Capítulo 2: Propuesta metodológica de la experimentación
2.4. Metodología
2.4.2. Determinación de las propiedades mecánicas
Debido a la heterogeneidad y anisotropía que presenta la madera, los ensayos para determinar sus características mecánicas resultan más complejos que para otros materiales. A continuación se describen los mismos teniendo en cuenta el criterio de la normativa que trabaja con especímenes libres de defectos.
2.4.2.1. Ensayo de dureza.
Como ya se mencionó en el epígrafe 1.6.1la dureza fue determinada a través del método Janka, de procedencia Norteamericana. La carga necesaria para introducir la semiesfera de acero, a una velocidad de 6.25 mm/minuto, en la madera dividida por la proyección sobre la cara de la probeta de la impronta producida (1 cm2), da como resultado la dureza Janka correspondiente. Es decir.
Fórmula 2.5. Dureza Janka. (Diez et al., 2000)
El ensayo puede hacerse sobre las tres direcciones de la orientación de la fibra de la madera sin embargo, se hizo solo en dirección perpendicular a la fibra y radial a los anillos de crecimiento pues generalmente su valor es mayor que sobre las otras secciones. El dispositivo utilizado fue construido por el autor.
2.4.2.2. Ensayo de resistencia a la compresión paralela a la fibra.
El ensayo se realizó con una máquina Ibertest de 2000kN de capacidad. Consistió en comprimir probetas prismáticas, que presenten sus caras paralelas y normales entre ellas, de 50 x 50 mm de sección y 100 mm de longitud aproximadamente a una velocidad igual a 0.6
escalón de carga aplicada hasta la rotura de la misma. Es importante aclarar que para construir posteriormente cada gráfico de tensión vs. deformación se procederá de la manera siguiente.
Foto 2.9. Ensayo de resistencia a la compresión paralela a la fibra.
Los valores de desplazamiento o acortamiento se dividen entre la longitud inicial de la probeta y obtenemos la deformación unitaria (
ε)
. Así mismo si efectuamos el cociente de la carga aplicada entre el área de la sección transversal media del testigo, aportará el esfuerzo o tensión (σ). Todos estos datos procesados en Microsoft Excel, da como resultado lo que se puede apreciar en el gráfico 2.1.Gráfico 2.1. Diagrama tenso-deformacional de una probeta.
0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 7000000 8000000 0 0.005 0.01 0.015 Ten si ó n ( σ) Deformación ( ε)
Ejemplo
Cuando se obtengan las curvas de todas las probetas se escoge como opción una de mejor ajuste a los valores experimentales de acuerdo con el polinomio más indicado. En el gráfico 2.2 están representados los valores de 5 probetas y la curva de mejor ajuste con su polinomio correspondiente.
Gráfico 2.2. Ejemplo ilustrativo de un conjunto de valores.
Posteriormente se deriva la ecuación y se evalúa para un intervalo entre un tercio y la mitad del valor de (por ser una zona de comportamiento lineal), para determinar el módulo tangente inicial. El valor de se puede obtener igualando a cero la ecuación de la primera derivada (o lo que es lo mismo decir, la pendiente de la curva); obtenida de la ecuación de la línea de tendencia.
2.4.2.3. Ensayo de resistencia a la compresión perpendicular a la fibra.
Para su realización se usaron probetas prismáticas de 50 mm de arista comprimiéndolas en dirección perpendicular a hilo de la fibra (foto 2.10). Las demás condiciones fueron similares al anterior ensayo.
Foto 2.10. Ensayo de resistencia a la compresión perpendicular a la fibra.
Se pudo apreciar como cambió el comportamiento de la madera respecto a la compresión paralela. En este caso la madera se comprime sin que se produzca una rotura neta por lo que no existe una carga máxima a partir de la cual pueda ser calculada la resistencia a la rotura.
Según la normativa Argentina la resistencia a la rotura por compresión perpendicular a la dirección de la fibra, se establece como la división entre la carga que corresponde a una deformación del 5% de su altura y la sección realmente comprimida, es decir:
Fórmula 2.6. Resistencia a la rotura por compresión perpendicular a la fibra. (Diez et al., 2000)
Donde:
:
Tensión de rotura por compresión perpendicular a la fibra (MPa).
:
Carga correspondiente a la deformación indicada (como se utilizó una probeta de 50 mm de altura será = 2.5 mm). (N).Ancho de la chapa de acero (50 mm).
:
Ancho de la probeta (50 mm).A criterio del autor el resultado más exacto puede obtenerse haciendo un proceso similar al del anterior ensayo pues se analiza realmente en el intervalo donde el comportamiento de los parámetros es proporcional.
2.4.2.4. Ensayo de flexión estática.
Los ensayos de flexión estática se hicieron según lo descrito en ASTM D143 – 94, sobre pequeñas muestras de aproximadamente 20mm por 20 mm de sección transversal por 300 mm de longitud, con una distancia entre apoyos de 280 mm (foto 2.11), aplicando la carga a una velocidad de 6.5 mm/minuto en el centro de la luz, midiendo deformaciones por escalones de carga.
Módulo de rotura (M.O.R)
Este parámetro se calcula utilizando la carga máxima que soportó, cada probeta, utilizando la ecuación 2.7.
Fórmula 2.7. Módulo de rotura. (Diez et al., 2000)
Donde:
Módulo de rotura (MPa).
: Carga máxima soportada (N).
: Luz libre de la probeta (distancia entre apoyos) (mm). b: Dimensión de la base de la sección transversal (mm). h: Dimensión de la altura de la sección transversal (mm).
Hasta aquí ha quedado descrita la propuesta metodológica de la experimentación realizada sobre todo el cuerpo de prueba. El autor de esta investigación puso especial empeño para que su ejecución se llevara a vías de hecho de la manera más completa y exacta posible. La veracidad de los resultados obtenidos se expondrá detalladamente en el próximo capítulo.
2.4.3. Conclusiones parciales del capítulo.
La clasificación visual de la madera reviste una gran importancia no solo en la selección del cuerpo de prueba para la investigación, sino también para escoger el material a utilizar en la ejecución de cualquier proyecto constructivo.
La repetición del procedimiento de medición de las probetas demostró que la contracción volumétrica en la dirección tangencial a los anillos de crecimiento del árbol es mayor que en la dirección radial a los mismos. Esto corrobora lo mencionado en el epígrafe 1.6.1.
Mantener los niveles de humedad entre el 12 y el 15% del material sin que sufra daños físicos tolerables por la normativa, a través del proceso de secado, proporciona mayores valores de resistencia en general.