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Reivindicando la madera
A partir de constructivas discusiones mantenidas en este honorable tugurio :D:D he estado interesándome en las propiedades mecánicas de los diferentes materiales con los que se puede construir un barco y estoy encontrándome con curiosos datos que me gustaría compartir con vosotros y que me ayudaseis a discernir su exactitud y efectos.
Comienzo con esta tabla general de materiales: http://www.virginia.edu/ms/research/...erialsfig9.JPG Relaciona directamente resistencia a la rotura con densidad, las escalas son logarítmicas y pueden confundir un poco. La madera tiene densidades entre 300 y 1.000 Kgs/m3 y cargas de rotura entre 40 y 110 MPa (N/mm2). El poliester reforzado con fibra de vidrio tiene una densidad aprox de 1.850 Kg/m3 y una resistencia de unos 185 MPa. El aluminio: 2.700 Kg/m3 y entre 190 y 360 MPa. El acero: 7.850 Kg/m3 y entre 400 y 490 MPa. El composite carbono-epoxi: 1.600 Kg/m3 y entre 1.600 y 3.100 Mpa. http://i1280.photobucket.com/albums/...psemj1o7fc.jpg Teniendo solamente en cuenta estos valores he hecho una relación entre vigas que resistirían los mismos esfuerzos a flexión en los cinco materiales. Parto de una "viga" de 100x100 mm de fibra (PRFV), que pesa 18,5 kgs por metro lineal. Para obtener la misma resistencia en madera (fresno, densidad 600 Kgs/m3 y 108 MPa), nos haría falta una viga de 100x140 mm, pero esa viga solamente pesaría 8,4 Kg/m lineal. En aluminio, la viga equivalente sería de 100x75 mm y pesaría 20,25 Kg/m, algo más que la de fibra. Para el acero, nos llegaría con unas dimensiones de 100x65 mm, pero la viga pesaría 51 Kg/m. Y finalmente en fibra de carbono, la viga equivalente sería de 100x25 mm y solamente pesaría 4 Kg/m. Hay más factores, por ejemplo el de la rigidez, el acero despunta enormenente por su rigidez (más fuerza necesaria para producir la misma deformación), y haría falta una comparativa similar para ver como serían las vigas si queremos que tengan la misma rigidez. Queda eso para otro momento. Solamente quería ahora llamar la atención hacia un material que parece que se dió por obsoleto hace tiempo y que tratado de forma moderna en contrachapados o laminados que hacen al material isótropo y con resinas como las epoxídicas que obtienen grandes resultados de pegado y como barrera al medio, se pueda considerar un material muy adecuado para la náutica. El mayor grosor necesario tampoco parece exagerado, y puede en cambio contribuir a un mayor aislamiento y tal vez a alcanzar la insumergibilidad, una característica que supone un gran plus de seguridad para una embarcación. Intentaré desarrollar algo más el tema con más calma. Os dejo unas imágenes de una embarcación moderna en madera-epoxi que ya ha salido varias veces en este nido de filibusteros: http://www.latitudes.ws/wp-content/u...se_golette.jpg Y en otro estilo: http://images.figaronautisme.com/ima...a3-493x328.jpg http://www.mobydick-nautisme.com/pub...der-l_in01.jpg http://www.yachting-plus.fr/wp-conte...C3%A9duite.jpg Unas rondas a mi cuenta... :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
:brindis:Muy interesante el gráfico.
