ENSAYO DE TENSION PARA PROBETAS DE MADERA (ROBLE-TABEBUIA
ROSEA)H. Peata, K. De Len, M. Araujo.Director del proyecto: Ing.
Demstenes Durango.Resistencia de Materiales I, Ingeniera Mecnica,
Facultad de Ingenieras, Universidad de Crdoba.Montera, Crdoba.
OBJETIVO Determinar la resistencia a la tensin de la madera
(roble) frente a una carga aplicada axialmente.
RESUMENEn este ensayo se busca medir la deformacin con un
comparador de caratula en cuatro probetas de madera roble,
sometindolas a esfuerzos, a travs de la aplicacin de cargas axiales
a tensin, las cuales van en aumento conforme a la prctica. Los
datos obtenidos sern analizados e ilustrados en grficas. Con el fin
de conocer la resistencia y ductilidad del material.
ABSTRACTIn this test is to measure the deformation with a
comparator of cover art in four specimens of oak wood, subjecting
them to efforts by applying axial tension loads, which are
increasing in line with practice . The data will be analyzed and
illustrated in graphs. To meet the strength and ductility of the
material.
INTRODUCCIONLa resistencia de un material depende de su
capacidad para soportar una carga excesiva sin presentar deformacin
o falla. Esta propiedad es inherente al propio material y debe
determinarse mediante la experimentacin.Una de las pruebas ms
importantes a este respecto es el ensayo de tensin o compresin. A
partir de estas pruebas se pueden establecer varias propiedades
mecnicas importantes de un material, se utiliza principalmente para
determinar la relacin entre el esfuerzo normal promedio y la
deformacin normal promedio en muchos materiales de ingeniera como
metales, cermicas, polmeros y materiales compuestos.
TEORA RELACIONADAMuchos materiales de ingeniera exhiben en un
inicio un comportamiento elstico lineal, segn el cual el esfuerzo
es proporcional a la deformacin, definido por la ley de Hooke:
Donde E llamado mdulo de elasticidad, es la pendiente de esta
lnea recta en el diagrama esfuerzo-deformacin.Aunque por concepto,
el esfuerzo en la barra es igual al cociente entre la fuerza de
tensin F y el rea de la seccin transversal original A0 de la
barra:
Cuando se aplica a una barra una fuerza de tensin, se produce
una elongacin de la varilla, en la direccin de la fuerza; tal
desplazamiento se llama deformacin. Por definicin, la deformacin
originada por la accin de una fuerza de tensin sobre una muestra,
es el cociente entre el cambio de longitud de la muestra y la
longitud original:
Cuando el material se estira ms all de del punto de cedencia (Es
el momento en que la deformacin de la pieza, debido a la carga que
se le est aplicando, deja de ser elstica y se vuelve permanente o
plstica), ocurre una deformacin permanente.El comportamiento de los
distintos materiales frente al ensayo se encuentra ilustrado en la
siguiente figura:
En particular, el acero tiene una regin de cedencia, donde el
material exhibe un aumento en la deformacin sin incremento del
esfuerzo. La regin de endurecimiento por deformacin ocasiona que,
para continuar haciendo ceder el material, se requiera un aumento
correspondiente al esfuerzo. Finalmente en el esfuerzo ltimo, una
regin localizada en la probeta comenzara a adelgazarse, formando un
cuello. Despus de esto se produce la fractura.
Los materiales dctiles, como la mayora de los metales, muestran
un comportamiento tanto elstico como plstico. La madera es
moderadamente dctil. Por lo general, la ductilidad se especifica
mediante la elongacin permanente hasta la ruptura o por la reduccin
porcentual en el rea de la seccin transversal.
Roble, madera de color castao claro con un veteado conspicuo en
la cara radial producido por los radios, lneas vasculares visibles
a simple vista, de color ms oscuro que el tejido fibroso, lustre
mediano bajo, muy dura y pesada (la densidad seca al aire es de
0,99 g/cm3).
MATERIALES
4 Probetas de madera (roble) de seccin circular con las
siguientes caractersticas Fig. 1.probetasL0 (mm)(mm)rea(m2)
1195,62,46310-5
2196,83,63210-5
3196,33,11710-5
4196,83,63210-5
Fig. 1.
Calibrador pie de rey.
Pesas.
Mquina de ensayo de tensin.
Comparador de caratula.
Pinza.
MONTAJE Y PROCEDIMIENTOPara la realizacin del ensayo a tensin se
procedi de la siguiente forma:1. Se buscaron todos y cada uno de
los instrumentos, materiales u objetos; garantizando que los
elementos escogidos estuvieran en las mejores condiciones posible,
de igual forma se reuni todo el personal que iba a elaborar la
prueba.
2. Se acondiciona la mquina de ensayo asegurndonos que est en
las condiciones necesarias para el ensayo.
