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Biomecánica estructural

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Herramientas que miden las propiedades mecánicas de los tejidos vegetales: el módulo de Young (ensayo de flexión en tres puntos), la densidad de la madera como proxy de E y sigma_ruptura, la rigidez del tallo en campo, la arquitectura radicular y la carga de viento aplicada. Operacionalizan los modelos E4 y E7 y permiten calcular el factor de seguridad estructural (FOS) de árboles, tallos y ramas tanto en gestión forestal como en inspección de árboles urbanos.

ID:('ky', 28)


Momento de inercia cilindro

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$I=\pi d^4/64$

$d$
Diámetro del tallo
$m$
$I$
Momento de inercia sólido
$m?$



ID:('gm', 245)


Flexión tres puntos

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$E=FL^3/(48I\delta)$

$E$
Módulo de Young
$Pa$
$F$
Carga ensayo flexión
$N$
$delta$
Deflexión medida
$m$
$L$
Vano ensayo
$m$
$I$
Momento de inercia sólido
$m?$



ID:('gm', 246)


Densidad por Pilodyn

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$\rho_{wood}=\rho_{ref}(p_{ref}/p)^2$

$\r ho_{wood}$
Densidad de madera
$kg/m³$
$p$
Penetración Pilodyn
$m$



ID:('gm', 247)


Arrastre viento

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$F_{drag}=\frac12\rho_{air}C_dA_{front}u^2$

$C_d$
Coeficiente de arrastre
$1$
$\r ho_{air}$
Densidad del aire
$kg/m³$
$u$
Velocidad del viento
$m/s$
$F_{drag}$
Fuerza de arrastre
$N$
$A_{front}$
Área frontal de copa
$m²$



ID:('gm', 248)


Tensión flexión

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$\sigma_{flex}=F_{drag}h_{cm}r/I_{eff}$

$sigma_{flex}$
Tensión de flexión
$Pa$
$F_{drag}$
Fuerza de arrastre
$N$
$h_{cm}$
Altura centro de masa copa
$m$
$r$
Radio del tallo
$m$
$I_{eff}$
Momento de inercia efectivo
$m?$



ID:('gm', 249)


Cavidad interna

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$I_{eff}=I(1-cavity^4)$

$cavity$
Radio cavidad/radio externo
$1$
$I_{eff}$
Momento de inercia efectivo
$m?$
$I$
Momento de inercia sólido
$m?$



ID:('gm', 250)


Factor seguridad

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$FOS=\sigma_{rupture}/\sigma_{flex}$

$FOS$
Factor de seguridad estructural
$1$
$sigma_{flex}$
Tensión de flexión
$Pa$
$sigma_{rupture}$
Tensión de rotura
$Pa$



ID:('gm', 251)


Deflexión pulltest

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$\delta_{base}=F_{pull}/[k_{root}(1-S_{loss})+3EI_{eff}/h_{cm}^3]$

$S_{loss}$
Pérdida relativa soporte suelo-raíz
$1$
$E$
Módulo de Young
$Pa$
$k_{root}$
Rigidez radicular/suelo
$N/m$
$F_{pull}$
Fuerza horizontal pulltest
$N$
$h_{cm}$
Altura centro de masa copa
$m$
$delta_{base}$
Deflexión basal
$m$
$I_{eff}$
Momento de inercia efectivo
$m?$



ID:('gm', 252)


FOS radicular

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$FOS_{root}=k_{root}(1-S_{loss})\delta_{base}d_{root}/(F_{pull}h_{cm})$

$FOS_{root}$
Factor de seguridad radicular
$1$
$S_{loss}$
Pérdida relativa soporte suelo-raíz
$1$
$k_{root}$
Rigidez radicular/suelo
$N/m$
$F_{pull}$
Fuerza horizontal pulltest
$N$
$h_{cm}$
Altura centro de masa copa
$m$
$delta_{base}$
Deflexión basal
$m$



ID:('gm', 253)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile