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Pruebas en la madera

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La madera es un material ubicuo que se ha utilizado en la construcción de los primeros tiempos. Renovable y sostenible, la madera es un material estructural utilizado en ingeniería para la construcción de edificios residenciales unifamiliares y también para particiones de enmarcar y otros elementos no estructurales en edificios comerciales e industriales.

Debido a su origen natural, madera tiene propiedades mecánicas ligados a las especies individuales del árbol. El contenido de humedad y otras variables, por ejemplo, la presencia de defectos. Para una aplicación específica, un diseñador debe considerar cuidadosamente las cargas anticipadas de un miembro de madera o estructura con el fin de garantizar la eficacia máxima del material.

Este video muestra cómo comprobar las propiedades mecánicas de diferentes tipos de madera y determinar su comportamiento de tensión y rendimiento flectural.

Madera se compone de las células de tubo alargadas, redondo o rectangulares que son mucho más largas de lo que son amplia. Dentro de la pared hay varias capas de microfibrillas, que son paquetes de polímeros de celulosa.

Microfibril cadenas se alinean en distintas direcciones dentro de capas de las paredes. La pared media con sus cadenas alineadas a lo largo de la dimensión más larga de la célula proporciona la mayor parte de la fuerza a la célula, mientras que las cadenas diagonal de los muros interiores y exteriores proporcionan estabilidad. Lignina une a los polímeros de celulosa, así como las cadenas de microfibril y las células de las paredes. El efecto de incluir de muchas células juntas en un material de construcción muy fuerte.

Madera es un material biológico y, por lo tanto, es muy susceptible al deterioro ambiental y al ataque de plagas. Gran parte de la madera utilizada hoy es pretratada con productos químicos para protección del ambiente y del ataque de insectos.

La madera es un material no homogéneo caracterizado por una gran cantidad de imperfecciones o defectos como, por ejemplo, nudos y divide. En consecuencia, se utilizan grandes factores de seguridad o coeficientes de resistencia de diseño a fuerza máxima real para tener en cuenta la gran variación en las propiedades de ingeniería de diferentes piezas de madera.

Debido a su maquillaje celular, la madera es un material ortotrópico, tiene características diferentes a lo largo de la longitudinal y, respectivamente, los ejes transversales con respecto a la dirección del grano. En consecuencia, el material se comportará diferente a cargas paralelas o perpendiculares a la fibra de madera. Las propiedades ortotrópicos de madera pueden ser mejoradas por métodos diferentes.

Los laminados tales como madera contrachapada se hacen de capas con las fibras en direcciones perpendiculares, dando por resultado un material isotrópico. Por otra parte, madera laminada está hecha de tiras delgadas de fibras alineadas en la misma dirección y pegados bajo presión, que derivan su fuerza de distribución de defectos.

La composición celular de la madera también representa el agua libre dentro de las cavidades de la célula y el agua a las paredes celulares. En consecuencia, el contenido de humedad es un parámetro clave en la determinación de la fuerza de la madera, y, en general, reducción de humedad se traducirá en un aumento en la fuerza. Cambios volumétricos asociados a sequedad pueden resultar en Contracción no uniforme y distorsión como twist, arco, copa o ladrón.

Como la madera es un material polimérico, también es propensa a la fluencia o bajo carga constante, deformación viscosa como continua. Cuando se libera la carga, la mayor parte de la deformación se recupera. Como resultado, madera generalmente puede soportar muchas tensiones más altas si la duración de la carga es corta. Ya que todos estos factores sería demasiado complejos para el uso en el diseño de todos los días, para los propósitos estructurales utilizamos las siguientes: un análisis estadístico de la última fuerza de defectos valores para muchas especies, las correcciones para el contenido de humedad, y basado en relaciones de fuerza madera grado a corregir para reducir la fuerza de efectos.

Las propiedades que se da comúnmente por la mayoría de las maderas se publican en forma tabular para facilitar la referencia. Estas propiedades son: tensión de flexión admisible paralelo tensión al grano, corte horizontal, perpendicular de compresión al grano, paralelo de compresión al grano y el módulo de elasticidad. Además de las propiedades básicas de la orientación específica de las especies de madera, debe ser evidente que no toda la madera comporta de la misma manera bajo carga.

Ahora que usted comprende las propiedades físicas de la madera y los principios de la prueba de madera, vamos a utilizarlos para realizar unas pruebas.

