materiales de madera

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UNIDAD IMateriales para Obra Gruesa

CLASE Nº 7

LA MADERA

TAM-1201. Taller de Materiales. Profesor Juan Francisco Vega Salas. CLASE Nº 07. 2

LA MADERA

Se llama madera a la parte sólida, sin corteza, proveniente del tronco y las ramas de un árbol, es un tejido vascular que se presenta en todos los vegetales superiores.

RAICES

TRONCO

CORONA o COPA

Evolución Histórica del Uso en Construcción:


La madera se compone principalmente de:* Celulosa. * Lignina. * Minerales. * Productos extraíbles.

Y contiene una gran cantidad de agua (20 a 60% del peso).

LA MADERA

Un tronco está formado por la médula, el durámen, la albura, lo que en conjunto se denominada xilema, y la parte activa del árbol donde se encuentra el cambium, el floema y la corteza.


ESPECIES MADERERAS

Las especies forestales se clasifican en dos grandes grupos: * Latifoliadas (frondosos de hoja caduca).

* Coníferas (resinosos de hoja perenne).


ESPECIES MADERERAS

Nativas:• Raulí.

• Coigüe. • Lenga.• Tepa.• Roble.• Mañío.• Alerce.

• Araucaria.

Foráneas:• Pino Insigne.• Eucalipto.

• Pino Oregón.• Roble Americano.

• Fresno.• Cerezo. • Haya.• Mara.• Cedro.

• Roble boliviano.

Según su origen, las especies madereras se pueden clasificar en nativas y foráneas:


EL PROCESO FORESTAL

•Plantación y cuidados del bosque.

•Tala de los árboles y transporte hasta los aserraderos.

•Aserrado de los troncos.

•Conservación de la madera.

•Obtención de la materia prima para distintos elementos.

La industria de la madera comprende:


TIPOS DE BOSQUES


PRODUCTOS


CARACTERÍSTICAS

La resistencia de la madera está ligada a su dureza, y ésta con su densidad. Así tenemos maderas duras a blandas.

La madera es un material que resiste bien los esfuerzos de compresión y tracción, y fue por mucho tiempo el único que servía para salvar luces (vigas).

El origen de las cualidades o defectos que posee una pieza de madera aserrada pueden determinarse a partir del árbol de donde proviene.

El conocimiento sobre la naturaleza de la madera, características y comportamiento, es necesario para establecer y efectuar un buen uso de este material.


CARACTERÍSTICAS


PROPIEDADES DE LA MADERA

La madera es un material…

• Biológico.

• Anisotrópico.

• Higroscópico.

Material Biológico: La madera tiene enemigos naturales, es inflamable y combustible por lo que hay que tener ciertas precauciones para su uso correcto y así garantizar su durabilidad. Material Anisotrópico: El comportamiento físico y estructural de la madera NO ES HOMOGÉNEO, depende de la dirección de la carga respecto de la dirección de las fibras de la pieza.Material higroscópico: Tiene la capacidad de captar y ceder humedad en su medio, proceso que depende de la temperatura y humedad relativa del aire. Este comportamiento es el que determina y provoca, cambios dimensionales y deformaciones en la madera.


PROPIEDADES FÍSICAS

1) CONTENIDO DE HUMEDAD.La estructura de la madera puede almacenar una gran cantidad de agua. Esta se encuentra como agua ligada, (savia embebida), en las paredes celulares, y como agua libre, en el interior de las cavidades celulares.


Cuando la madera tiene un contenido de humedad bajo el punto de saturación de las fibras (menor al 28%), se habla de madera seca. Sin embargo, para ser utilizada como material de construcción, específicamente con fines estructurales, el contenido de humedad debe ser inferior al 15%.

El punto de equilibrio de la madera depende fundamentalmente de la especie, la temperatura y la humedad relativa del ambiente, como se ve en el siguiente cuadro:



2) DENSIDAD DE LA MADERA.Es una de las características físicas más importantes, ya que está directamente relacionada con las propiedades mecánicas y durabilidad de la madera.En la madera, por ser higroscópica, la masa y el volumen varían con el contenido de humedad; resulta importante expresar la condición bajo la cual se obtiene la densidad.

