Comparación de gráficas “Drilling resistance” y “Feed force”
1.- INTRODUCCIÓN
En el ámbito de la intervención en estructuras de madera se realizan inspecciones mediante diferentes equipos de evaluación no destructiva para comprobar y determinar el estado estructural y de degradación de elementos estructurales de madera, sin alterar las propiedades mecánicas de la misma.
Una de las técnicas más empleadas y que proporciona muy buenos resultados es la técnica conocida como resistografía. Está considerada como una técnica puntual pero su aplicación junto con otras técnicas de inspección permite obtener y tomar decisiones del estado estructural de elementos de madera.
Consiste en cuantificar la resistencia que ofrece la madera a la perforación mediante una broca extremadamente fina (Abián y Zapata, 2007). El equipo registra durante el ensayo la resistencia que presenta el material a la penetración de una broca de 3 mm de diámetro en la punta y de 1,5 mm en el fuste a velocidad constante, mediante un potenciómetro conectado al motor eléctrico.
La resistencia que ofrece a su avance se relaciona con la densidad de la madera, detectando en elementos de madera con posibles zonas afectadas por defectos o deterioro (Arriaga et al., 2002), debido a diferentes causas como ataques de insectos xilófagos, pudriciones, excesivos esfuerzos, ataques de termitas, etc.
Los resistógrafos comerciales existentes hasta 2014 muestran la gráfica de resistencia a la perforación (drilling resistance). Esta gráfica presenta en algunos casos errores (no se detectan caídas de densidad o se detectan erróneamente dichas caídas), debido a la fricción de la broca con las virutas de madera; al ejecutarse la perforación, la broca resulta aprisionada por las virutas de madera (serrín) que van creándose en el propio canal de perforación, y el aprisionamiento de la broca, y por tanto su rozamiento, es mayor conforme más largo es el canal de la perforación. Este fenómeno de aprisionamiento y fricción creado en el canal de la broca se conoce como fricción del eje (saft-friction). Como novedad, la serie actual de resistógrafos IML-RESI PD permite medir tanto la resistencia a la perforación de la broca (drilling resistance) como la fuerza de avance (feed force), incorporando al equipo el correspondiente módulo, siendo esta última la fuerza que se necesita para empujar la aguja hacia la madera. De esta manera se obtienen así una gráfica de fuerza de avance; la cual no tiene en cuenta el efecto de fricción del eje.
Según Nutto y Biechele (2015), la curva feed force no se ve afectada por la fricción en el eje y mejora la identificación e interpretación de áreas deterioradas en la madera, especialmente en maderas duras, aportando esta curva información adicional para la decisión de si un árbol tiene defectos o no.
Se pretende demostrar en este artículo, con la gama de resistógrafo IML-RESI modelo PD400, si la nueva gráfica “feed force” realmente muestra mejores resultados que la gráfica “drilling resistance” y pueden detectarse con mayor eficacia y exactitud diferentes degradaciones de elementos estructurales de madera, mediante gráficas extraídas de pruebas realizadas a elementos estructurales de madera de diferentes especies y con diversas anomalías y degradaciones, realizando un análisis cualitativo de la gráfica resistográfica feed force que es una innovación reciente respecto a las gráficas resistográficas convencionales.
2.- MATERIALES Y MÉTODOS
Los ensayos se realizan con el equipo de resistografía IML-RESI PD400, con broca de puntas plana modelo inspección de postes.
La metodología se basa en la realización de resistografías en muestras de madera extraídas de diferentes elementos estructurales y con diferentes defectos o degradaciones.
Las gráficas proporcionadas por el resistógrafo se muestran en la pantalla digital del propio instrumento, a la vez que se realiza la resistografía en el elemento estructural.
El registro de datos se realiza gráficamente a través de una memoria y una pantalla digital que reproduce los perfiles resistográficos. Una unidad digital registra todos los datos correspondientes a cada una de las perforaciones llevadas a cabo.
Se identifican los defectos o singularidades, para incidir con la broca del resistógrafo directamente en ellos y poder establecer conclusiones sobre las dos gráficas extraídas.
2.1.- Muestras
Las muestras seleccionadas varían de especies y tamaños y se clasifican en diferentes grupos en función de la tipología del defecto o degradación objeto de estudio. El contenido de humedad de las muestras se sitúa en torno al 12%.
Cada ensayo se realiza con una muestra que se codifican con un número y siglas de cada ensayo al que pertenecen, aplicando a cada muestra una incisión con el equipo de resistografía. Para la observación de anomalías de la madera se recogen cuatro muestras compuestas por madera de albura, duramen y médula, nudos internos, fendas de secado y anillos de crecimiento. Para la observación de degradaciones se elige una muestra afectada por ataque de Anobium Punctatum De Geer. (Carcoma fina) y otra afectado por Hylotrupes Bajulus L. (carcoma grande).
En la Tabla 1 se esquematizan los diferentes tipos de muestras y ensayos.
La probeta se posiciona fijamente mediante las manetas de apriete del banco, de manera que el recorrido de la broca sea el marcado en la pieza, consiguiendo así que la broca atraviese las anomalías o degradaciones deseadas, y poder así comparar de manera verídica los dos tipos de gráficas.
Los datos aportados por el equipo de resistografía se vuelcan al programa PD-Tools Pro y posteriormente ha hoja de cálculo Excel, mostrando las gráficas extraídas, en verde la gráfica Drilling resistance y en color azul la gráfica Feed force.
Estas se superponen sobre la imagen digitalizada de las secciones de las muestras, de manera que la longitud de la resistografía coincide con la longitud de la sección de la muestra.
La velocidad de rotación del resistógrafo se establece en 2500 r.p.m. y la velocidad de avance queda fijada en 45cm/min.