En definitiva, la naturaleza lleva mucho tiempo trabajando en hacer un material "composite" hecho a base de fibras de celulosa o microtubos de celulosa unidos entre sí con una resina (lignina). Además, como está empeñada en hacer productos sostenibles y con escaso consumo de energía, utiliza energía solar en la fabricación, consume CO2 en su elaboración y hace que cuando ya es inservible sea totalmente biodegradable. Para la cosnstrucción naval de pequeñas embarcaciones (digamos menores de 20 metros) yo sólo le veo dos inconvenientes y son que arde y que se pudre (o puede ser atacada por insectos). Ambos inconvenientes se pueden eliminar de forma casi total con el empleo de resinas epoxis con lo que tenemos un material de primerísima calidad fuerte, aislante, duradero y tan capaz como cualquier otro. En cierta ocasión hablé con un ingeniero del norte de europa y me dijo que si no fuera tan abundante y barata, sería mas apreciada. Lo mismo opinaba del corcho. Salud y buen viento, maestro Caribdis.:velero: |
Re: Reivindicando la madera
Cita:
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Re: Reivindicando la madera
Algunos ejemplos de construcción en madera:
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Re: Reivindicando la madera
Y una construcción tradicional:
:adoracion::adoracion::adoracion: :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Para tradicional los que salen aquí
http://webtv.vikingeskibsmuseet.dk/i...=674&soegeord= Hay un video, pero no soy capaz de insertarlo en el foro La madera sólo tienen un problema, cuando un astillero quiere hacer barcos en serie no se adapta tan bien como la fibra. Para fabricaciones a la unidad la madera laminada con resinas, reforzadas con fibras o no, creo que es la mejor opción :brindis::brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Huy, eso ya es muy evolucionado...:meparto::meparto:
Y sigue funcionando en muchas partes del mundo... :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Muchas gracias, Caribdis, muy interesante, invita a la reflexión. :cid5:
Solo por aportar..., no sé si viene a cuento: Cuando pienso en materiales para construcción de cascos me viene a la cabeza una propiedad que no he visto en el cuadro que pones (igual no lo he interpretado bien), se trata de la capacidad una vez recibido un impacto de abollarse y no astillarse. Me refiero a un test con una plancha de cualquier material de estos sometida a un impacto súbito. Creo que los metales se abollan pero no se rompen. Si tuviera como proyecto dar la vuelta al mundo ahora por ahora eligiría un casco metálico, he visto algún video de una barco de acero rebotando en unos arrecifes y aguantando, me imagino uno de fibra como se cuartea y rompe en añicos. Que piensas de esa propiedad? (que es mucho más caro ya lo digo yo :cunao:) Saludos, :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
La ductilidad es una característica que unos materiales tienen y otros no.
Sometidos a una carga los materiales dúctiles reaccionan así: http://html.rincondelvago.com/000734940.png En su tramo elástico, reaccionan ante una carga deformándose (cuanta más carga más deformación), y si cesa la carga recuperan su estado original. Pero a partir de cierta carga, el llamado punto de fluencia, límite elástico, yield strength o yield point, el material ya no recupera y permanece deformado aunque la carga ya haya cesado. Si la carga sigue aumentando hasta la carga de rotura (tensile strength o ultimate tensile strength) el material fracturará definitivamente. En los materiales de rotura frágil, hasta que se alcanza la carga de rotura, el material siempre recupera, como los ductiles en su fase elástica, y cuando se alcanza, se produce la fractura directamente, con poca o ninguna deformación. La tenacidad (thoughness) es una característica de los materiales que nos mide el trabajo realizado hasta que se realiza la rotura y es el área de debajo de la curva esfuerzo-deformación: http://images.slideplayer.es/2/10248...es/slide_7.jpg Hay que tener en cuenta que si la pendiente de la curva esfuerzo-deformación es muy pronunciada, con mucha carga hay poca deformación; y si es suave, con poca carga ya hay bastante deformación. Esto viene definido por el módulo de elasticidad, o módulo de Young, e interviene en la tenacidad de un material, tal vez un material se deforme más y requiera más trabajo para llegar a su rotura, como por ejemplo las gomas. Este es un cuadro de las tenacidades de los distintos grupos de materiales: http://www-materials.eng.cam.ac.uk/m.../toughness.jpg Con estos antecedentes, tenemos en primer lugar que un barco se diseña para unos esfuerzos concretos, los de la navegación, de las tensiones producidas por su aparejo y mantenerlo con la adecuada tensión y las producidas por la presión estática y dinámica del agua. Para ello buscaremos que el material no soporte nunca esfuerzos superiores a un límite, que llamaremos carga de trabajo y que exista un coeficiente importante de seguridad hasta su límite elástico (no queremos tampoco navegar con un barco que se deforme por los propios esfuerzos de navegación). Para obtener estos esfuerzos de trabajo, con un material de menor límite elástico deberemos usar mayores espesores. ¿Que pasa si los esfuerzos que aparecen son superiores a la carga de trabajo de diseño, por ejemplo en una varada en un arrecife?.. Yo opino que puede pasar de todo, nadie te dice que los esfuerzos a que se vea sometido ese casco se van a quedar exactamente entre el punto de fluencia y la carga de rotura, que el barco se va a abollar y no romper por estar construido con un material ductil. No se puede diseñar un barco para que resista una varada, no tiene sentido. Lo que si se puede hacer es diseñar un barco que tenga unos coeficientes de seguridad altos, o sea, diseñarlo para que pueda resistir esfuerzos mucho mayores que los de los normales de trabajo, y eso se hace aumentando grosores y refuerzos. Y ahí es donde opino que la madera tiene mucha ventaja, porque puedes obtener resistencias altas con muy poco peso. Digamos que si en el ejemplo de la viga del primer post, utilizamos los 51 Kgs/m de la barra de acero en aumentar el grosor de la de madera, tendríamos para utilizar 6 vigas de madera, o sea, para aumentar seis veces la resistencia..... Y con respecto a la tenacidad y a la dureza, otro concepto relacionado, la madera-epoxi se puede complementar con capas extra de kevlar o dyneema, hasta alcanzar las características de los metales, y por una fracción de su peso. (recordemos que el peso también nos va a influír en el precio, un barco más pesado necesita más velas, más winches, más motor, más anclas.., el equipo reperesenta los 2/3 del precio del barco). Seguiremos... :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Tema interesante.
Por casualidad caribdis, ¿qué formulación has usado para determinar la resistencia de cada viga? :brindis::brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Cita:
http://upload.wikimedia.org/math/1/7...f0d9b0be05.png Esfuerzo máximo admisible= momento flector/módulo de inercia de la viga El módulo de inercia es el segundo momento de la sección de la viga (momento de inercia) partido por la distancia más alejada de la viga al eje neutro. Consideramos que los momentos flectores son iguales. Sabemos los esfuerzos máximos admisibles de cada material y simplemente buscamos las secciones de viga que tengan el módulo correspondiente a cada material. http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_flector :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
OK
Gracias :brindis::brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Interesante hilo!!...
por anticipado... perdon por el rollo que viene. Al que no le apetezca leer ladrillos mejor que se salte el post, porque me ha quedado de un espeso, espeso... :cunao: sin embargo, cofrade Caribdis, me gustaria añadir que una de los problemas (anisotropia aparte) que tienen esos materiales que has citado (incluyendo la madera y el PRFV) es que, mientras gozan de una notable capacidad de resistir tensiones normales, (unos mejor a traccion que a compresion, y otros al reves), que es el tipo de resistencia que tu has calculado y justificado, no la tienen tanto a resistir tensiones tangenciales (a diferencia de los metales), tensiones que generalmente vienen introducidas por el esfuerzo cortante y por el momento torsor. Y claro como la flexion lleva inherente el cortante (no en vano la funcion matematica que lo define, es la derivada del momento flector... si hay flector, no uniforme, seguro que hay cortante), esto quiere decir, que junto a las tensiones normales que has determinado con tus calculos, hay que "meterle ahí" las tangenciales debidas al cortante (acuerdate de Von Mises, y tal). Y claro esa resistencia, considerando conjuntamente el momento flector y el esfuerzo cortante, o sea la resistencia frente a la interaccion de ambos esfuerzos, baja mucho, mucho. Con el acero no. Baja, pero el fenomeno no es tan acusado, ni muchisimo menos. De hecho es el quiza el mejor material mecanicamente hablando, por esa cualidad Otro problema que tiene tanto la madera (mas) como el PRFV tiene que ver con su comportamiento reologico, con la fluencia que presentan, Es decir, que son materiales, que frente a un estado permanente de tensiones, empiezan a deformarse, "como si fuese un liquido extremadamente viscoso", que parece como si fluyese (de ahí lo de fluencia), y claro, me imagino, (porque yo no soy ing. naval, pero si de estructuras civiles), que en un barco, aunque sea por la tension de la jarcia, abundan los periodos en que el casco esta tensionado (por eso a veces aparecen arrufos y quebrantos) y estos materiales favorecen las deformaciones permanentes y para siempre (quien no ha visto una viga antigua de madera de un techo de una vivienda antigua toda retorcida, o un casco de vela ligera tambien ligeramente retorcido) Aunque yo soy de los tuyos... para las esloras de recreo (pongo 25 m), mi material preferido es el PRFV (a falta de popularizar ($$$ :rolleyes:) cosas como el Kevlar, epoxi, o fibra de carbono). En el otro hilo ilustraste el lio que puede suponer desmontar todo el mobiliario interior para sanear oxido interior de un casco metalico (que mas tarde o temprano aparecera), y se me erizan los pelos. Y a ver quien es el chulo que ignora un oxido en un casco... :calavera::calavera: Para mi mecanicamente el acero es mejor, pero los otros inconvenientes prevalecen sobre esta ventaja. De la misma manera que mecanicamente la fibra de carbono es fantastica pero su precio es prohibitivo (para mi). Como siempre es cuestion de compromiso, y para "mi tipo de barcos" lo mejor es el PRFV. Bien dimensionado, y mejor diseñado Saludos pd... otro tema a estudiar mucho es el diseño (forzando a que con el diseño las tensiones "circulen" por donde uno quiere, y por tanto focalizar los refuerzos alli donde a uno le conviene. Echadle un vistazo a esta web... http://www.solidthinking.com/Product...egory=Products y mirad los videos. Fascinante... El metodo de "las bielas y tirantes" pero bien hecho!!! :cunao::cunao: |
