EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE TRES MADERAS ESTRUCTURALES SOMETIDAS A COMPRESIÓN, FLEXIÓN Y CORTANTE RESUMEN

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1 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE TRES MADERAS ESTRUCTURALES SOMETIDAS A COMPRESIÓN, FLEXIÓN Y CORTANTE Sergio David Cedeño Virgen 3, Agustín Orduña Bustamante 4 y Juan Carlos Araiza Garaygordóbil 5 RESUMEN En este artículo se describe un programa experimental concebido para obtener las resistencias en ensayes de compresión, flexión y cortante realizados a tres tipos diferentes de madera. Los tres tipos de madera evaluados corresponden con la de Palma (Cocos Nucifera), Rosa Morada (Tabebuia rosea) y Pino (Pinus sp.); cada una de ellas bajo condiciones de humedad ambiental y de secado en horno. Se identificó una estrecha relación entre la densidad de la madera de palma y sus resistencias; asimismo, el contenido de humedad resultó otro factor importante en las resistencias de las tres maderas. ABSTRACT This paper describes an experimental program conceived to obtain the strengths of three different wooden types under compression, bending and shear loading. The wooden types tested are palm tree (cocos nucifera), rosa morada (tabebuia rosea) and pine (pinus sp.) and they are produced in Mexico. Tests include natural humidity and oven-dried specimens. Density of palm tree specimens had a strong influence on the pick-loads; besides, humidity content was another important factor in the observed strengths of three wooden types. INTRODUCCIÓN Por generaciones la construcción de viviendas en México se ha realizado con base en mampostería debido a la influencia de la conquista española hace ya mas de 5 años, y aunque la metodología de construcción a cambiado para adaptarse a las necesidades locales (climáticas y sísmicas principalmente), los materiales de construcción para viviendas unifamiliares son prácticamente los mismos en la actualidad. Recientemente se han buscado nuevos materiales de construcción que sean más apropiados para las necesidades del país. La madera es un material, que aunque en otros países como Estados Unidos y Japón es muy utilizado para construcción de vivienda, en México, su uso de manera estructural es muy limitado, ya que principalmente se suele utilizar en forma decorativa. Es por esto que la investigación en México en este campo es muy poca. Como ejemplo se puede citar un trabajo en el que se destacan las variaciones de la densidad de la madera pinus rudis dependiendo de las propias diferencias entre los árboles, de la altura de fuste y de la distancia de la médula hacia la corteza (Valencia y López, 1999), pero también destaca una relación entre la densidad de la madera y su resistencia estructural. En otra publicación sobre propiedades mecánicas de la madera, se da a conocer una relación entre la compresión y la tensión que soporta la madera (Jiménez Peris, 1999). Esta relación indica que los esfuerzos de compresión soportados por la madera son del orden de.75 a.5 veces los de tensión, este intervalo es relativamente grande debido a que la madera es un material muy heterogéneo, 3 Estudiante de maestría, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad de Colima, km 9 carretera Colima- Coquimatlán, 284, Coquimatlán, Colima. Teléfono: (312) ; Fax: (312) ; sergiodavidc@gmail.com 4 Profesor e investigador, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad de Colima, km 9 carretera Colima- Coquimatlán, 284, Coquimatlán, Colima. Teléfono: (312) ; Fax: (312) ; aord@ucol.mx 5 Profesor e investigador, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad de Colima, km 9 carretera Colima- Coquimatlán, 284, Coquimatlán, Colima. Teléfono: (312) ; Fax: (312) ; araiza@ucol.mx 1

