,2

    0/100 37,3 37,3 37,3

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    Figura 1. Proporcin de fibras (Vf) vs Resistencia a la compresin (MPa) para el tablero Madera

    plstico

    6.2. Tipos de enlace que formara la fibra con el cemento y el plstico

    Los tipos de enlaces que se formarn en los tableros elaborados estarn relacionados con lacomposicin y estructura de las molculas que constituyen los materiales que los componen.

    En el caso del fibrocemento, el cemento Portland est compuesto principalmente por xidos,pero al mezclarse con agua, se posibilita la formacin de enlaces puentes hidrgeno con otrasmolculas, como los componentes de las fibras. Durante el fraguado, el agua es evaporada,por lo que las molculas de esta son eliminadas y causan un acercamiento entre las fibras y el

    cemento.

    Para los tableros de madera-plstico, el polietileno de alta densidad est constituido por

    carbono (C), hidrgeno (H) y la lignina, de carbono (C), hidrgeno (H) y oxgeno (O). Adems,

    las fuerzas de Van der Waals tambin contribuyen a la cohesin de las diferentes molculas

    del composites.

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    La influencia del cemento en la mezcla con fibras se manifiesta en la tendencia del material a

    incrementar su capacidad de absorcin de agua a medida que se incrementa el contenido de

    fibra en la mezcla, el valor ms alto de 17% de absorcin se observa a 1,5% de contenido de

    fibra esto puedo explicarse debido a la naturaleza hidrofilia de las fibras cuyas molculas

    poseen afinidad por el agua y contribuyen a elevar el porcentaje final de absorcin en el

    material.6.3. Productos comerciales elaborados con los componentes utilizados en la prctica

    6.3.1 Fibrocemento.

    Los productos comerciales que utilizan fibrocemento en su composicin pueden ser

    utilizados como paredes internas, cielos rasos, paredes externas, cubiertas para techos en

    forma de planchas onduladas, paneles sandwich para naves ganaderas, paneles para

    fachadas ventiladas, tubos par agua a presin, tubos para drenaje o alcantarillado por

    gravedad, depsitos de almacenamiento de agua de tamaos pequeos y chimeneas.

    6.3.2 Madera plstica

    Los productos hechos con madera plstica, indican que se puede pigmentar desde su

    formulacin, debido al material que se usa como el plstico. Se pueden obtener diversos

    tonos de gris, verde, negro, caf, rojo, entre otros. Es fcil de trabajar con productos

    hechos de madera plstica, casi tan sencillo como trabajar con madera, ya que se puede

    taladrar, cortar, atornillar y clavar utilizando herramientas comunes en el trabajo con

    madera.

    Estos productos son utilizados en intemperie generalmente, debido a su mnima absorcin

    de humedad. Pueden hacerse tarimas para almacn y traslado de materiales, teniendo

    una resistencia casi diez veces mayor que la madera natural. Tambin puede utilizarse

    como terrazas y muebles de exterior.

    Tambin es usada en la fabricacin de terrazas, estibas, guacales, corrales, establos,

    pesebreras, comederos de mascotas, parques, formaletas, pisos para cuartos fros,

    superficies de trabajo, carroceras y en general cualquier producto que pueda ser

    fabricado con madera. Se puede producir decking para terrazas residenciales y

    comerciales. Tambin pisos para exteriores, cercas, macetas, muebles de jardn, prgolas,

    casas de mascotas, entre otros.

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    7. DISCUSIN DE RESULTADOS- El tablero de fibrocemento elaborado present una densidad de 930 kg/cm3. Es as

    que de acuerdo a la Norma Chilena, NCh186/1-2003, se clasifica como Plancha

    Tipo B.

    - Ya que la elaboracin del tablero fue manual, la distribucin longitudinal de lasfibras no fue uniforme, lo que influyo en que los espesores del tablero fueran

    variados en sus lados.

    - Con respecto a los tableros de madera plstico se observa que a medida que seincrementa la fraccin de malla, es decir disminuye el tamao de partcula, se

    incrementa tambin la densidad de los tableros.

    - Por otro lado, se observa que los hinchamientos en volumen de los tablerospresentan valores mayores que los hinchamientos en masa. La capacidad dehinchamiento del tablero se debe a la capacidad higroscpica propia de la madera.

    - Por ltimo, se puede decir que para predecir los posibles usos de los tableros defibrocementos es necesario conocer las propiedades fsico mecnicas de sus

    materiales, es decir tanto del cemento, como de la madera utilizada en la

    elaboracin de la pulpa.

    CONCLUSIONES

    - Segn la Norma chilena NCh186/1-2003, el tablero se clasifica como Plancha tipo B.- La densidad del tablero de fibrocemento depende de la proporcin de cemento y fibra que

    se hayan empleado para su elaboracin

    - Las propiedades mecnicas del tablero de fibrocemento estarn en funcin a lasproporciones de cemento y fibra empleados en su elaboracin.

    - Un k=1, es decir fibras orientadas longitudinal y uniformemente permite la obtencin deun tablero de fibrocemento de mayor resistencia a la compresin.

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    8. BIBLIOGRAFA

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