Según la norma chilena NCh 176/2 existen las siguientes densidades de la madera:

* Densidad Anhidra.* Densidad Normal.* Densidad Básica.* Densidad Nominal.* Densidad de Referencia.



3) CONTRACCIÓN Y EXPANSIÓN DE LA MADERA. El secado de la madera, por debajo del punto de saturación de la fibra (PSF), provoca pérdida de agua en las paredes celulares, que a su vez produce contracción de la madera. Cuando esto ocurre, se dice que la madera “trabaja”.Las dimensiones de la madera comienzan a disminuir en los tres ejes ya descritos, siendo la contracción tangencial mayor que las otras.



4) PROPIEDADES ELÉCTRICAS.La madera anhidra es un excelente aislante eléctrico, propiedad que desmedra a medida que aumenta el contenido de humedad.

5) PROPIEDADES ACÚSTICAS.La madera puede cumplir un rol acústico importante como aislante ya que tiene la capacidad de amortiguar las vibraciones sonoras.

6) PROPIEDADES TÉRMICAS.Depende:

• La conductividad térmica.• El calor específico.

La combinación de estos dos aspectos en la madera, la hacen un material que absorbe calor muy lentamente.Con respecto a la dilatación térmica, su efecto es bastante menor, sin ser despreciable, valores que aproximadamente representan 1/3 del acero y 1/6 del aluminio.



SECADO DE LA MADERA

Con el fin de obtener la humedad adecuada para su uso, la madera debe ser secada. Existen dos tipos de tratamientos de secado:

1) Secado al aire.2) Secado en horno.


PROPIEDADES MECÁNICAS

Las propiedades mecánicas de la madera miden la capacidad o aptitud para resistir fuerzas externas.Debido a que las células que componen la estructura de la madera tienen una orientación preferente en la dirección del crecimiento del tronco, las propiedades mecánicas de la madera depende de la dirección de aplicación de la carga. Esta característica se denomina anisotropía.

Es así como existe la dirección paralela a las fibras, la dirección radial y tangencial a las fibras. Estas últimas dos también se denominan perpendicular a las fibras.

Debido a la anisotropía de la madera, los ensayos para determinar las propiedades mecánicas se realizan en diferentes direcciones.


Compresión paralela a las fibras

Compresión perpendicular a las fibras

Flexión estática Cizalle simple

Tracción paralela a las fibras Tracción radial Extracción de un clavo

ENSAYOS:



Los valores de las propiedades mecánicas de las principales especies madereras utilizadas en construcción se presentan en la tabla:

Especie

Peso secogr/cm

3

Flexiónkgf/cm2

Compresión kgf/cm2Tracción axial

kgf/cm2Cizalle

kgf/cm2Axial Normal

spf srf Ef spc src Ec spn srn spt srt Et srt trr

Pino Insigne

0,35 198 390 71.540 105 162 67.000 60 133 718 913 117.000 78 70

Álamo 0,30 200 378 512.000 92 169 65.400 19 43 367 577 70.200 51 41

Roble 0,55 650 850 123.500 338 472 131.000 80 - - - - - 120

Coihue 0,60 527 814 105.800 250 455 113.000 96 228 480 832 91.900 136 100



COMERCIALIZACIÓN

La madera más utilizada para la construcción es la madera aserrada, o sea, aquella que se corta longitudinal al sentido de la fibra del tronco, que se pueden presentar en diversas formas y tamaños.Su producción comienza con el proceso de reaserrado, donde los troncos o basas son cortadas en piezas menores que se comercializarán.


La madera se puede aserrar de un rollizo en dos formas:

1) Radialmente a los anillos de crecimiento del tronco, obteniéndose madera cuarteada (A).

2) Tangente a los anillos de crecimiento, obteniéndose madera floreada (B).

