informe madera

INTRODUCCIÓN

La madera, como todo material orgánico es, quizás, el material más antiguo para construcción. Su uso parte del procesamiento de los árboles para la satisfacción de las necesidades del hombre. Como material de construcción, es el más ampliamente usado.

De la madera se derivan muchos materiales compuestos como el triplex (madera laminada o conocida localmente como triplay), los tableros de partículas y el papel. Junto con los materiales tradicionales como tablones, vigas, travesaños, etc. cada vez se emplean más las estructuras de madera encoladas y diferentes artículos obtenidos a partir de los desechos de su labra (astillas, virutas, aserrín, etc.). Los desechos constituyen más del 50% de la madera recolectada naturalmente y junto con la leña, son transformados en paneles de virutas o fibras de madera con propiedades muy variadas, muchas veces, mejores que la madera misma. El triplay, por ejemplo, ha resuelto el problema de las propiedades altamente direccionales de la madera.

Entre las características que hacen de la madera uno de los materiales de construcción más versátiles está la alta resistencia mecánica y elevada elasticidad en relación a una masa volumétrica muy baja, además de la baja conductibilidad térmica. Con esta propiedad es posible tener elementos de pocas dimensiones cuando, para las mismas condiciones de carga, deberían tener mayor tamaño si se hicieran en otro material, como el concreto. La madera soporta el frío, es fresca en el calor, no se disuelve en agua ni en otros solventes orgánicos. Es fácil de labrar y la unión de las piezas es muy versátil, pues se tienen como alternativas, la cola, los ensambles, los clavos, etc.

Como todo material orgánico, sus características y propiedades serán variables. Muchas de ellas serán anisotrópicas. Su calidad depende mucho de la especie del árbol, sus condiciones de crecimiento, de la presencia de defectos, etc. Además, las condiciones de humedad hacen variar las propiedades físicas y mecánicas, de modo que hay consideraciones especiales que deben tomarse en cuenta cuando se trabaja con madera.

TECNOLOGIA DE MATERIALES 1

MARCO TEORICO

DEFINICION

La madera es un polímero natural compuesto por celdas largas y huecas en forma de tubos largos y delgados, con extremos ahusados, cuyos ejes corren paralelos a la longitud del árbol, y, de manera secundaria, de celdas que irradian del eje central del árbol. Su estructura parece un panal de abejas, conformada por diferentes células biológicas y sus paredes celulares están constituidas por fibras de celulosa. Las celdas organizadas forman cadenas a manera de fibras, aglomeradas en una matriz de polímeros por medio de una resina natural, llamada lignina y otros compuestos orgánicos, además de diversidad de cristales inorgánicos, lo suficientemente duros para desbaratar hasta los dientes de un gusano roedor-toredo. Así pues, el comportamiento de la madera es similar al de un conjunto de tubos de paredes delgadas, adheridos unos a otros.

La pared de la celda consiste en celulosa cristalina, paralelamente alineada con el eje de la celda. La celulosa natural típica tiene varios miles de unidades moleculares de C6H 10O5 en cada cadena lineal. Los cristales de la celulosa están ligados entre sí por una compleja lignina amorfa, formada por compuestos de hidratos de carbono. La sustancia de la madera es 50 a 60% de celulosa y 20% a 35% de lignina y el resto son hidratos de carbono y minerales.

ESPECIES DE LA MADERA

Cabe mencionar que la madera y tanto su estructura como su comportamiento son producto de las condiciones del ambiente de crecimiento. Por ello, las especies de madera se clasifican en dos grandes grupos: las coníferas, que son propias de los climas templados; las latifoliadas o frondosas, propias de los climas tropicales o semitropicales. La mayoría de los manuales y bibliografía se basa en la experiencia de los países consumidores de maderas coníferas, por lo que se intentará aclarar las principales diferencias entre ambas especies.

La madera latifoliada tiene una estructura anatómica heterogénea, constituida por diferentes células leñosas, tales como los vasos o poros que tienen la función de conducción del agua y sales minerales. Estas células forman del 6 al 50% del volumen total de la madera, siendo este porcentaje mayor en las maderas blandas y porosas. También existen fibras que son células adaptadas a la función mecánica y que forman el 50% o más


del volumen de la madera. A mayor porcentaje de fibras, mayor densidad y por tanto, mayor resistencia mecánica.

Asimismo, se observan células de parénquima que tienen la función de almacenamiento de sustancias de reserva y forman un tejido leñoso blando. En muchas especies tropicales superan el 50% del volumen total.

Esquema de la estructura de una madera latifoliada

La madera conífera tiene una estructura anatómica homogénea y está constituida por elementos leñosos llamados traqueidas que forman del 80% al 90% del volumen total de la madera y tienen la función de resistencia y conducción. Asimismo, presenta células de parénquima en menor proporción.


