Velocidad del sonido como predictor de propiedades en tableros de partículas
S p e e d of s o u n d t r a n s m i s s i o n as properties predictor of p a r t i c l e b o a r d s
IGNACIO ESPINA
1, PETER NIEMZ
2, HERNAN P O B L E T E
31
CONAF, Camilo Henríquez 430, Of. 201-Villarrica, Chile.
2
Eidgenössische Technische Hochschule, CH-8092 Zurich ETH-Zentrum, NO F47.1, Alemania.
3
Inst. Tecnología de Productos Forestales. Universidad Austral de Chile, Casilla 567, Valdivia, Chile.
SUMMARY
The use of sound speed transmission, measured parallel to the board surface, as a predictor of board quality was studied. The variables were: board density, resin content and closure time of the press. The level of association and dependence between the variables were determined through correlation analisis. Boards were made using Roble (Nothofagus obliqua) and Raulí (Nothofagus alpina) wood.
A high correlation between sound speed transmission, board density and adhesive content was determined. The high correlation between bending strength and sound speed allows its application as a predictor of this property. No relation between sound speed and internal bond was found.
Key words: sound speed transmission, particleboards.
RESUMEN
Se determinó la posibilidad de utilizar la velocidad del sonido medida paralela a la superficie como un predictor de calidad en tableros de partículas. Las variables estudiadas fueron densidad de tablero y contenido de adhesivo.
Mediante análisis de correlación se verificó el grado de asociación y dependencia existente entre la velocidad del sonido y las propiedades de los tableros. Los tableros se fabricaron con madera de renovales de roble (Nothofagus obliqua) y raulí (Nothofagus alpina).
Los resultados indican que existe un alto grado de asociación entre la velocidad de propagación del sonido y las variables densidad y contenido de adhesivo. Se determinó una alta correlación con la propiedad flexión, lo que evidencia la posibilidad de emplear como parámetro predictor la velocidad del sonido en la determinación de esta propiedad. En el caso de la resistencia a la tracción no se encontraron correlaciones adecuadas.
Palabras claves: velocidad de transmisión del sonido, tableros de partículas.
I N T R O D U C C I O N E x i s t e la p o s i b i l i d a d de d e t e r m i n a r la calidad m e d i a n t e e v a l u a c i o n e s no d e s t r u c t i v a s , las cuales P a r a d e t e r m i n a r las p r o p i e d a d e s d e los tableros c u e n t a n c o n técnicas q u e p r o p o r c i o n a n c o n m a y o r d e p a r t í c u l a s s e utilizan e n s a y o s d e s t r u c t i v o s , d o n r a p i d e z i n f o r m a c i ó n r e s p e c t o a las p r o p i e d a d e s d e s e r e q u i e r e r e m o v e r a l g u n o s t a b l e r o s d e s d e l a m e c á n i c a s del m a t e r i a l ( R o s s y Pellerin 1991).
l í n e a de p r o d u c c i ó n h a s t a un l a b o r a t o r i o p a r a ser L o s e n s a y o s n o d e s t r u c t i v o s están b a s a d o s e n
c o r t a d o s y e n s a y a d o s . P o r lo tanto, las p r o p i e d a efectos físicos ( e m i s i ó n de o n d a s s o n o r a s , o n d a s
d e s s ó l o son c o n o c i d a s d e s p u é s d e u n t i e m p o p r o e l e c t r o m a g n é t i c a s , reflexión de luz y varias otras)
l o n g a d o , n o s i e n d o p o s i b l e efectuar c a m b i o s in y son afectados p o r características de la m a d e r a
m e d i a t o s e n l a l í n e a d e p r o d u c c i ó n p a r a corregir (densidad, p r e s e n c i a de defectos) y p o r el a m b i e n
d e f e c t o s . te ( t e m p e r a t u r a y h u m e d a d ) . L a s m e d i c i o n e s del
efecto físico s e p o d r í a n e m p l e a r p a r a d e t e r m i n a r l a s p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s a p l i c a n d o f u n c i o n e s m a t e m á t i c a s ( r e g r e s i o n e s ) q u e r e l a c i o n a n l a p r o p i e d a d m e c á n i c a c o n e l efecto físico d e t e r m i n a d o ( N i e m z 1994).
U n a p o s i b i l i d a d n o d e s t r u c t i v a d e e v a l u a r l a c a l i d a d en los tableros de p a r t í c u l a s es utilizando la v e l o c i d a d de p r o p a g a c i ó n del s o n i d o ( R o s s y P e l l e r i n 1 9 9 1 , N i e m z 1994). L a utilización d e esta t é c n i c a e s t á b a s a d a en la t r a n s m i s i ó n de pulsos u o n d a s de s o n i d o a t r a v é s del t a b l e r o ( B u c u r y A r c h e r 1984).
