Informe 3 - G3 - Compresión y Tracción en Madera PDF

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Informe 3 - G3 - Compresión y Tracción en Madera...

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL REDISEÑO ENSAYO DE MATERIALES I PRÁCTICA Nº: 3

TEMA: COMPRESIÓN Y TRACCIÓN EN MADERA

NOMBRES DE INTEGRANTES:  CALCÁN GUATEMAL CARLOS OSWALDO  DÍAZ LÓPEZ LUIS ARMANDO  JUCA CANCHIGNIA ISAAC ANTHONY  LASSO MONTALVO ERICK ALEXANDER  LLANO PANELUISA FERNANDO WLADIMIR (COORDINADOR)  MOREJÓN VILLARES CARMEN LIZBETH  ORTEGA CHAZO STEPHANIE LISSETTE

GRUPO Nº: 3 SEMESTRE: TERCERO FECHA DE REALIZACIÓN: 23/12/2020 FECHA DE ENTREGA: 06/01/2021

PARALELO: 2

COMPRESIÓN Y TRACCIÓN EN MADERA INTRODUCCIÓN La madera es uno de los recursos renovables más importantes y con varios usos dentro de la construcción. Tiene una larga historia principalmente en zonas donde extensos bosques y sus grandes densidades hicieron surgir la industria de la maderera. Es uno de los materiales más antiguos de los que el hombre dispuso para la construcción. Esta materia prima de origen orgánico es el único material natural y permutables que existe dentro de la construcción, así lo explica Promateriales (2016). La madera es un material reciclable, a la cual se le puede dar múltiples usos sin necesidad de tratamientos especiales para aumentar su vida útil y su durabilidad. Aporta ampliamente dentro de la construcción como material para estructuras o para acabados con alto impacto visual. Presenta grandes ventajas por sus numerosas propiedades físicas y mecánicas. Además, que es uno de los mejores aleados al ambiente por su importante papel en la purificación del aire. Su fácil obtención hace que su costo sea relativamente menor al costo de otros materiales para la construcción como la piedra o los metales. Según informa Arquima (2020) los árboles al largo de su proceso de crecimiento y gracias a la fotosíntesis van almacenando el carbono emanado por los diferentes contaminadores del planeta. Si comparamos la madera con el acero y el hormigón podemos afirmar que las emisiones de dióxido de carbono son mucho menores e incluso negativas esto quiere decir que la madera almacena más carbono de lo que emite al medio ambiente. Los productos de la madera obtenida de esos árboles aún mantienen almacenados ese carbono, por ende, aproximadamente la mitad (50%) del peso seco de la madera es carbono. Por otro lado, la energía utilizada para la producción, así como para el procesamiento es mucho menor a la utilizada en la mayoría de los materiales de construcción. Reduce el consumo de combustibles fósiles haciendo un gran aporte al impacto ambiental. Otro aspecto a su favor es la calidad visual que ofrece, en ocasiones se decide dejar sin ningún tipo de recubrimiento para que su apreciación sea mayor. Lamentablemente el ser humano a explotado gran cantidad de reservas arborícolas y se ha olvidado de su restauración, esto a provocado que el mundo pierda gran parte de las variedades de especies y principalmente afectando la respiración del planeta, dando paso a la contaminación que cada vez es mayor. A diferencia del acero y el hormigón, a la madera se la considera como aislante natural, tanto acústico como térmico. Ayuda a regular la humedad, en el invierno absorbe la humedad del ambiente, mientras que en el verano cede esa humedad absorbida anteriormente. Pero si la humedad es en exceso entonces la madera tiende a perder sus cualidades y su durabilidad, ya que se va deteriorando. Una de las principales desventajas es que la madera es de buena combustión por tanto en accidentes con fuego es altamente peligrosa, debiéndose tomar así las precauciones necesarias. Otro problema que surge al momento de trabajar con madera son las dimensiones, esto depende de que especie fue extraída la madera. Además, por ser un material orgánico puede ser atacada y descompuesta por organismos vivos que se alimentan de madera, tales como las polillas o termitas, en la actualidad existen diversos productos que permiten combatir tales organismos y mantener la calidad y la durabilidad de la madera. 1

