PROPIEDADES BASICAS
Independientemente de la especie, la madera puede ser considerada como un material biológico, anisotrópico e higroscópico.
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| ASERRADERO AUTOMATIZADO |
Por ello, a diferencia de otros materiales inorgánicos (ladrillo, acero y hormigón, entre otros), la madera debe tener una serie de consideraciones de orden técnico que garanticen su durabilidad en el tiempo.
La madera es un material anisotrópico. Según sea el plano o dirección que se considere respecto a la dirección longitudinal de sus fibras y anillos de crecimiento, el comportamiento tanto físico como mecánico del material, presenta resultados dispares y diferenciados. Para tener una idea de cómo se comporta, la madera resiste entre 20 y 200 veces más en el sentido del eje del árbol, que en el sentido transversal.
Debido a este comportamiento estructural tan desigual,se ha hecho necesario establecer:
• Eje tangencial
• Eje radial y
• Eje axial o longitudinal
El eje tangencial, como su nombre lo indica, es tangente a los anillos de crecimiento y perpendicular al eje longitudinal de la pieza.
El eje radial es perpendicular a los anillos de crecimiento y al eje longitudinal.
El eje longitudinal es paralelo a la dirección de las fibras y por ende, al eje longitudinal del tronco. Forma una perpendicular respecto al plano formado por los ejes tangencial y radial.
La madera es un material higroscópico. Tiene la capacidad de captar y ceder humedad en su medio, proceso que depende de la temperatura y humedad relativa del ambiente. Este comportamiento es el que determina y provoca cambios dimensionales y deformaciones en la madera.
PROPIEDADES FISICAS:
CONTENIDO DE HUMEDAD
La estructura de la madera almacena una importante cantidad de humedad. Esta se encuentra como agua ligada (savia embebida) en las paredes celulares y como agua libre, en el interior de las cavidades celulares.
Para determinar la humedad en la madera, se establece una relación entre masa de agua contenida en una pieza y masa de la pieza anhidra, expresada en porcentaje. A este cuociente se le conoce como contenido de humedad.
% Contenido = Peso del agua x100
de humedad Peso de madera seca en cámara
Donde:
Peso del agua = Peso madera - Peso madera seca
húmeda en cámara
Por ejemplo, si una pieza de madera contiene 15% de humedad, significa 15 kilos de agua por cada 100 kg de madera.El agua contenida en el interior de la madera, sea en forma natural o por estar expuesta a condiciones del medio ambiente, puede variar principalmente debido a la humedad y temperatura predominantes en el lugar donde se utiliza.
Al cortar un árbol, la madera contiene gran volumen de agua en sus cavidades y paredes celulares, humedad que oscila alrededor del 80%. En algunos casos, puede ser superior al 100%, es decir, el peso del agua contenida en el volumen de madera es superior al peso de ésta anhidra.
Dependiendo de las condiciones ambientales, Los troncos desalojan al medio ambiente agua libre contenida en sus cavidades por efectos de gravedad en más o menos 10 días después de haber sido cortado el árbol, y luego agua fija o adherida por capilaridad a las paredes celulares, esta agua necesita de factores externos para desalojarla.
Cuando el intercambio de humedad que produce el medio ambiente cesa, se dice que la madera ha alcanzando un punto denominado humedad de equilibrio.
Se denomina, entonces, humedad de equilibrio al porcentaje de agua que alcanza una madera sometida durante un lapso determinado a condiciones de temperatura y humedad en su medio ambiente.
Los cambios climáticos del aire que se suceden continuamente, día y noche según las estaciones, hacen que la humedad de la madera también cambie, aunque en valores pequeños.
Kollmann (1959) comprobó que la humedad de equilibrio es casi constante para todas las maderas, y elaboró un ábaco para determinar este valor. O sea, cuando la madera es sometida a un ambiente saturado de humedad (100% de humedad relativa del aire), la humedad de equilibrio es casi constante para todas las maderas, alcanzando un valor máximo de 30%.
Dicha condición se produce en casi todas las especies cuando el agua libre ha sido entregada al ambiente, permaneciendo con agua sólo las paredes celulares.
A este punto de humedad se le denomina punto de saturación de la fibra (PSF).
Desde este punto porcentual y sobre él, la madera tiene las dimensiones de la madera verde.
Cuando la madera tiene un contenido de humedad bajo (el punto de saturación de las fibras es menor al 30%), se habla de madera seca. Sin embargo, para ser utilizada como material de construcción, y específicamente con fines estructurales, el contenido de humedad debe ser inferior al 15%.
Como se sabe, la densidad de un cuerpo es el cociente formado por masa y volumen.
En la madera, por ser higroscópica, la masa y el volumen varían con el contenido de humedad; por lo que resulta importante expresar la condición bajo la cual se obtiene la densidad. Esta es una de las características físicas más importantes, ya que está directamente relacionada con las propiedades mecánicas y durabilidad de la madera.
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD
Determinadas a partir del contenido de humedad de la pieza:
• Densidad Anhidra: Relaciona la masa y el volumen de la madera anhidra (completamente seca).
