TECNOLOGIA DE MATERIALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

PARTES DE LA MADERA:Por madera se entiende la parte slida de los rboles que se encuentra debajo de la corteza. As, madera es el conjunto de tejidos, de cierta dureza, que constituyen la mayor parte del tronco y las ramas del rbol. La madera es un material fibroso formado por: Celulosa 50%. Lignina, que es el elemento que mantiene unidas a las fibras (30%). Es como el cemento de la madera. Otros elementos: resina, agua, almidn, ... (20%)Si damos un corte transversal a un tronco de un rbol, distinguimos las siguientes partes, de dentro a fuera: Mdula o duramen: Formada por clulas muertas que estn muy lignificadas. Su aspecto es seco y duro. Albura o leo: De aspecto blanquecino, formada por clulas vivas en su parte exterior y es el responsable del transporte de la savia bruta desde la raz del rbol hasta las partes areas. Durante el crecimiento del rbol, las clulas interiores mueren y pasan a engrosar el duramen. Cambium: Capa de clulas vivas entre la albura y la corteza interna. Durante su crecimiento da lugar a la formacin de la albura y a nuevas clulas de la corteza interna Corteza interna: Es por donde circula la savia elaborada; est formada por clulas que poco a poco se desplazan al exterior formando la corteza externa. Tambin se denomina floema o lber Corteza externa: Formada por una capa de clulas muertas, que protege al rbol contra las inclemencias del tiempo y del ataque de insectos y parsitos.En la industria se aprovecha casi exclusivamente el tronco del rbol por tener mayores aplicaciones. Excepcionalmente se aprovechan las races y ramas gruesas para la obtencin de maderas finas, con veteados espectaculares, en la construccin de muebles de diseo.La parte que interesa del tronco es el duramen (leo viejo del rbol en torno al centro, que es ms seco y rgido), junto con la albura (leo joven del rbol, en torno al duramen, que contiene todava clulas vivas que transportan agua y nutrientes).

Propiedades de la Madera:Segn el tipo de madera, edad del rbol, zona climtica, las propiedades varan de unos a otros, pero de manera general, las maderas presentan las siguientes caractersticas: Baja densidad: Suelen ser menos densas que el agua (de ah que floten). Conductividad trmica y elctrica baja: La madera es un excelente aislante trmico (casas de madera en pases fros, por ejemplo). Las maderas ricas en agua son mejores conductores que las secas. Resistencia mecnica: A la traccin, compresin, flexin, cortadura, desgaste, Es muy resistente al esfuerzo de traccin (estirarse) y bastante resistente a la compresin (aunque la mitad de resistente que a la traccin). Hendibilidad: Es la facilidad con que se abren las fibras de la madera en sentido longitudinal. Hienden peor las maderas duras, las secas, las resinosas y con nudos. La madera hendible es poco apta para el clavado y para realizar encajes. Si el secado es brusco la madera tiende a abrirse. Retractabilidad o contraccin: Prdida de volumen al perder parte del agua Humedad: Cantidad de agua que tiene la madera en su estructura. Est relacionada con su peso y afecta a otras propiedades fsicas y mecnicas. Elemento que se debe reducir para obtener una madera til, desde un punto de vista tecnolgico. Dureza: Es la resistencia que ofrece al corte. Aumenta con la densidad. Flexibilidad: Caracterstica de las maderas jvenes, verdes y blandas, que admiten ser dobladas sin romperse Caractersticas estticas: Color, veteado, olor,

METODOS DE PRESERVACIN DE LA MADERA:Todos los materiales son susceptibles a la accin de diversos agentes y organismos que causan alteraciones en su comportamiento normal, afectando progresivamente su eficiencia y durabilidad.La madera tambin puede ser atacada por agentes degradantes, pero esta desventaja es subsanable con sistemas de preservacin relativamente simples.Existen especies forestales altamente resistentes a la degradacin biolgica, por cuya razn estas maderas son ms solicitadas y se hacen cada vez ms costosas. Otras especiales son poco usadas porque, a pesar de tener muy buenas cualidades de trabajabilidad, de aspectos, etc., son poco durables por la degradacin biolgica; sin embargo, esto puede evitarse protegiendo la madera con sustancias qumicas que garantizan su durabilidad.