Esquema de la estructura de una madera conífera

Pero una de las diferencias existentes entre las maderas coníferas y latifoliadas que constituye una característica notoria en el comportamiento mecánico es aquella relacionada con la resistencia y rigidez (capacidad para experimentar deformación). El detalle se explica más adelante.

En el Perú, las especies identificadas y estudiadas por el PADT-REFORT de la Junta del Acuerdo de Cartagena son 20, que se muestran en la Tabla 1. También se incluye el porcentaje de contracción total, relacionada entre la condición verde a la condición anhidra.


PROPIEDADES FÍSICAS

A diferencia de otros materiales, como el acero por ejemplo, la madera tiene una gran variación de sus propiedades dentro de una misma especie según las condiciones de crecimiento. Algunas propiedades no varían con la dirección de evaluación, como la humedad, la densidad o la gravedad específica; sin embargo, otras sí varían significativamente según la dirección de ensayo.

TexturaLa textura se refleja como el dibujo de la madera, relacionado con las capas anulares, los radios medulares, los vasos, etc.

BrilloEl brillo de la madera se manifiesta como la calidad de la superficie de la madera terminada.Depende de su densidad y del grado de elaboración. La madera pierde su brillo cuando se pudre.

OlorEl olor es otra propiedad física importante que puede ser de gran impacto en una aplicación específica de la madera. El olor en la madera se debe principalmente a la presencia de sustancias resinosas (resinas), etéreas (éter) y tánicas (taninos).


En general se puede decir que los hay dulces y amargos. Normalmente las maderas de árboles tropicales tienden a los olores amargos pues las sustancias actúan como una protección frente al ataque de insectos xilófagos y hongos, como parte de su supervivencia. Por ello, las maderas de esta calidad tienen mejores propiedades de durabilidad y resistencia al deterioro por la humedad. En cambio, los árboles con olores dulzones tienden más bien a atraer a los insectos y requieren de la aplicación de preservantes, que son sustancias que actúan a manera de insecticidas para protegerlos de los ataques de insectos.

DurezaSegún la dureza de la madera, se pueden agrupar las maderas en blandas y en duras. Las maderas blandas son por lo general las coníferas, jóvenes y verdes. Las maderas duras son latifoliadas, generalmente más resistentes y fuertes que las maderas blandas. Pero siempre se encontrarán excepciones. Por ello, el adjetivo dura o blanda tiene poco significado y es mejor usar un valor específico de resistencia mecánica para ello.

PorosidadEstá dada por los espacios entre las células de la madera. En las maderas coníferas la porosidad puede ir desde el 46% al 81%, mientras que en las maderas latifoliadas de árboles por lo general frondosos está entre el 32% al 80%.

DensidadEn el caso de la madera se distinguen la densidad real de la aparente. Como la conformación de la madera es de celdas huecas, la densidad real corresponde al material de las paredes de estas celdas, mientras que la aparente corresponde al bloque de madera, incluyendo los poros y huecos entre estas celda.Debido a su relación con los cambios de humedad, la densidad aparente debe medirse en términos de la condición en que se encuentra la madera. De esta manera se tienen 3 valores característicos de densidad aparente de la madera: verde, seca al aire o anhidra (seca en horno). De ellas, la densidad verde es la menor, que se suele llamar básica. La densidad real de la madera se mide como la masa libre de humedad (seca) entre el volumen total de la parte sólida correspondiente a un determinado contenido de humedad.Normalmente se medirá con un método de inmersión, que será el más seguro. La densidad real del parénquima de la madera es, más o menos, la misma para todas las especies: 1.54 a 1.56. La densidad aparente es mucho menor debido a los huecos (células vasculares) y a las grietas accidentales en la estructura celular. En las maderas comunes, la densidad varía desde 0.12 para la madera balsa hasta 0.74 para el roble o encino. Esta


densidad, además de variar por las características propias de la madera, para una misma pieza cambia según el contenido de humedad. La resistencia y dureza de estas maderas tienen una variación similar.Existe una buena relación entre la densidad básica y las propiedades mecánicas de la madera a nivel de probetas pequeñas libres de defectos1, pero no se mantiene necesariamente en vigas a escala natural. Por ello, esta relación puede ser referencial, pero es indispensable realizar ensayos a escala natural.

Gravedad específicaYa se vio que la densidad aparente de la madera puede variar notablemente de una especie a otra, pero aún en maderas de la misma especie se pueden encontrar variaciones importantes. Por ello, cuando se hacen ensayos para comparar otras propiedades, es mejor usar la densidad real o la gravedad específica. La gravedad específica es el mismo valor de densidad real relacionado por un valor de densidad constante conocida, como el caso del agua. Como se explicó anteriormente, la densidad de la madera secada al horno será mayor que la misma pieza verde por el cambio de volumen de una condición a otra. Lógicamente, esta premisa es válida también para la gravedad específica.

