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Vidrio hilado, se produce haciendo pasar el vidrio fundido a través de unas boquillas muy finas y luego se enrolla en carreteles especiales. BIBLIOGRAFÍA ASKELAND R., Donald. La ciencia e ingeniería de los materiales. Grupo editorial Iberoamericano. México. 1987. BOWLES, Joseph. Propiedades geofísicas de los suelos. Editorial Me Graw-Hill. Bogotá 1979. CORAL, José Luis; JIMÉNEZ, Gustavo. Trabajo de grado uso constructivo de la arcilla en Manizales. 1995. * * * y DAVIS, Harmer E. TROXELL, George E. WISKOCIL, Clement. Ensayo e inspección de los materiales en ingeniería. Editorial Continental, 1970. FLINN, Richard A. TRO JAN, Paul K. Materiales de ingeniería y sus aplicaciones. Editorial Me Graw- Hill. México, 1991. LAMBE T., William. WHITMAN, Robert. Mecánica de Suelos. Editorial Limusa. México, 1972. MELO, Alexander - VALENCIA, Juan Carlos. Trabajo de grado El ladrillo como elemento versátil en la construcción. Manizales, 1904. PASMAN, M.F. Materiales de Construcción. Editorial Construcciones. Buenos Aires, 1970. TERZAGHI, Karl. PECK B., Ralph. Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. Editorial Ateneo. España. Segunda edición. 1973. 141

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Vidrio hilado, se produce haciendo pasar el vidrio fundido a través de unas boquillas muy finas y luego se enrolla en carreteles especiales.
BIBLIOGRAFÍA
ASKELAND R., Donald. La ciencia e ingeniería de los materiales. Grupo editorial Iberoamericano. México. 1987.
BOWLES, Joseph. Propiedades geofísicas de los suelos. Editorial Me Graw-Hill. Bogotá 1979.
CORAL, José Luis; JIMÉNEZ, Gustavo. Trabajo de grado uso constructivo de la arcilla en Manizales. 1995. * * * y DAVIS, Harmer E. TROXELL, George E. WISKOCIL, Clement. Ensayo e inspección de los materiales en ingeniería. Editorial Continental, 1970.
FLINN, Richard A. TRO JAN, Paul K. Materiales de ingeniería y sus aplicaciones. Editorial Me Graw- Hill. México, 1991.
LAMBE T., William. WHITMAN, Robert. Mecánica de Suelos. Editorial Limusa. México, 1972.
MELO, Alexander - VALENCIA, Juan Carlos. Trabajo de grado El ladrillo como elemento versátil en la construcción. Manizales, 1904.
PASMAN, M.F. Materiales de Construcción. Editorial Construcciones. Buenos Aires, 1970.
TERZAGHI, Karl. PECK B., Ralph. Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. Editorial Ateneo. España. Segunda edición. 1973.
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INTRODUCCIÓN
La madera es un material renovable que el hombre ha utilizado desde tiempos remotos para diferentes fines: Elaboración de herramientas, utensilios, muebles, etc., fue el primer material de construcción trabajado por el hombre, que le proporcionó protección.
En Colombia, como en el resto del mundo, la madera se ha utilizado desde la prehistoria; se tomaba de las zonas periféricas de los asentamientos, y servía para confeccionar utensilios, herramientas, elementos constructivos de puentes, templos y tumbas.
En la época Colonial se utilizó en gran cantidad de viviendas, construcción de conventos y museos, especialmente en pisos, muros, armaduras para techos y en obras complementarias como barandas, cornisas, rejas, ventanas y puertas.
En la época republicana se diferencian dos períodos: en el primero se utilizó la madera como parte integral de la construcción en combinación con el adobe y el bahareque, lográndose viviendas que aún existen; en el otro período se utilizaron otros materiales como el concreto y el ladrillo, la madera sólo para ventanas, puertas y pisos.
En la época actual, el uso de la madera en la construcción se reduce a la fabricación de viviendas rústicas y temporales de poco valor; eso si se emplea en formaletería, puertas, ventanas, muebles y pisos; los avances tecnológicos para su procesamiento han desarrollado técnicas de secado y preservación que contrarrestan sus desventajas y permiten el uso con un alto grado de confiabilidad como sucede en países de alta vocación maderera tales como Estados Unidos y Canadá.
El actual déficit de vivienda en países cubiertos de bosques como Colombia, Ecuador y en general los de la región Andina hace que la madera constituya una alternativa de construcción, máxime si se considera además del potencial maderero de estos países, las excelentes características físicas y mecánicas de sus especies nativas.
En Colombia existen aproximadamente 36 millones de hectáreas de bosques naturales, caracterizados por la diversidad de especies.
CARACTERÍSTICAS
La madera es un material que se caracteriza por ser:
a) Higroscópico: porque es capaz de perder o ganar humedad para ponerse en equilibrio con el medio ambiente.
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b) Heterogéneo: por células de diferentes tamaños y grosores, las propiedades varían de un árbol a otro de la misma especie y a lo largo de un mismo tronco.
c) Anisotrópico: Las propiedades físicas, mecánicas y de trabajabilidad son diferentes según el plano considerado.
d) Biodegradable: Puede ser atacado por hongos e insectos. La magnitud del daño depende de las características de madurez y del grado de protección que se le de.
e) Combustible: Por su composición química arde fácilmente.
f) Deformable: Cuando está sometido a carga y cuando ésta actúa en forma permanente la deformación es irreversible.
g) Fácil de trabajar, lo que permite diversidad de usos con poco gasto de energía.
VENTAJAS
La madera es un material que se encuentra en grandes cantidades y repartido en casi toda la Tierra, es renovable y sus propiedades vienen impuestas por la naturaleza.
Como elemento vivo, los árboles mejoran el medio, y al enriquecer el aire con oxígeno, suavizan los efectos climáticos; previenen la erosión; protegen las cuencas y conservan el agua.
Como material, la madera tiene ventajas que la ponen a competir con otros materiales:
a) Tiene un amplio rango de pesos específicos. b) Puede dársele cualquier forma. c) A igualdad de peso es el material mas resistente a los esfuerzos. d) Presenta gran variedad de texturas y colores. e) Si se usa correctamente puede durar indefinidamente. f) Compite con otros materiales en costo. g) Necesita menos mano de obra. h) Es un material renovable.
CLASIFICACIÓN Y ESTRUCTURA
La madera es un material biológico de origen vegetal. Cuando forma parte del tronco de los árboles sirve para transportar el agua y las sustancias nutritivas del suelo hacia las hojas, da soporte a las ramas que forman la copa y fija las sustancias de reserva almacenando los productos transformados en las hojas.
Botánicamente, los árboles son plantas dotadas normalmente de un sólo tallo leñoso (el tronco) y el follaje sostenido por las ramas leñosas. La mayoría de las especies de árboles son plantas gimnospermas y angiospermas, pero abundan mas las pertenecientes a las angiospermas; estas plantas son conocidas comúnmente como "superiores" y se distinguen de las inferiores por el desarrollo de semillas.
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• Gimnospermas: Comprende unas 600 especies agrupadas en 47 géneros. De las 5 órdenes vigentes de las gimnospermas el único que tiene interés a nivel comercial es el de las coniferas o resinosas; dentro de este orden están los pinos con mas de 80 variedades, el abeto, el ciprés, el cedro, etc. La característica mas importante de las gimnospermas es que su semilla se encuentra "desnuda", es decir, no está encerrada en un ovario.