E l m é t o d o d e c o n t r o l p o r l a v e l o c i d a d d e p r o p a g a c i ó n del s o n i d o t i e n e c o m o p r i n c i p i o e l u s o d e l a c o r r e l a c i ó n e n t r e l a v e l o c i d a d d e p r o p a g a c i ó n y las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s de los m a t e r i a les ( N i e m z 1994, B u r m e s t e r 1968, R o s s y Pellerin 1988). L a t é c n i c a s e b a s a e n u n m é t o d o d e trans
m i s i ó n d e p u l s o s . L a d e t e r m i n a c i ó n d e l a veloci
d a d de p r o p a g a c i ó n es p o s i b l e o b t e n e r l a a través de la m e d i c i ó n d i r e c t a del largo de la m u e s t r a y el t i e m p o de viaje de u n a o n d a a c ú s t i c a ( B u c u r y A r c h e r 1984).
L a s o n d a s p u e d e n ser aplicadas s o b r e e l m a t e rial m e d i a n t e un i m p a c t o m e c á n i c o o un i m p a c t o s ó n i c o , e s t e ú l t i m o e s u n f e n ó m e n o físico d e i m p a c t o m e c á n i c o y q u e p o r n a t u r a l e z a es de origen e l e c t r o m a g n é t i c o (Pellerin 1974, G e r h a r d s 1982, R o s s et al. 1992, N i e m z 1994). S e g ú n G e r h a r d s ( 1 9 8 2 ) n o e x i s t e diferencia a p r e c i a b l e e n l a v e l o c i d a d r e s u l t a n t e d e m e d i c i o n e s r e a l i z a d a s m e d i a n te i m p a c t o m e c á n i c o o s ó n i c o .
En g e n e r a l , al p a s a r la o n d a de s o n i d o d e s d e el aire a c u e r p o s s ó l i d o s se p r o d u c e un d e b i l i t a m i e n t o d e l a o n d a s o n o r a . E n los tableros d e p a r t í c u l a s e x i s t e u n a gran c a n t i d a d d e p o r o s , p o r l o q u e l a v e l o c i d a d d e las o n d a s e s m á s lenta q u e e n m a d e r a s ó l i d a ( N i e m z y P l o t n i k o v 1988). C u a n d o las d e t e r m i n a c i o n e s s e realizan e n tableros d e p a r t í c u l a s la v e l o c i d a d m e d i d a en f o r m a p e r p e n d i c u l a r a la superficie e s m e n o r q u e l a m e d i d a e n f o r m a para
lela, d e b i d o a q u e la a b s o r c i ó n de las o n d a s es m a y o r c u a n d o s e m i d e p e r p e n d i c u l a r m e n t e ( N i e m z y S a n d e r 1 9 9 0 ) .
En d i v e r s o s trabajos se ha d e m o s t r a d o q u e a m e d i d a q u e a u m e n t a l a d e n s i d a d del t a b l e r o l a v e l o c i d a d d e u l t r a s o n i d o p e r p e n d i c u l a r a l p l a n o a u m e n t a en f o r m a directa. E s t o se d e b e a q u e al a u m e n t a r l a d e n s i d a d d i s m i n u y e n los e s p a c i o s en
tre las p a r t í c u l a s ( B u r m e s t e r 1965, S c h w e i t z e r y N i e m z 1990). Pellerin ( 1 9 7 4 ) s o s t i e n e q u e u n ta
b l e r o p u e d e c o n t e n e r m u c h a s z o n a s d o n d e s e p a s a
de z o n a s vacías a z o n a s de alta d e n s i d a d . P o r lo tanto, la velocidad del s o n i d o i n d i c a un valor p r o m e d i o de la resistencia en un largo d e t e r m i n a d o del tablero, d e p e n d i e n d o d e l a d e n s i d a d p r o m e d i o de éste. El m i s m o autor afirma q u e d e b i d o a q u e los tableros d e partículas tienen u n a d e n s i d a d m á s uniforme, la d e t e r m i n a c i ó n de fallas q u e afecten la calidad es m á s e x a c t a q u e en otros m a t e r i a l e s .
O t r o factor i m p o r t a n t e a c o n s i d e r a r es la canti
d a d d e a d h e s i v o . E n t é r m i n o s g e n e r a l e s , c u a n d o a u m e n t a el c o n t e n i d o de a d h e s i v o , la v e l o c i d a d de p r o p a g a c i ó n del s o n i d o m e d i d a en f o r m a p e r p e n dicular a la superficie de tablero a u m e n t a . A m e d i d a q u e el n ú m e r o de p u e n t e s de a d h e s i v o au
m e n t a , s e p r o d u c e u n a m e j o r t r a n s m i s i ó n d e l a o n d a . A d e m á s , la p e n e t r a c i ó n del a d h e s i v o en la m a d e r a y la d e n s i d a d del m i s m o h a c e n q u e au
m e n t e la v e l o c i d a d de las o n d a s ( S c h w e i t z e r y N i e m z 1990).