Masa volumétricaComo ya se dijo, la madera en bloque contiene espacios dentro de las células vasculares y las grietas en la estructura celular. Por ello, la masa volumétrica también es muy variable.Generalmente coincide con la densidad aparente.

HumedadLa humedad de la madera se expresa como un porcentaje respecto a la masa de la madera. La humedad presente en la madera consiste en el agua absorbida en las paredes de las células (agua absorbida o higroscópica) y el agua contenida en las cavidades entre las células. Cuando se seca la madera, primero se elimina el agua en las cavidades entre las células o agua libre.El contenido de humedad en la madera depende fundamentalmente del momento en que se usa respecto al momento en que se cortó. Una madera en el tronco tiene una humedad mayor que una madera aserrada y dejada en almacenes por un largo tiempo. Por ello, las propiedades son muy sensibles a los cambios de humedad.En un punto llamado punto de saturación de fibra, las cavidades están vacías, aunque las paredes de las células todavía estén saturadas por completo con agua. Con el secado adicional en aire normal, esta reducción en la humedad continúa hasta que se llega a un contenido de humedad en equilibrio.


En una atmósfera con 60% de humedad relativa y aire a 21°C, el contenido de humedad de la madera se estabiliza, a más o menos el 11%. Aunque el secado en estufa ú horno puede reducir de 2 a 6% más el contenido de humedad de la madera, esta reducción no es permanente y el contenido de humedad volverá a ser de 11% cuando la madera esté otra vez en el aire ambiental con las mismas condiciones de humedad relativa y temperatura del aire. En la Tabla 2 se muestran los valores aproximados de humedad de equilibrio para diferentes condiciones de temperatura y humedad relativa.El agua absorbida o higroscópica contenida en la célula de la madera se debe a su avidez por la humedad, debido a que la celulosa contiene muchos grupos hidroxilo, que son fuertemente hidófilos (atrapan fácilmente la humedad). Cuando están expuestas a la humedad, con frecuencia en la forma de aire con elevada humedad relativa, las paredes de las células de la madera absorben grandes cantidades de agua y se hinchan. Este proceso ocasiona que el agua absorbida neutralice las fuerzas intermoleculares entre las macromoléculas de la celulosa, con lo que se reducen la resistencia y la rigidez de la madera.

Se suele definir un valor de humedad llamado punto de saturación, por encima del cual las propiedades varían muy poco. En la mayoría de las maderas, este valor está entre el 26% y32% y se usa por lo general un valor promedio de 30%. La madera verde, por razones obvias, tiene valores que exceden este límite. Cuando la humedad de la madera es menor a este valor, la absorción o pérdida de humedad dependerá de la humedad relativa del ambiente.

Cambios dimensionalesLos cambios dimensionales por hinchazón y contracción como resultado de los cambios en la humedad atmosférica sólo ocurren cuando el contenido de humedad es inferior al punto de saturación de la fibra. La humedad adicional llena las cavidades entre las células (agua libre), pero no ocasiona cambios dimensionales apreciables. Cuando ocurren cambios dimensionales, éstos tienen lugar en sentido radial y tangencial, transversales al eje longitudinal de la madera, porque las paredes de las células se hinchan o se contraen en sentido perpendicular a la dirección de las fibras. Hay que desecar la madera antes de ponerla en servicio, de modo que llegue al equilibrio en las condiciones atmosféricas.


La cantidad de encogimiento está relacionada directamente con el espesor de las paredes de las celdas. Como la madera es heterogénea, el proceso de secado se realiza de manera distinta según la dirección de la fibra, produciendo muchas veces deformaciones en las piezas de madera. En la dirección paralela al tronco o a las fibras, por ejemplo, la madera tienen una contracción lineal del orden del 0.1%, mientras que en la dirección radial es del orden del 3% al 10%. Es decir, más de 30 veces mayor que en el sentido paralelo. En la dirección tangencial, la contracción lineal está por el orden del 6% al 12%, es decir, más de dos veces la contracción lineal en el sentido radial y más de 60 veces la contracción en el sentido paralelo. Esto explica las variaciones de forma al momento del secado.

Cambios dimensionales en la madera. Distorsión típica de los planos, cuadrados y redondos

Los cambios de forma según la dirección se relacionan directamente con los cambios de humedad. En la dirección tangencial, la contracción o hinchamiento es máximo en un 50% a 55% y en dirección longitudinal entre un 1.5% a un 5%. Cuanto mayor es el cambio dimensional, el módulo de elasticidad es a su vez mayor. Justamente el abarquillamiento se define como la deformación irregular de las piezas de madera debida a la contracción en las direcciones tangencial y radial, que generan tensiones internas entre los anillos. Por ejemplo, las tablas anchas tienden a deformarse más que las tablas estrechas. Por ello se usan límites de humedad según la aplicación. En el trabajo de ebanistería se limita al 8% ó 10% y una vez terminado el elemento se puede requerir una protección de la madera contra la humedad aplicando lacas, pinturas o esmaltes.El alabeo es una deformación de la pieza de madera producido cuando se tienen variaciones dimensionales diferentes en las distintas direcciones de la madera, por los


esfuerzos originados durante la modificación de la humedad. Por ello, depende de la variación de la humedad y la orientación del grano.

