determinación de grados estructurales del nothofagus alpina (raulí) mediante métodos de...
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Presentación en power point para optar al título de Ingeniero Civil de la Universidad Católica de la Santísima Concepción, Chile. "Determinación de grados estructurales del Nothofagus Alpina (Raulí) mediante métodos de vibraciones como herramienta no destructiva y su correlación con métodos mecánicos"TRANSCRIPT
“DETERMINACIÓN DE GRADOS ESTRCUTURALES DEL NOTHOFAGUS ALPINA (RAULÍ) MEDIANTE MÉTODOS DE
VIBRACIONES COMO HERRAMIENTA NO DESTRUCTIVA Y SU CORRELACIÓN CON MÉTODOS MECÁNICOS”
JAVIERA PADILLA REYES
PROYECTO DE TÍTULO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
INDICE DE CONTENIDOS
1. Introducción y objetivos
2. Marco teórico
2.1 Estructura de la madera
2.2 Propiedades físicas de la madera
2.3 Propiedades mecánicas de la madera
2.4 Clasificación estructural de la madera
3. Metodología
3.1 Clasificación visual
3.2 Módulo de elasticidad dinámico
3.3 Módulo de elasticidad a flexión estática y tensión de rotura
3.4 Ajuste del contenido de humedad
3.5 Determinación de grados estructurales a partir del módulo de elasticidad dinámico
4. Resultados y discusión
5. Conclusiones
1. Introducción y objetivos
Ejemplos de utilización de madera como material estructural
Fuente: INE. Edificación 2011
Nothofagus Alpina
1. Introducción y objetivos
Clasificación estructural:
Clasificación visual
Clasificación mecánica
Clasificación dinámica
EXTRANJERO
1. Introducción y objetivos
Clasificación estructural:
Clasificación visual
Clasificación mecánica
Clasificación dinámica
CHILE
1. Introducción y objetivos
Objetivo:
Determinar mediante métodos basados en vibraciones, el grado estructural de las piezas de madera de la especie Nothofagus alpina. Esto mediante la determinación del módulo de elasticidad dinámico y su correlación con los resultados de ensayos de flexión estática.
*) Determinar una relación empírica que vincule los resultados dinámicos con los de flexión estática.
*) Establecer valores representativos de módulo de elasticidad dinámico para cada grado estructural ensayado correspondiente para la especie en estudio.
2.1 Estructura de la madera
Estructura general del árbol
CO2
Agua + minerales
Savia
+ Fotosíntesis = Celulosa
2.1 Estructura de la madera
Corte representativo
Tejido vegetal hueco
Esquema representativo del tejido vegetal Estructura celular
Pared celular constituida por celulosa
2.2 Propiedades físicas de la madera
Densidad
Contenido de humedad
La madera es un material higroscópico: - Capta y cede agua.
- Masa y volumen varían con el C.H.
Presencia de agua libre y ligada.
1. Bajo PSF: Se incrementa la resistencia de la madera.
2. Sobre PSF: No incide en la
resistencia de la madera.
A mayor densidad mayor resistencia.
2.3 Propiedades mecánicas de la madera
Carga – Esfuerzo - Deformación
Curva tensión-deformación
Indican la capacidad para resistir fuerzas externas, de acuerdo a esto serán los usos que se le de y las dimensiones necesarias.
Ley de Hooke – Módulo de elasticidad
𝜎𝐿𝐸: Tensión de límite elástico
𝜀𝐿𝐸: Deformación de límite elástico
𝜎𝐿𝐸
𝜀𝐿𝐸
1
E
2.3 Propiedades mecánicas de la madera
Ley de Hooke – Módulo de elasticidad
Carga – Esfuerzo - Deformación
E no es medida de resistencia , sino de rigidez.
Curva tensión-deformación
𝜎𝐿𝐸: Tensión de límite elástico
𝜀𝐿𝐸: Deformación de límite elástico
𝜎𝐿𝐸
𝜀𝐿𝐸
1
E
2.3 Propiedades mecánicas de la madera
¿ Cómo determinar sus propiedades mecánicas ?
Módulo de elasticidad en flexión
Resistencia a la flexión
Resistencia a la tracción paralela
Resistencia a la compresión paralela
Resistencia al corte
NCh 3028/1 Of. 2006 establece metodologías
2.4 Clasificación estructural de la madera
Clasificación dinámica Clasificación mecánica Clasificación visual
2.4 Clasificación estructural de la madera
Clasificación visual
Singularidades determinantes para la clasificación visual
Registrar y evaluar presencia y magnitud de singularidades que
afectan las propiedades mecánicas.
NUDO EN LA CARA NUDO EN EL CANTO
ACEBOLLADURA
ARISTA FALTANTE DESVIACIÓN DE LA FIBRA
RAJADURA
2.4 Clasificación estructural de la madera
Clasificación mecánica
Esquema máquina de clasificación mecánica
Ensayo de flexión no destructivo: se aplica
fuerza, se mide desplazamiento y se
calcula E.