S e g ú n B u r m e s t e r ( 1 9 6 8 ) y N i e m z y S a n d e r ( 1 9 9 0 ) un a u m e n t o de la v e l o c i d a d de la o n d a , m e d i d a p e r p e n d i c u l a r a la superficie, es un indica
d o r de un a u m e n t o de la r e s i s t e n c i a a la flexión, del m ó d u l o de elasticidad y de la tracción n o r m a l . S c h w e i t z e r y N i e m z ( 1 9 9 0 ) d e t e r m i n a r o n la correlación entre la v e l o c i d a d de ultrasonido per
p e n d i c u l a r al p l a n o y la tracción n o r m a l , o b t e n i e n do un "r" = 0 . 7 8 . La correlación e n t r e la v e l o c i d a d de u l t r a s o n i d o y las p r o p i e d a d e s resistencia a la flexión y m ó d u l o de elasticidad fue m á s baja, 0.47 y 0.48, respectivamente (Schweitzer y N i e m z 1990).
B u r m e s t e r ( 1 9 6 8 ) d e t e r m i n ó la relación entre resistencia a la flexión y la v e l o c i d a d de ultrasoni
d o , p e r p e n d i c u l a r a la superficie, en tableros d o n d e s e varió e l n ú m e r o d e c a p a s , o b t e n i e n d o valo
res " r " entre 0.3 y 0.9. La c o r r e l a c i ó n e n c o n t r a d a entre tracción n o r m a l y la v e l o c i d a d del s o n i d o dio valores " r " entre 0.47 y 0 . 9 8 . R o s s y Pellerin ( 1 9 8 8 ) o b t u v i e r o n c o r r e l a c i o n e s m u y altas e n t r e el m ó d u l o de elasticidad en flexión y la v e l o c i d a d de ultrasonido al c u a d r a d o , con un "r" = 0 . 9 7 .
M E T O D O L O G I A
Madera. En la fabricación de los tableros se
utilizaron partículas d e m a d e r a p r o v e n i e n t e s d e
r e n o v a l e s de r o b l e (Nothofagus obliqua) y r a u l í
(Nothofagus alpina), u b i c a d o s en los fundos Jauja
y Santa L u i s a , p r o v i n c i a de M a l l e c o , IX R e g i ó n .
L a d e n s i d a d básica p r o m e d i o d e l a m a d e r a d e raulí
fue 4 6 3 k g / m
3y 4 9 7 k g / m
3p a r a roble, l o g r a n d o
u n p r o m e d i o d e 4 8 0 k g / m
3e n t r e a m b a s ( P o b l e t e et al. 1994).
Preparación de las partículas. L a s p a r t í c u l a s fueron s e c a d a s d u r a n t e 18 a 20 h o r a s , a u n a t e m p e r a t u r a d e 110°C hasta lograr u n c o n t e n i d o d e h u m e d a d de 4 a 5 % . C o n las p a r t í c u l a s s e c a s , se p r o c e d i ó a d e t e r m i n a r el t a m a ñ o y coeficiente de e s b e l t e z d e las partículas. E n esta d e t e r m i n a c i ó n se utilizó un set de t a m i c e s , q u e en e s t e c a s o fue
r o n d e 2.0, 1.4, 1.0 y 0.5 m m .
E l p H d e las partículas s e c o n t r o l ó e n s o l u c i o nes d e a g u a d e s t i l a d a c o n m a d e r a . L a s s o l u c i o n e s se p r e p a r a r o n m e z c l a n d o 10 gr de m a t e r i a l en 100 mi de a g u a d e s t i l a d a y las m e d i c i o n e s a e s t a solu
ción se r e a l i z a r o n d e s p u é s de 4 h o r a s de agitación a 66 r . p . m . a p r o x i m a d a m e n t e , u t i l i z á n d o s e un p H m e t r o digital.
Fabricación de los tableros. L o s tableros se fabricaron c o n s i d e r a n d o las siguientes c o n d i c i o n e s : E s p e s o r : 1 6 m m .
P r o p o r c i ó n c a p a e x t e r n a / c a p a m e d i a : 5 0 / 5 0 . D e n s i d a d : 5 6 0 , 6 1 0 , 6 6 0 y 7 1 0 k g / m
3A d h e s i v o : U r e a f o r m a l d e h í d o .
C o n c e n t r a c i ó n : 5 0 % .
A d h e s i v o e n c a p a externa: 7 % , 9 % , 1 1 % y 1 3 % . A d h e s i v o e n c a p a m e d i a : 8 % .
C i c l o d e p r e n s a d o :
T i e m p o total : 7 m i n . T e m p e r a t u r a : 160°C.
P r e s i ó n m á x i m a : 3.0 N / m m
2. T i e m p o a presión m á x i m a : 2 m i n . P r e s i ó n m e d i a : 1.5 N / m m
2.T i e m p o a presión m e d i a : 3 m i n .
L a s variables consideradas en el e s t u d i o se p r e sentan en el c u a d r o 1.
Determinación de las propiedades mecánicas de los tableros. L a s p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s deter
m i n a d a s fueron resistencia a la flexión ( m ó d u l o de r o t u r a y m ó d u l o de elasticidad) s e g ú n D I N 52 3 6 2 y resistencia a la tracción p e r p e n d i c u l a r ( D I N 52 3 6 5 ) . E l t a m a ñ o d e las probetas fue d e 5 0 m m d e a n c h o y 3 2 0 mm de largo para r e s i s t e n c i a a la flexión y de 50 mm de a n c h o * 50 mm de largo * 16 mm de e s p e s o r para resistencia a la tracción p e r p e n d i c u l a r .
