Informe laboratorio pi

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Productos

de

Ingeniería _____________________________________________________________________________________________

INFORME LABORATORIO PRODUCTOS DE INGENIERÍA

GUILLERMO GONZÁLEZ PABLO NEGRETE VÍCTOR QUINTEROS NANCY FERNANDA ROMERO CRUZ CLAUDIA MARCELA PACHECO PINILLA

UNIVERSIDAD DEL BIO BIO DEPARTAMENTO DE ARQUITECTURA, CONSTRUCCIÓN Y DISEÑO DEPARTAMENTO CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN CONCEPCIÓN 2013

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TABLA DE CONTENIDO rof.Yttttt A Títulos Laboratorio de Propiedades Físicas de la Madera Resumen Objetivo Metodología Materiales, Herramientas y Equipos Resultados Análisis de resultados Conclusiones Bibliografía y Fuentes

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Pago 2 3 4 7 9 13 14 15

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RESUMEN

Los productos de ingeniería (PI), son aquellos en base madera diseñados para cumplir determinadas solicitaciones de carga y deformación, aprovechando al máximo las propiedades estructurales de cada uno de sus componentes; en otras palabras son el resultado de un uso eficiente de la madera a través de la ingeniería, por lo cual son en definitiva de uso estructural, debido a esto, se hace necesario que las bases teóricas del aprovechamiento máximo de las propiedades de cada uno de sus componentes, sean verificadas en laboratorio, de manera que se pueda verificar que el producto compuesto tenga la calidad y comportamiento esperado, en otras palabras que la calidad de estos productos sea comprobada experimentalmente, esto genera confianza para su uso y mejora continua del mismo.

Por lo anterior, el presente informe es de carácter comprobativo de las especificaciones de resistencia y rigidez de unos prototipos construidos en la universidad con fines educativos.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Afianzar el conocimiento de los productos de ingeniería vistos en el aula de clase, ver de manera experimental su comportamiento y obtener las propiedades mecánicas de la viga en estudio, ante la solicitación de cargas externas aplicadas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar por medio de equipos mecánicos los valores de la deformación del producto, ante la carga aplicada.



Realizar el diagrama fuerza vs deformación, del producto ensayado, para analizar su comportamiento.



Determinar los valores del Módulo de Elasticidad, Inercia y Modulo de Rotura a la flexión.



Analizar los resultados encontrados

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METODOLOGÍA El ensayo consiste básicamente, en someter una viga “I” o “doble T”, a un esfuerzo de flexión simple, o flexión pura, lo que se conoce como ensayo de flexión de 4 puntos, se aplica carga cada 10 segundos, llevando el registro de la carga aplicada y la deformación asociada hasta la aplicación de los 1000kg, hasta ese momento el intervalo de carga es de 25 kg, a partir de allí fue retirado el dispositivo de medición de la deformación y el aumento de carga fue de 100 kg, llevando finalmente el ensayo a la rotura, para visualizar los elementos de la viga que fallaron, a continuación se presenta paso a paso la metodología del ensayo.



Toma de Medidas: Se tomó el producto de Ingeniería, en este caso una viga tipo “I” o doble “T”, y se le tomaron las medidas básicas, con ayuda de un fluxómetro.

6.00 0.88 4.00

H=30.60

24.35

h=22.60

0.88

4.00

T=1.50



Determinación de la Luz del ensayo: Una vez tomadas las medidas de la viga, se les realizó una marca a 5 cm de los extremos de la viga, esta marca es importante, ya que es la referencia de donde se colocan los apoyos de la viga a la hora de la cargarla.

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_____________________________________________________________________________________________ 160.00

4.00

22.60

30.60

4.00

150 cm

5 cm



5 cm

Demarcación de los puntos de carga: una vez marcados los puntos a los extremos, se toma la distancia entre los mimos y esa medida se divide en tres (3), estos serán los puntos en donde se aplicarla carga. Para el caso específico de la viga “i”, la longitud total de la viga fue de 160 cm, por lo cual, al restarle los 5 cm de apoyo a cada extremo, quedó como luz del ensayo 150 cm, este valor se dividió por tres, dando como punto de aplicación de la carga a 50 cm.

50 cm

50 cm

50 cm

160.00

4.00

22.60

30.60

4.00

5 cm

150 cm

5 cm



Aplicación de la Carga: Se lleva la viga “I” al equipo de aplicación de carga, se da inicio con cargas de 25 Kg, se va tomando la lectura de la deformación para cada carga, la aplicación se hace constante cada 10 segundos.



Retiro del dispositivo de medición de la deformación: al momento de alcanzar los 1000 kg aplicados sobre la viga, se retira el dispositivo de lectura de deformación, y se hace un aumento del delta de carga, pasando de 25kg a 100 kg, hasta llevar la viga a la rotura y visualizar las fallas.