Re: Reivindicando la madera
Hombre, paqué engañarnos, un poco tocho si que es :o
Pero no sé qué me pasa que cuando escribes "tus tochos" resulta que los entiendo y además me gusta razonarlos y me resulta fácil hacerlo :sip: Aquí sólo pueden pasar dos cosas, o yo soy ingeniero y no lo sé o tu eres un buen maestro y muy didáctico; apuesto por lo segundo :adoracion: Seguiré leyéndote con atención, igual me ahorro la carrera !! :cunao: Gracias :pirata: :brindis::brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Hombre, alguien que está de acuerdo conmigo :tequiero:
Viva el vino! Digoooo.... Viva la madera! :D |
Re: Reivindicando la madera
Caribdis: por favor no sigas poniendo fotos como esta(mi barco y la almiranta mueren de celos:cunao:)
http://www.latitudes.ws/wp-content/u...se_golette.jpg Por cierto Keith11 coincido con Kumi, no pares con los tochos:cunao: Volviendo al tema del hilo: después de ver lo que te puede mandar Riviera(chivos aparte:D) y del pedazo de POP25 que se está construyendo QuinaRuina es evidente que es un material muy a tener en cuenta, sobre todo para autoconstrucción. En el caso del POP 25 incluso será "varable" y entiendo que insumergible también(por lo menos fácil de lograr). Por si a alguien se le escapó el hilo se los dejo aquí:http://foro.latabernadelpuerto.com/s...ht=quina+ruina |
Re: Reivindicando la madera
Me siento y a ver que se aprende :cunao:
:brindis: |
Re: Reivindicando la madera
¿Cual seria a dia de hoy y a opinion de los entendidos en materia la mejor opcion para construir un barco en madera?
Estructuralmente hablando: -Construccion tradicional? -Contrachapado epoxi? -Strip-planking? Tiene sentido, sentimentalismos aparte, construir un barco a la manera tradicional? :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Cita:
Por otro, en la madera laminada se van alternando capas en las que los listones van tendidos en diagonal y de nuevo las direcciones de los listones se van alternando de capa en capa. El resultado es nuevamente un conjunto isótropo. A ambos se les puede reforzar de manera adicional con laminados de fibras (vidrio, kevlar..) acentuándo todavía más la cohesión. Por otra parte, y ya lo he repetido hasta la saciedad, la ventaja de un barco de madera es que utilizas un solo material para casco e interior, con lo que mamparos y mobiliario trabajan conjuntamente con el casco, teniendo las mismas dilataciones y transmitiendo perfectamente los esfuerzos, por lo que el barco absorbe los esfuerzos como conjunto. De la reología, no había oído nunca que se tuviera en cuenta en construcción naval. Un saludo :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Le he echado también un ojo a la correspondencia entre deformaciones para los distintos materiales que estamos tratando:
He tomado la fórmula de la flecha en una viga con una carga simple apoyada en medio del vano: http://upload.wikimedia.org/math/8/9...a0f1c86f14.png Y la he igualado para los distintos materiales a partir de la misma viga de 100x100 mm en fibra que utilizaba en el post inicial. Aqui entran la carga P y la longitud de vano L que considero iguales en todos los casos, los módulos de elasticidad (de Young) E de los materiales y la inercia de la sección de la viga I. Non encontramos de nuevo con que para la madera, una viga que tenga la misma deformación que la de fibra, debe tener una sección de 100x150 mm, un mm más que la que necesitábamos para soportar el mismo momento flector. Esa viga pesará 9 Kgs/metro lineal. En aluminio necesitaremos una viga de 100x80 mm y 21,6 Kgs/m. En acero una viga de 100x60 mm y 47,1 Kg/m y en fibra de carbono-epoxi, una de 100x25 y 4 kg/m. Creía que las diferencias iban a ser mayores, porque los módulos de elasticidad tienen unas diferencias considerables (de 12.280 MPa en el fresno a 210.000 MPa en el acero), pero las inercias de las secciones también crecen muy rapidamente y los resultados son muy similares a los de las vigas equivalentes ante esfuerzos iguales. Un saludo :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Hay un factor adicional muy apreciado de la "bondad" de la madera como material para construir un barco que es la confortalidad que da a los espacios interiores.