• Densidad Normal: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera con un contenido de
humedad del 12%.
• Densidad Básica: Relaciona la masa anhidra de la madera y su volumen con humedad igual o superior
al 30%.
• Densidad Nominal: Es la que relaciona la masa anhidra de la madera y su volumen con un contenido
de humedad del 12%.
• Densidad de Referencia: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera ambos con igual
contenido de humedad.
CONTRACCION Y EXPANSIÓN DE LA MADERA.
El secado de la madera por debajo del punto de saturación de la fibra, provoca pérdida de agua en las paredes celulares, lo 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 anteriormente descritos: tangencial, radial y longitudinal. Sin embargo, en este proceso la contracción tangencial es mayor a la que se produce en un árbol.
A la contracción tangencial le sigue la radial, con menos efecto, pero significativo en la deformación de la pieza.
La contracción longitudinal es prácticamente despreciable en madera utilizada con fines estructurales.
Desde el punto de vista del comportamiento de la madera, el punto de saturación de la fibra es una variable muy importante, puesto que sobre él, la madera no variará sus características ni su comportamiento físico o mecánico.
Sin embargo, cuando la madera se encuentra bajo dicho punto, sufre cambios dimensionales y volumétricos que pueden ir de leves a drásticos.
Las consecuencias de dicho proceso en beneficio de las propiedades resistentes de la madera, dependerán de las condiciones y método de secado aplicado (al aire o en cámara).
Un ejemplo es la contracción en Pino radiata secado al aire y en cámara
HUMEDAD DIMENSION CONTRACCION
%
Verde -12% Tangencial 4,0%
Radial 2,0%
Longitudinal 0,1%
Volumétrica 6,0%
Verde-Seco Tangencial 7,0%
en cámara Radial 3,4%
Longitudinal 0,2%
Volumétrica 10,5%
La contracción por secado provoca deformaciones en la madera. Sin embargo con un adecuado método, los efectos son beneficiosos sobre las propiedades físicas y mecánicas de la madera.
PROPIEDADES ELECTRIAS
La madera anhidra es un excelente aislante eléctrico, propiedad que decae a medida que aumenta el contenido de humedad.
En estado anhidro y a temperatura ambiental, la resistencia eléctrica es de aproximadamente 1016 ohm-metro, decreciendo a 104 ohm-metro, cuando la madera está en estado verde. Esta gran diferencia se produce cuando el contenido de humedad varía entre 0% y 30 %, base para el diseño de los instrumentos eléctricos que miden humedad (xilohigrómetros).
PROPIEDADES ACÚSTICAS
La madera, como material de construcción, cumple un rol acústico importante en habitaciones y aislación de edificios, ya que tiene la capacidad de amortiguar las vibraciones sonoras. Su estructura celular porosa transforma la energía sonora en calórica, debido al roce y resistencia viscosa del medio, evitando de esta forma transmitir vibraciones a grandes distancias.
PROPIEDADES TERMICAS
El calor en la madera depende de la conductividad térmica y de su calor específico.
a) Conductividad es la capacidad que tiene un material para transmitir calor, y se representa por el coeficiente de conductividad interna; definido como la cantidad de calor que atraviesa por hora, en estado de equilibrio, un cubo de un metro de arista, desde una de sus caras a la opuesta y cuando entre éstas existe una diferencia de temperatura de 1 grado Celsius ().
La conductividad térmica se mide mediante un coeficiente de conductividad y está íntimamente relacionada con la densidad de la madera. Las cavidades celulares de la madera seca (bajo el PSF) están llenas de aire, el cual es un mal conductor térmico. Por ello, las maderas de baja densidad conducen menos calor que las de alta densidad.
b) Calor específico es definido como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1 grado Celsius (),la temperatura de un gramo de madera.
El calor específico en la madera es 4 veces mayor que en el cobre y 50% mayor que en el aire. No depende de la especie ni densidad, pero sí varía con la temperatura.
La combinación de estos dos aspectos hace de la madera un material que absorbe calor muy lentamente.
La alta resistencia que ofrece la madera al paso del calor, la convierte en un buen aislante térmico y en un material resistente a la acción del fuego.
La madera, al igual que otros materiales, se dilata o contrae al aumentar o disminuir la temperatura, pero su efecto es bastante menor, sin ser despreciable, en valores que representan 1/3 del acero y 1/6 del aluminio, aproximádamente.
PROPIEDADES MECANICAS
Generalidades:
Las propiedades mecánicas de la madera determinan la capacidad o aptitud para resistir fuerzas externas.
Se entiende por fuerza externa cualquier solicitación que, actuando exteriormente, altere su tamaño, dimensión o la deforme.
El conocimiento de las propiedades mecánicas de la madera se obtiene a través de la experimentación,
Mediante ensayos que se aplican al material, y que determinan los diferentes valores de esfuerzos a los que puede estar sometida.
El esfuerzo que soporta un cuerpo por unidad de superficie es la llamada tensión unitaria. Cuando la carga aplicada a un cuerpo aumenta, se produce una deformación que se incrementa paulatinamente.
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