Expansión térmicaLa expansión térmica es otra propiedad de la madera que depende de la dirección. Una madera seca puede tener entre 3 x 10-6/°C y 5 x 10-6/°C de expansión térmica en la dirección paralela al grano, mucho menor que la mayoría de los metales. Sin embargo, en la dirección perpendicular al grano este valor puede llegar a ser 5 a 15 veces mayor (entre 20 x 10-6/°C y 60 x 10-6/°C). Aunque el valor absoluto aumenta mucho, sigue siendo menor que la variación dimensional por humedad.

Conductibilidad térmicaSuele ser muy baja en relación a otros materiales. La conductibilidad está en función a la porosidad, la humedad y la dirección en que se mide. Por ejemplo, a lo largo de las fibras, en la dirección paralela a ellas el valor puede ser de 0.34 W/m°C, mientras que en la dirección transversal a las fibras es del orden de 0.17 W/m°C. Esta propiedad resulta una de las más importantes cuando se selecciona como material de construcción.

Conductibilidad eléctricaAunque la madera no se considera como conductor de la electricidad, es posible medir un cierto valor si la madera está húmeda. Por ello, la madera en su condición seca se usa como aislante, pero en estado húmedo puede cambiar su comportamiento. Nuevamente, esta propiedad cambia según la dirección en que se mida. Si se mide en la dirección paralela a las fibras el valor de conductibilidad eléctrica puede ser el doble del registrado en la dirección transversal o tangencial a las fibras. En la dirección radial es un 10% mayor a la dirección transversal. El valor característico de la madera seca es de 75x107 -cm y en estado húmedo es decenas de veces inferior.

Transmisión y absorción del sonido


La madera es el material aislante acústico por excelencia, aunque su valor también varía con la densidad y la estructura fibrovascular. Una madera más porosa o más blanda, con mayores espacios vacíos tendrá una capacidad aislante mayor.

PROPIEDADES MECÁNICASLas propiedades mecánicas de la madera son anisotrópicas, pero además, ortotrópicas porque varían igualmente en los tres ejes perpendiculares: longitudinal, radial y tangencial.La madera tiene tres ejes de simetría perpendiculares entre sí: longitudinal o paralelo a la veta, tangencial y radial. La resistencia y las propiedades elásticas difieren en estas tres dimensiones debido a la orientación estructural de las células de la madera. Los valores del módulo de elasticidad en las dos direcciones perpendiculares a la veta sólo son entre 1/20 y 1/12 el valor del mismo módulo medido paralelo a la veta. En la Tabla 4 se comparan los módulos elástico y cortante de algunas maderas típicas en los sentidos longitudinal, tangencial y radial. Estos módulos perpendiculares son importantes en el diseño de materiales compuestos que contienen madera.

La resistencia en la dirección longitudinal está fuertemente influenciada por la resistencia de la celulosa; la resistencia transversal se relaciona más bien con los depósitos de lignina que forma una matriz entre las fibras de celulosa.Si se ensaya por ejemplo muestras en diferentes direcciones, es posible establecer el módulo de elasticidad para cada una de ellas y registrar los valores. En la dirección longitudinal se pueden obtener valores hasta el doble de los valores transversales. Este valor alto en la dirección longitudinal se debe a la red continua de la celulosa en esa dirección y los valores inferiores en las otras direcciones se debe a los vacíos y la falta de continuidad.Se puede explicar este fenómeno modelando la madera de un tronco de árbol como un montón de palillos pegados entre sí. Cada palillo corresponde a las células de la madera. Al querer comprimirlo, todos resistirán más o menos uniformemente: ésta se relaciona con la resistencia de la celulosa. En cambio, al ensayarlos en sentido perpendicular,


tenderán a separarse y la resistencia dependerá de la capacidad de adherencia entre ellos: ésta se relaciona con la resistencia de la lignina.Además, en virtud de la especie de madera, se pueden registrar variaciones importantes en las propiedades mecánicas. Por ejemplo, para igual densidad, las maderas latifoliadas de los bosques andinos muestran una mayor resistencia mecánica que las coníferas. Las características de elasticidad son similares o en algunos casos mayores2. Es decir, que las maderas latifoliadas son más dúctiles que las coníferas.En ensayos de vigas a escala natural se observan deformaciones importantes antes de que se produzca la falla, si se descarga el espécimen durante el ensayo se recupera casi toda la deformación. La deformación máxima que se presenta en la rotura, comparada con aquella del límite elástico es grande, lo que resulta en un comportamiento dúctil, mayor aun cuando se trata de vigas en condición verde.