2 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 28 por lo que es prácticamente imposible poder tener un valor fijo. En cambio en otros lugares del mundo donde la madera es muy utilizada estructuralmente, tienen investigaciones más avanzadas en esta área. Uno de los proyectos mas innovadores es la búsqueda de técnicas para realizar pruebas no destructivas (Tanasoiu et al., 22) para estructuras de madera, utilizando ondas sónicas y ultrasónicas, junto con métodos de rayos-x y eléctricos. Otro de los proyectos relativos a madera es su modelación en compresión transversal al grano (Pellicane, 1994), desarrollando un modelo de elementos finitos para predecir la distribución de esfuerzos en probetas de madera sometidas a compresión perpendicular al grano. En este documento se describe una serie de pruebas de laboratorio cuya finalidad es determinar la resistencia a compresión, flexión y cortante de algunos tipos de madera que se pueden conseguir con facilidad en la zona tropical mexicana (pino, palma y rosa morada), así como la variación de éstas propiedades dependiendo de una velocidad de carga y de su contenido de humedad. Este estudio se debe principalmente a la necesidad de caracterizar las propiedades mecánicas de otros materiales de construcción alternativos a los tradicionales como la mampostería, el concreto y el acero, especialmente materiales más ligeros para la construcción de casas habitación. La búsqueda de éstos materiales de menor peso se debe a la necesidad de buscar nuevas alternativas de construcción más eficientes frente a la demanda sísmica, para evitar daños importantes en las edificaciones. Otro factor que motiva esta investigación es el hecho que éstas maderas ya se usan en la región con fines estructurales; sin embargo, no existe un documento o un estudio que proporcione información relativa a sus propiedades mecánicas. METODOLOGÍA En este proyecto se consideraron tres pruebas diferentes, compresión en dirección paralela al grano (NMX- EE ), flexión estática (NMX-EE ) y esfuerzo cortante paralelo al grano (NMX-EE ). Para cada prueba se utilizaron tres tipos diferentes de madera: palma (cocos nucifera), rosa morada (tabebuia rosea) y pino (pinus sp.). Se tomaron diferentes condiciones de velocidad de carga y de humedad, con el fin de evaluar su influencia en la resistencia. Para evaluar la influencia del contenido de humedad, de 3 probetas en total de cada tipo de madera, 15 se ensayaron en estado seco bajo la norma NMX-EE y 15 con humedad ambiental. Dentro de estos grupos de 15 probetas, se separaron en tres sub-grupos donde se tomaron tres velocidades de carga diferentes, en las primeras cinco probetas se tomó la velocidad de carga de la norma correspondiente a cada prueba (compresión, flexión y cortante), el siguiente grupo de probetas se probó con una velocidad de carga veces mayor que la velocidad de norma, y para las últimas cinco probetas, la velocidad de carga se afectó por un coeficiente de.25. De esta forma se tienen en total seis grupos diferentes para cada tipo de madera. Para llevar acabo las pruebas de compresión paralela al grano, se aplicaron las recomendaciones de la norma mexicana NMX-EE , que da opción a dos tamaños diferentes de probeta. Para los ensayos realizados se tomó la probeta con una sección de 5x5 cm y una longitud a lo largo del grano de 2 cm. En las pruebas de flexión se utilizó la norma NMX-EE , con probetas de sección cuadrada de 5 cm y una longitud de 76.2 cm. Las dimensiones de las probetas utilizadas para los ensayos de cortante se muestran en la figura 1 y corresponden con la norma NMX-EE El equipo utilizado para realizar los ensayes, fue la máquina universal del Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Facultad de Ingeniería Civil, de la Universidad de Colima. Este equipo cuenta con los aditamentos necesarios para registrar los desplazamientos del pistón así como la carga soportada por las probetas a lo largo de todo el ensayo; asimismo, es capaz de mantener constante la velocidad de carga aplicada a cada probeta. La figura 2 muestra un detalle de la colación de una de las probetas en éste equipo. Cabe señalar que las probetas no se instrumentaron para medir sus propias deformaciones, y las registradas por el equipo incluyen algunos desplazamientos del mismo, por lo cual, no es posible determinar el módulo de Young de los materiales estudiados. Para secar las probetas y para determinar su humedad se utilizó la norma mexicana NMX-EE