/ • Angiospermas: Sus semillas están encerradas en una envoltura tubular llamada ovario. Las
angiospermas predominan hoy en la vegetación de la Tierra, y se han adaptado hasta lograr la supervivencia en cualquier hábitat.
Las angiospermas a su vez se dividen en dicotiledóneas y monocotiledóneas. - Dicotiledóneas: Existen mas de 250.000 especies y comprenden un grupo muy heterogéneo que incluye plantas herbáceas, lianas, arbustos y árboles. Las órdenes maderables se les conoce comercialmente como Frondosas o Latifoliadas y entre ellas se encuentran el roble, el nogal, la haya, la acacia, el sauce, el eucalipto, el chanul, el otobo, etc.
- Monocotiledóneas: Se les llama así porque sus semillas tienen un sólo cotiledón; crecen en estado silvestre en todo el mundo. El corazón del tronco de un "árbol" monocotiledóneo es normalmente una masa esponjosa y fibrosa de tejido y no madera dura. Los troncos de las palmeras constituyen una excepción por tener el corazón mas duro. Se dice entonces, que sus troncos no pueden ser aserrados en secciones de tipo normal como tablas, tablones, etc. Se utilizan frecuentemente para postes y vigas pero en su forma original. En este grupo encontramos la guadua, la chonta, la cañabrava, etc.
Estructura macroscópica
Si se realiza un corte transversal en el tronco de un árbol gimnospermo y dicotiledóneo, se observarán en su orden las siguientes partes a partir de la médula o parte central del tronco y envolviéndola el xilema o estructura leñosa, el cambium, el floema y la corteza. Ver figura No. 14.
FIGURA No.14. ESTRUCTURA MACROSCÓPICA
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a) MÉDULA: Puede ser de sección circular, poligonal o estrellada y puede variar de 1 a 15 mm según las especies. Esta constituida por un tejido flojo o poroso, lo cual disminuye de diámetro a medida que envejece el árbol.
b) XILEMA: Está conformado por los anillos de crecimiento y los radios medulares.
Los anillos de crecimiento son una serie de anillos cilindricos, concéntricos, nacidos en la capa generatriz o cambium. En zonas en las cuales las estaciones son bien marcadas todos los árboles tienen anillos bien definidos. En las zonas tropicales, en donde las estaciones no son muy marcadas, los anillos de crecimiento no siempre se distinguen claramente debido al crecimiento casi continuo del árbol.
Los radios medulares son líneas que van desde el interior hacia el exterior del árbol, siguiendo la dirección de los radios del círculo definido por el tronco, formando el sistema transversal del tronco. Los radios están constituidos por células parenquimáticas, es por ello que son líneas débiles de la madera y durante el secado se producen grietas a lo largo de ellas.
Además el xilema está constituido por:
La Albura, que es un conjunto de células vivas y el Duramen que es un conjunto de células muertas o inactivas.
En una sección transversal de un tronco de un árbol procedente de climas templados, la albura se manifiesta como la capa mas clara y exterior, que posee células parenquimáticas vivas, traqueidas y vasos, así como fibras. Mientras que las células del duramen se manifiesta como la capa mas oscura e interior y en su mayoría son células no conductoras y no almacenadoras.
Las células parenquimáticas de la albura recién formada suelen vivir varios años, al envejecer la albura, y convertirse/en duramen, las paredes de sus células sufren un cambio químico y se hacen mas oscuras y densas.
El duramen contiene además menos humedad que la albura, sus células se llenan a menudo con inclusiones como taninos, resinas, colorantes, aceites, gomas y sales minerales. Las alteraciones de las paredes celulares y esas inclusiones dan a la madera su alto grado de pulimento.
Los taninos actúan como antibiótico protector: Cuanto mas tanino hay en el duramen, mas probabilidades de duración tiene éste; así ocurre, por ejemplo con la caoba y el ébano. En algunas especies no se desarrolla duramen, razón por la que algunos árboles, como álamos y sauces tengan tendencia a ahuecarse cuando envejecen.
Mientras que el grosor del duramen aumenta con el crecimiento del diámetro del tronco, el espesor de la albura sigue siendo prácticamente constante.
c) CAMBIUM: Se forma por diferenciación de las células del xilema primario y floema primario y sus células son aplanadas y de forma de ladrillo y constituye la madera.
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El cambium puede ser fascicular o interfascicular, según se organice dentro de los paquetes o entre dos paquetes vasculares, respectivamente. El cambium forma hacia afuera floema secundario o liber y xilema secundario o leño, hacia adentro, razón por la cual es llamado también cambium "Dipleúrico"; esto se traduce en un aumento de diámetro del tronco.
d) FLOEMA: Es la parte interior o parte joven de la corteza, y es la porción de tejidos encargada del transporte de agua y alimentos elaborados en las hojas. Cuando las células del floema pierden actividad, los tejidos mueren y pasan a formar parte de la corteza exterior.
e) LA CORTEZA O CORTEX: También llamada cilindro cortical, la corteza propiamente dicha o corteza externa que envuelve el tronco tiene como misión la de proteger y aislar los tejidos del árbol de los agentes atmosféricos y evitar la pérdida de agua de los tejidos internos. La corteza siempre es impermeable.
Estructura microscópica
La madera está constituida por distintas células unidas entre si fuertemente en apretados haces, los cuales forman el tejido leñoso del árbol y son las siguientes:
a) LAS TRAQUEIDAS: Constituye la mayor parte de las fibras de las coniferas. Permiten la comunicación de savia entre célula y célula porque se hallan en pares en las paredes adyacentes de éstas.
b) LOS VASOS: Son característicos de las maderas latifoliadas, son de forma tubuliforme. La comunicación de dos vasos adyacentes a una célula fibrosa, se logra a través de parejas de poros en sus paredes en contacto.
c) LAS CÉLULAS DE SOSTÉN O FIBROSAS: Constituye la mayor parte del tejido leñoso en las maderas latifoliadas y son muy parecidas a las traqueidas. Su función principal es la de soporte mecánico del tronco. Estas células también se llaman Esclerénquima.
d) LAS CÉLULAS DE PARENQUIMA: Son alargadas y de paredes delgadas. Sirven principalmente para la acumulación de sustancias de reserva.
Esta compleja organización estructural hace de la madera un material anisótropo, con propiedades diferentes en sus tres planos normales de corte (longitudinal, radial y tangencial), que la convierten en un elemento muy particular y con propiedades diferentes a otros materiales tradicionalmente empleados en la construcción.
Las células que conforman las distintas maderas son en su mayoría alargadas, ahusadas y huecas de ahí su naturaleza porosa. Estas cumplen distintas funciones en el árbol vivo, variando por lo tanto en su aspecto y conformación. Esta diferencia en la composición celular de los árboles permite agrupar las diversas especies maderables en dos grandes clases: Unas comúnmente llamadas maderas blandas que corresponden a las CONIFERAS y otras comúnmente llamadas maderas duras que corresponden a las LATIFOLIADAS.