El aserrador calcula el aprovechamiento de la madera en cada tronco, con esto se reduce a unas pocas piezas rectangulares llamadas basas (> 10”).

COMERCIALIZACIÓN


CLASIFICACIÓN

POR ASPECTO:Se efectúa considerando la apariencia de la madera como principal requisito de acuerdo al uso a que ella se destine. Las normas NCh 175 y 178 establecen los posibles defectos a considerar en la madera.

Las maderas estructurales se clasifican en GRADOS: Selecto (GS), Primero (G1) y Segundo (G2) en consideración a los defectos y fallas.

Para la apreciación del número y extensión de los defectos, se considera el canto o cara con mayores deficiencias.


La madera tiene dos dimensiones: la menor denominada canto (espesor), y la mayor llamada cara (ancho). Estas dos dimensiones se llaman escuadría, y se mencionan siempre en ese orden.De acuerdo a la Norma Chilena 174 of.85, las unidades empleadas en las maderas son:

COMERCIALIZACIÓN

• Las dimensiones nominales de espesor y ancho de una pieza de madera, que se expresan en milímetros (mm) enteros.

• La longitud de una pieza de madera, que se expresa en metros con 2 decimales.

• El volumen de una pieza de madera, que se expresa en metros cúbicos (m3) con 5 decimales.

A pesar de esto aún tenemos la costumbre de especificar la madera en bruto en pulgadas (“).

Lo mismo pasa con su volumen, donde ocupamos dos unidades: la pulgada maderera y el pie maderero.


El precio de las maderas está referido a la unidad de volumen:

Pie maderero: Equivale a un trozo de tabla de 1 pulgada de espesor, por un pie de ancho y 1 pie de largo (1 pie = 30cm). Pulgada maderera: Es 10 veces mayor que el pie maderero, y corresponde a una tabla de 1 pulgada de espesor, por 10 pulgadas de ancho y 12 pies de largo (3,60m).

COMERCIALIZACIÓN


NOMENCLATURA

La madera se clasifica según la norma chilena, por especie, grado estructural (defectos), escuadría (Ancho y Espesor) y largo, grado de elaboración y grado de secamiento. Ejemplo: Pino Insigne, G2, de 1"x4"x 3.60m, machihembrado seco.

Los nombres para señalar las piezas de madera están referidos a sus tamaños aproximados:

Listones.Tablas. Tablones. Cuartones. Basas.Tablas de tapa.


MADERA ELABORADA

Se llama madera bruta o simplemente aserrada a la que se corta de troncos y basas y se utiliza tal cual, sin mayor grado de intervención.La madera elaborada es la madera preparada en mayor grado, a través de distintos procesos como el cepillado, machihembrado, moldurado, etc.

1) Madera Cepillada. Es la pieza de madera alisada con máquina cepilladora en una o varias de sus caras o cantos.

Las piezas de madera, expresada en dimensiones nominal, se puede establecer o especificar en tres tamaños de escuadría:

Aserrada verdeAserrada secaCepillada seca


ESPESORES Y ANCHOS NOMINALES PARA MADERA ASERRADA Y MADERA CEPILLADADimensiones en milímetros