P a r a c a d a variable de e s t u d i o (los 4 tipos de d e n s i d a d e s y 4 contenidos de a d h e s i v o s de la c a p a externa) se fabricaron 4 tableros, l o g r a n d o p o r cada tablero 8 probetas p a r a resistencia a la tracción y 8 p a r a flexión.
Determinación de la velocidad del sonido. P r e vio a la d e t e r m i n a c i ó n de las p r o p i e d a d e s m e c á n i cas de los tableros se d e t e r m i n ó la v e l o c i d a d del s o n i d o m e d i d a paralela a la superficie. A c a d a p r o b e t a se le d e t e r m i n ó la d e n s i d a d básica. L u e g o se perforó con un taladro eléctrico en 5 mm a c a d a e x t r e m o de las probetas para insertar los c o n d u c tores de las o n d a s .
Se utilizó un e q u i p o m a r c a Sylvatest, de u n a frecuencia de 16 k H z . El e q u i p o e n t r e g a el t i e m p o ( m i c r o s e g u n d o s ) q u e d e m o r a l a o n d a d e s o n i d o e n p a s a r de un e x t r e m o a otro de la p r o b e t a . La v e l o c i d a d del s o n i d o se d e t e r m i n ó d i v i d i e n d o el largo de la m u e s t r a por el t i e m p o en s e g u n d o s q u e d e m o r ó la o n d a de s o n i d o en atravesar la probeta. La t e m p e r a t u r a y h u m e d a d relativa existentes c o r r e s p o n d i e r o n a 15° C y 5 0 % .
CUADRO 1 Variables en el estudio.
Variables of the investigation.
Variable
Variabless Parámetro Parámetross
Tableros
1 2 3 4
Densidad
Contenido Adhesivo
Densidad media (kg/m
3) Adhesivo capa externa (%)
Densidad (kg/m
3)
Adhesivo capa externa (%)
560 9
610 7
610 660 9 9
610 610 9 11
710 9
610
13
Análisis de datos. Se d e t e r m i n a r o n los coefi
c i e n t e s d e c o r r e l a c i ó n "r" entre las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s , v e l o c i d a d del s o n i d o y las variables de e s t u d i o ( d e n s i d a d ; c o n t e n i d o d e a d h e s i v o ) . E l aná
lisis d e c o r r e l a c i ó n s e r e a l i z ó m e d i a n t e u n a r e g r e sión lineal s i m p l e , s e g ú n el m o d e l o siguiente:
Y = a + b x X D o n d e :
Y = Variable dependiente: Resistencia a la flexión e s t á t i c a ( M O R ) ; M ó d u l o d e e l a s t i c i d a d ( M O E ) ; R e s i s t e n c i a a la tracción p e r p e n d i c u l a r ; V e l o c i d a d del s o n i d o .
X = Variable independiente: D e n s i d a d del table
r o ; C o n t e n i d o d e a d h e s i v o ; V e l o c i d a d del so
n i d o .
A c a d a c o e f i c i e n t e de correlación se le verificó la s i g n i f i c a n c i a del v a l o r "r", m e d i a n t e el test de significación del coeficiente de correlación. De esta m a n e r a se d e t e r m i n ó si la correlación obtenida d e b e c o n s i d e r a r s e c o m o u n indicativo d e u n a asocia
c i ó n v e r d a d e r a e n t r e variables o si se trata de u n a fluctuación al a z a r d e b i d o al m u e s t r e o .
P R E S E N T A C I O N Y D I S C U S I O N D E R E S U L T A D O S
Análisis del tamaño y pH de las partículas. El largo y e s p e s o r p r o m e d i o de las partículas fue 15.4 m m y 0.3 m m , r e s p e c t i v a m e n t e . E l coeficiente d e
e s b e l t e z p r o m e d i o para a m b a s c a p a s a l c a n z ó a 4 8 . E l análisis d e t a m a ñ o d e m u e s t r a q u e e l t i p o d e g e o m e t r í a es n o r m a l para las e s p e c i e s y m é t o d o d e v i r u t e a d o .
E l p H p r o m e d i o r e g i s t r a d o e n l a m e z c l a d e par
tículas fue de 4.9. El a d h e s i v o e m p l e a d o , urea
formaldehído, fragua en c o n d i c i o n e s ó p t i m a s c u a n do el a m b i e n t e de pH de la m e z c l a de m a d e r a y a d h e s i v o p r e s e n t a u n valor d e a l r e d e d o r d e 3.5.
P o r lo tanto, para a l c a n z a r un nivel m a y o r de aci
d e z s e a g r e g ó a l a d h e s i v o c l o r u r o d e a m o n i o ( N H
4C 1 ) c o m o catalizador, e n u n a c a n t i d a d e q u i v a l e n t e al 1% del p e s o seco de la r e s i n a (urea
f o r m a l d e h í d o ) .
Influencia de la estructura sobre la calidad:
Densidad:. L o s valores p r o m e d i o de r e s i s t e n c i a a la flexión, m ó d u l o de elasticidad y r e s i s t e n c i a a la tracción p e r p e n d i c u l a r de los tableros se r e p r e s e n tan en el c u a d r o 2.