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COMPONENTES QUÍMICOS DE LA MADERA
La madera contiene aproximadamente un 10% de carbono, 43% de oxígeno, 6.1% de hidrógeno, de 0.1% a 0.2% de nitrógeno y de 0.2% a 0.7% de cenizas. Los principales componentes químicos de la madera son de 40 a 60% de celulosa, de 22% al 30% de lignina, y de 12% a 22% de hemicelulosa.
La celulosa es la principal sustancia de sostén por su elevada resistencia y tenacidad al igual que los hidratos de carbono afínes que lo acompañan, llamada hermicelulosa; este par de componentes reciben el nombre de Holocelulosa, y equivalen del 62% al 82% de los componentes de la madera.
La lignina es la sustancia que produce la lignificación de los tejidos del duramen y su principal papel es el de cementación.
La descripción de la madera se da mediante los siguientes planos de corte, esquematizados en la figura No.5:
a) Sección Transversal: Es el corte practicado perpendicularmente al eje principal.
b) Sección Longitudinal: Es el corte paralelo al eje del tronco. El corte longitudinal puede ser:
1. Radial: Si el corte longitudinal se hace paralelo a los radios desde la corteza hasta la médula.
2. Tangencial: Si el corte longitudinal sigue la dirección perpendicular a los radios o tangente a los anillos de crecimiento.
PLANOS DE LA MADERA
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CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
a) COLOR: Originado por la presencia de sustancias colorantes y otros compuestos secundarios. Tiene importancia en la diferenciación de la madera y sirve como indicador de su durabilidad. En general, puede decirse que las maderas mas durables y resistentes son aquellas de color oscuro.
b) OLOR: Producido por sustancias volátiles como resinas y aceites que en ciertas especies producen olores característicos.
c) TEXTURA: Se refiere al tamaño anatómico, tiene importancia en el acabado.
d) VETEADO: Son figuras formadas en la superficie de la madera, debidas a la disposición, tamaño, forma, color y abundancia de los distintos elementos. Sirve para la diferenciación y uso de la madera.
e) ORIENTACIÓN DE LA FIBRA O GRANO: La diferente disposición que siguen los elementos leñosos longitudinales, es de gran importancia para la trabajabilidad y el comportamiento estructural.
f) HUMEDAD: la primera característica que debe tenerse en cuenta en la madera, pues de ella dependen otras características físicas y mecánicas.
Un árbol recién cortado contiene gran cantidad de agua, la cantidad varía según la época del año, la región de procedencia y la especie forestal. Las maderas livianas por ser mas porosas contienen una mayor cantidad de agua, así mismo la albura conformada por células cuya misión es la conducción de agua, presenta una humedad mayor que el duramen.
El agua contenida en la madera se encuentra bajo diferentes formas: el agua libre, el agua higroscópica y el agua de constitución.
1. AGUA LIBRE: ocupa las cavidades celulares. La cantidad de agua libre que puede contener una madera está limitada por su volumen de poros.
Al iniciarse el secado el agua se va perdiendo fácilmente por evaporación, pues la retienen por fuerzas capilares muy débiles.
2. AGUA HIGROSCOPICA: Llamada también agua de saturación, fija o de inhibición, se encuentra en las paredes celulares. El agua higroscópica se pierde una vez se ha perdido el agua libre, pero la pérdida de humedad ocurre con mas lentitud hasta llegar a un estado de equilibrio higroscópico con el medio ambiente circundante.
Para la mayoría de las especies el "equilibrio higroscópico" está entre el 12 y el 18% de contenido de humedad según el lugar donde se realiza el secado al aire.
La madera seca al aire sólo puede alcanzar estos valores de humedad de equilibrio; si se quiere valores menores debe secarse al horno. La totalidad del agua higroscópica se pierde cuando la madera se seca hasta peso constante, a una temperatura de 103+2 °C , así se pierde la totalidad del agua libre y la del agua higroscópica.
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3. AGUA DE CONSTITUCIÓN: hace parte de la estructura molecular de la madera y no puede ser extraída sin destruir la madera por combustión. Según el contenido de humedad la madera puede atravesar los siguientes estados:
-Madera Verde: ha perdido parte del agua libre y su humedad natural está por encima del punto de saturación de las fibras (PSF).
- Madera en el punto de saturación de las fibras: ha perdido la totalidad del agua libre y empieza a perder parte del agua higroscópica. El punto o zona de saturación de las fibras corresponde a un contenido de humedad entre el 21% y el 32%. Cuando la madera ha alcanzado esta condición sus paredes celulares están completamente saturadas pero sus cavidades están vacías.
Durante esta fase de secado, la madera no experimenta cambios dimensionales ni alteraciones en sus propiedades mecánicas. Por este motivo es muy importante el PSF desde el punto de vista físico- mecánico y de algunas propiedades eléctricas de la madera.
-Madera en equilibrio higroscópico: Cuando ha perdido la totalidad del agua libre y empieza a perder agua higroscópica hasta llegar a equilibrio con la humedad relativa del medio ambiente.
Para la mayoría de las maderas el equilibrio higroscópico está entre el 12% y el 18% de contenido de humedad depende de la humedad del lugar donde se realiza el secado. Una madera seca al aire sólo puede alcanzar estos contenidos de humedad.
-Madera en estado anhidro o seca: Es aquella que ha perdido la totalidad del agua libre y la higroscópica, se obtiene cuando la madera se seca hasta peso constante a la temperatura de 103 + 2 °C.
Determinación del contenido de humedad de la madera
Como ya se dijo antes, la madera se considera seca cuando al secarla a una temperatura de 103 + 2°C alcanza peso constante.
El contenido de humedad (CH) se define como el peso de la cantidad de agua presente en una pieza de madera.
Peso inicial - Peso anhidro CH = x 100 Peso anhidro o peso seco
Cuando el CH < PSF la madera sufre cambios dimensionales y varía sus propiedades mecánicas.
Para efectos de comercialización, industrialización y uso, la madera se clasifica en función de su contenido de humedad de ia siguiente forma:
152
- CH = 0 Madera seca o anhidra
La norma NTC 206 establece la forma de determinar el contenido de humedad de la madera por secado en el horno. Es el método mas exacto; su éxito depende de la correcta selección de las muestras las cuales deben ser representativas del lote.
Las muestras deben tomarse cortando de la tabla o pieza un listón transversal de 15 a 20 cm de espesor en la dirección del grano y a una distancia de por lo menos 50 cm del extremo de la pieza donde el contenido de humedad puede ser menor; las muestras deben estar sanas y libres de defectos y las herramientas para el corte bien afiladas para evitar perdidas de humedad por recalentamiento de las superficies de corte.
Las principales desventajas de este método son, por un parte el período de tiempo necesario para obtener el peso constante entre 20 y 60 horas y por otra, la pieza debe ser parcialmente destruida para obtener las muestras.
Otros métodos para determinar el contenido de humedad de la madera, son: medidores de resistencia eléctrica, medidores de radio frecuencia y medidores de capacitancia.
El medidor de resistencia eléctrica funciona basándose en la resistencia eléctrica que varía proporcionalmente con la humedad de la madera. Es mas o menos exacto para un rango de contenido de humedad entre 7% y 30%. El aparato tiene dos electrodos en forma de punzón que se introducen a una profundidad igual a la mitad del espesor de la tabla, y la resistividad media nos indica el contenido de humedad.