3 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Figura 1. utilizada para las pruebas de cortante Figura 2. Detalle de la colocación de la probeta en la maquina universal en el ensayo a compresión Dado que los datos proporcionados por la máquina universal son carga (kg), desplazamiento (mm) y tiempo (s), es necesario calcular los esfuerzos de acuerdo con lo indicado en las normas correspondientes a cada ensayo con las ecuaciones 1 y 2. La ecuación 1 se utiliza para calcular los esfuerzos en las pruebas de compresión y cortante. Los esfuerzos de flexión se calculan con la ecuación 2. EM = Pm A 3Pm * L EM = 2 2a * b (1) (2) Donde: EM: esfuerzo máximo: se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado; Pm: carga máxima soportada por la muestra, en kg; A: superficie en que se produce el esfuerzo, en cm 2 ; L: distancia entre apoyos, en cm; a: ancho de la muestra, en cm; b: altura de la muestra, en cm. En las tablas 1 a 3 se muestran las características de de las probetas y las pruebas en los ensayes de compresión, flexión y cortante, respectivamente. La nomenclatura adoptada para identificar a las probetas consta de dos letras para el tipo de madera (PN, pino; PL, palma y RM, rosa morada); un número consecutivo 3

4 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 28 de dos cifras del 1 al 15; dos o tres letras para el tipo de prueba (CPa, compresión paralela a la fibra; Fe, flexión y Ct, cortante); y un sufijo SE para la probetas ensayadas es estado seco. Las probetas con número del 1 al 5 se ensayaron a velocidad lenta, las que tienen número del 6 al a velocidad normal y aquellas con número del 11 al 15 a velocidad alta. Tabla 1. Simbología y condiciones de cada probeta para la prueba de compresión Condición Velocidad de la Tipo de madera Nombre de la probeta de humedad prueba (mm/min) Pino Palma Rosa Morada Húmedo Seco PN1CPa - PN5CPa X X X PN6CPa - PNCPa X X X PN11CPa - PN15CPa X X X PL1CPa - PL5CPa X X X PL6CPa - PLCPa X X X PL11CPa - PL15CPa X X X RM1CPa - RM5CPa X X X RM6CPa - RMCPa X X X RM11CPa - RM15CPa X X X PN1CPaSE - PN5CPaSE X X X PN6CPaSE - PNCPaSE X X X PN11CPaSE - PN15CPaSE X X X PL1CPaSE - PL5CPaSE X X X PL6CPaSE - PLCPaSE X X X PL11CPaSE - PL15CPaSE X X X RM1CPaSE - RM5CPaSE X X X RM6CPaSE - RMCPaSE X X X RM11CPaSE - RM15CPaSE X X X Tabla 2. Simbología y condiciones de cada probeta para la prueba de flexión Condición Velocidad de la Tipo de madera Nombre de la probeta de humedad prueba (mm/min) Pino Palma Rosa Morada Húmedo Seco PN1Fe - PN5 Fe X X X PN6 Fe - PN Fe X X X PN11 Fe - PN15Fe X X X PL1 Fe - PL5 Fe X X X PL6 Fe - PL Fe X X X PL11 Fe - PL15 Fe X X X RM1 Fe - RM5 Fe X X X RM6 Fe - RM Fe X X X RM11 Fe - RM15 Fe X X X PN1 Fe SE - PN5 Fe SE X X X PN6 Fe SE - PN Fe SE X X X PN11 Fe SE - PN15 Fe SE X X X PL1 Fe SE - PL5 Fe SE X X X PL6 Fe SE - PL Fe SE X X X PL11 Fe SE - PL15 Fe SE X X X 4