En el caso de la resistencia a la flexión ( M O R ) , a m e d i d a q u e a u m e n t a la d e n s i d a d del t a b l e r o se i n c r e m e n t a la resistencia a la flexión en f o r m a directa, c o r r o b o r a n d o lo i n f o r m a d o p o r otros auto
res (Kelly 1977, N i e m z y S a n d e r 1990).
U n a situación similar se p r e s e n t a p a r a las rela
c i o n e s e n t r e d e n s i d a d , m ó d u l o de e l a s t i c i d a d y resistencia a la tracción.
L o s r e s u l t a d o s del análisis de c o r r e l a c i ó n , d o n de la d e n s i d a d c o r r e s p o n d i ó a la v a r i a b l e i n d e p e n d i e n t e y las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s ( M O R , M O E y r e s i s t e n c i a a la tracción) a la variable d e p e n d i e n te, se p r e s e n t a n en el c u a d r o 3.
CUADRO 2
Flexión (MOR, MOE) y tracción con distintos niveles de densidad (adhesivo promedio = 8.5%).
Bending strength (MOR, MOE) and internal bond (of boards) with different density levels (Mean amount of adhesive = 8.5%).
Densidad (kg/m
3)
Flexión (MOR) (N/mm
2)
Flexión (MOE) (N/mm
2)
Tracción (N/mm
2)
Promedio Desv. est. Promedio Desv. est. Promedio Desv. est.
560 598 651 688
13.34 2.83
17.59 2.74
23.10 3.87
23.17 3.17
1633 443
2143 256
2584 318
2752 461
0.42 0.14
0.62 0.06
0.83 0.04
1.07 0.06
CUADRO 3
Regresiones en función de la densidad (d).
Regressions with board density (d) as independent variable.
Propiedad r Ecuación E.E.E. Significancia
0.95
Flexión (MOR) Flexión (MOE) Tracción (T)
0.88 0.81 0.89
MOR = 39.3871 + 0.09435 * d MOE = 2931.41 + 8.39773 * d T = 1.78328 + 0.003913 * d
0.139 0.135 0.172
Sí Sí Sí
E.E.E. = Error estándar de la estimaciónL o s r e s u l t a d o s d e e s t e análisis m u e s t r a n u n a b u e n a c o r r e l a c i ó n e n t r e la d e n s i d a d y las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s d e los t a b l e r o s , con altos valores de "r" y q u e son significativos al 9 5 % de p r o b a b i lidad. R e l a c i o n e s s i m i l a r e s han sido e n c o n t r a d a s p o r o t r o s a u t o r e s .
Contenido de adhesivo: En el c u a d r o 4 se en
tregan los v a l o r e s p r o m e d i o de resistencia a la flexión, m ó d u l o de elasticidad y tracción p e r p e n d i c u l a r de los t a b l e r o s fabricados con diferentes c o n t e n i d o s d e a d h e s i v o e n las c a p a s e x t e r n a s .
El tipo de r e l a c i ó n e n c o n t r a d o entre la resisten
cia a la flexión ( M O R ) y el c o n t e n i d o de adhesi
v o , m e j o r a n d o la r e s i s t e n c i a a m e d i d a q u e éste a u m e n t a , es s i m i l a r a la d e t e r m i n a d a p o r otros a u t o r e s ( P o s t 1 9 6 1 , H ä n s e l et al. 1988). En el c a s o
d e l a d e t e r m i n a c i ó n del m ó d u l o d e e l a s t i c i d a d ( M O E ) t a m b i é n s e p r o d u c e u n a u m e n t o d e l a p r o p i e d a d con un i n c r e m e n t o en el c o n t e n i d o de ad
h e s i v o .
Al d e t e r m i n a r la resistencia a la tracción de los t a b l e r o s no se o b s e r v a una relación con la variable e s t u d i a d a , el c o n t e n i d o de a d h e s i v o . Esto e r a de e s p e r a r y a q u e e l a u m e n t o d e a d h e s i v o s e p r o v o c ó en las capas e x t e r n a s , las q u e no j u e g a n un p a p e l i m p o r t a n t e en e s t a resistencia.
C o n el objeto de establecer la relación e n t r e c o n t e n i d o de a d h e s i v o y las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s se realizó un análisis de correlación c u y o s re
sultados se presentan en el c u a d r o 5.
Existe un alto grado de asociación entre la varia
ble y las propiedades medidas (cuadro 5). Sin e m bargo, pese al alto coeficiente de correlación en-
CUADRO 4
Flexión (MOR, MOE) y tracción con distintos niveles de adhesivo (densidad = 610 kg/m
3).
Bending strength (MOR and MOE) and internal bond (of boards) with different adhesive levels (Board Density = 610 kg/m
3).
Adhesivo (%)
Flexión (MOR) (N/mm
2)
Flexión (MOE) (N/mm
2)
Tracción (N/mm
2)
Promedio Desv. est. Promedio Desv. est. Promedio Desv. est.