El medidor de radio frecuencia funciona, como su nombre lo indica, en base a radio frecuencias y tiene las mismas características del medidor de capacitancia.
El medidor de capacitancia, basado en las propiedades dieléctricas de la madera, es mas o menos exacto para un contenido de humedad entre 0 y 30%. Este medidor no utiliza agujas; funciona por contacto directo con la superficie de la madera, y por lo tanto puede utilizarse sin ningún temor en maderas pintadas o lacadas.
Al emplear cualquiera de los tres métodos, se deben tomar medidas del contenido de humedad en diferentes partes de la tabla y obtener un promedio.
g) CAMBIOS DIMENSIONALES: Los cambios dimensionales se deben a la pérdida o ganancia de agua higroscópica fenómeno que se presenta por el carácter higroscópico de la madera, la pérdida de agua libre no origina ningún cambio en las dimensiones de la madera.
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La madera, cuyo contenido de humedad está por debajo del punto de saturación de las fibras se hincha en contacto con la humedad, hasta llegar a ese punto; a partir de allí no aumenta más sus dimensiones aunque siga absorbiendo más agua porque el agua libre se va ubicando en las cavidades de la célula. Ver gráfica No. 15.
Tomado de: FERNÁNDEZ, Rosalba. "Materiales estructurales en las obras civiles. Universidad del Cauca. Facultad de Ingeniería Civil. Popayán 1992.
9 •/.
GRAFICA No.15. CAMBIOS DIMENSIONALES DE LA MADERA
Siendo la madera un material anisotrópico, la hinchazón o contracción en las tres direcciones u orientaciones no es la misma.
La contracción longitudinal desde la condición de verde a seca en horno, es mayor en maderas jóvenes. Se ha encontrado además, que para una misma especie la contracción longitudinal varía inversamente con la densidad. Eñ las coniferas de rápido crecimiento la contracción longitudinal es muy alta.
La contracción tangencial está entre 3,5% a 15% y la contracción radial está entre 2.4% a 11%.
La diferencia entre las variaciones dimensionales radiales y tangenciales, tal como se aprecia en la figura No. 16 es la causa de los alabeos y cambios de forma de las piezas de madera cortadas de un tronco húmedo; por lo tanto, la mejor forma de cortar un tronco es en el sentido radial, pero no es usual hacerlo porque se desperdicia mucho material.
Según la relación entre las variaciones dimensionales, tangencial/radial, se puede indicar el comportamiento de la madera así:
Tipo Madera
Muy estable
mayor de 1,8
Los cambios dimensionales son mayores en la albura que en el duramen, lo cual origina tensiones por desecación que se traducen en grietas.
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Tomado de: FERNÁNDEZ, Rosalba. "Materiales estructurales en las obras civiles. Universidad del Cauca. Facultad de Ingenie^ Civil. Popayán 1992.
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FIGURA No. 16. VARIACIONES DE LA MADERA POR CAMBIOS DE HUMEDAD
La hinchazón o contracción lineal de una pieza de madera cuando su contenido de humedad varía de seco al horno al punto de saturación de las fibras, se calcula con la siguiente fórmula:
d f - d o a = x 100
do
donde:
a = Hinchazón o contracción longitudinal, tangencial o radial expresada como un porcentaje
de la dimensión seca al horno, df = Dimensión longitudinal, tangencial o radial de la pieza de madera a un contenido de
humedad igual al punto de saturación de fibras (30%). do = Dimensión longitudinal, tangencial o radial de la misma pieza en condición seca al horno
(contenido de humedad igual a cero) La variación total de volumen (V) en una madera se determina por la siguiente fórmula:
V I - V 3 AV = x 100
V3
Donde:
155
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V1 = Volumen de la probeta de madera verde o saturada la cual se obtiene después de sumergirla en agua durante 48 horas.
V3 = Volumen de la misma probeta en estado anhidro o seco, el cual se obtiene después de secarla hasta peso constante a una temperatura de 103 + 2°C.
El coeficiente de contracción volumétrico (K), para fines prácticos, se considera como una función lineal del contenido de humedad e indica la variación del volumen por cada 1% que varía la humedad. Para determinarlo se emplea la siguiente fórmula:
V 2 - V 3 K = x CH*100
V3
Donde;
V2 = Volumen de la probeta húmeda, siempre y cuando la humedad esté por debajo de la humedad del punto de saturación de fibra.
V3 = Volumen de la misma probeta en estado anhidro.
CH = Humedad de la probeta cuando se determinó V2.
Según el coeficiente de contracción volumétrica el uso recomendado para la madera es el siguiente:
I: COEFICIENTE DE
Tonelería (empaques)
La humedad de saturación de fibras (PSF) se puede determinar en una madera por medio de la siguiente fórmula:
PSF = Liv K
Donde;
Uv = Variación total de volumen en una probeta, en %. K = Coeficiente de contracción volumétrica, en %.
La humedad de saturación de fibras de las diferentes especies maderables, generalmente se encuentran, entre un 25 y un 35%.
156
h) DENSIDAD: La densidad de la madera se define como la masa por unidad de volumen a un determinado contenido de humedad se expresa de la siguiente forma:
v
Donde;
D = Densidad en g/cm3.
m = Masa de una pieza de madera a un determinado contenido de humedad, en gramos.
V = Volumen de la misma pieza a igual contenido de humedad, en cm3.
Un aumento en el contenido de humedad en la madera trae como consecuencia un incremento de su masa en una proporción mayor que el incremento de su volumen y por lo tanto la densidad de la madera aumentará. Por encima del punto de saturación de las fibras, la tasa de incremento de la densidad será aún mayor debido a la estabilización del volumen, ya que por encima de este punto cesa el fenómeno de hinchazón.
El peso de un trozo de madera lo constituye la parte sólida y el peso del agua que contiene. El volumen de la madera es constante cuando tiene un contenido de humedad por encima del punto de saturación de la fibra y cuando ha alcanzado el estado anhidro o seco.
Debido a que, tanto la masa como el volumen varían significativamente según el contenido de humedad, es importante enunciar las condiciones de humedad bajo las cuales se obtiene la densidad. Para efectos de comparación de las densidades entre especies, se tienen las siguientes:
1) Densidad Verde (DV): relación entre el peso verde (PV) y el volumen verde (VV).
2) Densidad seca al aire (DSA): relación entre el peso seco al aire (PSA) y el volumen seco al aire (VSA).
3) Densidad anhidra (DA): relación entre el peso seco al horno (PSH) y el volumen seco al horno (VSH).
4) Densidad básica (DB): relación entre el peso seco al horno (PSH) y el volumen verde (VV). Esta es la menor de las cuatro.
La densidad básica ofrece ventaja al utilizarla para la clasificación de maderas, ya que sus magnitudes son estables en una especie determinada.
La densidad de la parte sólida de la madera es de 1,56 g/cm3 con variaciones insignificantes entre especies.
Densidad Relativa: relación entre el peso de la madera a un determinado contenido de humedad y el peso del volumen de agua desplazada por el volumen de la madera. En el sistema métrico la densidad relativa y el peso específico tienen el mismo valor, con la diferencia que este último no tiene unidades.