3.- RESULTADOS
Se realizó una comparación visual mediante la superposición de las gráficas resistográficas en formato de hoja de cálculo Excel y las imágenes escaneadas de las muestras para cada una de las incisiones realizadas, de manera que la longitud de las gráficas coincide con la longitud de la sección de las muestras, permitiendo establecer una clara relación entre la variación de amplitud resistográfica al paso de la broca por cada una de las anomalías o degradaciones de las muestras.
Para todos los análisis se establece el color azul para mostrar la gráfica feed force y el color verde para la gráfica drilling resistance.
3.1- Ensayo número 1. Albura/médula/duramen. Muestra M1.
El recorrido de la broca transcurre atravesando zona de albura (entre los centímetros 0 a 3 y 14 a 18), zona de madera de duramen (entre los centímetros 3 a 14), y en la zona central atraviesa la médula entre los centímetros 8 y 9.
Observando los dos perfiles resistográficos y la imagen de la sección de la muestra se aprecia al atravesar la broca la zona de médula una disminución de amplitud más brusca en la gráfica feed force que en la gráfica drilling resistance.
No se aprecian diferencias de amplitud significativas entre la madera de albura y la madera de duramen, en ninguna de las dos gráficas.
3.2.- Ensayo nº2. Carcoma fina. Muestra M2. Incisión número 2.
La presencia de orificios en la zona por donde ha transcurrido la broca se detecta aproximadamente en los centímetros seis, ocho y diez.
Observando los perfiles resistográficos y la imagen de la sección de la muestra se aprecia una disminución de amplitud más brusca en la gráfica feed force que en la gráfica drilling resistance al atravesar los diferentes orificios de carcoma fina.
3.3.- Ensayo nº2. Carcoma fina. Muestra M2. Incisión número 3.
La presencia de orificios de carcoma se detecta aproximadamente en las zonas de que transcurren desde 0 a 4 centímetros. En el séptimo, décimo y onceavo y en las zonas del décimo octavo centímetro, asi como del centímetro 21 al 22.
Observando los perfiles resistográficos y la imagen de la sección de la muestra se aprecia disminución de amplitud más brusca en la gráfica feed force que en la gráfica drilling resistance al atravesar los diferentes orificios de carcoma fina.
3.4.- Ensayo nº3. Nudos. Muestra M3.
La zona que comprende el nudo ocupa del centímetro 4 al 8.
Observando los perfiles resistográficos y la imagen de la sección de la muestra se aprecia un aumento de la amplitud resistográfica al atravesar la zona del nudo, en ambas gráficas. Al salir la broca se aprecia el efecto saft-friction en la gráfica drill resistance, sin embargo, caída brusca de la gráfica feed force a la salida de la muestra en el octavo centímetro.
3.5.- Ensayo nº3. Nudos. Muestra M4.
La zona que comprende el nudo ocupa del centímetro 2,5 al 3,5.
Observando los perfiles resistográficos y la imagen de la sección de la muestra se aprecia un aumento de la amplitud resistográfica al atravesar la zona del nudo, en ambas gráficas. Al salir la broca se aprecia el efecto saft-friction en la gráfica drill resistance, sin embargo, caída brusca de la gráfica feed force a la salida de la muestra en el octavo centímetro.
3.6.- Ensayo nº4. Fendas. Muestra M5.
La zona que comprende la fenda en la sección de la muestra se sitúa entre el los centímetros 3,5 a 3,8.
Observando los perfiles resistográficos y la imagen de la sección de la muestra se aprecia el efecto saft-friction, ya que la amplitud de la gráfica drill resistance no disminuye del todo a su paso por la fenda, mientras que la gráfica feed force sí que llega a valores de amplitud igual a cero.
3.7.- Ensayo nº5. Carcoma grande. Muestra M6.
La presencia de orificios de carcoma se detecta aproximadamente en las zonas de 1 a 2 centímetros, centímetro cuarto, quinto y séptimo, y zonas del octavo al noveno centímetro y del centímetro 11.5 al 12.5.
Observando los perfiles resistográficos y la imagen de la sección de la muestra se aprecia una disminución de amplitud más brusca en la gráfica feed force que en la gráfica drill resistance al atravesar la broca los diferentes orificios de carcoma gruesa.
4.- CONCLUSIONES
A la vista de los resultados obtenidos se concluye que la gráfica feed force muestra en general con mayor detalle las degradaciones y anomalías, exceptuando la diferencia entre albura y duramen. Asimismo, hace visibles algunos detalles que en la gráfica drilling resistance no son apreciables.
A continuación, se explican con más detalle las diferencias y semejanzas de ambas gráficas para la detección de anomalías o degradaciones de la madera:
Médula: Se detecta mejor con la gráfica feed force, pues su caída es más acentuada. En algunos casos, en la gráfica drill resistance apenas se aprecia la diferencia entre médula y madera normal.
Albura/Duramen: Ninguna de las dos gráficas diferencia entre albura y duramen. Por tanto, la técnica de resistografía no es adecuada para diferenciarlas.
Carcoma: Los orificios se aprecian mejor con la gráfica feed force. En algunos casos, en la gráfica drill resistance apenas se aprecian.
La utilización de la gráfica feed force mejora la interpretación de degradaciones y anomalías de la madera en elementos estructurales de madera, pero es necesario la especialidad de un técnico ampliamente cualificado en las anatomías y patologías de la madera para realizar una correcta interpretación de los resultados.
Sería recomendable investigar más sobre el efecto shaft-friction realizando ensayos en probetas de mayor longitud, ya que el efecto se vería aumentado debido a la mayor cantidad de serrín.