5 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural RM1 Fe SE - RM5 Fe SE X X X RM6 Fe SE - RM Fe SE X X X RM11 Fe SE - RM15 Fe SE X X X Tabla 3. Simbología y condiciones de cada probeta para la prueba de cortante Condición Velocidad de la Tipo de madera Nombre de la probeta de humedad prueba (mm/min) Pino Palma Rosa Morada Húmedo Seco PN1Ct - PN5 Ct X X X PN6 Ct - PN Ct X X X PN11 Ct - PN15 Ct X X X PL1 Ct - PL5 Ct X X X PL6 Ct - PL Ct X X X PL11 Ct - PL15 Ct X X X RM1 Ct - RM5 Ct X X X RM6 Ct - RM Ct X X X RM11 Ct - RM15 Ct X X X PN1 Ct SE - PN5 Ct SE X X X PN6 Ct SE - PN Ct SE X X X PN11 Ct SE - PN15 Ct SE X X X PL1 Ct SE - PL5 Ct SE X X X PL6 Ct SE - PL Ct SE X X X PL11 Ct SE - PL15 Ct SE X X X RM1 Ct SE - RM5 Ct SE X X X RM6 Ct SE - RM Ct SE X X X RM11 Ct SE - RM15 Ct SE X X X COMPRESIÓN PARALELA RESULTADOS Para cada probeta utilizada se calcularon los valores máximos de esfuerzo, utilizando las ecuaciones 1 y 2, dependiendo de la prueba realizada. Para las pruebas de compresión paralela, las tablas 4a, 4b y 4c muestran los valores de esfuerzo máximo en cada probeta, así como su densidad. Las probetas de palma húmeda tienen una media de resistencia a compresión de 26.2 MPa, mientras que para las probetas de palma seca se tiene una media de MPa. En el caso de la madera de pino húmedo, su media de esfuerzo máximo a compresión fue de 13.5 MPa, mientras que para las probetas secas el promedio es de MPa. Finalmente, en la rosa morada los promedios de resistencia a compresión son de 26.4 MPa y MPa para las probetas en estado húmedo y seco, respectivamente. 5

6 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 28 Tabla 4a. Valores máximos de esfuerzo en compresión en la madera de palma MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 PL1CPa PL1CPaSE PL2CPa PL2CPaSE PL3CPa PL3CPaSE PL4CPa PL4CPaSE PL5CPa PL5CPaSE PL6CPa PL6CPaSE PL7CPa PL7CPaSE PL8CPa PL8CPaSE PL9CPa PL9CPaSE PLCPa PLCPaSE PL11CPa PL11CPaSE PL12CPa PL12CPaSE PL13CPa PL13CPaSE PL14CPa PL14CPaSE PL15CPa PL15CPaSE Tabla 4b. Valores máximos de esfuerzo en compresión en la madera de pino MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 PN1CPa PN1CPaSE PN2CPa PN2CPaSE PN3CPa PN3CPaSE PN4CPa PN4CPaSE PN5CPa PN5CPaSE PN6CPa PN6CPaSE PN7CPa PN7CPaSE PN8CPa PN8CPaSE PN9CPa PN9CPaSE PNCPa PNCPaSE PN11CPa PN11CPaSE PN12CPa PN12CPaSE PN13CPa PN13CPaSE PN14CPa PN14CPaSE PN15CPa PN15CPaSE

7 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Tabla 4c. Valores máximos de esfuerzo en compresión en la madera de rosa morada MPa Kg/m 3 MPa kg/m 3 FLEXIÓN RM1CPa RM1CPaSE RM2CPa RM2CPaSE RM3CPa RM3CPaSE RM4CPa RM4CPaSE RM5CPa RM5CPaSE RM6CPa RM6CPaSE RM7CPa RM7CPaSE RM8CPa RM8CPaSE RM9CPa RM9CPaSE RMCPa RMCPaSE RM11CPa RM11CPaSE RM12CPa RM12CPaSE RM13CPa RM13CPaSE RM14CPa RM14CPaSE RM15CPa RM15CPaSE Los esfuerzos máximos obtenidos en las pruebas de flexión se muestran en las tablas 5a, 5b y 5c para madera de palma, pino y rosa morada, respectivamente. Los ensayos de flexión realizados en la madera de palma dan como resultado un esfuerzo máximo promedio de MPa para las probetas en estado húmedo y MPa para las probetas en estado seco. Los resultados de las probetas de pino ensayadas a flexión tienen una media de esfuerzo máximo de 22.5 MPa para las ensayadas en estado húmedo, y MPa para aquellas en estado seco. Los valores promedio para los ensayos a flexión realizados en madera de rosa morada son de MPa y MPa para probetas húmedas y secas, respectivamente. Tabla 5a. Valores máximos de esfuerzo en flexión en la madera de palma MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 PL1Fe PL1FeSE PL2Fe PL2FeSE PL3Fe PL3FeSE PL4Fe PL4FeSE PL5Fe PL5FeSE PL6Fe PL6FeSE PL7Fe PL7FeSE PL8Fe PL8FeSE PL9Fe PL9FeSE PLFe PLFeSE PL11Fe PL11FeSE PL12Fe PL12FeSE PL13Fe PL13FeSE PL14Fe PL14FeSE PL15Fe PL15FeSE