Te sientes realmente bien dentro de un barco de madera madera. Depende del tipo de calidad de la terminacion que desees, el problema de la madera es encontrar artesanos que sepan trabajarla para conseguir resultados con calidad , los precios los encarece precisamente esa mano de obra artesanal. Desde el punto de vista constructivo la madera es un ser vivo, es complicado garantizar la homogenidad del material, he visto casos de veleros de madera que han tenido que cambiar maderas del tablazon y las vecinas estar bien. Personalmente ,como creo que a la mayoria, me gusta mucho los barcos de madera, aunque el mantenimiento de los barcos que conozco veo que es mayor incluso que los de acero. :brindis::brindis: LORDRAKE:velero: |
Re: Reivindicando la madera
¿ y cuales son las mejores maderas para construir un barco? porque hay maderas y maderas... ¿de que madera se hacian los barcos antes de la introduccion del acero?
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Re: Reivindicando la madera
Me interesa tratar un tema más, bastante controvertido por cierto, el de la fatiga de materiales en las embarcaciones.
Las pruebas de fatiga se realizan sometiendo a las muestras a esfuerzos de un determinado valor durante una serie de ciclos hasta que se produce la rotura. Probamos primero con el 100% de su carga admisible, despues con el 90, etc, etc... Aqui tenemos un estudio de diferentes materiales utilizando porcentajes del límite elástico de cada material: http://www.boatdesign.net/forums/att...e-fatigue2.jpg Vemos aquí que un panel de fibra sometido al 20% de su límite elástico puede resistir un millón de ciclos, mientras que uno de carbono puede resistir ese millón de ciclos aunque esté sometido a cargas de un 60% de su límite elástico (que es mucho mayor). En este otro gráfico (presentado por los fabricantes del epoxi West System), las cargas son porcentajes de la carga de rotura: http://www.areopago.eu/gallery/5112_...5_11_19_58.jpghttps://dl.dropboxusercontent.com/u/6356190/fatiga.jpg La madera epoxi vuelve a estar por encima de la fibra y es incluso superior a la fibra de carbono hasta el millón de ciclos (en porcentaje de carga de rotura, no en carga real). Las conclusiones que yo saco es que cada material debe utilizarse sabiendo sus propiedades, y que si quiero que un barco dure deberé diseñarlo para que los esfuerzos a que se vea sometido estén claramente por debajo de su límite elástico, porque si ajustamos al máximo el diseño, como sucede en muchos barcos de competición, nos encontraremos con que en pocos años las posibilidades de fallo estructural debido a fatiga sean muy altas. Pero insisto, este tema es bastante controvertido y evaluar el número de ciclos a que se ve sometida una embarcación y a qué porcentaje de su carga de rotura es cada ciclo, me parece bastante difícil. En todo caso, si que vemos que diseñar para que los esfuerzos estén bien lejos del límite de carga está bien, y aquí nuevamente en la madera nos encontramos con que podemos hacerlo aumentando grosores porque su repercusión en el peso va a ser mucho menor que en otros materiales. Un saludo :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Y para alegrar un poco la vista después de tanto rollo, un barco hecho en madera laminada en 1999, el Antonisa, un diseño de Bruce King de 37,79 m:
http://www.bateau-vintage.com/images...1407741379.jpg https://s-media-cache-ak0.pinimg.com...883a5a8125.jpg :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Otro "bote" de Bruce King, también construído en laminado de cedro rojo y abeto Douglas. 47,15 metros, y se llamó Sherehezade y ahora Asolare:
http://www.charterworld.com/images/y...20Sailing5.jpg https://www.navisyachts.com/images/s...il%20yacht.png http://www.westsystem.com/ss/assets/...heherazade.jpg http://image.yachtcharterfleet.com/c...800&h=519&q=75 Yo no tengo la menor duda, la calidad suprema en un barco va en la dirección de este humilde material denostado por anticuado...y hay muchas otras opciones sin llegar al superlujo... :brindis: |
Respuesta: Reivindicando la madera
repetido
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Respuesta: Reivindicando la madera
En un post de esta categoría que no falte el FAIRLIE 55, con un video de los que quitan el hipo!!