SUSTANCIAS PRESERVANTES:Para proteger la madera susceptible al ataque de organismos xilfagos, por eso puede recurrir al empleo de sustancias qumicas, en determinada construccin txica para los hongos e insectos. Dichas sustancias pueden ser aplicadas por diferentes procedimientos y proporcionan un cierto grado de durabilidad a la madera.TIPOS:HIDROSOLUBLES:Solubles en agua. Se lixivian fcilmente en contacto con suelos o ambientes hmedos, a menos que se incorpore en la sal un elemento que permita formar un compuesto estable que se fije en la madera, tal como cromo o sal de cromo.LIXIVIABLES: Arseniato de sodio, brax, cido brico y mezclas de ambos. Fluoruro de sodio, sulfato de cobre: cloruro de zinc.Mtodo de aplicacin: Difusin, vaco y presin, inmersin.Recomendaciones de uso: Son apropiados para madera usada en interiores. Permiten el empleo de recubrimientos como pintura o barniz. No son recomendables para madera usada en exteriores o en contacto con el suelo.NO LIXIVIABLES: Sales de cobre cromo, boro (CCB), sales de cobre, cromo, arsnico (CCA) Cromo Cloruro de zinc.Mtodo de aplicacin: Vaco y presin, inmersin.Recomendaciones de uso: Apropiadas a uso interior o exterior y en contacto con el suelo. Permiten el empleo de pinturas o barnices.OLEOSOLUBLES:Solubles en solventes orgnicos (petrleo combustible). Son estables y resisten la lixiviacin en madera expuesta a la intemperie.Preservantes: Cerosota, pentaclorofenol, naftanato de bore.Mtodo de aplicacin: Bao caliente-fro, vaco y presin.Recomendaciones de uso: Apropiados para maderas a ser usadas en la intemperie y en contacto con el suelo. No se recomienda el empleo de pinturas o barnices.

PRESERVACIN A PRESIN NORMAL:Existen varios mtodos para aplicar los preservantes. La efectividad de un tratamiento es funcin de la cantidad de preservantes introducida en la madera. A mayor penetracin el tratamiento ser ms efectivo.Brocha y AspersinEn ambos mtodos se aplica el preservador procurando empapar completamente la superficie para impregnarla al mximo. Se utiliza soluciones en agua o petrleo y en ambos casos se obtiene slo una penetracin superficial y una proteccin poco eficaz. Este tratamiento es de poca utilidad para maderas colocadas en obra, ya que las zonas ms favorables al ataque de organismos xilfagos no se encuentran accesibles al operador.Esta acertada su aplicacin en superficies expuestas despus de cortar o desbastar madera tratada.

InmersinConsiste en sumergir la madera seca en una solucin preservante durante un tiempo determinado. Puede ser: Inmersin momentnea.- Se aplica durante unos pocos segundo o minutos y se utiliza especialmente para proteccin contra hongos cromgenos empleando pentaclorofenato de sodio. Inmersin en soluciones acuosas.- Se sumerge la madera en un ataque con preservado disuelto en agua y se deja varios das o semanas a temperatura amiente. Inmersin en soluciones oleosas fras.- Generalmente se usa pentaclorofenol; el tiempo de inmersin es de 2 a 7 das. Bao caliente y fro sucesivos en recipientes con lquido preservante oleoso. Normalmente se introduce la madera durante unas cinco horas en el preservante caliente, luego se deja enfriar el preservante o se pasa la madera a otro recipiente con preservante fro, por doce horas o ms.

DifusinLa madera verde y hmeda se sumerge, por 2 horas o ms, en sustancias preservantes solubles en agua y luego se acomoda en pilas compactas y tapadas hermticamente con material impermeable u otra materia adecuada para evitar la prdida de humedad. Durante este tiempo las sales hidrosolubles penetran en la madera verde difundindose en el agua que sta contiene.

PRESERVACIN CON EMPLEO DE VACO Y PRESON:Se utiliza a escala industrial. Con este mtodo puede regularse la penetracin y absorcin del preservante, obtenindose generalmente un tratamiento ms seguro y permanente.La madera se apila sobre carros de acero y se introduce en un gran cilindro o autoclave; ste se cierra hermticamente, a veces se hace un vaco inicial y se llena el tanque con el preservante; seguidamente se aumenta la presin para forzar su penetracin en la madera; finalmente se hace un vaco leve para eliminar el exceso de preservante.

