ndice
INTRODUCCINpg. 3
OBJETIVOSpg. 4
MARCO TERICOpg. 4 - 7
RESULTADOS OBTENIDOSpg. 8
CLCULOSpg. 8
DISCUSIN DE RESULTADOSpg. 9
CONCLUSIONESpg. 10
RECOMENDACIONESpg. 11
APLICACIN A LA VIDA REAL pg. 12
BIBLIOGRAFApg. 13
ANEXOS pg. 13 - 14
Introduccin:La prctica de laboratorio No.4 esfuerzos cortantes
en madera se llevo a cabo en el laboratorio de resistencia de
materiales I el 30 de octubre del presente ao. En dicha prctica se
experimento con bloques de distintos tipos de madera, sometindolos
a pruebas para verificar su resistencia a un esfuerzo cortante, los
tipos de madera utilizados fueron palo blanco, cedro, ciprs y pino.
A cada grupo se le designo dos bloques del mismo tipo de madera, a
un bloque se le aplico una fuerza de compresin perpendicular a las
fibras de la madera y al segundo bloque una fuerza a compresin
paralela a las fibras, procedimiento que se practico con cada tipo
de madera, con el fin de comprar como varia la cantidad de fuerza
que soporta el material segn sea aplicada la fuerza.La fuerza a
compresin en los bloques de madera se aplico con ayuda de la
maquina universal SATEC y un accesorio para colocar la pieza de
madera y as aplicar de una manera segura la fuerza de compresin y
sin riego de que la pieza de madera se moviera.La practica
realizada muestra de manera experimental como actan los esfuerzos
cortantes y que este depende del material utilizado y el rea donde
se aplica dicha fuerza.
Objetivos: Especifico: Calcular los esfuerzos cortantes en
distintos tipos de madera Comparar la variacin del esfuerzo
cortante segn distintos tipos de materiales (tipos de madera).
Generales: Comparar los distintos efectos que causa el tipo de
madera en referencia a la fuerza mxima soportada Hacer un anlisis
de las similitudes y diferencias del tipo de corte experimentado en
la prctica con lo que se establece tericamente. Determinar que
factor hace que un tipo de madera sea ms resistente respecto de
otra. Determinar la importancia de la orientacin de las fibras de
la madera y en la direccin que se le aplica la fuerza.
Marco TericoMaterial Ortotrpico: aquellos materiales cuyas
propiedades mecnicas son independientes y nicas en las direcciones
de sus ejes perpendiculares entre s. Un ejemplo de este material
podra ser la madera.
Materiales Isotrpicos: aquellos materiales cuyo comportamiento y
propiedades mecnicas son las mismas en cualquier direccin. Estos
tienen las caractersticas de poseer estructuras microscpicas no
homogneas y homogneas.
Materiales Dctiles: aquellos materiales que se pueden deformar o
alargar sin sufrir una fractura. Estos materiales experimentan la
estriccin, este fenmeno ocurre cuando el dimetro de una porcin del
elemento sometido a una carga, se reduce. Cuando un material dctil,
es sometido a bajas temperaturas, este se comporta como un material
frgil.
Esfuerzo: es la fuerza por unidad de rea o la intensidad de las
fuerzas distribuidas a travs de una seccin dada. . El esfuerzo se
calcula partiendo de la siguiente frmula:
Donde:
: carga aplicada
rea de seccin transversal
Esfuerzo Cortante: es el esfuerzo resultante de las tensiones
paralelas a la seccin trasversal de una pieza prismtica. El
esfuerzo cortante se calcula partiendo de la siguiente frmula:
Donde:
: carga aplicada
rea de seccin transversal
El esfuerzo cortante origina tensiones tangenciales que actan
sobre las fibras de la madera segn diversos modos:
Tensiones Tangenciales de Cortadura: las fibras son cortadas
trasversalmente por el esfuerzo y el fallo es producido por
aplastamiento.
Tensiones Tangenciales de Deslizamiento: el fallo es producido
por el deslizamiento de las fibras con respecto a otras en la
direccin longitudinal.
Tensiones Tangenciales de Rodadura: el fallo es producido por
rodadura de unas fibras sobre otras.
En las piezas sometidas a flexin y a cortante, las tensiones que
intervienen son las de deslizamiento y las de cortadura.
Esfuerzo Normal: tambin denominado como esfuerzo axial, es el
esfuerzo interno de las tensiones perpendiculares a la seccin
trasversal de una pieza prismtica.
Mdulo de Elasticidad: en la madera, debido a su anisotropa, el
mdulo de elasticidad en direccin paralela a la fibra adquiere
valores diferentes si esta es tratada a compresin o a traccin.
En la direccin perpendicular a la fibra, el valor del mdulo de
elasticidad es ms bajo al paralelo a la fibra.
Flexo-Compresin: fenmeno que consiste en la aparicin de
flexiones en los materiales al ser estos sometidos a cargas
axiales, tambin se le conoce como pandeo.