DNe × a

Espesor x ancho

Madera 50 63 75 88 100 125 150 175 200 225 250

13 Aserrada verdeAserrada secaCepillada seca

11 x 4810 x 458 x 41

11 x 6010 x 578 x 53

11 x 7310 x 698 x 65

11 x 8610 x 828 x 78

11 x 9810 x 948 x 90

11 x 12310 x 118

8 x 114

11 x 14810 x 142

8 x 138

11 x 17310 x 166

8 x 162

11 x 20010 x 190

8 x 185

11 x 22310 x 214

8 x 210

11 x 24810 x 235

8 x 230


18 x 4817 x 4514 x 41

18 x 6017 x 5714 x 53

18 x 7317 x 6914 x 65

18 x 8617 x 8214 x 78

18 x 9817 x 9414 x 90

18 x 12317 x 11814 x 114

18 x 14817 x 14214 x 138

18 x 17317 x 16614 x 162

18 x 20017 x 19014 x 185

18 x 22317 x 21414 x 210

18 x 24817 x 23514 x 230


22 x 4821 x 4519 x 41

22 x 6021 x 5719 x 53

22 x 7321 x 6919 x 65

22 x 8621 x 8219 x 78

22 x 9821 x 9419 x 90

22 x 12321 x 11819 x 114

22 x 14821 x 14219 x 138

22 x 17321 x 16619 x 162

22 x 20021 x 19019 x 185

22 x 22321 x 21419 x 210

22 x 24821 x 23519 x 230


38 x 4836 x 4533 x 41

38 x 6036 x 5733 x 53

38 x 7336 x 6933 x 65

38 x 8636 x 8233 x 78

38 x 9836 x 9433 x 90

38 x 12336 x 11833 x 114

38 x 14836 x 14233 x 138

38 x 17336 x 16633 x 162

38 x 20036 x 19033 x 185

38 x 22336 x 21433 x 210

38 x 24836 x 23533 x 230


48 x 4845 x 4541 x 41

48 x 6045 x 5741 x 53

48 x 7345 x 6941 x 65

48 x 8645 x 8241 x 78

48 x 9845 x 9441 x 90

48 x 12345 x 11841 x 114

48 x 14845 x 14241 x 138

48 x 17345 x 16641 x 162

48 x 20045 x 19041 x 185

48 x 22345 x 21441 x 210

48 x 24845 x 23541 x 230


60 x 6057 x 5753 x 53

60 x 7357 x 6953 x 65

60 x 8657 x 8253 x 78

60 x 9857 x 9453 x 90

60 x 12357 x 11853 x 114

60 x 14857 x 14253 x 138

60 x 17357 x 16653 x 162

60 x 20057 x 19053 x 185

60 x 22357 x 21453 x 210

60 x 24857 x 23553 x 230


73 x 7369 x 6965 x 65

73 x 8669 x 8265 x 78

73 x 9869 x 9465 x 90

73 x 12369 x 11865 x 114

73x14869x14265x138

73 x 17369 x 16665 x 162

73 x 20069 x 19065 x 185

73 x 22369 x 21465 x 210

73 x 24869 x 23565 x 230


86 x 8682 x 8278 x 78

86 x 9882 x 9478 x 90

86 x 12382 x 11878 x 114

86 x 14882 x 14278 x 138

86 x 17382 x 166

8 x 162

86 x 20082 x 19078 x 185

86 x 22382 x 21478 x 210

86 x 24882 x 23578 x 230


98 x 9894 x 9490 x 90

98 x 12394 x 11890 x 114

98 x 14894 x 14290 x 138

98 x 17394 x 16690 x 162

98 x 20094 x 19090 x 185

98 x 22394 x 21490 x 210

98 x 24894 x 23590 x 230

TABLA DE EQUIVALENCIA ENTRE DIMENSIONES NOMINALES Y DENOMINACIÓN COMERCIALDN (mm) 13 19 25 38 50 63 75 88 100 125 150 175 200 225 250

DC (adimen) 1/2 3/4 1 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 5 6 7 8 9 10


VENTA AL PÚBLICO

La industria ha generado códigos de colores para distinguir el grado de elaboración y humedad de la madera aserrada:

Verde Madera con +30% humedadRojo Madera VolumenAmarillo Aserrada secaAmarillo claro Cepillada 4 caras seca en cámaraNaranjoDimensionado seca en cámaraAzul Estructural (seca en cámara)


DEFECTOS DE LA MADERA

Existen una serie de variables, relacionadas con la estructura natural de la madera, que pueden afectar sus propiedades mecánicas y que se califican como defectos de la madera.Recibe este nombre cualquier irregularidad física y/o química de la madera, afectando los aspectos de resistencia o durabilidad, determinando generalmente una limitante en su uso o aplicación.La norma NCh 993 (Madera – Procedimiento y criterios de evaluación para clasificación), establece 10 niveles de defectos (A a la J), de la madera en la clasificación por aspecto.Se distinguen los defectos propios de la madera y los defectos por manipulación de la madera, (los cuales influyen al clasificarla por aspecto y por resistencia).