3. Se enumeraron las probetas del 1 a 4, y con el pie de rey
medimos sus dimetros y sus longitudes iniciales.
4. siguiendo este orden se instalaron en la mquina y se
aseguraron con las mordazas.
5. Se procedi a colocar con sumo cuidado el comparador de
caratula, con este encontramos inconveniente al instalarlo ya que
no quedaba en una posicin fija ya que el tornillo el cual mantiene
fijo el comparador no ajustaba por completo, nos valimos del
ingenio y le aadimos pequeos trozos de cartn entre las abrazaderas
del comparador y ayudados con una pinza lo terminamos de
ajustar.
6. De manera gradual se procedi a agregarle pesas a la
canasta.
7. Se registran los valores del comparador de caratula
correspondiente a la deformacin de la probeta.
8. Se realiz una pequea e improvisada tabla para anexar el
esfuerzo y la deformacin de cada probeta.
RESULTADOSLos datos de las siguientes tablas se completaran de
acuerdo a la informacin adquirida durante el ensayo. PESO (N), es
la carga que se introdujo en la canasta. (mm), la elongacin. E,
mdulo de elasticidad.Con estos datos calcularemos las siguientes
medidas: , es el esfuerzo y se calcula mediante la ecuacin:
Donde, F es la carga y A0 es el rea de la seccin transversal de
la probeta, para nuestro caso el rea de la probeta es circular. ,
es la deformacin unitaria y se calcula de la siguiente forma:
Como medida de referencia para todas las probetas se tom la de
19 mm como medida estndar
Probeta # 1:rea = 2,463x10-5 m2peso (N) (mm) (Mpa)E (Mpa)
00000
111,8345,014,5410,26417,220
223,6687,019,0810,36924,614
335,5028,0113,6220,42232,311
379,6478,2115,4140,43235,672
423,7929,0117,2060,47436,284
446,3559,2118,1220,48537,386
E prom = 30,581 MPa
Probeta # 2:rea = 3,632 x10-5 m2peso (N) (mm) (Mpa)E (Mpa)
00000
111,8341,013,0790,053257,929
223,6684,016,1590,211129,181
335,5028,019,2380,421621,913
379,64713,0110,4540,684715,267
423,79220,111,6691,057911,031
446,35522,0112,2911,158410,610
E prom = 24,322 MPa
Probeta # 3:rea = 3,117x10-5 m2peso (N) (mm) (Mpa)E (Mpa)
00000
111,8342,013,5880,105833,913
223,6686,017,1750,316322,684
335,50210,0110,7630,526820,429
379,64712,0112,1790,632119,267
423,79216,0113,5950,842616,134
446,35520,0114,3191,053213,596
E prom = 21,004 MPa.
Probeta # 4:rea = 3,632x10-5 m2peso (N) (mm) (Mpa)E (Mpa)
00000
111,8341,013,0790,053257,929
223,6683,016,1590,158438,876
335,5028,019,2380,421621,913
379,6479,0110,4540,474222,045
423,79219,5111,6691,026811,364
446,35522,2112,2911,168910,514
E prom = 21,107MPa.
ANLISIS Y RESULTADOSLas siguientes figuras son los grficos de
esfuerzos () vs. deformacin unitaria ():
A partir de los datos y las grficas obtenidas, se calcul un
mdulo de elasticidad promedio de 25,753 Mpa, se debe tener en
cuenta que la mquina de tensin utilizada para la prueba, la cual
posea muchos imperfectos que provocan la perdida de mucha
informacin durante el ensayo, lo que hace que los resultados
obtenidos no se ajusten al mdulo de elasticidad establecido. Adems
el montaje y la forma de realizar el ensayo favorecen los errores
humanos, debido a que depende de muchos factores como la vista
(para la ubicacin de los instrumentos de medidas). Este valor
obtenido no es valor exacto pero nos da una referencia de ms o
menos cuanto es la deformacin y la manera en que esta se calcula el
mdulo de elasticidad.
CONCLUSINA travs del ensayo realizado en el laboratorio se puede
concluir que la madera (roble) presenta alta resistencia a la
tensin, de la misma forma se puede determinar qu tan resistente es
el material cuando est sometido a cargas axiales, por otro lado se
pudo ver que lo aprendido tericamente es fcilmente aplicable en el
laboratorio utilizando las ecuaciones aprendidas se para calcular
el esfuerzo y la deformacin, y por ltimo se pudo concluir que no
todos los materiales presentan la misma resistencia, es por esto
que es de vital importancia conocer las caractersticas de cada uno
de los materiales al momento de ejecutar cualquier proyecto para
asi evitar cualquier tipo de problemas que se puedan presentar
debido a la falta de conocimiento del comportamiento de ellos.