2.4 Clasificación estructural de la madera
Clasificación dinámica
Esquema máquina de clasificación dinámica
Ensayo no destructivo: se aplica una
excitación , se mide la frecuencia natural y
se correlaciona con el módulo de elasticidad
dinámico Ed.
3.1 Clasificación visual
Ancho de nudos Corteza incluida Desviación de la fibra Bolsillos de resina Aristas faltantes Acebolladuras Grietas Alabeos
- calidad + calidad
Para este estudio
Grado N°1 Grado N°2 Grado N°3 Grado N°4
NCh 1970/1 Of.1988 establece parámetros y metodologías:
Grado N°4 y mejor
Grado N°2 y mejor
3.3 Módulo de elasticidad a flexión estática y tensión de rotura
Ensayo de flexión estática según NCh 3028/1 Of.2006
Módulo de elasticidad en flexión
3.3 Módulo de elasticidad a flexión estática y tensión de rotura
Ensayo de flexión estática según NCh 3028/1 Of.2006
Tensión de rotura
3.4 Ajuste del contenido de humedad
Tensión de rotura Módulo de elasticidad
NCh 3028/2 Of.2008 establece parámetros y metodologías:
3.5 Determinación de grados estructurales a partir del módulo elasticidad dinámico
Clasificación estructural sólo con línea de tendencia
Categoría 1: Aceptación correcta. Categoría 2: Aceptación incorrecta. Categoría 3 y 4: Rechazo correcto.
3.5 Determinación de grados estructurales a partir del módulo elasticidad dinámico
Reduce aceptación incorrecta
Clasificación estructural con línea de tendencia de confianza menor
4. Resultados y discusión
Grado N°4 y mejor Grado N°2 y mejor
Ed [Gpa] Ef,12% [Gpa] Ed [Gpa] Ef,12% [Gpa]
Mínimo 13,5 17,6 13,1 14,4
Máximo 6,6 7,1 6,6 6,8
Promedio 10,2 11,3 9,7 10,5
Desviación estándar 1,4 1,8 1,5 1,8
Módulos de elasticidad dinámico y estático para un total de 200 probetas ensayadas
4. Resultados y discusión
Modelo de clasificación estructural para grado N°4 y mejor
Línea de tendencia Línea de confianza menor
4. Resultados y discusión
Modelo de clasificación estructural para grado N°2 y mejor
Línea de tendencia Línea de confianza menor
4. Resultados y discusión
Línea de confianza menor para grado N°2 y mejor
Línea de confianza menor para grado N°4 y mejor
Modelo de clasificación estructural
4. Resultados y discusión
Modelo propuesto de clasificación estructural
Línea de determinación de calidad estructural
4. Resultados y discusión
Modelo propuesto de clasificación estructural
Rechazo: Ed < 9,7 GPa
S > 3/8 b
Grado N°4 y mejor: Ed > 9,7 GPa
1/4 b < S < 3/8 b
Grado N°2 y mejor: Ed > 10,2 GPa
S < 1/4 b
Línea de confianza menor para grado N°2 y mejor
Línea de confianza menor para grado N°4 y mejor
5. Conclusiones y recomendaciones
Aun cuando el rango de tamaño de defectos señalados por la norma NCh 1970/1 Of.1988 es acotado, fm resultó ser bastante sensible a estos, mientras más defectos, menor fm.
Sin embargo, el módulo de elasticidad se mantuvo dentro de un
margen muy estrecho.
Grado N°4 y mejor Grado N°2 y mejor
fm,12%= 56,0 MPa Ef,12%= 10,5 GPa
fm,12%= 68,3 MPa Ef,12%= 11,2 GPa 16 mm 11 mm
5. Conclusiones y recomendaciones
Se verificó que el PLG es una herramienta confiable para la determinación del Ed obteniéndose buena correlación entre este y Ef,12%.
La relación obtenida entre Ed y Ef,12% otorga un modelo simple y
rápida para la determinación de Ef,12% de manera no destructiva y en terreno.
5. Conclusiones y recomendaciones
Debido a lo acotado de los rangos de los parámetros de clasificación visual indicados en la NCh 1970/1 Of.1988, fue imposible utilizar Ed para asignar un grado estructural, lo mismo ocurre al utilizar Ef,12% con el mismo fin.
Lo anterior cuestiona la efectividad de establecer rangos tan
acotados en la definición de parámetros de aceptación de cada grado estructural.
5. Conclusiones y recomendaciones
Finalmente, resultó ser inviable realizar una clasificación estructural únicamente con métodos dinámicos. Sin embargo, al apoyarse con una clasificación visual simplificada, el método dinámico otorga mayor eficiencia y eficacia a este proceso, con rechazo claro y rápido.