DEFECTOS PROPIOS

Los defectos propios más incidentes sobre las propiedades de resistencia y durabilidad son:

Nudos sueltos Rajaduras Bolsillo de resina Grietas

Eje inclinado Acebolladura Médula. Canto muerto


DEFECTOS POR CORTE

Veremos los defectos típicos de la madera aserrada generados durante su período de corte:

1) Escuadría irregular.2) Marca de sierra.3) Cepillo desgarrado. 4) Cepillo ondulado. 5) Cepillado incompleto. 6) Depresión por cepillado. 7) Marca de astillamiento. 8) Mancha de procesamiento. 9) Quemado.


DEFECTOS POR SECADO

Veremos los defectos típicos de la madera aserrada generados durante su período de secado (NCh 173 Madera - Terminología general):

1) Arqueadura.2) Acanaladura.

4) Encorvadura.3) Torcedura.


AGENTES DESTRUCTORES

La madera es un material orgánico que tiene ciertos enemigos naturales que la pueden afectar en distinto grado e incluso destruirla.Dentro de los enemigos de la madera podemos contar:

AGENTES BIÓTICOS AGENTES ABIÓTICOS

Bacterias

Hongos

Insectos

Roedores, Aves y Moluscos

Agua - Humedad

Rayos UV

Efecto Hielo - deshielo

Fuego

La madera no siempre es susceptible de ser atacada en cualquier condición, existiendo soluciones arquitectónicas y protectores que permiten evitar estos ataques y que garantizan su durabilidad.


AGENTES BIÓTICOS

1) HONGOS. Para que los hongos se desarrollen y subsistan se requieren de ciertas condiciones como temperaturas entre 3º a 50ºC, humedad de la madera entre el 20% y el 140% y una fuente de oxígeno suficiente para su subsistencia

Al existir las condiciones descritas el ataque biológico es factible, pudiendo producir alteraciones de importancia en la resistencia mecánica de la madera o en su aspecto exterior.Existen hongos que sólo cambian el color de la madera, como la mancha azul y el moho, pero no la dañan.

El peligro mayor radica en los hongos de pudrición, que se alimentan de la pared celular de la madera causando pérdida de resistencia severa. Existe la mancha blanca (se come la lignina), la mancha parda (se come la celulosa).


AGENTES BIÓTICOS

2) INSECTOS. En el ambiente existe una gran cantidad de insectos que usan la madera para reproducirse, habitar y alimentarse de la celulosa (insectos xilófagos). El daño producido puede ser debido a sus larvas, orugas o adultos, que penetran en la madera abriendo galerías.Dentro de éstos destacan:

Coleópteros.

Termitas.


AGENTES ABIÓTICOS

1) Agua y Humedad Atmosférica. La humedad atmosférica produce deterioro por los cambios repetidos de dimensiones que se suscitan en las capas superficiales de las piezas que se encuentran a la intemperie (cualidad higroscópica de la madera).

Sin protección. Con protección.

2) Rayos U.V. El espectro ultravioleta de la luz descompone la celulosa, acción lenta en un primer momento y que solo afecta a los primeros milímetros de la superficie, capa que sirve de protección al resto.

3) Efecto Hielo – Deshielo. La humedad contenida en las cavidades celulares se congela, aumentando el volumen de las fibras leñosas en estado verde, produciendo daño acumulativo.


AGENTES ABIÓTICOS

4) Fuego. La madera es inflamable y combustible, aunque prácticamente ningún material puede tolerar indefinidamente el fuego sin presentar deterioro.La reacción al fuego de las maderas depende de:

*Espesor de la pieza de madera.*Contenido de agua de la madera.*Densidad de la madera (especie).