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Re: Reivindicando la madera
Cualquier madera prácticamente puede ser usada en la construcción de barcos, tradicionalmente se usa una madera dura para el armazón: quilla, cuadernas palmejares, durmientes y una madera blanda para el resto.
En Galicia se usa roble y acacia para el armazón aunque desde hace años se usa mucho el eucalipto para las piezas largas quilla, sobrequilla, palmejares etc. Y pino para el forro del casco, baos y cubiertas. En Portugal se usaba la madera de pino para todo. Los drakkars vikingos estaban construidos enteramente en roble, en la bretaña francesa tienen barcos de pesca construidos enteramente de castaño, los clipers australianos eran de eucalipto de la quilla a la perilla de los palos. Para las embarcaciones de recreo se empezaron construyendo con maderas y técnicas tradicionales para con el tiempo usarse maderas nobles como caoba y teca principalmente. :brindis::brindis: :velero: :velero: |
Re: Reivindicando la madera
SI quereis seguir la construcción de uno no teneis mas que pinchar
https://www.youtube.com/watch?featur...&v=rDgKIPaW5xY |
Re: Reivindicando la madera
Estoy encantadísimo con este post, me encanta la madera y me encanta esta visión técnica y objetiva de ella.
Me parece un gran material para la construcción naval. Gracias a todos por la información aportada.:adoracion::adoracion::gracias::gracias: :brindis::brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Merece la pena visitar en Youtube diversos vídeos de los J Class Yatchs.
Los interiores en caoba son difíciles de igualar en estética por los barcos actuales de calidad en madera, y ya ni cito el abuso de los laminados y contrachapados tipo Ikea de tantos barcos de gran serie. Saludos:brindis: |
Re: Reivindicando la madera
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Respuesta: Reivindicando la madera
Tengo oído que las embarcaciones de roble se pudren antes que los de castaño.
El castaño aguanta mejor la humedad. Se podría utilizar esta madera para la cubierta? Hay otra madera que pudiéramos sustituir por ta teca?. La regala 60mm de grueso lo hice con madera de castaño. Y el resultado muy bueno.:brindis::brindis: |
Re: Reivindicando la madera
He representado los distintos límites elásticos de los materiales y sus densidades en un gráfico sin escalas logarítmicas para que se vea mejor la relación de sus densidades y sus resistencias:
http://i1280.photobucket.com/albums/...psemj1o7fc.jpg Vemos que la supremacía de los composites de carbono es abrumadora, con unos límites elásticos altísimos dentro de una densidad bastante baja, de unos 1.600 Kg/m3. Por otro lado vemos lo alejado que está el acero debido a su densidad (7.850 Kg/m3), mientras que mantiene unos valores de resistencia no muy proporcionales a esa densidad. En el aluminio vemos que hay aleaciones que tienen muy buena relación peso/resistencia y que la fibra es un material bastante ligero con buena resistencia. La madera es un material mucho más ligero que los anteriores, con densidades típicas entre 300 y 750 Kg/m3 y que supera claramente a la fibra y a la mayor parte de los aluminios en relación peso resistencia. Esto quiere decir que si dimensionamos correctamente una estructura, podremos hacerla mucho más ligera en madera que en cualquiera de los otros materiales, con excepción del carbono y determinadas aleaciones de aluminio. En la base del gráfico están representadas las "vigas" a las que me he referido en los anteriores posts. Ampliando el zoom en torno a los distintos tipos de madera, tenemos este otro gráfico: http://i1280.photobucket.com/albums/...pslzawyzys.jpg En este gráfico vemos una sorprendente linealidad entre la densidad y la resistencia, a mayor densidad mayor resistencia, sin que yo al menos haya encontrado tipos de madera que destaquen enormemente en cuanto a su relación densidad resistencia. Eso quiere decir que si dimensionamos bien el escantillonado, tanto podemos hacer un buen barco resistente y ligero en cedro como en abeto, pino o fresno... En cuanto a las distintas cualidades de las diferentes maderas, sí que deberíamos valorar su facilidad de trabajo, su dureza, su impregnabilidad, la limpieza de su veta, su color, etc, etc.. En cuanto a la resistencia a la intemperie, hongos y otros agentes biológicos, supongo que serían características que serían menos importantes si la madera va a estar encapsulada en epoxi, pero está claro que también hay que tenerlas en cuenta. Intentaré avanzar algo más en estos aspectos... Un saludo :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Muy interesante el hilo, gracias Caribdis. Soy ferviente admirador del PRFV. Hay algo en los cálculos que no tengo claro, cuando haces referencia a las propiedades del PRFV supongo que hablas de una estructura con mat y epoxi, sin núcleo sandwich de divinicel o similar.
