Informe de Ensayo de Torsión con Madera de Chingalé

Informe de Ensayo de Torsión con Madera de Chingalé

Resumen

Este informe presenta el análisis y los resultados del ensayo de torsión realizado en madera de chingale. El objetivo principal es determinar la resistencia a la torsión y analizar el comportamiento de la madera bajo esfuerzos torsionales. Los resultados muestran que la madera de chingale tiene una buena resistencia a la torsión y un comportamiento dúctil, haciéndola adecuada para aplicaciones estructurales.

Palabras clave: Ensayo, torsión, madera, chingale, resistencia, módulo, ángulo, esfuerzos, Taguchi-TOPSIS.

Abstract

This report presents the analysis and results of a torsion test performed on chingale wood. The primary objective is to determine the torsional strength and analyze the behavior of the wood under torsional stress. The results show that chingale wood has good torsional strength and exhibits ductile behavior, making it suitable for structural applications. The test involved applying a gradual torsional load until failure, measuring torque, and angular deformation.

Keywords: Torsion, chingale, strength, microstructure, angle, Taguchi-TOPSIS.

1. Introducción

El ensayo de torsión es una prueba mecánica utilizada para evaluar la capacidad de un material para resistir fuerzas torsionales, es decir, fuerzas que causan un giro alrededor de su eje longitudinal. Este tipo de ensayo es crucial en la ingeniería y el diseño estructural, ya que permite entender cómo se comportan los materiales bajo cargas que provocan torsión. La madera de chingale, conocida por su resistencia y durabilidad, se utiliza comúnmente en aplicaciones donde la integridad estructural es vital. Durante el ensayo de torsión, se aplica un momento torsional gradual hasta que la muestra falla, registrando el ángulo de torsión y el momento aplicado. Los resultados obtenidos permiten determinar la resistencia a la torsión, el módulo de rigidez y el comportamiento elástico y plástico del material. Además, estos ensayos ayudan a identificar cómo la orientación de las fibras de la madera influye en su capacidad para resistir torsión, lo que es esencial para su uso en componentes estructurales que experimentan fuerzas rotacionales. En resumen, el ensayo de torsión proporciona datos fundamentales para garantizar la seguridad y eficiencia de los materiales en aplicaciones prácticas.

2. Objetivos

• Determinar la resistencia a la torsión de la madera de chingale.
• Analizar el comportamiento del material bajo esfuerzos torsionales.
• Determinar el esfuerzo último a la torsión del material.

3. Marco Teórico

Torsión: La torsión es una carga que provoca el giro de un objeto alrededor de su eje longitudinal, generando esfuerzos cortantes a lo largo de su sección transversal. Este tipo de carga es común en ejes y otros componentes rotatorios utilizados en diversas aplicaciones industriales y estructurales (Gere & Timoshenko, 1997).

Momento Torsional: El momento torsional es la fuerza aplicada a una distancia desde el eje de rotación, produciendo un par que causa torsión en el material. Se expresa en Newton-metros (Nm) y es un parámetro crucial para evaluar la capacidad de un material para resistir torsión sin fallar (Smith & Hashemi, 2006).

Ángulo de Torsión: El ángulo de torsión es la medida del giro de la sección transversal de un material debido al momento torsional aplicado. Este ángulo se mide en radianes y es esencial para determinar la deformación angular y el comportamiento elástico del material (Callister & Rethwisch, 2018).

Deformación Angular: La deformación angular es la relación entre el cambio en el ángulo de torsión y la longitud de la muestra. Esta medida es fundamental para entender cómo cambia la forma de la muestra bajo una carga torsional aplicada, y es especialmente relevante en materiales anisotrópicos como la madera (Forest Products Laboratory, 2010).

Resistencia a la Torsión: La resistencia a la torsión es la capacidad de un material para resistir esfuerzos torsionales sin sufrir falla. Este parámetro depende de las propiedades mecánicas del material, su geometría y las condiciones de carga. Es crucial para diseñar componentes que estarán sujetos a torsión, como ejes de transmisión y elementos estructurales (Gere & Timoshenko, 1997).

Módulo de Rigidez: El módulo de rigidez, también conocido como módulo de corte o módulo de torsión, es una medida de la rigidez de un material frente a deformaciones por esfuerzo cortante. Este módulo es vital para calcular la respuesta de un material a cargas torsionales y se expresa en Pascales (Pa) (Smith & Hashemi, 2006).

Tensiones Cortantes: Las tensiones cortantes son esfuerzos internos que actúan paralelos a la sección transversal del material debido a la torsión. Estas tensiones varían a lo largo de la sección transversal, siendo máximas en la periferia y nulas en el centro, lo que afecta la distribución de las fuerzas internas y la resistencia del material (Callister & Rethwisch, 2018).

4. Materiales y Métodos

4.1. Materiales

• Madera de Chingale: Sección rectangular, las longitudes fueron de 200,300 y 400 mm, ancho de 0.013 m radio.
• Equipos:

• Máquina de ensayo.
• Transportador para medir la deformación angular.
• Regla.
• Probetas de madera.

4.2. Procedimiento

1. Preparación de las Muestras: Cortar las muestras de madera de chingale con las dimensiones especificadas y verificar la homogeneidad y ausencia de defectos visibles.
2. Montaje de la Muestra: Fijar la muestra en la máquina de torsión asegurando que esté bien centrada.
3. Aplicación de la Carga: Aplicar un momento torsional de manera gradual y continua hasta la fractura de la
4. muestra.
5. Registro de Datos: Medir y registrar el ángulo de torsión y el momento torsional aplicado en diferentes intervalos.

5. Resultados

Para calcular el módulo de elasticidad de las probetas usamos la formula

[pic 1]

Primero pasamos los diferentes ángulos medidos a radianes

Usamos la formula   = y ya con los radianes procedemos a despejar G[pic 2][pic 3]

De tal manera que nos queda [pic 4]

También necesitamos calcular cada torque aplicado

Con el dato del peso y la distancia medida 250mm desde el peso al punto hallamos el torque

[pic 5]

Donde  y  no cambian, g = 9.81[pic 6][pic 7][pic 8]

De aquí calculamos para todos de las fuerzas aplicadas

5.1. Datos Experimentales

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