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

Obtención de los valores determinantes de propiedades mecánicas: Con los datos obtenidos de manera experimental se elabora el diagrama de Fuerza – Deformación, se determina el Modulo de Elasticidad (MOE), la inercia de la sección transversal de la viga, y el Modulo de Rotura (MOR), para posteriormente realizar un análisis de los resultados obtenidos. Las relaciones matemáticas a utilizar, se fundamentan en los principios básicos de la mecánica de sólidos. Para los cálculos, las medidas de carga se trabajaron en kilogramos (kg) y las longitud en centímetros (cm), las relaciones matemáticas usadas son las siguientes: Determinación del MOE Módulo de elasticidad

∗∆ ∗ ³ ∗∆ ∗

Dónde: ∆P L ∆δ

= = =

I

=

Delta de carga aplicada en el rango elástico (kg) Luz de ensayo de la viga (cm) Delta de deformación asociado al ∆P en el rango elástico (cm).

Momento de inercia de la sección transversal de la viga (cm⁴) ∗

∗

Determinación del MOR Módulo de Rotura

Dónde: Mmax = W = P = Qp = Determinación de la I Inercia (cm⁴)

Momento máximo (kg*cm) Modulo resistente de la viga (cm³) Carga máxima peso propio de la viga expresado en kg

∗

∗ ³

Dónde: B H hyt

= = =

Base de la sección transversal de la viga (cm) Altura de la sección de la viga (cm) Altura y espesor del alma de la viga, respectivamente (cm).

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MATER RIALES, HE ERRAMIEN NTAS Y EQ QUIPOS Los materiales y herramientas, utilizados s para la realización n del ensayo, se rela acionan a continuació ón: 

Viga a de secció ón “I” o “d doble T”: Una U viga es un elemen nto estructu ural lineal horizontal o inclin nado, que trabaja principalmentte a flexión n, se designa viga do oble “T”, a una viga cuya a sección trransversal tiene t esa fo orma.

Dentro de los productos p de d ingeniería, a base de madera a, se encue entran las vigas doble e a partir de e un alma de OSB y dos cordones de madera sólida, uno T, elaboradas deno ominado su uperior y otro o inferiorr. El OSB (Oriented Strand Board), es en n sí es un prod ducto de in ngeniería, elaborado e a partir cap pas de hojuelas, orientadas en diferentes direc cciones, lo que aumen nta la estab bilidad dime ensional y p propiedadess de resiste encia.

Esta as vigas pre esentan como particularidad, que e son más livianas, re esistentes y permiten gran ndes luces.



Flux xómetro: es e un instrumento de medición m e l cual es co onocido co on el nombrre de cinta métrrica, con la a particularridad de que está co onstruido p por una de elgada cinta a metálica flexible, dividid da en unidades de medición, m y que se e enrolla den ntro de una carcasa metá álica o de plástico. En E el exteriior de esta a carcasa sse dispone e de dispon nen de un siste ema de fren no para imp pedir el enrrollado auto omático de la cinta, y mantener fija alguna med dida precisa a de esta fo orma.

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

Máquina de ensayos a Flexión: Para la aplicación de cargas a la viga, se empleó un marco de carga del laboratorio de Pabellón de Tecnología de la Madera (PTM), el cual es un equipo construido en la Universidad del Bio Bio, que permite la aplicación controlada de cargas y las lecturas de deformación del elemento que se esté fallando.

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RESULTADOS Una vez tomadas las medidas respectivas de la viga, se procedió a marcarla. Ubicando los apoyos y los puntos de aplicación de las cargas, luego la viga fue instalada en el marco de ensayos a flexión.

Es de aclarar que para efectos de cálculos y comparaciones de rendimientos, antes de llevar la viga a el marco de falla, debió ser pesada en una balanza, sin embargo este paso se omitió, debido a que la balanza existente en el laboratorio de la universidad, no tiene la capacidad para esta función, por tratarse de un ejercicio netamente académico, para cualquier efecto de cálculo, se necesitarse el peso propio de la viga, se asumirá como 6kg.

El valor del peso propio de la viga, se calcula su peso por unidad de longitud, que representa la carga por peso propio, supuesta al centro de la luz del ensayo. 

Resultado de Toma de medidas:

DATOS MEDIDAS VIGAS TIPO "I" cm Descripción 160 luz de la pieza 150 luz de cálculo 4.00 altura del cordon 30.60 altura viga H 22.60 altura del alma de la viga 1.50 espesor "t" del alma OSB Base de la viga 6.00 

6.00 0.88 4.00

H=30.60

24.35

h=22.60

0.88

4.00

T=1.50

Resultado del registro de la toma de carga y deformación: Con los datos tomados durante el ensayo, se elabora una tabla y se realizó el diagrama carga vs deformación, el cual se presenta a continuación.