Formas de AplicacinA Clula Llena.-Se usa cuando se desea obtener una retencin mxima de la sustancia preservante en la madera.Proceso.- Se elimina el aire del interior del cilindro y de la madera a la vez; se introduce el preservante sin romper el vaco y se aplica presin hasta obtener la absorcin deseada; luego se hace un vaco leve para extraer el exceso de preservante.A Clula Vaca.-Este sistema se usa cuando se requiere una penetracin profunda y una baja retencin del preservante.

Proceso.-No se emplea vaco inicial. Al aplicar el preservante a presin, el aire queda atrapado en las celdillas de la madera y las clulas tienden a recubrirse del preservador en vez de llenarse de l; al ceder la presin y hacerse el vaco final, el aire contenido se expande rechazando normalmente entre un 20 y 40% del preservante, que es recuperado.En ambos mtodos pueden utilizarse compuestos hidro y oleosolubles. En el caso de compuestos oleosolubles estos pueden ser aplicados en fro en caliente. Para obtener una mejor penetracin y absorcin, la madera debe ser previamente secada por lo menos hasta un contenido de humedad de 25%. En caso de usar sustancias hidrosolubles, la madera debe ser secada nuevamente despus del tratamiento.

Tipos de madera para construccinLos distintos tipos de madera para construccin se clasifican de diferentes formas. Distinguimos entre maderas macizas y aglomeradas; duras y blandas; angiospermas y gimnospermas. Cada clasificacin atiende a distintos factores relacionados con las caractersticas de las maderas y sus usos. Para realizar trabajos de bricolaje en madera debemos conocer los distintos tipos de madera, para conocer las ventajas y aplicaciones de cada una. Una de las clasificaciones que tenemos en la madera de carpintera diferencia entre maderas macizas (las que provienen de la madera natural) y maderas aglomeradas (tablones aglomerados y contrachapados, la madera es sometida a un proceso industrial donde se emplean celulosa, serrines y cola. Las maderas macizas son las que provienen directamente del tronco, son piezas compuestas por madera entera desecada. La calidad de estas maderas es superior y su costo sensiblemente mayor. El proceso de secado es el responsable de la trabajabilidad de la madera, ya que se reduce el contenido de agua que contiene. La calidad y dureza estar de acuerdo al rbol del que provenga.

Diferentes tipos de madera:La clasificacin de los diferentes tipos de madera segn el tipo de rboles del que proviene abarca dos grandes grupos: maderas de angiospermas y maderas de gimnospermas.

- Maderas angiospermas: son rboles de hoja caduca como la caoba, encino, cedro, etc. Se trata de maderas duras, ms resistentes y costosas. Se emplean en revestimientos de pisos y para la fabricacin de muebles de gran calidad. Si bien es ms difcil trabajarlas en tareas de bricolaje, por lo general se trabajan ms fcilmente con mquinas. - Maderas gimnospermas: provienen de las conferas como el pino, enebro, etc. Son maderas blandas, ms livianas y econmicas. Son las ms utilizadas para muebles y estructuras. Provienen de rboles de crecimiento rpido, conferas y perennes. No necesariamente son las ms blandas, pues pueden ofrecer cualidades para ciertos requerimientos, como la ductilidad, lo que facilita su empleo para ciertos trabajos.

La madera ms empleada en construccin es la de pino, por ser el ms abundante. Aunque se emplean numerosas especies de pinos, todas poseen caractersticas similares. Los productos de la madera se clasifican como: lea, madera en rollo, madera labrada, madera aserrada, tableros y productos realizados con pasta.

- Madera en rollo o rolliza: es una madera sin elaboracin. - Madera labrada: es conformada con el hacha o la suela. - Madera aserrada: es trabajada para darle una forma geomtrica determinada, obtenida por aserrado manual o mecnico. - Tableros: son elementos planos que se obtienen mediante procesos industriales, incluyendo maderas contrachapadas y los tableros de aglomerados.

- Maderas Resinosas: Son especialmente resistentes a la humedad. Se usa en muebles, en la elaboracin de algunos tipos de papel, etc. Ejemplos: Cedro, ciprs, etc.

- Maderas Finas: Se utilizan en aplicaciones artsticas, (escultura y arquitectura), para muebles, instrumentos musicales y objetos de adorno. Ejemplo: bano, abeto, arce, etc.