Madera en la construcción El tipo de árbol del cual se extrae la madera para la construcción se lo denomina especie. A nivel mundial existe gran variedad de árboles, pero no todos son aptos para la explotación de su madera. Son solo algunas especies que se pueden considerar para el uso comercial dentro de la construcción. Según Usos Estructurales De La Madera (s.f.) los arboles de los que se extrae la madera para la construcción se clasifican en dos grupos: Árboles de madera blanda o también conocidos como coníferas, estas especies presentan un periodo de crecimiento corto, esto hace que su precio no sea muy elevado. Los árboles presentan una geometría cónica, son altos, espigados y terminan en punta. Este tipo de madera tiene escasa densidad, lo que permite árboles rectos y largos. Se le puede dar forma con mayor facilidad, pero produce mucha cantidad de astillas provocando un terminado no tan agradable a la vista. Árboles de madera dura o también conocidos como latifoliadas, tienen un periodo de formación y crecimiento más largo a diferencia de los árboles de madera blanda, su peso es mayor y tienen mayor durabilidad. Para cortar y procesar esta madera, el árbol debe estar en un grado de madurez que en algunos casos tardan décadas e incluso siglos. Usos Estructurales De La Madera (s.f.) explican que los términos de madera blanda y madera dura no representan el grado de dureza de la variedad de especies. Pueden existir árboles de madera blanda incluso tan duros como los de madera dura o viceversas. La madera en su estructura presenta principalmente células largas y esbeltas denominadas fibras. Estas fibras presentan una forma tubular hueca, cuya longitud sigue la dirección longitudinal del tronco. Desde el fondo hasta la parte superior se distribuyen las fibras ayudando al transporte de nutrientes y agua durante todo su crecimiento. Hay que tomar en cuenta las propiedades de la madera a la hora de utilizarlas dentro de la construcción. Las propiedades físicas según Construmática (2009) dependen de como es el crecimiento, la edad, la humedad y la zona donde se encuentra el árbol. Las propiedades físicas son: Humedad: La madera tiende a absorber o desprender humedad dependiendo de la zona en donde se encuentre. Al momento de cortar la madera se tiene un 50% o 60% de humedad y para poder utilizarla hay que someterla a procesos de secado, esto hace que la madera se torne más firme y dura. Además, la madera cambia su volumen y su densidad con las variaciones de humedad. Deformabilidad: Esta propiedad depende mucho de la humedad, ya que al momento de aplicar el proceso de secado la madera pierde volumen y dependiendo de la posición en la que se encuentra la madera la forma de esta varia. Densidad: La densidad aparente de la madera depende de la especie e igualmente de la humedad con la que se encuentre la madera. Según su densidad aparente las maderas se clasifican en pesadas, ligeras y muy ligeras.