8 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 28 Tabla 5b. Valores máximos de esfuerzo en flexión en la madera de pino MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 PN1Fe PN1FeSE PN2Fe PN2FeSE PN3Fe PN3FeSE PN4Fe PN4FeSE PN5Fe PN5FeSE PN6Fe PN6FeSE PN7Fe PN7FeSE PN8Fe PN8FeSE PN9Fe PN9FeSE PNFe PNFeSE PN11Fe PN11FeSE PN12Fe PN12FeSE PN13Fe PN13FeSE PN14Fe PN14FeSE PN15Fe PN15FeSE Tabla 5c. Valores máximos de esfuerzo en flexión en la madera de rosa morada MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 CORTANTE RM1Fe RM1FeSE RM2Fe RM2FeSE RM3Fe RM3FeSE RM4Fe RM4FeSE RM5Fe RM5FeSE RM6Fe RM6FeSE RM7Fe RM7FeSE RM8Fe RM8FeSE RM9Fe RM9FeSE RMFe RMFeSE RM11Fe RM11FeSE RM12Fe RM12FeSE RM13Fe RM13FeSE RM14Fe RM14FeSE RM15Fe RM15FeSE De manera similar a las pruebas de compresión y flexión, los resultados de esfuerzo máximo a cortante se muestran en tres tablas diferentes para cada tipo de madera ensayado. La tabla 6a muestra los resultados de los ensayos de cortante realizados a la madera de palma, que tienen una media de esfuerzo máximo de 6.73 MPa en probetas húmedas y 5.29 MPa en probetas secas. 8

9 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Tabla 6a. Valores máximos de esfuerzo a cortante en la madera de palma MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 PL1Ct PL1CtSE PL2Ct PL2CtSE PL3Ct PL3CtSE PL4Ct PL4CtSE PL5Ct PL5CtSE PL6Ct PL6CtSE PL7Ct PL7CtSE PL8Ct PL8CtSE PL9Ct PL9CtSE PLCt PLCtSE PL11Ct PL11CtSE PL12Ct PL12CtSE PL13Ct PL13CtSE PL14Ct PL14CtSE PL15Ct PL15CtSE La tabla 6b muestra los valores de esfuerzo máximo en las pruebas de cortante realizadas con madera de pino. Los resultados obtenidos dan una media de 8.15 MPa para probetas en estado húmedo y 7.57 MPa en estado seco. Por último la tabla 6c presenta los resultados de esfuerzos máximos a cortante obtenidos con madera de rosa morada. En este caso, tienen una resistencia promedio de.8 MPa y 6.89 MPa para probetas húmedas y secas, respectivamente. Tabla 6b. Valores máximos de esfuerzo a cortante en la madera de pino MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 PN1Ct PN1CtSE PN2Ct PN2CtSE PN3Ct PN3CtSE PN4Ct PN4CtSE PN5Ct PN5CtSE PN6Ct PN6CtSE PN7Ct PN7CtSE PN8Ct PN8CtSE PN9Ct PN9CtSE PNCt PNCtSE PN11Ct PN11CtSE PN12Ct PN12CtSE PN13Ct PN13CtSE PN14Ct PN14CtSE PN15Ct PN15CtSE

10 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 28 Tabla 6c. Valores máximos de esfuerzo a cortante en la madera de rosa morada MPa kg/m 3 MPa kg/m 3 RM1Ct RM1CtSE RM2Ct RM2CtSE RM3Ct RM3CtSE RM4Ct RM4CtSE RM5Ct RM5CtSE RM6Ct RM6CtSE RM7Ct RM7CtSE RM8Ct RM8CtSE RM9Ct RM9CtSE RMCt RMCtSE RM11Ct RM11CtSE RM12Ct.28 5 RM12CtSE RM13Ct RM13CtSE RM14Ct RM14CtSE RM15Ct RM15CtSE COMPRESIÓN PARALELA DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS En la comparación de los tres tipos de madera, la de pino, a pesar de ser de las más utilizadas en el mercado, es la que presentó las resistencias menores, mientras que la madera de palma y de rosa morada alcanzaron valores máximos de esfuerzo similares. La diferencia entonces entre la madera de palma y la de rosa morada, es que la madera de palma presenta una mayor diferencia en sus densidades, y tomando en cuenta esto, se encontró que aquellas probetas con mayor densidad, fueron las probetas que alcanzaron los valores más altos de esfuerzo (figuras 3 y 4). En el caso de las maderas de rosa morada y pino, no se observa de forma contundente una correlación entre la densidad y la resistencia. Esfuerzo Máximo (MPa) Densidad (kg/m 3 ) Figura 3. Gráfica densidad-esfuerzo máximo a compresión para probetas de palma húmeda

11 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural 6 5 Esfuerzo Máximo (MPa) Densidad (kg/m 3 ) Figura 4. Gráfica densidad-esfuerzo máximo a compresión para probetas de palma seca La velocidad de la prueba fue unas de las variables propuestas en este estudio. Los resultados muestran que ésta, prácticamente no tiene influencia en el esfuerzo máximo alcanzado en los tres tipos de madera utilizados. Éstos resultados son particularmente interesantes tomando en cuenta que en otros materiales al aplicar una mayor velocidad de carga, las probetas suelen tener una mayor resistencia. En la figura 5 se muestran, a manera de ejemplo, las curvas esfuerzo-deformación de probetas de rosa morada en donde no se presenta tendencia clara alguna que indique que la velocidad de carga sea un factor que afecte a la curva esfuerzo-deformación en compresión (figura 5) Esfuerzo (MPa) mm/min.6 mm/min 6. mm/min Deformación Unitaria Figura 5. Curvas esfuerzo-deformación en compresión para madera de rosa morada 11

12 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 28 En lo que respecta al contenido de humedad de la probeta, se encontró que las probetas secas tienen una mayor resistencia que las probetas húmedas, aunque después de alcanzar el esfuerzo máximo, las probetas húmedas tienen un comportamiento más dúctil. Las probetas de palma seca ensayadas presentan una mayor resistencia que las húmedas, alcanzando aproximadamente el doble de carga (figura 6). En la madera de pino también se observa una amplia diferencia entre la resistencia máxima alcanzada por la probetas húmedas y las secas. Para las probetas húmedas los valores de esfuerzo se encuentran entre los 9.81 MPa y los MPa, mientras que en las probetas secas, los valores oscilan de los MPa a los MPa. Finalmente, en la madera de rosa morada también es mayor la resistencia alcanzada por probetas secas, pero a diferencia de los otros dos tipos de madera, ésta diferencia no es tan importante Esfuerzo (MPa) 3 2 Húmedo Seco Deformación Unitaria Figura 6.Comparación en el contenido de humedad de las probetas de palma Al comparar la madera (un material poco utilizado estructuralmente en México) y el concreto, se encuentra que la madera presenta valores de resistencia en compresión bastante satisfactorios. Obsérvese que la mayoría de las probetas de madera de palma y rosa morada superaron con facilidad los 2 MPa, incluso alcanzando valores superiores a los 5 MPa, con un valor máximo de MPa en una probeta de rosa morada. Éste último valor puede compararse con concretos de alta resistencia, y es indicativo de la gran capacidad de carga de la madera. Para el caso del pino sus valores de resistencia fueron menores, la mayoría se encuentra en el intervalo de los MPa a los 25 MPa. FLEXIÓN En el caso de las pruebas a flexión, la madera de rosa morada fue la más resistente con un esfuerzo promedio cercano a los 52 Mpa, la palma fue la segunda madera más resistente con esfuerzos promedio de MPa para probetas húmedas y MPa para muestras en condiciones secas. La madera de pino fue la menos resistente en este tipo de ensayos, sus esfuerzos máximos promedio oscilan entre los MPa y MPa, para probetas húmedas y secas respectivamente. De manera similar a las pruebas a compresión, en los ensayos realizados a flexión se observó una co-relación entre la densidad de la madera de palma y su resistencia máxima (figuras 7 y 8). En estos ensayes, los coeficientes de correlación son de.9 y.87 para probetas en estado húmedo y seco, respectivamente. En la madera de pino y rosa morada no se observan resultados que indiquen el mismo comportamiento. Para el primero, los coeficientes de correlación son de - 12