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Re: Reivindicando la madera
Cita:
Falta también, por supuesto, comparar las propiedades que tendríamos si en vez de vigas monolíticas utilizamos vigas sandwich. Pensaba hacerlo. En principio, se podrían hacer estructuras sandwich con todos los materiales, pero en los metales habría que introducir además el pegado de elementos, algo que podría rechinar bastante. En la fibra y en los composites de carbono, en cambio, aprovechar la estructura sandwich para aumentar el módulo de una viga es algo absolutamente normal. En laminados de madera, también podría serlo, pero como vemos por la ligereza del material, la propia madera es casi pìel y núcleo al mismo tiempo. Haré la comparativa de todas formas y veremos la cuestión con más datos... :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Introduciendo la posibilidad de hacer vigas sandwich vemos que se pueden bajar pesos manteniendo la misma resistencia o, con muy poco aumento de peso aumentar mucho la resistencia y la rigidez.
https://ingenieriademateriales.files...jpg?w=300&h=71 https://ingenieriademateriales.files...jpg?w=300&h=62 Para entender la forma de trabajo de un panel tipo sandwich es necesario diferenciar las formas de trabajo de las pieles y el núcleo. Las pieles soportan las cargas inducidas por la flexión y el núcleo el esfuerzo cortante que actúa sobre el panel. Es decir, las pieles trabajan como laminados solicitados por cargas en su plano, soportando el momento flector que aparece sobre el panel. https://ingenieriademateriales.files...pg?w=300&h=114 Teniendo en cuenta esto, y suponiendo que el núcleo que utilizamos tiene suficiente resistencia a la cortadura (esfuerzo cortante, resistencia a la cizalla, shear strength): En fibra podríamos hacer, equivalente a la viga de 100x100 mm inicial, de 18,5 Kg/m, otra en sandwich, de la misma altura que precisábamos para la madera, 140 mm y que tendría unas pieles de 16 mm solamente y un peso de 5,92 Kg/m (en madera teníamos 8,4 kg/m). En carbono podríamos hacer con esa altura de 140 mm una viga con unas pieles de sólo 1 mm y un peso de 0,32 Kg/m. Para los metales también podrían mejorarse los resultados si pegáramos pieles metálicas a un núcleo ligero (como veíamos para que ese núcleo sea apto debe tener una resistencia a la cortadura mínima y se supone que la adherencia que se puede conseguir también será buena). Con la madera también se podría hacer facilmente una estructura sandwich. Partiendo de la viga original que teníamos de 100x140 mm (equivalente en resistencia a la de fibra de 100x100), que pesaba 8,4 Kg/m, se podría hacer una de la misma resistencia de 100x170 mm, con dos pieles de 25 mm y un peso de 3 Kg/m. Nos vemos entonces en la tesitura de ver que pasa si limitamos la altura de la viga, por ejemplo, para una viga de fibra de 170 mm de altura, ¿que peso se podría obtener?, pues se podría hacer con dos pieles de 12 mm cada una y un peso de 4,44 Kg/m. Esa viga en sandwich de aluminio tendría pieles de 8 mm y un peso de 4,32 Kg/m; y en acero las pieles serían de 6 mm y el peso sería de 9,42 Kg/m, mucho mejor que los 51 Kg/m de la viga de acero normal equivalente. Vemos, claro está, que para un mismo grosor, los pesos de las vigas de misma resistencia también van en la misma relación a su ratio resistencia/densidad, la madera sigue siendo más ligera que todos los demás materiales menos el carbono. Esto son cálculos teóricos. Las sociedades de clasificación y los organismos internacionales en sus reglamentos suelen ser bastante conservadores con respecto al uso de los paneles sandwich y lo normal es que acepten paneles de un grosor de solamente el 240% del grosor aceptable en monolítico, y con pesos por metro cuadrado que no suponen un ahorro mucho mayor al 40%. Estos grosores ya suponen también una resistencia mínima al impacto de las caras exteriores. Lo que parece claro es que con grosores altos se pueden obtener resistencias excelentes, poco peso y un mayor distanciamiento de los refuerzos a los paneles. El caso es ¿cuales son las limitaciones de grosor en el forro de un barco?. Yo opino que son muy relativas, que podemos tener un casco de 50 mm en un barco de 10 metros sin una excesiva pérdida de espacio, es más, nos permitiría hacer el barco insumergible, una seguridad difícil de igualar. El sandwich tiene indudables ventajas, y la primera de ellas es el ahorro en peso (u obtener una mayor resistencia con el mismo peso) y por tanto en inversión en materiales y también en los equipos que precisará el barco. Un saludo :brindis: |
Re: Reivindicando la madera
Vuelvo al tema de la tenacidad de los materiales, es decir, al trabajo que es capaz de aguantar un material hasta que se produce su rotura.