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Propiedad Térmica: Al igual que cualquier material la madera tiende a dilatarse o contraerse, pero esto resulta despreciable por el efecto que produce la humedad en la madera, a mayor temperatura existirá menor humedad lo que modifica el volumen del cuerpo. Propiedades Eléctricas: La resistividad eléctrica depende también de la humedad de la madera. En tanto la madera está seca es un buen aislante eléctrico. Una madera que contiene aceites y resinas tendrá un alto grado de resistividad. Dureza: Esta propiedad hace referencia a la resistencia que presenta la madera al rayado, al clavado o al desgaste. Esto depende de la especie con la que se esté trabajando. Peso: Depende de algunos factores mencionados anteriormente como la humedad, la densidad además de esto también se toma en cuenta la resina y la edad de la madera. Estabilidad: Existen maderas que son muy estables, esto quiere decir que se contraen poco durante el secado y además mantienen su forma natural. Por otro lado, las maderas menos estables además de contraerse más sufren deformaciones como curvas rajaduras, etc. Para este tipo de madera se emplea un secado más lento, protegiéndola del sol y el viento. El crecimiento del árbol también influye en la estabilidad de la madera, si un árbol creció con torceduras o de manera inclinada tiene una menor estabilidad que un árbol que creció de manera firme. Además de las propiedades físicas, están las propiedades mecánicas que son las más importantes a la hora de seleccionar el material para la construcción. Construmática (2009) explica las siguientes propiedades mecánicas: Resistencia a la compresión: Al igual que en las propiedades físicas la humedad influye de alguna manera en esta propiedad, ya que al disminuir el grado de humedad la resistencia a la compresión aumenta hasta llegar a un cierto punto en donde la resistencia es prácticamente constante en la madera que se realiza el ensayo, cada especie tendrá su propia resistencia. Otro aspecto importante por tomar es la dirección del esfuerzo que actúa sobre la madera. Si el esfuerzo es ejercido en dirección de las fibras la resistencia es máxima y entrara en disminución en tanto el esfuerzo se vaya alejando de la dirección de las fibras. En ensayos de compresión la rotura se verifica por separación de columnillas de madera. Resistencia a la tracción: La madera es un elemento que tiene gran aporte para trabajos que contengan procesos de tracción. Cuando la dirección del esfuerzo es en dirección de las fibras la resistencia es mucho mayor, pero si la dirección del esfuerzo es en sentido perpendicular a la dirección de las fibras entonces la resistencia será muy baja. Resistencia al corte: Cuando una parte del elemento se desliza sobre su parte junta se conoce como el corte del elemento, en este caso la resistencia al corte de la madera depende de la dirección de las fibras. Conocemos que, si el esfuerzo al que está siendo sometido la madera es en dirección de las fibras, la resistencia es baja produciéndose dicho deslizamiento. Caso contrario si el esfuerzo es en dirección perpendicular a las fibras, no se podrá producir rotura. Resistencia a la flexión: Cuando un elemento está sometido a fuerzas que provocan flexión las fibras superiores se acortan, mientras que las fibras inferiores se alargan. En el caso de la 3

madera hay que tomar muy en cuenta las cargas aplicadas, ya que la madera no soporta un peso excesivo y esto provocaría que se agriete el material o que pierda su rigidez. Elasticidad: La tracción en la madera es mucho mayor a la compresión por ende el módulo de elasticidad es mayor en tracción que en compresión. Cada especie tendrá su propio modulo y depende de las cargas o esfuerzo al que se encuentre sometido el elemento. Uso estructural Según Maderea (2016), dice que la madera estructural es madera aserrada que usa exclusivamente para la construcción de estructuras o en uso netamente estructural, esto querer decir que las propiedades mecánicas de estas especies permiten el uso de esta madera en estos procesos. La madera presenta sus propiedades mecánicas de manera variable, con la ventaja de que es un material ligero y de alta resistencia. Ingeniero de Caminos (s.f.) explica que las propiedades mecánicas de la madera no se ven afectadas por el fuego. A la madera se la puede aplicar de diversas formas como material para estructura, el pino y el abeto son maderas muy utilizadas dentro de la construcción. A continuación, se detalla los usos estructurales que se dan a la madera: Madera laminada: O también llamada madera laminada encolada. Este material está formado por láminas de madera, varias capas encoladas son superpuestas hasta conseguir la altura o canto mecánico en cada sección transversal del elemento estructural que se está proyectando. Pueden se formadas por láminas de madera de la misma especie o por la combinación de láminas de madera de diferente especie. Cuando son una combinación de láminas, las capas extremas son de mayor resistencia a las capas internas. Una ventaja de estas laminas son que al momento de fabricar las capas se pueden eliminar los defectos naturales, esto provoca que la madera presente mejores características que la natural. La laminación de la madera da la oportunidad de fabricar vigas de sección variable. Vilssa (2013) explica que esta madera pude ser aplicada como material estructural en todo tipo de construcciones de madera, es más aplicada en las siguientes condiciones:    

Grandes luces libres en edificios de uso público, comercial o deportivo. Luces de 30 a 70 m. Estructuras de cubierta de peso propio reducido. Cuando se requiere un aspecto natural y cálido. Cuando se precisa una resistencia a los agentes químicos agresivos.