CompresiónLa resistencia a la compresión se mide en dos ejes octogonales: en la dirección paralela a la fibra y en la dirección perpendicular. Dado que en el sentido paralelo las fibras tienen cierta continuidad, su capacidad resistente está dada por la capacidad del material mismo y la uniformidad de la fibra. En el sentido perpendicular estas mismas células están pegadas por la lignina, de modo que la capacidad resistente está limitada por la capacidad de adherencia que pueda tener esta sustancia. Como es lógico, en el sentido paralelo el valor resistente es casi 4 a 6 veces el valor en la dirección perpendicular, entre 100 y 900 kg/cm2.La aplicación práctica de los esfuerzos de compresión se aprecia en las columnas. Cuando su longitud es corta, la falla es debida únicamente por los esfuerzos de compresión pura. Cuando son largas y esbeltas, pueden fallar por pandeo (doblado lateral o arqueado de la columna), que ya implica esfuerzos de flexión.

Tensión o tracciónLa resistencia a la tracción en la madera casi duplica su capacidad a la compresión. Comparada con otros materiales, la madera tiene un valor de resistencia a la tracción relativamente pequeño, entre 500 y 1500 kg/cm2 (casi 1/3 la resistencia del acero). Sin embargo, si medimos ese valor respecto a su masa volumétrica, esta relación, denominada resistencia específica, es similar a la del acero. La mayor desventaja de la madera en tracción es el tipo de falla explosiva y violenta que presenta, lo cual limita mucho sus aplicaciones en elementos sometidos a tracción pura.

Flexión


Normalmente, el mejor comportamiento mecánico de la madera se obtiene frente a los esfuerzos de flexión. Por la forma en que se producen las piezas de madera, la flexión se aplica en la dirección paralela a la fibra. Durante los esfuerzos de flexión pura, las fibras en la parte inferior se estiran (tracción) y las fibras de la parte superior se aprietan (compresión). Es como si se generaran dos fuerzas en sentido contrario, de igual magnitud (Figura 1), que se aplican en áreas también iguales (la mitad superior e inferior, respectivamente), de modo que los esfuerzos corresponden al esfuerzo de compresión y de tracción de la madera. Como la resistencia a la tracción es dos veces mayor que la resistencia a la compresión, esta última será la que determine la falla por flexión. Suele oscilar entre 200 y 1700 kg/cm2.

Figura 1

El punto que fallará primero es A. Esto se explica porque la resistencia a la compresión es menor que la resistencia a la tracción de la madera. En una viga sometida a flexión como en la figura se generan esfuerzos de tracción en la fibra inferior y de compresión en la fibra superior, ambas de igual magnitud. Al compararse con los esfuerzos resistentes, la fibra superior resistirá menos que la inferior por su menor resistencia a la compresión y fallará primero.

Corte por flexiónEl corte por flexión se mide sometiendo a una viga a esfuerzos de flexión con una carga puntual en el centro. Es como si quisiéramos romper un grupo de pajillas pegadas con lignina entre sí, doblándolas. La falla se producirá por el esfuerzo de corte generado en el interior del material. Nuevamente se notan variaciones significativas según la dirección en que se mida. En la dirección perpendicular la resistencia será mayor por la cantidad de “pajillas” o fibras que se aglutinan. En el sentido paralelo, es como si tuviéramos una serie


de pajillas de muy corta altura pegadas entre sí, una al lado de otra. La resistencia estará dada prácticamente por el adherente, en este caso la lignina, de modo que será mucho más fácil despegarlas, como si fuera un acordeón. La resistencia en la dirección perpendicular es casi cuatro veces el valor de la resistencia en la dirección paralela, la cual oscila entre 25 a 200 kg/cm2.

CizallamientoLa resistencia al cizallamiento cobra importancia cuando se diseñan uniones encoladas y ensambles. En la dirección paralela a la fibra el valor es muy bajo (entre 61 y 133 kg/cm2), pero en la dirección perpendicular puede llegar a ser del orden de 3 a 4 veces.

Dureza estáticaLa madera en general se considera un material relativamente blando en relación con otros materiales. La dureza se mide con un ensayo propio para la madera, como la carga requerida para una esfera de 5.64 mm de diámetro (1cm2) penetre la mitad de su diámetro.En maderas blandas este valor está por el orden de los 357 a 510 kg/cm2 (35 a 50 MPa), mientras que en maderas duras puede llegar a 510 y 1020 kg/cm2 (50 y 100 MPa). Sin embargo, para una misma madera, esta dureza disminuye cuando el contenido de humedad se incrementa.