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La Norma NTC 290 especifica el modo de determinar la densidad relativa o peso específico de la madera.
La densidad de una madera, a una determinada humedad, se puede encontrar si se conoce la densidad a otra humedad, siempre y cuando ambas humedades estén por debajo del punto de saturación de las fibras. Se emplea la siguiente fórmula:
Dc h , = Dch2 - d(CHl - CH2)
d = DC H 2( l -K)/100
Donde;
DCH1 = Densidad al contenido de humedad CH1 que se desea determinar.
DCH2 = Densidad conocida para el contenido de humedad CH2. CH2 = Contenido de humedad conocido para la densidad DCH2. CH1 = Contenido de humedad a la cual se desea determinar la densidad DCH1. K = Coeficiente de variación volumétrica de la madera en estudio, valor en %.
La densidad anhidra de las maderas tropicales varía entre 0,1 g/cm3 (Balso) hasta 1,2 g/cm3 y 1,4 g/cm3 (Guayacán de bola).
La densidad en estado seco al aire se utiliza para calcular el peso propio de los elementos estructurales.
, La densidad básica y la densidad anhidra se utiliza en el análisis de las relaciones entre la densidad y las propiedades físicas y mecánicas. La densidad básica y el módulo de elasticidad son los parámetros utilizados para estimar las propiedades mecánicas de la madera, llegando a obtener correlaciones lineales y logarítmicas con un alto grado de confiabilidad entre la densidad y las propiedades mecánicas.
Las maderas tropicales de América del Sur (Zona Andina) se clasifican atendiendo a su densidad básica, así:
GRUPO DENSIDAD BÁSICA
B De 0,56 a 0,70 g/cm3
C De 0,40 a 0,55 g/cm3
De las especies estudiadas en el área subregional andina aproximadamente el 60% tiene densidad básica entre 0,40 y 0,70 g/cm3. Son las de mayor comercialización. Sirven para construcciones livianas y pesadas y corresponden a maderas que en general no presentan problemas especiales de aserrado, secado, preservación, clavado y trabajabilidad.
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Por encima de 0,70 g/cm3 de densidad básica existe un número significativo de especies que representa un 20%. Estas son de alta resistencia, alta densidad, que requieren condiciones especiales de aserrado, trabajabilidad, preservación y secado; son pesadas lo que incide en costos de producción y en la dificultad de clavado. Se usan en construcciones pesadas, como traviesas de ferrocarril, fabricación de muebles, etc.
Por debajo de 0,40 g/cm3 de densidad básica se encuentra el otro 20% de las especies maderables. Son por lo general blandas y se utilizan para fabricación de papel, enchapes, etc. Sin embargo, algunas de estas especies ofrecen resistencias semejantes a las del grupo estructural C.
Según la densidad anhidra la madera se puede clasificar así:
DENSIDAD ANHIDRO
Mayor 1,0 g/cm3
Muy pesada
i) DUREZA: La dureza de la madera es la resistencia que opone al desgaste, al rayado y a los clavos. Depende de la densidad, edad, estructura, sentido de aplicación del esfuerzo, y parte del tronco a la cual pertenece el elemento.
Por la dureza de las maderas se pueden clasificar en:
- Muy duras, como el Ebano, Encina y Tejo, etc. - Bastante duras, como el Roble, Fresno, Acacia, Almendro, etc - Algo duras, como el Castaño, Nogal, algunas especies de pino, etc. - Muy blandas, como el Tilo, el Balso, Alamo, etc.
La dureza está estrechamente relacionada con el trabajo que se ejecuta en la madera, bien sea a mano o mecánicamente; hay una relación directa entre la dureza y la dificultad para realizar este trabajo. Existe además una relación entre la dureza y la densidad, en general las maderas mas pesadas son las mas duras.
Hay poca diferencia entre la dureza determinada entre las secciones radiales y tangenciales, pero la dureza determinada en la sección transversal es mayor, como también es mayor la dureza del duramen que la de la albura, y la de la madera vieja que la de la joven.
j) HENDEBILIDAD: Es la propiedad que tiene la madera de ser separada por cortes en el sentido de la fibra. El astillado es mas común en el sentido de los radios por facilitarlo los radios medulares. Son mas hendibles las maderas mas duras y densas, que carezcan de nudos, con fibras rectas.
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k) CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Si tenemos en cuenta la estructura anatómica de la madera con sus numerosas cavidades, se puede ver que la madera es un mal conductor del calor.
La conductividad térmica varía con la especie, la densidad y el contenido de humedad; se puede decir en general, que la madera húmeda transmite mejor el calor que la madera seca, que la madera ligera es mejor aislante que la pesada y que la transmisión es mejor en la dirección longitudinal que en la dirección radial o tangencial.
La madera cambia de dimensiones cuando sufre variaciones de temperatura, y como material anisotrópico posee valores diferentes de dilatación térmica en las tres direcciones. La dilatación tangencial y la radial aumentan con la densidad. Siendo la tangencial mayor que la radial. La dilatación longitudinal no depende de la densidad pero varía con las especies.
Sin embargo, estas dilataciones no suelen notarse ya que una elevación de temperatura determina una disminución en el contenido de humedad y en consecuencia una contracción que contrarresta la expansión por dilatación.
1) TRANSMISIÓN Y ABSORCIÓN DEL SONIDO: Una de las principales ventajas de la madera es su capacidad para absorber vibraciones producidas por las ondas sonoras. Esta propiedad está íntimamente ligada con su estructura anatómica y su densidad. A menor densidad corresponde una mayor absorción del sonido.
PROPIEDADES QUÍMICAS
Para determinar las propiedades químicas de la madera, analizaremos su comportamiento en diferentes ambientes.
a) COMPORTAMIENTO ANTE EL FUEGO: La madera en general es un material combustible. La madera pesada prende entre 300 y 400°C; inicialmente la combustión es rápida y luego la rata de avance se estabiliza dependiendo de la humedad y de la forma de las estructuras; las superficies planas son mucho mas resistentes al fuego.
La descomposición de la madera sometida a temperatura creciente sigue las siguientes fases:
- A 95°C se evapora el agua de saturación. - Entre los 95°C y 150°C, se volatizan los materiales extraños o gases. - Entre 150 y 205°C, tostamiento y desprendimiento ligero de gases inflamables sin arder. - Entre 205 y 372°C, carbonización con desprendimiento de gases en mayor cantidad; iniciación
de brasas e inflamación a los 275°C. - Entre 375 y 510°C emisión rápida de gases inflamables y transformación del carbón en brasas.
En una pieza de madera después de un incendio se puede observar una capa de carbón en el exterior, que recubre la parte central intacta. La resistencia mecánica del carbón es nula, pero la parte central conserva sus propiedades originales.
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Por lo anterior, la reducción de resistencia de una pieza de madera después de un incendio se debe a la disminución de su sección útil.
El espesor de la capa de carbón depende de la especie vegetal, de la duración y de la intensidad del fuego. La velocidad con que se quema cada especie está bien definida. Dado el caso, en que se requiera de una hora para evacuar las personas y luchar contra el incendio y si es conocida la especie de la madera, bastará con agregar a cada dimensión de la sección útil, un valor igual o mayor al de la velocidad de combustión de la madera.