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TAB BLA DE TO OMA DE DA ATOS No. Dato 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1 16 1 17 1 18 1 19 2 20 2 21

CARGA DEFOR RMACIÓN g) (kg 2.8 0 0.14 29 0 0.30 52 0 0.48 83 0 0.55 127 0 0.66 161 0 0.86 192 1 1.00 225 1 1.12 259 1 1.32 274 1 1.42 293 1 1.50 326 1 1.64 355 1 1.78 380 1 1.92 404 2 2.04 440 2 2.22 470 2 2.42 507 2 2.58 537 2 2.76 562 2 2.92 589 3 3.06

No. Dato 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

CARGA N DEFORMACIÓN (kg) 600 3.28 614 3.34 686 3.66 704 3.82 762 3.98 790 4.18 806 4.48 825 4.60 863 4.70 895 5.02 914 5.22 940 5.38 974 5.54 1028 5.94 1052 6.20 1109 1202 1352 1422 1538 1604

GRAMA CA ARGA - DE EFORMACIÓN DIAG 1800 0 CARG GA Kg

1600 0 1400 0 1200 0

ENSAYO VIGA FLEXIÓN V TIPO I Ƿlp = 895,,0 Kg. ɖlp = 5,02 2 mm Q= 1604 K Kg

1000 0 800 0 600 0 400 0 200 0 0 0.00

1.00 0

2.00

3.00

4.00 0

5.00

6.00

7.000 DESPLAZAMIENTO

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

Evaluación de e las Propiedades Mecánicas: M a continua ación se prresenta el cálculo de las principales p propiedade es mecánicas de la vig ga.

Determinaciión del MOE Módulo de elasticidad

Determinacción de la I Inercia (cm⁴)

∗

∗∆ ∗ ³ ∗∆ ∗

∗ ³

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Determinació D ón Mo omento Máxximo

Deterrminación de el MOR Módulo de Rottura

∗ 4

∗ 6

∗

∗

a la determiinación del Momento máximo pro oducido po or las carga as, se asum mió el peso Nota: Para d de propio de la viga como una carga pun ntal ubicada a a L/2, essto por trattarse de un ejercicio netamente académico, ya que en realida ad esta ca arga deberría asumirsse como u una carga uniformeme ente distribuida en tod da la longitu ud de la vig ga.

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ANÁLISIS DE RESULTADOS 

Análisis de la Falla: al llegar a la carga máxima (1604 kg), la viga doble T, sufrió una falla por flexión pura, cortándose completamente por toda la altura del alma, esto debido al esfuerzo de tensión producido por la carga, que ocasiono una alta flexión en las fibras inferiores, que a su vez hicieron que el adhesivo fallara y se presentara desprendimiento del alma de la viga y del cordón inferior, tal como puede observarse en las siguientes imágenes:

Como puede observarse en el registro fotográfico, se presentó aplastamiento del OSB en los apoyos de la viga, y falla del mismo por corte en el centro de la luz de la viga, es decir a L/2.

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CONCLUSIONES Una manera de aumentar la resistencia presentada en la viga, es aumentar el espesor del alma (OSB), ya que fue allí donde se presentó la falla por corte, aunque esto implica un aumento en los costos y peso de la viga, disminuyendo así algunas de sus principales cualidades, como lo son su bajo peso, fácil manejabilidad y traslado.

De igual forma, si se quiere mejorar el comportamiento de la viga, es necesario mejorar las propiedades del adhesivo, de manera que no se presente desprendimiento del OSB y los cordones de la viga, aumentando así las propiedades mecánicas de la viga.

Se observó aplastamiento del OSB en los apoyos de la viga, esto es una razón más, para mejorar las dimensiones del mismo.

Las vigas “I” o “doble T”, presentan un buen desempeño mecánico, ante las cargas aplicadas, esto genera un gran beneficio, ya que puede usarse con confianza como elemento estructural, disminuyendo los costos debido al ahorro en él, material y el tiempo de construcción.

El ahorro de material de una viga “I o “doble T”, es aproximadamente del 55% comparándolo con una viga maciza de dimensiones trasversales similares, es decir de igual altura y de un ancho igual al de sus cordones.

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BIBLIOGRAFÍA

Cecilia Bustos, presentaciones de clase, productos de ingeniería, modulo de ciencia y tecnología de la madera, universidad del Bio Bio, 2013.

Sergio Gallardo, tesis comportamiento mecanico de vigas doble T con alma de OSB y adhesivo estructural, Universidad austral de Chile, 2006.

Fuente: Perez Galaz Vicente Ing, Carballo Victor A. Manual de Construcciones en Madera.

Nº10, Volumen 1, Infor, Corfo, ed. Santiago de Chile.1991. Disponible en Web : http://biblioteca1.infor.cl:81/query.asp

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