Antes de empezar, elegir tres variedades de madera para comparar. Para cada variedad, preparar a dos muestras de cubo de compresión con dimensiones de borde nominal de 3,5 pulgadas. Asegúrese de que los cubos están libres de defectos, y sus caras opuestas son paralelas. Marca una muestra de cada variedad para hacer pruebas con una carga aplicada paralela al grano y los especímenes restantes para hacer pruebas con una carga aplicada perpendicular al grano.

Mida la altura de la dirección de la carga de cada probeta con una pinza. Y repetir la medición en unos pocos lugares para determinar la media aproximada. Cuando haya terminado, utilice el mismo procedimiento para determinar las dimensiones transversales de cada muestra.

Configurar el universal máquina de prueba como se muestra en las constantes de material en video de Zeus. Luego, cuidadosamente centro a un ejemplar en la orientación correcta en la placa de compresión. Bajar la cruceta hasta que se aplica una carga leve y luego usar los controles finos para hacer la carga a como cerca de cero como sea posible.

Ahora aplique la carga de compresión a una velocidad de carga de 40 psi por segundo. La prueba de compresión puede continuar durante varios minutos a medida que aumenta la carga y la tensión visible significativo en la muestra. Permita que la prueba continúe hasta que se alcanza una carga máxima evidente.

Registrar la carga máxima cuando la prueba haya terminado y luego repita el procedimiento para las muestras restantes.

Realizar otra prueba de compresión y, esta vez, aplicar la carga perpendicular al grano de la muestra. Repita el procedimiento para las otras variedades de madera.

Ahora preparar a algunos ejemplares de dogbone usando las mismas tres variedades de madera. Preparar un conjunto de muestras con el grano paralelo a la dimensión larga y un segundo set con la veta perpendicular a la dimensión larga.

Realizar pruebas de tensión en todos los especímenes de seis como se muestra en el JoVE video con respecto a características de tensión de acero.

Obtener un dos por cuatro cerca de 24 pulgadas de largo de cada variedad de madera. Instale el aparato de prueba de flexión de cuatro puntos en la máquina de prueba universal. Una vez que el aparato esté listo, inicie la máquina de prueba. Ajustar los parámetros de prueba para registrar las cargas y valores de la cruceta y captura la carga máxima. Instalar el espécimen en el aparato y deje caer la cruceta superior hasta que el aparato comience a hacer contacto con la viga de madera.

Aplicar la carga a una velocidad de 2.000 libras por minuto hasta las fracturas de la viga. Registrar la carga de falla cuando la prueba es completa y luego repetir la prueba para las muestras restantes.

Utilice una tabla para resumir los resultados de la pruebas de flexión, compresión y tensión. A continuación, en cada columna, normalizar los datos para el valor máximo y hacer una nueva tabla.

Ahora, mire los resultados. Como se muestra constantemente por todos los resultados, el roble es la madera más fuerte, seguido de pino abeto y del sur. Para las dos propiedades más importantes, flexión fuerza y compresión paralela al grano, el abeto parece ser aproximadamente alrededor del 87% y el meridional pino aproximadamente 78%, tan fuerte como el roble. Dado el gran precio diferencial entre los bosques de pino del sur, como el más barato de ellos es una opción muy eficiente.

Pruebas de madera es de suma importancia en ingeniería estructural para la evaluación de la capacidad de diseños finales para manejar el estrés y la tensión durante su uso rutinario para asegurar seguridad del producto y cumplimiento con las normas internacionales.

En una prueba de flexión de cuatro puntos, se carga una viga simplemente apoyada con dos cargas punto de igualdad en su tercer punto, dando por resultado una porción central con momento constante y cero corte. Esta prueba es fundamental para sistemas de piso donde los elementos estructurales de madera se cargan principalmente por tensiones de flexión.

Hasta hace poco, las estructuras de madera fueron limitadas a tres o cuatro historias en un apartamento o edificio de oficinas pequeñas. Desarrollos de madera laminado cruzado han resultado en el desarrollo de los sistemas estructurales capaces de llegar a ocho o más historias. Mientras que edificios mucho más altos, en el orden de 20 historias, están todavía en desarrollo.

Sólo ha visto introducción de Zeus a las pruebas de la madera. Ahora debe comprender las propiedades de ingeniería de la madera y cómo realizar la tracción, resistencia a la compresión y flexión pruebas en muestras de madera.

¡Gracias por ver!

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