Ensayo dinámico no destructivo en madera laminada

Abstract

RESUMEN: La madera es un material ligado al hombre desde siempre para satisfacer sus necesidades, especialmente en la construcción, con el paso de los años la demanda de salvar mayores luces unido a la necesidad de solventar los problemas de las impurezas y las dimensiones del troco del árbol hizo que surgiera la madera laminada , la madera laminada es hoy en día uno de los materiales más utilizados en las construcciones siendo de enorme interés el conocimiento de su comportamiento tanto estático como dinámico. En este trabajo fin de grado se utiliza una técnica no destructiva para analizar el comportamiento dinámico de una serie de vigas de madera estructural, así pues hemos ensayado dinámicamente en el laboratorio treinta y seis vigas de abeto y pino con distintas características (vigas simples o dúo, distintas dimensiones y densidades y presencia o no presencia de nudos) a flexión en el eje y, para ello hemos empotrado cada una de estas vigas en posición horizontal, y con una pequeña excitación y la medida de la aceleración en cuatro puntos hemos obtenido los valores de las frecuencias naturales de los cuatro primeros modos de vibración , posteriormente hemos simulado en el programa ANSYS cada una de estas vigas, obteniendo las frecuencias naturales de los primeros modos de vibración por el método de elementos finitos, tras comparar los dos resultados nos hemos dado cuenta de que las mayores diferencias surgen a partir del tercer modo de vibración, hemos sospechado entonces que nuestro empotramiento no fuera ideal y hemos decidido repetir las vigas simples de pino y abeto sin nudos colocando unas pesas encima del empotramiento que nos permitan mejorar la rigidez de este, obteniendo unos resultados mucho más semejantes a los obtenidos con ANSYS. A continuación, hemos hallado el módulo de elasticidad dinámico a flexión en el eje y de cada una de las vigas mediante la comparación entre los resultados experimentales y los del método de elementos finitos, haciendo un proceso iterativo en el cual se ha variado el módulo de elasticidad en ANSYS hasta obtener los valores de las frecuencias naturales de cada modo que menos disten de los experimentales, observando las diferencias que puede haber entre cada una de las familias de vigas ensayadas. Para finalizar, con el objetivo de comprobar si las vigas de madera estructural tienen un comportamiento anisótropo se han ensayado cuatro vigas de las anteriores (dos de pino y dos de abeto sin nudos) a flexión en el eje x y a torsión en este caso tanto a flexión en el eje x como a torsión nos hemos centrado en los dos primeros modos de vibración obteniendo el módulo de elasticidad dinámico de la misma forma que hicimos para flexión en el eje y, observando los resultados y comparando con los de flexión en y nos hemos dado cuenta de que para flexión en el eje y el módulo de elasticidad es parecido al esperado para vigas de pino y abeto, mientras que para flexión en el eje x y torsión el módulo de elasticidad baja considerablemente.

ABSTRACT: Wood is a material linked to humanity to satisfy its needs specially in construction, since ever, over the years the demand to bridge greater distances, attached to the necesity to solve the problems of impurities and the dimensions of the tree trunk made laminated wood to be born. Laminated wood is today one of the most used materials in constructions, the knowledge of its static and dynamic behavior being of great interest. In this final degree project, a non-destructive technique is used to analyze the dynamic behavior of a series of structural wood, so we have dynamically tested in the laboratory thirty-six spruce and pine beams with different characteristics (simple or duo beams, different dimensions and densities and presence or no presence of knots) to flexión in the y axis, for this we have held by one end of the bean in a horizontal position, and with a small excitation and the measurement of the acceleration in four points we have obtained the values of the natural frequencies of the first four modes of vibration, later we have simulated each of these beams in the ANSYS program, obtaining the natural frequencies of the first modes of vibration by the finite element method, after comparing the two results we have realized that the greatest differences arise from the third vibration mode, we then suspected that the beam clamping was not ideal and we decided to repeat the simple beams whithout knots of pine and spruce placing some weights on top of the embedment that allow us to improve it rigidity, obtaining results much more similar to those obtained with ANSYS. Next we have found the dynamic flexural modulus of elasticity in the y-axis of each of the beams by comparing the experimental results and those of the finite element method. Creating an iterative process in which the modulus of elasticity has been varied in ANSYS until obtaining the values of the natural frequencies in each mode that are less different from the experimental ones, observing the differences that may exist between each family beams tested. Finally, in order to check if the laminated wood beams have anisotropic behavior, four beams of the previous ones (two of pine and two of spruce without knots) have been tested for flexion in the x-axis and for torsion in this case both in flexion on the x axis as torsion we have focused on the first two modes of vibration obtaining the dynamic modulus of elasticity in the same way as we did for flexion on the y axis, observing the results and comparing with those of flexion in y we have given note that for flexion in the y axis the modulus of elasticity is similar to that expected for pine and fir beams, while for flexion in the x axis and torsion the modulus of elasticity drops considerably.