Ya hemos visto que la ligereza de la madera nos permite obtener muy altas resistencias con muy poco peso. A igualdad de peso, un barco de madera va a ser más fuerte que uno de fibra o uno metálico. Ante una rotura por impacto, va a ser la tenacidad la que nos diga qué material resistirá más antes de romperse. El material más tenaz no es aquel que resiste la mayor tensión, sino el que, además de resistir una tensión alta, es capaz de deformarse y absorber energía antes de romperse. En esta tabla aparecen varias características mecánicas de varios materiales (en forma de hilo): http://g02.s.alicdn.com/kf/HTB1xi8yH...Xq6xXFXXXC.jpg Destacan claramente en su resistencia específica (con respecto a su peso), y su tenacidad los polietilenos HS (dyneema), el kevlar y el carbono. Vemos que la fibra normal (E-glass) también tiene unas altas características. Hay que darse cuenta de que estamos hablando solamente de las fibras y no del conjunto poliester-fibra o epoxi-fibra. De todas formas, sigo opinando que las características del poliester reforzado con fibra de vidrio son excelentes, pero hemos asistido a un abuso de esas características, está claro que un casco desnudo de un velero de 10 metros se puede construir en 500 kgs y aguantar los esfuerzos normales a que se vea sometido, pero lo suyo es dar unos márgenes de seguridad mayores y hacerlo de 1.500 Kgs, que tampoco es tan pesado, y poder navegar con mucho más margen. A lo que me quería referir, de todas formas, es a la posibilidad de reforzar un casco de madera con capas de fibra de vidrio, kevlar, carbono o dyneema, aumentando enormemente su resistencia al impacto. Gougeon Brothers, los fabricantes de la resina epoxi West System realizaron dieferentes pruebas experimentales en ese sentido, y concluyen que se pueden conseguir muy buenas resistencias al impacto laminando exteriormente tejidos de kevlar con una capa exterior de fibra (para facilitar el acabado superficial). https://dl.dropboxusercontent.com/u/...eleskevlar.jpg Una de las conclusiones de este estudio es que la resistencia a la rotura mejora si además de las capas exteriores existe alguna capa cercana a la cara interior del casco. En lo que parece que no hay duda comparando madera y metales, es que la dureza superficial de estos es mayor. Esa característica sólo se podría mejorar forrando un casco de madera con un metal, como se hacía con las chapas de cobre antiguamente, aunque el motivo era evitar el caracolillo. Pero resalto la diferencia entre dureza y tenacidad. Las características de dureza del acero, junto a su gran rigidez absoluta (no dependiente del peso), es lo que hace que aparente más fortaleza de la que realmente tiene, y los datos ponen a cada material en su lugar. A igualdad de peso, la madera lleva ventaja, intentaré ver datos de como estamos en cuanto a costes. Un saludo :brindis: |
Respuesta: Reivindicando la madera
Hace tiempo que había comentado en nuestra casa ( que de Cuni o cupronickel sabemos algo ) la posibilidad de forrar el tablero con una lámina de cupronickel ( aunque sólo fuera en la obra viva )
Los barcos construidos en este material no necesitan aplicar patente que además es muy resistente a la corrosión. ( mejor incluso que el acero dúplex, sólo por debajo del titanio El problema ( que entre el epoxi y la madera no existe) sería la previsible diferente dilatación entre el Cuni y la base de madera. Ante esa posibilidad, se me ocurría que se podrían usar remaches de cobre de tal forma que aunque la chapa fuera flotante, siguiera siendo solidaria con la madera. :brindis: |
Re: Respuesta: Reivindicando la madera
Solo un inciso en los PRFV en los laminados influye que el mat ( manta) es bueno para compresión pero malo a tracción y las telas exactamente lo contrario, siendo su punto débil en las telas el sentido de la diagonal del tejido
En una viga cuando flexa una cara trabaja a tracción y la otra a compresión. Por ello es extraordinariamente importante tener en cuenta el orden en que se colocan |
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