Influencia de la humedad en las propiedades mecánicasEl secado de la madera mejora la mayoría de las propiedades mecánicas de la madera. Sin embargo, la tenacidad puede disminuir debido a la capacidad para doblarse cuando la madera está verde. A partir de la madera seca, cuando se aumenta el contenido de humedad, las propiedades de resistencia y dureza disminuyen, hasta llegar al punto de saturación. En general, se puede decir que las propiedades de la madera verde son entre un 20% a un 25% más bajas que las de la madera secada al aire. Para medir el efecto se han planteado numerosas relaciones matemáticas y empíricas (Gorchakov, 1984), pero la variabilidad del material limitan su aplicación.En la Tabla 5 se indican las propiedades mecánicas principales de algunas maderas de uso común en aplicaciones estructurales. Como se observa, el contenido creciente de humedad reduce todas las propiedades de resistencia y rigidez. Para obtener los esfuerzos permisibles a partir de los valores de la resistencia final, como los listados en la Tabla 5, se debe tener en consideración lo siguiente:


1) La dispersión en las resistencias de una sola pieza puede ser hasta de 25% mayor o menor al promedio.

2) Las resistencias señaladas se basan en pruebas efectuadas en periodos cortos. En periodos típicos de servicio, la madera sometida a carga sostenida puede fallar más o menos a los 9/16 de la carga registrada en una prueba normal.

3) El módulo de ruptura de un espécimen normal de 2 pulgadas de espesor para pruebas de flexión es mayor que para una viga peraltada.

4) Se debería aplicar un factor de seguridad (quizá de 3/5) a las resistencias finales promedio, para determinar los esfuerzos permisibles.

5) Las imperfecciones (como nudos y grietas) reducen todavía más los esfuerzos permisibles en los elementos hechos con madera.

GRUPOS ESTRUCTURALES DEL GRUPO ANDINOEl número de especies de madera en la región de los países andinos que pueden ser adecuadas para la construcción es muy grande, mucho mayor que el número de especies que actualmente se conocen y destinan a esta aplicación. Para evitar la selectividad de los


usuarios hacia una o pocas especies conocidas cuando existen otras características similares, se ha considerado apropiado agrupar a las especies ensayadas en tres grupos estructurales. Esto debe permitir mayor flexibilidad en el uso de maderas tropicales, evitando preferencias injustificadas que incrementen los precios del material.

Los grupos son tres; A, B y C, y se han conformado según su resistencia y densidad básica. Se denomina A al grupo de maderas de mayor resistencia, B al grupo intermedio y C al grupo de menor resistencia. Las densidades básicas de las maderas del grupo A están por lo general en el rango de 0.71 a 0.90; las del grupo B entre 0.56 y 0.70 y las del grupo C entre 0.40 y 0.50.

Cualquier especie de las ubicadas en un grupo estructural determinado se considera que reúne por igual las características de resistencia y rigidez asignadas al grupo. Desde el punto de vista de comportamiento estructural es indiferente usar cualquiera de ellas una vez seleccionado el grupo. Sin embargo, debe tomarse en cuenta que las maderas del mismo grupo estructural no siempre tienen características similares de trabajabilidad y durabilidad natural.


MEJORAMIENTO DE PROPIEDADESDebido a su elevado anisotropismo y a sus propiedades higroscópicas, la madera tiene limitaciones en su empleo como material estructural. Se aplican diversas técnicas para mejorar la resistencia o la estabilidad dimensional de la madera en diversos ambientes de servicio. Pueden aplicarse: 1) medidas preventivas para combatir la pudrición y el ataque por organismos animales. 2) Pueden adosarse hojas delgadas de madera para formar una estructura modificada de la madera. 3) Las hojas pueden impregnarse para llenar las cavidades entre células. 4) Como modificación adicional, la estructura de hojas delgadas puede comprimirse durante el período de curado del aglutinante para aumentar la densidad y la resistencia. Estos tratamientos mejoran la resistencia a los productos químicos, resistencia a la putrefacción y la estabilidad dimensional de la madera.

LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓNAlgunas maderas blandas se usan para aplicaciones estructurales dependiendo el nivel de esfuerzos que se requieren y otras, gracias a las resinas y aceites naturales que contienen, ofrecen a su vez una mejor resistencia a la descomposición y mejores características a la intemperie, como en paneles de construcción.Las maderas muy duras presentan dificultad para procesarlas, por ello se suelen usar para fabricar bates de béisbol, por ejemplo, o en muebles y pisos. En general, las maderas duras pero trabajables se usan en muebles.

Método de corteHay dos métodos de corte que son los más comunes: el aserrado plano y el aserrado por cuartos.

En el aserrado plano, llamado también corte recto o a lo largo, se generan elementos paralelos al mismo plano, por lo que es menos costosa y su tendencia a encogerse o hincharse es menor en el espesor, presentando además modelos de figuras más gratas debido a los anillos anuales. Hay menos desperdicio y los nudos, aunque aparecen en un mayor número de tablas, cubren una superficie menor.