7.5 8.5 9.5 10.5
15.80 1.76
17.59 2.74
21.29 3.21
21.71 2.84
2073 312
2143 256
2444 394
2587 389
0.64 0.10
0.62 0.07
0.68 0.07
0.68 0.05
CUADRO 5
R e g r e s i o n e s e n función del c o n t e n i d o d e a d h e s i v o ( c a ) . Regressions with adhesive amount (ca) as independent variable.
Propiedad r Ecuación E.E.E. Significancia
0.95
Flexión (MOR) Flexión (MOE) Tracción (T)
0.96 0.97 0.78
MOR = 0.17522 + 2.141267 * ca MOE = 653.7256 + 184.2625 * ca T = 0.487035 + 0.018469 * ca
0.050 0.029 0.036
Sí Sí No
E.E.E.= Error estándar de la estimaciónc o n t r a d o entre la resistencia a la tracción y el con
tenido de a d h e s i v o ( " r " = 0.78), é s t e no es significa
tivo a un 9 5 % de probabilidad, es decir; el valor de
"r" se o b t u v o p o r u n a fluctuación al azar y no de u n a asociación v e r d a d e r a entre a m b a s variables.
La no a s o c i a c i ó n e n c o n t r a d a entre el c o n t e n i d o de a d h e s i v o y la r e s i s t e n c i a a la tracción se d e b e a q u e la t r a c c i ó n d e t e r m i n a la c a l i d a d de la u n i ó n e n t r e las p a r t í c u l a s d e l a c a p a m e d i a . C o m o e l c o n t e n i d o d e a d h e s i v o d e l a c a p a m e d i a n o varía, m a n t e n i é n d o s e c o n s t a n t e e n 8 % , n o e s p o s i b l e e n c o n t r a r u n a influencia s o b r e e s t a p r o p i e d a d p o r u n a u m e n t o del nivel d e a d h e s i v o .
Influencia de las variables sobre la velocidad del sonido: Densidad. L o s r e s u l t a d o s del análisis d e c o r r e l a c i ó n p a r a l a relación e n t r e v e l o c i d a d del s o n i d o y d e n s i d a d del tablero se p r e s e n t a n en la figura 1. Se o b s e r v a q u e la v e l o c i d a d del s o n i d o a u m e n t a d i r e c t a m e n t e a m e d i d a q u e lo h a c e la d e n s i d a d del t a b l e r o . E s t a relación p r e s e n t a u n alto coeficiente de c o r r e l a c i ó n ("r" = 0.93) y q u e es significativo al 9 5 % de p r o b a b i l i d a d (figura 1).
L o s r e s u l t a d o s o b t e n i d o s c o n c u e r d a n c o n l o descrito p o r B u r m e s t e r ( 1 9 6 5 y 1968) y S c h w e i t z e r y N i e m z ( 1 9 9 0 ) en c u a n t o a q u e e x i s t e u n a estre
c h a r e l a c i ó n e n t r e la v e l o c i d a d del s o n i d o y la d e n s i d a d del t a b l e r o . L a c a u s a d e esta relación está en la m a y o r c a n t i d a d de m a t e r i a l sólido y la d i s m i n u c i ó n de los e s p a c i o s e n t r e p a r t í c u l a s a m e d i d a q u e a u m e n t a l a d e n s i d a d , l o g r a n d o u n a m e j o r t r a n s m i s i ó n d e las o n d a s d e s o n i d o .
Contenido de adhesivo: L o s r e s u l t a d o s del análisis d e c o r r e l a c i ó n e n t r e v e l o c i d a d del s o n i d o y v a r i a c i ó n del c o n t e n i d o de a d h e s i v o se presen-
Figura 1. R e l a c i ó n e n t r e v e l o c i d a d de s o n i d o (VS) y d e n s i d a d ( d ) . ( A d h e s i v o = 8.5%).
Relationship between speed of sound transmission (VS) and board density (d). (Adhesive amount = 8.5%).
tan en la figura 2. Se p u d o d e t e r m i n a r q u e a m e d i d a q u e se i n c r e m e n t a el c o n t e n i d o de a d h e s i v o , la v e l o c i d a d del sonido a u m e n t a en forma directa, r e p i t i é n d o s e el efecto descrito p o r S c h w e i t z e r y N i e m z ( 1 9 9 0 ) .
La alta correlación ("r" = 0.98), significativa a u n 9 5 % d e p r o b a b i l i d a d , confirma los resultados de S c h w e i t z e r y N i e m z ( 1 9 9 0 ) . Al a u m e n t a r el c o n t e n i d o de a d h e s i v o se i n c r e m e n t a el n ú m e r o de p u e n t e s de a d h e s i v o entre las partículas y se m e j o ra la p e n e t r a c i ó n de éste en la m a d e r a , lo q u e dis
m i n u y e el n ú m e r o de p o r o s , facilitando la trans
m i s i ó n d e l a o n d a d e s o n i d o .
El c o n t e n i d o de a d h e s i v o sólo se varió en las c a p a s e x t e r n a s , de esta m a n e r a la relación obteni
da e s t á d e t e r m i n a d a por las superficies del tablero.