Deformaciones: es el cambio de tamao o cambio de forma que un
material sufre debido a esfuerzos internos producidos por una o ms
fuerzas aplicadas sobre el mismo.
Madera: Este tipo de material, se divide en dos grandes grupos
segn su dureza; blandas y duras. Uno de los aspectos ms importantes
que hay que tener en cuenta en la puesta en servicio de cualquier
objeto, elemento o estructura de madera, es el de su estabilidad
dimensional. De todos, es sabido que la madera es un material
higroscpico, que toma o pierde humedad con los cambios de
temperatura y humedad relativa del medio ambiente en que se
encuentra situada. Esta ganancia o prdida de humedad este siempre
acompaada de cambios dimensionales, hinchazn al ganar humedad y
compresin al perderla, y, a veces tambin de deformaciones tales
como alabeos o abarquillados, curvados, etc.
Es pues de la mayor importancia, para minimizar estos defectos,
que la madera posea en el momento de su utilizacin un grado de
humedad tal, que este valor se encuentren en equilibrio con las
condiciones ambientales medias en que ser empleada y, por
consiguiente, el paso de humedad de la madera al medio ambiente o
viceversa sea casi despreciable.
El exacto conocimiento del grado de humedad de la madera y la
determinacin para las condiciones a las que va a estar expuesta, de
su humedad de equilibrio higroscpico, son dos factores
fundamentales para lograr un grado aceptable de estabilidad
dimensional y evitar prcticamente el movimiento y las deformaciones
de la madera.
Los tipos de madera utilizados en la prctica de laboratorio
fueron los siguientes:
Cedro: este tipo de madera proviene de los rboles altos, la cual
se caracteriza por ser frgil, por lo tanto, este tipo de madera es
muy poco utilizado en la carpintera pero muy utilizado al momento
de la fabricacin de muros, instrumentos musicales y tejas, debido a
las propiedades de la misma.
Pino: este tipo de madera se caracteriza por cambiar de
densidad, durabilidad, elasticidad y flexibilidad, es fcilmente
transformable y procesable y ofrece grandes niveles de resistencia
mecnica.
Palo Blanco: este tipo de madera se caracteriza por su dureza,
peso y por su resistencia a la flexin. Debido a las caractersticas
presentes en la madera, esta es altamente utilizada en la
elaboracin de piezas curvas.
Ciprs: este tipo de madera posee una textura muy fina, la cual
se utiliza en la elaboracin de tablas decorativas, cajas,
instrumentos de afinacin, etc.
Nudos: Son las reas del tronco donde nace la base de una rama.
Al momento de trabajar con madera se debe de considerar el estado
en el que los nudos se encuentras pues ellos afectan la resistencia
de la madera. Se dividen en: Nudo Vivo: Esta clase de nudos se
desempea de una manera ptima en el trabajo. Pues sus fibras no estn
en estado de putrefaccin por lo que pueden soportar esfuerzos.
Nudo Muerto: Cuando un nudo se encuentra muerto, es fcil
reconocerlo pues posee un color negro. Y sus fibras no son
continuas, ya que dichas fibras se encuentran en putrefaccin. Esta
clase de nudo se comporta como un agujero. Por lo que la
resistencia en este punto baja considerablemente.
Madera Tratada: Las maderas son sometidas a procesos qumicos que
pueden cambian las caractersticas fsicas y que luego soporten
distintas pruebas. Por ejemplo para que no absorban humedad o
puedan soportar ms carga. Este tipo de madera es el mejor para la
construccin pues puede llegar a ser ms longeva y soportar la misma
carga durante dicho periodo.
Resultados obtenidosMaderaFuerza (libras perpendicular)Fuerza
(libras paralelo)
Palo Blanco31804000
Ciprs41204580
Cedro13602260
Pino71503740
rea Transversal: 0.66 plg * 1.9 plg = 1.254 plg2ClculosEsfuerzo
Cortante (Perpendicular)Se utiliza la ecuacin:
Donde V, es la fuerza cortante que se aplica perpendicular. En
este caso perpendicular a las fibras.
Esfuerzo Normal (Paralelo)
Donde F, es la fuerza que se aplica paralelo. En este caso
paralelo a las fibras.