La madera puede ser protegida contra la acción del fuego con productos ignífugos; así tratada no extenderá las llamas y no contribuirá a su propia combustión; se carbonizará y si continúa expuesta a altas temperaturas se destruirá.
Los principales productos ignífugos son: El fosfato amónico, el ácido bórico, el cloruro amónico, el fosfato monoamónico, el cloruro de zinc y combinación de éstos productos.
La madera también se puede proteger del fuego recubriendo las construcciones, ya terminadas o en uso, con pinturas a base de silicatos solubles en agua, resinas de úrea, carbohidratos y emulsiones polivinílicas. Las capas deben ser gruesas.
b) COMPORTAMIENTO DE LA MADERA ANTE EL AIRE, LA LUZ Y EL AGUA: La madera es químicamente estable en ambientes constantes. Por eso su resistencia a la corrosión es considerable y su duración en sitios cerrados y secos o sumergida en el agua es muy larga, siempre y cuando se la proteja contra agentes bióticos xilófagos.
Cuando el medio no es constante, es decir, cuando existen cambios de humedad y sequedad, las superficies expuestas de la madera presentan pequeñas hendiduras y fisuras que se pueden convertir con el tiempo en grandes grietas; por lo tanto el deterioro causado por la acción atmosférica se debe principalmente a la variación de sus capas superficiales con tensiones alternadas de compresión y tracción que producen la desintegración de esas capas, facilitando a su vez la invasión de los hongos. Para lograr una buena resistencia a los cambios externos y rápidos de humedad de las capas superficiales se recomienda impregnarlas con pinturas o sustancias hidrófugas. Las maderas pesadas y de duramen bien marcado son muy duraderas.
La madera bajo la acción de la luz, se comporta bien si está en grandes piezas, en láminas de pequeño espesor son atacadas fuertemente. Cuando la luz es rica en rayos ultravioleta cambia el color de la madera, dándole un tono tostado o grisáceo.
La meteorización de la madera por la acción de los agentes atmosféricos, aumenta con la intensidad y duración de la luz, con la magnitud de los cambios de temperatura y humedad y con la velocidad del viento.
c) COMPORTAMIENTO EN AMBIENTES ÁCIDOS: La madera es un material muy resistente a los ácidos y únicamente empiezan a destruir sus fibras cuando tienen un PH menor o igual a 2; la hinchazón en ambientes ácidos es menor que con el agua.
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La madera es poco resistente a algunos ácidos, dentro de los cuales podemos nombrar: el ácido crómico y el cloruro de zinc; por eso no se recomiendan preservadores a base de estas sustancias, pues si la madera pierde mucha humedad y acrecientan su concentración, terminan por destruirla.
La madera tiene una alta resistencia a los siguientes ácidos: ácido acético, carbónico, cítrico, clorhídrico, fluorhídrico, nítrico al 5% frío, sulfúrico al 6%, etc.
d) COMPORTAMIENTO EN AMBIENTES BÁSICOS O ALCALINOS: No es tan favorable como frente a los ácidos. En ambientes hasta con un PH menor que 11 no se desarrolla una corrosión importante y por el contrario contribuye a proteger la madera de los hongos. La maderas coniferas resisten mejor los ambientes alcalinos que las latifoliadas. Las maderas en ambientes alcalinos sufren una hinchazón mayor que con el agua.
e) COMPORTAMIENTO EN AMBIENTES SALINOS: Las sales neutras no ejercen ninguna acción perjudicial en la madera, por eso sus soluciones son muy utilizadas como preservadores.
La madera se comporta muy bien con las siguientes sales: Agua de mar, alumbre, cloruro de aluminio, sulfato de potasio, sulfato de aluminio, sulfato de cobre y soluciones de sales de sodio.
La madera no resiste bien las siguientes sales: Solución de sulfuro de sodio, carbonato de sodio, cloruro de magnesio y sales de hierro.
DURABILIDAD
La durabilidad de la madera depende de las características del medio circundante y de la protección que se le haya dado.
La celulosa, compuesto principal de la madera, a temperatura ordinaria y al aire seco es inalterable, pero en ambientes húmedos se descompone tomando un color oscuro y perdiendo su resistencia.
La degradación de la madera se debe en parte al ataque de organismos biológicos destructores como los hongos y los insectos xilófagos, que en determinadas condiciones de temperatura, humedad y oxigenación pueden invadir ciertos sectores de la madera.
Otro tipo de ataque es ocasionado por mohos y hongos, que aunque no destruyen las células se alimentan de las sustancias que contienen en su interior; éstos organismos atacan a la madera cuando tiene una humedad superior al punto de saturación de las fibras.
Para evitar el ataque de organismos biológicos, cuando la madera no tiene durabilidad natural, se trata con la impregnación de sustancias preservantes.
La durabilidad natural de la madera depende de la especie y de la parte del tronco de donde ha sido extraída. Generalmente el duramen contiene sustancias tóxicas como las fenólicas que rechazan a los agentes biológicos cuando quieren invadirlo; la albura en cambio, no tiene durabilidad natural.
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PRESERVACIÓN: Se entiende por preservación o inmunización de la madera, el proceso mediante el cual se aplica un producto químico, capaz de protegerla contra el ataque de hongos e insectos.
Los productos que se pueden utilizar son compuestos químicos puros o mezcla de ellos; varían en naturaleza, eficiencia y costo. Por lo general son compuestos sólidos que requieren de un solvente para penetrar en la madera. En razón al solvente que necesitan pueden ser hidrosolubles y oleosolubles.
Para aplicarlos existen dos formas: Sin presión y con presión.
Los tratamientos sin presión se pueden hacer: Con brocha pero es sólo un mantenimiento temporal; con atomizador el cual ofrece una mejor impregnación; por inmersión en el preservante; y por último el baño caliente y frío, consistente en sumergir la madera seca en baños alternados con preservante frío y caliente.
En los tratamientos con presión, el preservante se aplica a la madera utilizando presiones distintas a la atmosférica, en una autoclave.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Se refieren a la resistencia que ofrece la madera a los diferentes esfuerzos de trabajo por la acción de cargas que actúan sobre ella.
Para poder efectuar los cálculos de una estructura es necesario conocer las propiedades mecánicas del material que se va a utilizar. La madera, a diferencia de otros materiales, por ser un elemento natural está sujeta a amplias variaciones, según su especie, origen, lugar dentro del tronco, alteraciones y defectos, etc, que no es posible controlar y que tienen una gran importancia sobre sus propiedades mecánicas.
En el análisis de las características mecánicas de la madera no se hace diferencia en el sentido radial y tangencial a pesar de que, aunque existe diferencia, no se considera por su poca magnitud y porque el material no se asierra diferenciando estas dos direcciones. Las propiedades mecánicas se especifican para la dirección longitudinal o paralela a la fibra y transversal o perpendicular al grano o fibra.