- Maderas Prefabricadas: La mayora de ellas se elaboran con restos de maderas, como virutas de resto del corte. De este tipo son el aglomerado, el contrachapado, los tableros de fibras y el tblex. Puedes saber ms sobre este tipo de maderas en este enlace: Aglomerado.

Segn la longitud de sus fibras, las maderas pueden ser clasificadas en maderas de fibras largas y maderas de fibras cortas.

Tambin se clasifican segn su grano fino y grano grueso

Aqu tienes una tabla con los tipos de maderas segn su grano y si son aceitosas o resinosas:

MADERA DE USO ESTRUCTURAL MADERA ASERRADA: segn grupo estructural MADERA ROLLIZA: con o sin corteza, correspondiente a alguno de los grupos estructurales MADERA LAMINADA ENCOLADA: Tablas unidas con adhesivos, grano paralelo al eje del elemento. C.H. entre 8% a 12% (Diferencia no mayor de 5% entre las tablas). Adhesivos resistentes al agua.LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL CARACTERSTICAS DE LA MADERA*Madera para miembros estructuralesA diferencia de muchos materiales de construccin, la madera no es un material elaborado, sino orgnico,que generalmente se usa en su forma natural. De los numerosos factores que influyen en su resistencia, losMS importantes son: la densidad, los defectos naturales y su contenido de humedad. A causa de losdefectos y las variaciones inherentes a la madera, es imposible asignarle esfuerzos unitarios de trabajo con elgrado de precisin que se hace en el acero o en el concreto. Desde el punto de vista de la ingeniera, lamadera presenta problemas mas complejos y variadosque muchos otros materiales estructurales.*Material Estructural:Con mucha frecuencia se le llama al material estructural maderaje o madera gruesa.Debido a que la resistencia de lamadera varia con el tipo decarga a la que se sujeta, ytambin por que elefecto del curado varia con el tamao.*Columnas de madera: El tipo de columna de madera que seusa con masfrecuencia es lacolumna slidasencilla. Consiste en una sola pieza de madera, de seccin transversal rectangular. Un tipo de columna quetambin se considera como columnaslida sencilla es un miembro slido deseccin transversalcircular; seusa con menor frecuencia que una columna de seccin transversal rectangular. Ahora que se dispone deconectores para madera, se usan constantemente columnas con separadores. Consiste en un conjunto depiezas de madera y se usan en los miembros de las armaduras que trabajan a compresin. Las columnascompuestas se hacen sujetando, con pegamento o tornillos, tablones y miembros cuadrados. Son deficientesen cuanto a capacidad de carga. En todos lo tipos de columnas, la capacidad de carga depende de larelacin de esbeltez.Relacin de esbeltez: La relacin de esbeltez, de una columna slida de madera es la relacin de lalongitud sin apoyo de la columna a la dimensin de su lado menor. Este lado es la mas angosta de los doscaras, la relacin de esbeltez es l/d, lo que l = longitud sin apoyo de la columna, en pulgadas, y d = ladimensin del lado menor, en pulgadas.*Tipos de vigas:Una viga es un miembro estructural que esta sujeto a cargas transversales.Generalmente, las cargas obran en un Angulo recto al eje longitudinal de la viga. Comparadas con otrosmiembros estructurales, las cargas obre una viga as como el mismo peso de la viga, tienden a flexionar envez de alargar o acortar el miembro. En las vigas simples, los apoyos estn en los extremos, y las fuerzasresistentes dirigidas hacia arriba se llaman reacciones. Una trabe es una viga, pero este termino se aplica alas vigas grandes. Una viga que soporta a otras vigas pequeas se llama trabe.En la construccin de entramados, las vigas que soportan directamente las tablas del piso se llamanviguetas. En los reglamentos de construccin mas recientes se usan los trminos vigueta y tabln paraidentificar madera de seccin transversal rectangular que tiene un espesor nominal de 2. Hasta, pero sinincluir los de 5. Y anchos nominales de 4, o MS. Las vigas que soportan cubiertas de techos se llamanpares; con frecuencia son inclinados.En la construccin de puentes, las vigas longitudinales en las que se colocan los travesaos o durmientes sellaman largueros refirindose a la madera de seccin transversal rectangular que tiene dimensionesnominales de 5 o mas de espesor y 8 o mas de ancho.Una viga simple es la que descansa en un apoyo en cada extremo, sin restricciones.La mayora de las vigas en la construccin de madera son vigas simples.Una viga volada es la que sobresale de un apoyo, como las empotradas en un muro que sobresalen delparmetro del mismo.Composicin celular de la maderaLa madera est formada por clulas que conforman una estructura tubular hueca, que permite una economa de peso sorprendente en comparacin con su resistencia. Sus componentes principales son los siguientes:

Celulosa:polisacrido rgido e insoluble en agua, con una resistencia a la traccin de 10.000 kgcm2 (superior a la del acero).Lignina:es la nica fibra no polisacrido que se conoce. Acta como aglomerante de la celulosa, con una resistencia a la compresin de 2.400 kg cm2 (superior a la del hormign).Las funciones de estas clulas son transportar la savia a todo el rbol, servir de sostn o sujecin y almacenar sustancias para nutrir dichas clulas.NORMATIVIDADNORMAS DE ENSAYONTP251.003:1990MADERAASERRADA.Dimensiones.MtododemedicinNTP251.009:1980MADERAS.AcondicionamientodelasmaderasdestinadasalosensayosfsicosymecnicosNTP251.010:2004MADERA.Mtodoparadeterminarelcontenidodehumedad.2a.ed.NTP251.011:2004MADERAS.Mtododedeterminacindeladensidad.2a.ed.NTP251.012:2004MADERAS.Mtododedeterminacindelacontraccin.2a.ed.NTP251.013:2004MADERAS.Mtodoparadeterminarelcizallamientoparaleloalgrano.2a.ed.NTP251.014:2004MADERAS.Mtodoparadeterminarlacompresinaxialoparaleloalgrano.2a.ed.NTP251.015:2004MADERA.Mtododedeterminacindeladureza.2a.ed.NTP251.016:2004MADERAS.Mtodoparadeterminarlacompresinperpendicularalgrano.2a.ed.NTP251.017:2004MADERAS.Mtodoparadeterminarlaflexinesttica.2a.ed.NTP251.018:2004MADERA.Mtododedeterminacindetenacidad.2a.ed

CONTROL DE CALIDAD1. Mtodo para determinar la comprensin axial o paralela al grano (NTP 251.014:2004)El objetivo es establecer los procedimientos a seguir en la ejecucin del ensayo de comprensin axial(o paralela al grano) en madera.Instrumentos y equipos: Maquina universal de ensayo marca AMSLER, con capacidad de 50 toneladas. Vernier, ver fig.2 Deflectometro, ver fig.1 Fig.1 Fig.2Procedimiento: Colocar la muestra en la muestra en la mquina de ensayo de tal manera que la seccin transversal de la probeta este en contacto con el centro de apoyo mvil. Colocar el deflectometro sobre la probeta, la separacin entre sus abrazaderas ser igual a 15cm para probetas grandes y 7.5cm para probetas pequeas. Aplicar la carga a una velocidad de 0.3mm/min para probetas pequeas, hasta el cese o rotura del espcimen.

2. Mtodo para determinar la comprensin perpendicular al grano (NTP 251.016:2004)Preparacin de las probetas: Las muestras a ensayar son prismas rectos de 5cm x 5cm de seccin transversal y 15cm de longitud, construidos de tal manera que las caras de mayor longitud sean paralelas al grano. Previamente a la realizacin del ensayo se deber verificar las dimensiones de la probeta y comprobar la perpendicularidad entre sus bordes consecutivos.Materiales y equipos: Maquina universal de ensayo marca AMSLER, con capacidad de 50 toneladas. Vernier. Compresometro, ver fig.3.

Fig.3Procedimiento: Colocar la probeta en el centro de la base del y ajustar la posicin del cabezal mvil, de tal manera que la fuerza aplicada sobre la cara sea tangencial o radial. Colocar el compresometro e incrementar la carga del equipo a una velocidad constante de 0.3mm, hasta la rotura o cese del mismo.3. Ensayo de traccin perpendicular a las fibras (NTP 251.086:2004)Procedimiento Colocar la muestra en la maquina de ensayo. Aplicar la carga de traccin a una velocidad constante igual a 400kg/min. Registrar la carga mxima en el instante en el que se produce la falla.

CONCLUSIONES Luego de hacer este presente trabajo, hemos concluido que la madera es lo ms utilizado en el sistema constructivo. En los ensayos de comprensin se comprob que la madera resiste mas carga cuando las fibras son paralelos al eje de compresin.TECNOLOGIA DE MATERIALES MADERA