Discusin de resultados
A pesar que en un inicio se tena la hiptesis que el cedro iba a
ser el que ms fuerza iba a soportar, resulto que fue el pino el que
ms fuerza soporto. Pues las caractersticas fsicas del pino permiten
que soporte ms la fuerza aunque en trminos de longevidad el pino es
ms dbil. Es por eso que se usa ms el pino en la construccin y el
cedro en muebles, pues es resistente a la putrefaccin y es ms
caro.La fuerza cortante fue distinta para cada tipo de madera. Esto
se debe al tipo de fibra que cada una posee. Por lo que se puede
notar que tambin la madera reaccionar de distinta manera
dependiendo de la direccin donde se le aplique la fuerza, ya sea
paralelo o perpendicular a las fibras. Ya que si del rbol donde fue
extrada la madera creci recto, estas fibras estarn rectas y van a
ser estructuralmente ms resistentes. Se puede notar tambin que Palo
Blanco, Pino Y Cedro, fueron ms resistentes a al fuerza cuando se
les aplicaba en paralelo que en perpendicular. Solamente el pino
fue el que soporto ms la fuerza cuando se le aplico
perpendicularmente. Por lo que esto se debe de tener en cuanta al
momento de trabajar con madera en la construccin para que pueda
soportar la mayor cantidad de fuerza posible.
Conclusiones El tipo de madera utilizado es un factor que
influye de gran manera en la variacin del esfuerzo cortante que
esta pueda soportar Para obtener una mayor resistencia a una fuerza
de compresin aplicada, esta debe ir de direccin perpendicular a las
fibras de la madera. la madera al ser sometida a un esfuerzo
cortante esta tiene a deformarse, esta llega al punto de ruptura
hasta que sobrepasa el esfuerzo mximo. Las fibras de la madera son
el factor del que depende la resistencia de esta. El esfuerzo
cortante acta nicamente en el rea donde es aplicada la fuerza, en
consecuencia la falla o deformacin solo se presentara en dicha rea.
los esfuerzos cortantes para cada pieza de distinto tipo de madera
se pudieron determinar bajo el concepto de que el esfuerzo es igual
a la fuerza aplicada partido el rea de aplicacin. En la prctica
realizada el pino fue el tipo de madera con una mayor capacidad de
resistencia al corte, en comparacin con los otros tipos de madera
utilizados. El cedro fue el tipo de madera con la menor resistencia
al corte.
Recomendaciones Si se realizara la construccin de una obra donde
uno de los materiales utilizados ser la madera, es recomendable el
conocimiento de cmo reacciona el tipo de madera a utilizarse en
este tipo de pruebas, para saber qu cantidad de fuerza resiste y si
es seguro utilizar determinado tipo de madera en la obra. El Cedro
a pesar de tener un costo muy elevado en el mercado, en esta
prctica fue el tipo de madera que menor resistencia presento, por
ende el costo elevado de un tipo de madera no asegura la
resistencia y durabilidad de este, el costo de este tipo de madera
se debe a su utilizacin con un fin ornamental. La madera es un
material que se deteriora con el tiempo y se ve afectado por
factores ambientales, por eso en nuestro pas no es comnmente
utilizada con un fin estructural. La madera debe ser almacenada en
lugares secos , ya que la humedad tiende a expandirla, causando as
separacin entre las fibras teniendo como consecuencia que la madera
se debilite. Segn sea el tipo de madera, este puede ser un material
muy resistente, siempre y cuando este en ptimas condiciones para
que pueda ser utilizada en construcciones. Es ideal el conocimiento
de la direccin de las fibras de la madera de las piezas que se
someten a prueba, para determinar el efecto que tienen estas en la
fuerza que soportan antes de fallar.
Aplicacin a la vida realEl pino debido a su alta resistencia a
la compresin es necesaria para cimientos y soportes en construccin.
La resistencia a la flexin es fundamental en la utilizacin de
madera en estructuras, como viguetas, travesaos y vigas de todo
tipo. Muchos tipos de madera que se emplean por su alta resistencia
a la flexin presentan alta resistencia a la compresin. Por ello
existen construcciones que se prefiere usar madera debido a las
condiciones climticas del lugar. Otra aplicacin que tiene es la de
la construccin de andamios y obra falsa. Para las construcciones se
emplea una madera ya tratadas. Por lo que se debe considerar
primero que se desea hacer para saber cul es la madera ms apropiada
para utilizar. Para la madera de roble, por ejemplo, es muy
resistente a la flexin pero ms bien dbil a la compresin, mientras
que la de secuoya es resistente a la compresin y dbil a la flexin.
CONSTRUCCIN CON MADERA EN ESTADOS UNIDOS
ANDAMIOS
Bibliografa Ferdinand P. Beer / E. Russell Johnston, Jr. / John
T. DeWolf / David F. Mazurek. Mecnica de Materiales. Editorial
McGraw-Hill, sexta edicin (2012). [05/11/2014].
Propiedades Mecnicas de la Madera. [base de datos]. Disponible
en:
http://www.infomadera.net/uploads/productos/informacion_general_40_mecanicaEstructural.pdf
[05/11/2014].
2. Materiales. [base de datos]. V. Badiola Dpto. Ingeniera
Mecnica, Energtica y de Materiales. Disponible en:
http://www.imac.unavarra.es/web_imac/pages/docencia/asignaturas/DyCDM/DyCDM_Cap2.pdf
[05/11/2014].
Anexos
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Foto No. 3:
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