Las propiedades mecánicas se ven afectadas por:
a) Dirección de la fibra con respecto al lado largo de la pieza: Existe dentro de la madera una dirección privilegiada, la del eje axial o de crecimiento del árbol, de una gran resistencia a los esfuerzos por ser estos paralelos a las fibras y dos direcciones poco resistentes, perpendiculares a la anterior, situados en el plano transversal, las direcciones radial y transversal.
b) La humedad de la madera: La humedad, al igual que el resto de las propiedades físicas, tiene una gran influencia en las propiedades mecánicas de la madera. Cuando el porcentaje de humedad aumenta la resistencia mecánica disminuye, hasta llegar al punto de saturación de las fibras a partir del cual las propiedades mecánicas permanecen constantes. El anterior comportamiento puede observarse en todos los ensayos a los cuales es sometida la madera, a excepción del choque o impacto y la tracción perpendicular a la fibra.
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En la gráfica N° 16 aparece la variación de la resistencia con la humedad.
Resistencia
C H S P S F
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 CH%
GRAFICA N° 16. VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS
Tomado de: FERNÁNDEZ, Rosalba. "Materiales estructurales en las obras civiles. Universidad del Cauca. Facultad de Ingeniería Civil. Popayán 1992.
En donde:
Rs = Resistencia correspondiente a la madera seca al aire.
R = Resistencia de la madera verde. v
Por lo anterior la resistencia de una madera a una esfuerzo dado es función del grado de humedad y en consecuencia, la resistencia considerada no puede definirse con exactitud sino con respecto a un porcentaje de humedad determinado.
Para maderas de la subregión andina se han encontrado los siguientes porcentajes de variación, en los valores de la resistencia con el contenido de humedad:
P R O P I E D A D % DE VARIACIÓN P O R C A D A
1% QUE VARIA L A H U M E D A D
- Compresión paralela a las fibras
- Tracción paralela a la fibra
- Corte
- Flexión
3
3
4
2
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Este coeficiente de influencia de la humedad se determina experimentalmente para cada tipo de madera en muestras homogéneas sacadas del mismo anillo de crecimiento del árbol.
c) La densidad: La densidad tiene gran importancia en la resistencia mecánica de la madera. En probetas pequeñas se considera que la resistencia varía proporcionalmente con la densidad, esto es a mayor densidad mayor resistencia.
d) Temperatura: Influye en las propiedades mecánicas, si se aumenta la temperatura- hay disminución en ellas. La madera expuesta por un tiempo prolongado a altas temperaturas sufre cambios irreversibles en sus propiedades.
A un contenido de humedad constante y una variación en la temperatura alrededor de 200°C, la variación de las propiedades mecánicas es lineal y los cambios reversibles, pero cambios bruscos de temperatura, producen cambios irreversibles.
e) Tiempo de aplicación de la carga: Mientras mas corto sea el tiempo de aplicación de la carga, mayores son los esfuerzos de trabajo admisible, esto es, hay que multiplicar la carga de trabajo por un factor cada vez mas grande a medida que el tiempo disminuye.
TIEMPO DE APLICACIÓN FACTOR DE LA CARGA FACTOR
Permanente 1,00
2 meses 1,25
2 semanas 1,3
5 días 1,35
1 hora 1,6
10 minutos 1,7
5 segundos o menos 2,00
Al cargar un elemento de madera por primera vez se presenta una deformación elástica. Si la carga se mantiene, ocurre una deformación adicional dependiendo del tiempo. Este fenómeno se denomina "Creep". Para algunas especies latifoliadas se ha encontrado que el incremento de la deformación puede llegar a ser 2 ó 3 veces la deformación elástica inicial
f) Tensiones de crecimiento: Son los esfuerzos horizontales a los que es sometido el árbol durante su crecimiento; el viento, la excesiva pendiente del terreno y la luz en un sólo sentido puede provocar fallas en el tronco que cicatrizan porque el árbol está vivo, pero que al cargar el elemento en la estructura su resistencia es baja por la falta de continuidad en las fibras o por falta de paralelismo.
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g) Defectos en la madera: Algunos defectos de la madera, especialmente los nudos que son discontinuidades debidas al nacimiento y desarrollo de las ramas, afectan el comportamiento mecánico de la madera, especialmente cuando se encuentran en zonas de tensión; por lo tanto debe realizarse una inspección visual a las piezas de madera que se van a destinar a uso estructural.
A continuación estudiaremos las principales propiedades mecánicas de la madera, que más interesan desde el punto de vista estructural:
- Resistencia a la compresión paralela a la fibra: La madera presenta gran resistencia a los esfuerzos de compresión paralelos a sus fibras. Bajo la acción de un esfuerzo de compresión en el sentido axial, una pieza de madera se expande en su parte media; los haces de fibras, muestran tendencia a separarse en columnillas y luego a fallar individualmente; la rotura puede consistir en un agrietamiento longitudinal de la pieza que se arruina por pandeo de estas columnillas, o por un deslizamiento de la parte superior sobre la parte inferior, a lo largo de un plano mas o menos oblicuo sobre el eje de la pieza.
Cuando se trata de elementos a escala natural, como en el caso de columnas, solamente aquellas con una relación de esbeltez (longitud/ancho) <10, desarrollan toda su resistencia al someter el elemento a esfuerzos de compresión. Para elementos mas esbeltos, la resistencia está limitada por el pandeo lateral y depende mas de la forma geométrica de la pieza que de la propia capacidad resistente de la madera.
Para maderas tropicales los valores del esfuerzo de rotura en compresión paralela a la fibra varía entre 100 y 300 kg/cm2.
La Norma NTC 784 especifica como realizar el ensayo de compresión paralelo al grano.
La figura N° 18 presenta las formas de falla de las probetas sometidas al ensayo de compresión paralelo a la fibra.
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UJU^ílj^JJ.
a b c d *
FIGURA N° 18. FORMAS DE FALLA DE PROBETAS EN EL ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA
- Resistencia a la compresión perpendicular a la fibra: La aplicación de carga en el sentido perpendicular a la fibra tiende a comprimir las cavidades de las células, esto hace que la densidad se incremente y por consiguiente la capacidad de resistir; sin embargo la deformación es alta, siendo ésta la limitante para cargar el elemento.
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La Norma NTC 785 establece el método para determinar la resistencia a la compresión perpendicular a la fibra. La carga máxima que se aplica es la que produzca una deformación del 5% de la probeta ensayada.
- Resistencia a la tracción paralela a la fibra: La resistencia a la tracción paralela a la fibra en probetas pequeñas libres de defectos, es aproximadamente dos veces la resistencia a la compresión paralela a la fibra; la falla es súbita, comportándose la madera en este aspecto como un material frágil, pero rara vez en las construcciones falla por tracción pura; antes se rompe bajo la acción de esfuerzos secundarios, que normalmente acompañan a este tipo de solicitudes, originados por la interrupción de las fibras, por agujeros de los pasadores o tornillos, cambios de sección, compresión causada por piezas de enlace en los nudos, etc. El valor del esfuerzo de rotura para el ensayo de tracción paralela a la fibra varía entre 500 y 1500 kg/cnr2.
La gráfica N° 17 compara las curvas esfuerzos-deformación para maderas latifoliadas sometidas a los esfuerzos hasta ahora descritos.
GRAFICA N° 16. RESISTENCIA DE LA MADERA FRENTE A DIFERENTES SITUACIONES DE ESFUERZO
Tomado de: FERNÁNDEZ, Rosalba. "Materiales estructurales en las obras civiles. Universidad del Cauca. Facultad de Ingeniería Civil. Popayán 1992.
- Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra: La madera tiene menor resistencia a los esfuerzos de tracción perpendicular a sus fibras, porque a este esfuerzo se opone, únicamente, la adherencia entre las fibras, que por ser muy pequeña permite la rotura con esfuerzos muy reducidos, que van entre 20 y 40 kg/cm2. La resistencia no depende, como en otros ensayos, de la densidad pero si de la composición química de la madera.
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- Resistencia al corte: Por la naturaleza fibrosa de la madera, su resistencia al corte es mucho mayor en la dirección perpendicular a la fibra que en la dirección paralela. La resistencia al corte en el sentido perpendicular a la fibra es tan alta que en el diseño normal de estructuras no se considera pues antes de que el material falle por cortante es necesario ejercer sobre la pieza un esfuerzo de compresión tal que hace que el material falle.
La resistencia al corte en el sentido paralelo a la fibra varía entre 25 y 200 kg/cm2, este valor aumenta con la densidad aunque en menor proporción que la resistencia a la compresión, también depende mucho del tamaño de los elementos. La Norma NTC 775 especifica la forma de realizar el ensayo y las dimensiones de la probeta a ensayar.
- Resistencia a la flexión: En una pieza sometida a esfuerzos de flexión, una parte está sometida a esfuerzos de compresión y la otra a esfuerzos de tensión, separados por la fibra neutra, en la que sólo existen esfuerzos cortantes; las fibras mas alejadas de la neutra son las que están sometidas a los máximos esfuerzos.
Como la resistencia a la compresión es menor que a la tensión, la falla se inicia en la zona de compresión, lo que hace que se incrementen las deformaciones en la zona comprimida, y que el eje neutro se desplace a la zona de tracción, aumentando rápidamente las deformaciones totales hasta que la pieza falla por tensión.
La figura N°19 muestra las diferentes formas de fallas en una probeta cuando es sometida al ensayo de flexión.
c d
V
FIGURA N°19. FORMAS DE FALLA EN EL ENSAYO DE FLEXION
Donde: a) Tensión simple (vista lateral)
b) Tensión a través de la fibra (vista de la cara en tensión)
c) Tensión astillante (vista de la superficie en tensión).
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d) Tensión pura (vista de la superficie en tensión). e) Compresión (vista lateral) f) Corte horizontal (vista lateral).
La resistencia a la flexión de la madera varía entre 200 y 1700 kg/cm2 dependiendo de la densidad, de la especie y del contenido de humedad.
PROPIEDADES ELÁSTICAS
La madera presenta un comportamiento elasto-plástico y su resistencia mecánica por unidad de peso es mayor que la del concreto y el acero.
La madera se deforma elásticamente, hasta el límite proporcional por encima del cual la deformación es de tipo plástica hasta el punto de rotura.
El módulo de elasticidad, el de corte y el de Poisson, son los parámetros que definen sus características elásticas. La madera como material ortotrópico (las direcciones son perpendiculares entre sí), tiene tres módulos de elasticidad, tres módulos de corte y seis módulos de Poisson, orientados y dirigidos según los tres ejes ortogonales. Desde el punto de vista práctico sólo se consideran tres.
- Módulo de elasticidad:
Es una medida que caracteriza la rigidez de un material, es decir, su capacidad de deformación.
El módulo de elasticidad de la madera se puede obtener directamente en las curvas esfuerzo- deformación obtenidas en los diferentes ensayos.
Según los resultados obtenidos en maderas tropicales, el módulo de elasticidad obtenido en un ensayo de compresión paralelo a la fibra, es mayor que el obtenido en un ensayo de flexión; sin embargo, se toma este último como genérico de la especie, por ser las deflexiones o deformaciones en elementos a flexión, el criterio básico para su dimensionamiento.
Las maderas latifoliadas tienen un módulo elástico mayor que las coniferas.
• Módulo de corte o rigidez:
Relaciona las deformaciones con los esfuerzos de corte o cizallamiento; varía con las diferentes direcciones de la madera, sin embargo se escoge el que lleva la dirección de las fibras.
El módulo de rigidez y el módulo de elasticidad varían con la especie, y dentro de la especie, con la humedad y con la densidad; con el aumento en el contenido de humedad la madera puede deformarse :on más facilidad, situación que es aprovechada por la industria, antes de curvar la madera, se incrementa su contenido de humedad por medio de vapor.
El módulo de rigidez es aproximadamente igual a 1/16 ó 1/25 del módulo de elasticidad.
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ESFUERZOS ADMISIBLES
El esfuerzo admisible o de trabajo es aquel que soporta un elemento estructural bajo condiciones normales de uso. En general los valores máximos admisibles se obtienen dividiendo el esfuerzo de rotura por un factor de seguridad. Para nuestras maderas se usan los siguientes factores:
E S F U E R Z O
F l e x i ó n
C o m p r e s i ó n p a r a l e l a a la f ib ra
C o m p r e s i ó n p e r p e n d i c u l a r a la fibra
C o r t e o c i za l l adu ra
F A C T O R D E S E G U R I D A D
8 - 1 0 6 - 8
4 - 6 5 - 7
Una vez que la madera cumple con los requisitos de clasificación visual, se agrupan en tres grupos: A, B y C, considerando sus propiedades mecánicas y su módulo de elasticidad así:
GRUPO
A
G R U P O
A
B
C
E P R O M E D I O kg/cm2
130000
100000 9 0 0 0 0
Según el grupo estructural, es decir, teniendo en cuenta sus propiedades mecánicas, algunas maderas colombianas se pueden agrupar así:
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TABLA N°33. ALGUNAS MADERAS COLOMBIANAS SEGÚN SU TIPO ESTRUCTURAL
NOMBRE COMUN NOMBRE CIENTÍFICO GRUPO
Abarco Carimana pyriformis C Aceite María Calophyllum mariae C Achapo Cedrelinga catenaeformis C Ají, arracacho Clavisia racemosa B Algarrobo Hymenaea courbaril A Avichun Brosimun Mleanum B Bálsamo Myroxylon peruiferum A Caimito Chrysophyllum cainito A Carrá Huberodendrom patinol C Ceiba amarilla Hura crepitans C Ceiba toina Bombacopsis quinata C Copaiba Copaitera officinalis c Castillo Aspidosperma macrocarpon A Cupaiba Copaifera publiflora B Chanul Humiriasfran procerum A Chaquiro Goupia glabra A Chocolatillo Piptadenia grata A Choco Ormosia coccínea B Chuguacá Hieronyma laxiflora C Chupón Pouterua anibifolia B Dinde Chlorophora tinctoria B Dormilón Pentaclethra macroloba C Fernán Sánchez Triplaris guayaquilensis C Flor morado (roble) Tabebuia rosea B Guaímaro Brosimum alicastrum B Guayabo Terminaba amazonia B Guayabón Terminaba guianensis B Machave Symphonia globulifera B Mora Clarisia racemosa B Murcillo Erisma uncinatum C Nato Mora megistosperma B Oloroso Humiria balsaminifera A Pantano Hieronyma chocoensis B Pino real (chaquiro) Prodocarpus sp C Punte candado Minqartia quianensis A Samán Pithecellobium saman C Sande Brosimum utile c Sangregao Pterocarpus sp A Tananeo Peltogyne porphyrocardia A Tangare Carapa guianensis C
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