Las vigas de madera estructural: Es el elemento más importante de las construcciones con estructuras de madera. Siendo el elemento básico las vigas de madera se obtiene por aserradero del tronco. se adapta a geometrías complejas, permite salvar grandes luces y disponer de piezas con radios de curvatura. Hoy en día, gracias a las técnicas y a las soluciones constructivas que se plantean, la madera se puede introducir con gran fuerza en el campo estructural, aportando un gran valor estético y soluciones muy variadas. Según Teycubermadera (s.f.) las vigas de madera se clasifican en: 4

Viga de madera en bruto: Esta madera después de ser aserrada presenta muy pocos cambios de estructura y composición a la materia prima. Esta viga es de composición maciza. Es utilizada en estructuras como vigas de soporte, viguetas, dinteles, etc. Viga de madera aserrada empalmada estructural: Conformada por la unión entre dos piezas dentadas sin ninguna reducción de capacidad resistente. Esta técnica reduce las fallas de la materia prima y permite crear dimensiones más largas en comparación a las naturales. Vigas de madera dúo y trio: El encolado que se aplica a estas piezas son en la parte lateral. Se pueden obtener vigas de madera estructural de gran sección y de gran longitud. Vigas en I: Madera Estructural (s.f.) explica que son aplicadas para el uso estructural en estructuras de cubierta y construcción de entrepisos. Por ser diseñado con diferentes especies de maderas seleccionadas poseen una resistencia uniforme y constante. Su uso permite grandes luces y alta resistencia. Acabados El uso de la madera en los acabados de una construcción, así como en la fabricación de muebles, sigue siendo una importante industria ya que esta presenta una serie de propiedades que la hacen muy adecuada para este sector. Según[ CITATION AMS13 \l 12298 ] explica lo siguiente:    

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Requiere poco gasto energético para su fabricación, transporte y puesta en obra. Es ligera y con una buena relación resistencia/peso. Su comportamiento ante el fuego es predecible. Con el diseño y ejecución adecuados las soluciones constructivas con madera son muy durables, incluso en ambientes con altas concentraciones de productos ácidos y soluciones de sales de ácidos. Es fácilmente manejable y mecanizable. Permite realizar montajes de forma rápida, limpia y en ausencia de agua.

Por otra parte, después del periodo de vida útil de un elemento o producto derivado de madera (ciclo de vida), éste puede ser reutilizado en otras construcciones, reciclado como materia prima para fabricar tableros o vigas reconstituidas o valorizado energéticamente, evitando con ello el consumo de energías fósiles altamente emisoras de CO. En el caso más desfavorable, que este material fuera desechado sin valorización energética final, la madera es un material biodegradable y no contaminante, susceptible de ser incorporado al humus[ CITATION AMS13 \l 12298 ]. Durante mucho tiempo, la madera ha sido utilizada como material de construcción para resolver principalmente objetivos estructurales; sin embargo, actualmente, el uso de la madera ha tomado mucho auge en la estética de las construcciones, para brindar apariencia y calidez. Hoy en día se oferta una gama muy amplia de productos para dar varios “acabados” a la madera con la que se trabaja, los cuales sirven para resaltar la belleza de algunas de ellas, realzar características como el color y la veta, o bien, para aumentar su durabilidad. Estos productos son tintes, ceras, lacas e impermeabilizantes[CITATION RFK08 \l 12298 ].

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La madera de exteriores está continuamente expuesta a la lluvia, al sol y donde la madera puede alcanzar condiciones de humedad superior al 20% por ello tiene que tener un tratamiento adecuado para aumentar su durabilidad. Dentro de estos grupos podemos tener las ventanas, persianas, escaleras al exterior, bancos de jardines y parques infantiles[ CITATION RFK08 \l 12298 ]. Entre los usos principales están: Ventanas La primera ventaja que tienen las ventanas de madera es la de estar fabricadas con un material natural, renovable y respetuoso con el medio ambiente, lo que las hacer idóneas para edificaciones donde la sostenibilidad es primordial. Podemos observar diferentes modelos de ventanas de madera en la Figura 1. En cuanto a las características técnicas, las ventanas de madera nos ofrecen máximas prestaciones en cuanto estanqueidad, resistencia al viento y aislamiento acústico y térmico, siendo mayor que las ventanas de aluminio o PVC. Incluso en igualdad de vidrios empleados las ventanas de madera son un potente material aislante[ CITATION LaT17 \l 12298 ].

Figura 1: Ventanas de madera. Tomado de [ CITATION LaT17 \l 12298 ] Puertas Aunque existen en una gran variedad de materiales, las puertas de madera tienen la propiedad de ser más seguras por su peso, resistencia y estabilidad, soportando temperaturas extremas sin deformarse. La madera sólida es un material de excelente aislamiento por su baja conductividad térmica, lo que permite conservar el calor de la casa y funciona como un eficiente aislante acústico, además de contar con una larga durabilidad si es bien tratad y presentar una gran trabajabilidad, posibilitando su recuperación o restauración, podemos apreciar un ejemplo en la Figura 2[CITATION Equ141 \l 12298 ].

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Figura 2: Puerta de madera. Tomado de [ CITATION Equ141 \l 12298 ] Para [ CITATION Equ141 \l 12298 ] las propiedades sostenibles de las puertas de madera son:  

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Es un material proveniente de un recurso forestal renovable, el mismo que su aprovechamiento no tiene afectaciones en el medio ambiente. No hay que invertir energía para producirla, pues los árboles utilizan energía solar para su desarrollo. La energía que se precisa para transformar la madera en productos finales (puertas, ventanas, muebles, etc.) es menor a la que se requiere para tratar otro tipo de materiales. Al momento que la madera cumple su ciclo de vida, este material se lo puede reciclar y usarlo de manera diferente (como tableros). Por último, y muy importante, la madera actúa como sumidero de dióxido de carbono (CO2) y contribuye por tanto a mitigar el cambio climático. Al preferir un producto de madera se está conservando el CO2 contenido en él y se evita su posterior liberación en el ciclo natural de la madera en la pudrición. Los productos fabricados con madera certificada FSC pueden aportar puntos a la certificación LEED.

Suelos La madera unifica los espacios, pero sin caer en falta de carácter o monotonía. Realza en ambientes modernos o rústicos, aporta comodidad y se encuentra en una amplia gama de colores, formatos. Se debe añadir también el carácter acogedor que resulta de su origen natural, con su variedad de vetas y granos. Puede colocarse en forma de lamas (tiras estrechas), tablas anchas, lamas cortas dispuestas de diferentes modos: espiga o cestería que podemos observar en la Figura 3 o en láminas grandes de contrachapado o en tarimas que pueden proyectarse hacia el exterior.

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Figura 3: Suelo de madera. Tomado de [ CITATION Con19 \l 12298 ] Los suelos de madera maciza se instalan mediante un atornillado oculto o como suelo flotante. En el primer caso los clavos se introducen en forma diagonal a través del lateral de las tablas o bloques hasta la base. Si se trata de suelo flotante es suficiente con encajar las tablas machihembradas y fijarlas únicamente alrededor del perímetro...