Es p r o b a b l e q u e al inducir u n a variación del c o n
t e n i d o de a d h e s i v o en la c a p a central, alma, m e j o
re aún m á s la relación.
Figura 2. Relación entre velocidad de sonido (VS) y contenido de adhesivo (ca). (Densidad de tablero = 610 kg/m
3).
Relationship between speed of sound transmission (VS) and adhesive content (ca). (Board density = 610 k g / m3) .
Relación entre la velocidad del sonido y las propiedades mecánicas. P a r a d e t e r m i n a r si existe algún g r a d o de r e l a c i ó n e n t r e la v e l o c i d a d del s o n i d o y las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s se realizaron análisis de c o r r e l a c i ó n s i m i l a r e s a los p r e s e n t a d o s a n t e r i o r m e n t e . E n e s t e c a s o e l análisis e s t a d í s t i c o s e efectuó t o m a n d o c o m o b a s e d e d a t o s los v a l o r e s o b t e n i d o s a l e n s a y a r tableros con u n a d e n s i d a d d e 6 0 0 k g / m
3y q u e p o s e í a n u n c o n t e n i d o d e a d h e sivo de 8% p a r a la c a p a m e d i a y 9% p a r a la exter
na. L o s r e s u l t a d o s o b t e n i d o s se p r e s e n t a n en el c u a d r o 6.
L o s v a l o r e s d e "r" r e g i s t r a d o s p a r a l a resisten
c i a a la flexión ( M O R ) y los del m ó d u l o de elas
ticidad ( M O E ) son significativos a u n 9 5 % d e p r o b a b i l i d a d . V a l e decir, q u e al a u m e n t a r la resisten
c i a a la flexión y el m ó d u l o de e l a s t i c i d a d se
i n c r e m e n t a la v e l o c i d a d del s o n i d o . E s t a t e n d e n c i a c o i n c i d e c o n lo i n f o r m a d o p o r N i e m z y S a n d e r ( 1 9 9 0 ) , p e s e al bajo porcentaje de variación p a r a e l M O E ( 3 5 % ) y M O R ( 1 6 % ) . Sin e m b a r g o , c o n s i d e r a n d o las c o n d i c i o n e s del e n s a y o y los resulta
dos o b t e n i d o s , s e e s t i m a q u e las c o r r e l a c i o n e s en
c o n t r a d a s en el p r e s e n t e trabajo mejorarían si se p r o v o c a r a u n r a n g o d e distribución d e los valores d e flexión m á s a m p l i o , a u m e n t a n d o e l n ú m e r o d e m u e s t r a s . En e s t e sentido es necesario investigar en el futuro. P e s e a lo anterior, el h a b e r o b t e n i d o r e l a c i o n e s satisfactorias entre la p r o p i e d a d flexión y la p r o p a g a c i ó n paralela al plano del sonido, ofrece u n a p o s i b i l i d a d interesante para el desarrollo de técnicas d e e n s a y o n o destructivas.
El bajo coeficiente de correlación registrado para la relación e n t r e la resistencia a la tracción y la v e l o c i d a d del s o n i d o ("r" = 0.15) no es significa
tivo, l o q u e i n d i c a q u e n o existe una asociación e n t r e a m b a s p r o p i e d a d e s .
Al trasmitir la o n d a de s o n i d o en forma parale
la a la superficie, su velocidad será d e t e r m i n a d a p o r l a m a y o r d e n s i d a d d e las capas e x t e r n a s . L a o n d a de s o n i d o se trasladará p o r la z o n a de m a y o r d e n s i d a d , c a p a s e x t e r n a s , las q u e a l m i s m o t i e m p o d e t e r m i n a r á n la resistencia a la flexión ( M O R y M O E ) del t a b l e r o . D e esta forma s e establece l a relación q u e ha sido d e t e r m i n a d a y p r e s e n t a d a en el c u a d r o 6.
E l m i s m o t i p o d e relación h a sido e n c o n t r a d o en otros e s t u d i o s c u a n d o la o n d a es m e d i d a per
p e n d i c u l a r al p l a n o ; a m e d i d a q u e a u m e n t a la d e n sidad o el c o n t e n i d o de a d h e s i v o la resistencia a la flexión y la v e l o c i d a d de las o n d a s de s o n i d o au
m e n t a n ( B u r m e s t e r 1 9 6 8 , S c h w e i t z e r y N i e m z 1990).
CUADRO 6
Regresiones en f u n c i ó n de la velocidad del sonido (VS).
Regressions with speed of sound transmission (vs) as independent variable.
Propiedad r Ecuación E.E.E. Significancia
0.95
Flexión (MOR) Flexión (MOE) Tracción normal (T)
0.59 0.40 0.15
MOR = 82.1994 + 0.039896 * VS MOE = 4268.37 + 2.563431 * VS T = 0.23219 + 0.000336 * VS
0.130 0.113 0.010
Sí Sí No
E.E.E.= Error estándar de la estimación.