Se inflama, en circunstancias favorables, a aproximadamente 275° C siendo importante el tiempo durante el cual es calentada.


PROTECCIÓN DE LA MADERA

Todos estos agentes nocivos para la madera pueden ser tratados y prevenidos de forma de reducir y prácticamente eliminar el riesgo de deterioro.

Para proteger a la madera, se somete a diferentes tipos de tratamientos con productos químicos. Dependiendo del tipo de acción, los tratamientos se pueden clasificar en:

Insecticidas Funguicidas Ignífugos Protectores de la luz. Hidrorrepelentes.

Los que pueden ser aplicados a través de tratamientos superficiales o profundos, los que se diferencian en el costo y en la calidad de la protección.


MADERA LAMINADA

Madera laminada es la unión de tablas a través de sus cantos, caras y extremos, con su fibra en la misma dirección, conformando un elemento no limitado en escuadría ni en largo y que funciona como una sola unidad estructural.


La madera laminada es un producto estructural, fabricado bajo condiciones técnicamente controladas, con piezas de madera de diferentes largos, de secciones transversales iguales, encoladas entre si con adhesivos de calidad estructural y resistencia a las condiciones climáticas. En Chile, como en la mayor parte del mundo se ocupa madera de coníferas.

MADERA LAMINADA


MADERA LAMINADA

Su mayor ventaja se da en la construcción de elementos estructurales, vigas y pilares que constituyen grandes estructuras que compiten con las de acero. En vigas tenemos:

a) Rectas de sección uniforme (las mas económicas).b) Rectas de sección variable.


c) Arcos: Es la forma que permite alcanzar luces más grandes. Se hacen a partir de laminaciones más delgadas.

d) Pórticos triarticulados: Permite variedades de formas.

MADERA LAMINADA

http://www.mediamadera.com/flash/galeria/diapo.php?cat=9&num=5&expand=


MADERA A USAR

La norma NCh 2150 establece una clasificación para la madera aserrada de Pino radiata destinada a la fabricación de elementos estructurales laminados encolados.Debido a que el Pino radiata no cumple con la característica de durabilidad natural, se impregna con Boro-Silicato o CCA.

G.S.

G.S.

G.1º

G.1º

G.2º


VENTAJAS

• Se aprovechan elementos menores para obtener piezas de grandes luces.• Es posible diseñar la sección transversal de manera de optimizar el uso de material.

Permite formas curvas y de secciones variables.• Buen comportamiento al fuego. (0,7 mm por minuto).• Baja relación peso / resistencia.• Es posible incorporar a las piezas una contraflecha.• Se mejora la resistencia del conjunto al tener una menor dispersión de defectos.• Al utilizar madera seca no se presentan problemas de inestabilidad dimensional. • Las estructuras construidas con este material son desmontables. Es de rápido

montaje en obra.• Se pueden usar láminas de menor calidad en las zonas de baja resistencia, y

madera de mejor calidad sólo donde se necesita (Sólo requiere un 30 % de madera de alta calidad).

• Belleza y estética, sin necesidad de terminación.


DESVENTAJAS

• Mayor costo. Comparadas con la madera sin laminar, son más costosas, especialmente en vigas rectas; en vigas curvas no hay comparación.

• Incremento de costos debido a la necesidad de emplear adhesivos.• Las uniones o juntas determinan su dimensión.• Pérdida de madera y adhesivo (entre 35 a 45%).• El adhesivo debe estar condicionado al uso que se le va a dar al elemento.• La tecnología asociada al proceso productivo es de alto costo. Se debe conocer el

proceso de fabricación y contar con mano de obra especializada.• Se requieren grandes espacios para su fabricación.• Muy a menudo son muy pesadas respecto al uso que se les da.• Problemas de transporte, maniobrabilidad y montaje.• El tamaño está limitado por problemas de transporte.


MADERA LAMINADA


PRÓXIMA CLASE …

PANEL Y BLOQUE DE POLIESTIRENO EXPANDIDO

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