El aserrado por cuartos genera elementos, girando 90° cada vez que se corta una pieza para producir un tipo especial de grano. Estos cuartos se encogen y se hinchan menos a lo ancho y también se desgastan más uniformemente cuando se usan para suelos. Es frecuente que los nudos se extiendan por toda la superficie y


aparecen como los llamados nudos de canto o longitudinales, en lugar de que tengan la forma redondeada, más conocida y característica de las tablas de corte recto.

Esto genera una comercialización de la madera en dos tipos de piezas fundamentales: tablones y listones. Los tablones son piezas delgadas, que tienen un ancho relativamente muy grande en comparación con su espesor y el largo es también mucho mayor que el ancho. Los listones por su parte tienen un ancho y espesor casi similares, pero el largo es notablemente mayor a ambos.

Esta configuración de las piezas de madera da lugar a una nomenclatura específica para su denominación comercial. Los tablones por lo general se denominan por su espesor en pulgadas, puesto que tienen un ancho estándar de 1 pie ó 12” (30 cm). Los listones se denominan por las dimensiones de su sección transversal en pulgadas (2” x 2”). El largo


comercial para ambos es de 3m. En la Tabla 8se indican las dimensiones y la nomenclatura de las piezas más comunes en el mercado local.En la tabla 8 se indican las dimensiones comerciales y las reales. Esta diferencia se debe a las pérdidas por corte, cepillado y la contracción por secado de la madera desde el momento en que se extrae del tronco hasta que llega al consumidor final. Esta diferencia debe tomarse en cuenta siempre para el diseño en madera.

Como todo material de construcción, las dimensiones de las piezas nunca podrán ser exactas.Las dimensiones comerciales pueden variar en milímetros, lo cual debe tomarse en cuenta cuando se adquieren las piezas o se diseña un elemento.

En la sección transversal se tolera -1 mm y + 2 mm, cuando las dimensiones son menores a


150 mm, y – 2mm y + 4 mm, cuando las dimensiones son mayores a 150 mm. En longitud, se tolera hasta -1 mm y + 3 mm, en todas las piezas.

Metrado de la maderaComo ingenieros, el trabajo con madera requiere conocer las propiedades y su variabilidad dimensional, que ya se desarrolló en líneas anteriores. Además, es necesario conocer la unidad de medida universal de la madera: el pie cuadrado o pie tablar. Así como el metro cúbico se define como un cubo que tiene un metro de largo, un metro de ancho y un metro de espesor, el pie cuadrado o pie tablar es una unidad de medida del volumen de la madera, establecido como una porción de madera que tiene un pie de largo, por un pie de ancho y una pulgada de espesor. Por ello, al hacer un metrado de madera las medidas de las piezas individuales deberán transformarse a esta unidad de medida para poder sumarlas o restarlas entre sí.

El volumen de madera será entonces el producto de las dimensiones de la pieza, expresadas dos de ellas en pies y la tercera en pulgadas. En el lenguaje común de los madereros, el pie tablar se denomina pie cuadrado (p2), pero expresa una unidad de volumen:

Si se toman las dimensiones en unidades métricas, se tendrá:


Ya se ha mencionado que la madera se comercializa en listones o tablones que cada uno tiene una nomenclatura especial. Por ello, no basta con conocer la cantidad de madera. Muchas veces es necesario transformar las dimensiones de las piezas primero a piezas comerciales antes de estimar el metrado de madera a comprar, para tomar en cuenta las pérdidas por corte, cepillado y secado mencionadas anteriormente.

PRESERVACIÓN DE LA MADERAComo todo material orgánico, la madera está sujeta a ataques de organismos vivos como insectos, hongos, animales marinos, además de ser muy susceptible al fuego.

Los insectos causan graves daños en la madera y su estructura. El ataque más conocido es el de las termitas, llamadas también hormigas blancas. Son muy comunes en la mayoría de regiones de Estados Unidos, aunque les son favorables los climas cálidos y húmedos. Su principal alimento es la celulosa. Para prevenir el ataque de las termitas se suele recomendar una construcción apropiada de la cimentación, de modo que mantenga a la madera aislada del suelo o usar venenos como el clordano y el DDT en el suelo alrededor de la cimentación, en el caso de termitas subterráneas. Si el ataque es de termitas de madera seca, el sellado con pintura de las superficies expuestas o la aplicación de polvos venenosos sobre ella.