33
P a r a e l c a s o d e l a t r a c c i ó n n o r m a l , B u r m e s t e r ( 1 9 6 8 ) y S c h w e i t z e r y N i e m z ( 1 9 9 0 ) e n c o n t r a r o n q u e e x i s t e u n a b u e n a c o r r e l a c i ó n e n t r e l a tracción p e r p e n d i c u l a r y la v e l o c i d a d de p r o p a g a c i ó n del s o n i d o m e d i d a en f o r m a p e r p e n d i c u l a r a la super
ficie del p a n e l .
E n e l c a s o del p r e s e n t e trabajo n o s e p u d o d e t e r m i n a r u n a r e l a c i ó n de e s t e tipo, d e b i d o a la di
r e c c i ó n d e l a o n d a e n e l e n s a y o . C u a n d o l a o n d a se t r a n s m i t e p a r a l e l a a la superficie del t a b l e r o su v e l o c i d a d e s d e t e r m i n a d a p o r l a m a y o r d e n s i d a d d e las c a p a s e x t e r n a s , d o n d e s e p r o p a g a con m a y o r facilidad. P o r l o t a n t o l a v e l o c i d a d d e l a o n d a e s t á en d i r e c t a r e l a c i ó n c o n las c a p a s e x t e r n a s y n o r e p r e s e n t a e l e s t a d o d e l a c a p a central. S e d e b e t e n e r p r e s e n t e q u e l a c a p a central e s l a q u e deter
m i n a la r e s i s t e n c i a a la t r a c c i ó n .
P o r el c o n t r a r i o , c u a n d o las o n d a s son e n v i a d a s p e r p e n d i c u l a r a la superficie del p a n e l , la o n d a de s o n i d o r e c o r r e o b l i g a t o r i a m e n t e las c a p a s e x t e r n a s y la central, d e p e n d i e n d o su v e l o c i d a d de la canti
d a d de e s p a c i o s v a c í o s . A su vez, los e s p a c i o s d i s m i n u y e n a m a y o r c a n t i d a d de a d h e s i v o y den
sidad, p e r m i t i e n d o e s t a b l e c e r u n a relación entre l a r e s i s t e n c i a a la t r a c c i ó n p e r p e n d i c u l a r y la veloci
d a d d e p r o p a g a c i ó n d e l a o n d a .
E s p r o b a b l e q u e l a c o r r e l a c i ó n e n t r e v e l o c i d a d de t r a n s m i s i ó n , en d i r e c c i ó n l o n g i t u d i n a l , y trac
c i ó n m e j o r e s i g n i f i c a t i v a m e n t e al variar la canti
d a d de a d h e s i v o en la c a p a m e d i a o al alterar su d e n s i d a d m o d i f i c a n d o el perfil de d e n s i d a d del t a b l e r o .
C O N C L U S I O N E S
E x i s t e u n a e s t r e c h a r e l a c i ó n e n t r e l a e s t r u c t u r a de los t a b l e r o s y la v e l o c i d a d del s o n i d o m e d i d a p a r a l e l a al p l a n o . A s í , al a u m e n t a r la d e n s i d a d o el c o n t e n i d o d e a d h e s i v o d e ellos, l a v e l o c i d a d d e t r a n s m i s i ó n d e las o n d a s d e s o n i d o e s m a y o r . L o anterior i n d i c a q u e a d e n s i d a d e s m á s altas los e s p a c i o s e n t r e las p a r t í c u l a s d e m a d e r a d i s m i n u y e n y q u e a m a y o r e s n i v e l e s de a d h e s i v o , los p u e n t e s d e a d h e s i v o a u m e n t a n , d i s m i n u y e n d o l a c a n t i d a d d e p o r o s , l o q u e m e j o r a l a t r a n s m i s i ó n d e las o n d a s d e s o n i d o .
E s p o s i b l e u t i l i z a r l a v e l o c i d a d del s o n i d o , m e d i d a e n f o r m a p a r a l e l a a l p l a n o del tablero, e n la d e t e r m i n a c i ó n de la r e s i s t e n c i a a la flexión y m ó d u l o de e l a s t i c i d a d . Sin e m b a r g o , el bajo coefi
ciente d e d e t e r m i n a c i ó n e n c o n t r a d o p a r a a m b a s indica q u e e s n e c e s a r i o realizar u n a m a y o r canti
d a d d e m u e s t r a s p a r a p o s e e r u n m a y o r r a n g o d e resistencias q u e p u d i e r a n e x p l i c a r e n m e j o r forma su relación con la v e l o c i d a d del s o n i d o . De acuer
do con los resultados o b t e n i d o s , no sería p o s i b l e e m p l e a r l a en la d e t e r m i n a c i ó n de la r e s i s t e n c i a a la tracción p e r p e n d i c u l a r .
Se c o r r o b o r a el h e c h o de q u e al a u m e n t a r la d e n s i d a d de los tableros y el c o n t e n i d o de adhesi
v o s e i n c r e m e n t a n las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s . N o s e e n c o n t r ó u n a r e l a c i ó n e n t r e e l c o n t e n i d o d e a d h e s i v o y la r e s i s t e n c i a a la tracción p e r p e n d i c u lar, lo q u e e r a de e s p e r a r ya q u e la cantidad de a d h e s i v o sólo se varió en las capas e x t e r n a s .
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Recibido: 14.11.97