13 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural.17 y.18, y para la madera de rosa morada estos valores son de.27 y -.27, en ambos casos para ensayes en estado húmedo y seco, respectivamente. 8 7 Esfuerzo Máximo (MPa) Densidad (kg/m 3 ) Figura 7. Gráfica densidad-esfuerzo máximo a flexión para probetas de palma húmeda 9 8 Esfuerzo Máximo (MPa) Densidad (kg/m 3 ) Figura 8. Gráfica densidad-esfuerzo máximo a flexión para probetas de palma seca Al comprar los resultados tomando en cuenta la variable de la velocidad de carga, no se observa que éste factor modifique los esfuerzos máximos alcanzados en ninguno de los tres tipos de madera analizados. La figura 9 muestra el comportamiento de 15 probetas de palma ensayados con tres velocidades de carga diferentes. Resaltan 2 probetas con esfuerzos superiores a los 5 MPa. Sin embargo el resto de los ensayes muestran resultados muy similares independientemente de la velocidad de carga aplicada. 13

14 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., Esfuerzo (MPa) mm/min 2.5 mm/min 25 mm/min Desplazamiento (mm) Figura 9. Diferentes velocidades de aplicación de carga en madera de palma En las pruebas de flexión, el contenido de humedad no es un factor que modifique de manera drástica las curvas esfuerzo-deformación de las probetas, como fue el caso de los ensayos a compresión. En este tipo de ensayes, las maderas de palma y pino en promedio sí tuvieron una mayor resistencia en estado seco que en estado húmedo; sin embargo, en los ensayos realizados con madera de rosa morada la resistencia promedio a flexión en condiciones húmedas fue de Mpa, mientras que en estado seco fue de 52.9 MPa. La figura muestra resultados de probetas ensayadas en estado seco y en estado húmedo para madera de palma. Si bien existe una tendencia a una mayor resistencia en aquellas probetas ensayadas en estado seco, no es tan significativa como en los ensayes realizados a compresión Esfuerzo (MPa) 3 2 Húmedo Seco Desplazamiento (mm) Figura.Comparación en el contenido de humedad de las probetas de Palma 14