La tiñuela es una forma de organismos vivos que atacan especialmente en zonas donde la madera se encuentra sumergida. Sus perforaciones son ocultas, en ángulo recto con el grano, a una profundidad de media pulgada. Los desechos que se elevan y caen con las olas y mareas obligan a la tiñuela a penetrar cada vez más en la madera. Hay dos variedades, el teredo y la limnoria. La variedad teredo infesta la madera cerca de la línea de suciedad, en la interfase aire-agua, a través de orificios diminutos. La variedad limnoria desarrolla una forma parecida a una esfera de reloj, cerca de la línea de agua de los pilotes. Para prevenir el ataque se recomienda el uso de recubrimientos metálicos, de fieltro asfaltado o de concreto en torno a las estructuras sumergidas. Pero una vez producido el ataque, muchas veces es mejor reemplazar los elementos dañados.

Los hongos causan descomposición, putrefacción o manchas. Las decoloraciones y manchas de la madera no afectan su resistencia y carecen de importancia para sus aplicaciones estructurales, pero sí en las de acabado. Los hongos que producen manchas y decoloraciones no afectan las paredes reticulares o la lignina, que son la base de la resistencia. Pero hay otros hongos que atacan directamente a la celulosa o a la lignina, dejando la madera inservible. Para evitar el


ataque de hongos se sugiere eliminar la humedad. A menos que se usen en ambientes con contenidos de humedad mayores a 20%, una madera bien secada no tendría problemas de hongos. También pueden evitarse usando recubrimientos o mejor aún, la aplicación de antisépticos como el cloruro de cinc, creosota o el pentafenol.

Contra el fuego, la protección de la madera no puede ser total. Se puede mejorar la incombustibilidad de la madera usando impregnaciones a presión de las tablas con productos químicos como el bórax y las sales de amoniaco. Con ello se logra que la madera se chamusque, pero no arde fácilmente.

PRODUCTOS DE LA MADERAEn general, de los árboles y por tanto, de la madera, se obtienen productos diversos. Algunos de ellos son productos químicos como el alcohol metílico, la tremetina o aguarrás, la resina y la celulosa, que se obtienen tanto por medios mecánicos como químicos. La celulosa se obtiene en forma de pulpa y el uno de los derivados más útiles de la madera. Se usa para hacer celofán, rayón, rellenos de plástico, papel y cartón. Otros productos interesantes son el fibracel o llamado comercialmente triplay, los laminados, los impregnados y las maderas corrugadas.

El fibracel o triplay, conocido también como madera contrachapada, son planchas formadas por láminas de madera, en número impar, colocadas de tal manera que la dirección de su grano es siempre ortogonal entre sí. El propósito principal de esta madera es contrarrestar las propiedades direccionales de la madera con que se obtiene un material más uniforme en todas direcciones. Presenta más resistencia a las grietas y hendiduras que la madera y tiene mejor estabilidad dimensional debido a que hay menos contracción e hinchazón. La disposición intercalada de las fibras hace que el esfuerzo de encogimiento sea más simétrico, eliminándose los alabeos y las distorsiones. Permite por ello, superficies de gran calidad a bajo costo.Su fabricación parte de los troncos descortezados. El tronco se coloca en un torno y una cuchilla corre a todo lo largo, cortando una chapa continua de madera mientras el tronco gira lentamente. Las zonas con grandes defectos se cortan y se retiran, mientras que los defectos pequeños se cortan como parches y se les coloca un relleno de madera sana, del mismo tamaño. La lámina de madera se recubre con un adhesivo o aglutinante pasándolas a través de un rodillo. Luego se apilan en número impar, cuidando que la dirección del grano sea ortogonal con las adyacentes, prensándolas en frío con caseína o pegamento de


soya. Después de fraguado el pegamento, se retiran las placas de la prensa, se recortan los bordes y se lijan las superficies. Luego se etiquetan, se envían o almacenan.Esta madera se utiliza para interiores y exteriores, según el tipo de adhesivo utilizado para pegar las capas entre sí. La clase para interiores por lo general se aglutina con adhesivos solubles en agua y tiene resistencia limitada a la humedad. La clase para exteriores es completamente impermeable y puede soportar una inmersión prolongada en agua sin desintegrarse.Los laminados son pequeños trozos de madera limpia aglutinados para formar elementos de mayores dimensiones sin los defectos habituales de la madera. Algunos elementos típicos son las vigas de sección 12” x 12”. La madera se impregna con resinas sintéticas impermeables y fuertes para mejorar la resistencia mecánica y al agua, estabilizando sus dimensiones y oponiéndose a los cambios de contenido de humedad del ambiente. También se puede aplicar presión y calor para ablandar y redistribuir la lignina y las resinas naturales. Estos laminados son mucho más costosos que la madera natural, pero puede ser ventajoso según los requisitos de servicio.

Las tablas corrugadas son planchas o piezas de madera producto de la aglomeración y compresión de virutas o residuos de madera. Estas piezas son muy fuertes, más densas y homogéneas que la madera natural, con propiedades no direccionales. Su aplicación es mayoritaria en muebles, tablas de forro y otras aplicaciones similares.


CONCLUSIONES


BIBLIOGRAFIA

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