15 CORTANTE Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Los resultados obtenidos en los ensayos realizados muestran que, al igual que en los ensayos a flexión, la madera de rosa morada presentó esfuerzos máximos mayores que las otras, teniendo un esfuerzo promedio de. MPa para las probetas en estado húmedo. La madera de pino fue la segunda más resistente con esfuerzos promedio de 7.85 MPa. Para estos ensayes, la palma fue el material más débil, su resistencia promedio fue de 6.67 MPa en estado humedo y 5.3 MPa en seco. A diferencia de las dos pruebas anteriores, en los ensayos a cortante se observa en los tres tipos de madera una tendencia de una mayor resistencia para probetas con densidades más altas, aunque éste comportamiento es más claro en el caso de la madera de palma (figura 11) Esfuerzo Máximo (MPa) Densidad (kg/m 3 ) Figura 11. Gráfica densidad-esfuerzo máximo a cortante para probetas de palma húmeda De manera similar a los ensayes de flexión y compresión, no se encontró una relación entre la velocidad de carga aplicada y el esfuerzo máximo alcanzado por las probetas en ninguno de los tres tipos de madera estudiados (figura 12). Por último, al comparar los resultados de las probetas ensayadas en estado húmedo con aquellas ensayadas en seco, se encontró que a diferencia de los dos ensayes anteriores (compresión y flexión), las probetas húmedas alcanzaron una resistencia a cortante promedio superior a aquellas ensayadas en estado seco (figura 13). En el caso de la madera de palma, el esfuerzo máximo promedio alcanzado por probetas en estado húmedo fue de 6.67 Mpa mientras que en estado seco este valor es de 5.3 MPa. Los resultados obtenidos de los ensayos realizados con madera de pino son los que presentan una menor diferencia entre los esfuerzos máximos alcanzados las probetas húmedas y secas, siendo de 8.14 MPa y 7.55 MPa respectivamente. Por último, la madera de rosa morada alcanzó los esfuerzos máximos mayores con un promedio de. MPa para probetas ensayadas en estado húmedo y 6.87 MPa en estado seco. 15

16 XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., Esfuerzo (Kg/cm²) mm/min.6 mm/min 6. mm/min Desplazamiento (mm) Figura 12. Diferentes velocidades de aplicación de carga en madera de palma Esfuerzo (MPa) Húmedo Seco Deformación unitaria Figura 13.Comparación en el contenido de humedad de las probetas de rosa morada CONCLUSIONES La velocidad de carga no es un factor determinante en el comportamiento esfuerzo-deformación para ninguno de los tres tipos de pruebas realizadas. Es posible que el intervalo de influencia de la velocidad de carga se encuentre fuera del estudiado. 16

17 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Un factor que resultó determinante en los ensayos a compresión es el contenido de humedad de las probetas, donde claramente se aprecian valores de esfuerzo máximo más altos en aquellas probetas ensayadas en estado seco que en estado húmedo. Lo contrario ocurre en los ensayos de cortante, donde las probetas ensayadas con humedad soportaron una mayor carga que las ensayadas en seco. En las pruebas de flexión hay una tendencia a alcanzar una resistencia más alta en probetas en estado seco que en estado húmedo; sin embargo, esta diferencia no es tan notoria con en los dos casos anteriores. En el caso de la madera de palma, la densidad es otro factor que determina las resistencias. En los tres tipos de ensayes se encuentra una tendencia a alcanzar resistencias más altas en las probetas con mayor densidad. En los otros dos tipos de madera este efecto no es tan claro. REFERENCIAS Jimenez P. F. J. (1999), La madera: propiedades básicas, Grupo de estudios técnicos. NORMA MEXICANA NMX-EE , Determinación de humedad. NORMA MEXICANA NMX-EE , Determinación de la resistencia a la compresión en dirección paralela al grano. NORMA MEXICANA NMX-EE , Determinación de la flexión estática. NORMA MEXICANA NMX-EE , Esfuerzo cortante paralelo al grano. Método de prueba. Peggi L. C., 1 P.E., y Frank L., 2 P.E. (21), Computational modeling of strand-based wood composites, Journal of Engineering Mechanics, August 21, p Pellicane PJ, Bodig J y Mrema AL. (1994), Modeling wood in transverse compression, ASTM, Journal of Testing and Evaluation, Volume 22, Issue 4 (July 1994), Page count: 7. Steidl, Caryn M. W., Siqun B., Richard M. W. y Paul M. (23), Tensile and compression properties through the thickness of oriented strandboard, Forest Products Journal, June 1, 23. Tanasoiu V., Micleaa C., Tanasoiua C. (22), Nondestructive testing techniques and piezoelectric ultrasonics transducers for wood and built in wooden structures, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials Vol. 4, No. 4, December 22, p Valencia M. S., y López A. F. (1999), Variación de la densidad de la madera dentro y entre árboles de Pinus rudis Endl., en Sierra Las Alazanas, Arteaga, Coah, Foresta-AN, Nota Técnica No. 1, UAAAN. Saltillo, Coah. 17 p. 17