PROPIEDADES DE LA MADERA

La madera elaborada a través de un proceso de aserrío se denomina pieza de madera y posee propiedades definidas.
PROPIEDADES BASICAS
Independientemente de la especie, la madera puede ser considerada como un material biológico, anisotrópico e higroscópico.

ASERRADERO AUTOMATIZADO

Es un material biológico, ya que está compuesto principalmente por moléculas de celulosa y lignina. Siendo madera elaborada, puede ser biodegradada por el ataque de hongos e insectos taladradores, como son las termitas.
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%.

DENSIDAD DE LA MADERA


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.

ESPECIES DE MADERAS

La madera es producto de un proceso metabólico en un organismo vivo (árbol), que crece en la naturaleza en condiciones climáticas, geográficas y de suelos muy diversos.
Esta diversidad afecta el crecimiento y las características de la madera en relación con su estructura celular.
Por esto, a nivel de estructura celular se pueden clasificar las especies arbóreas en dos grandes grupos de árboles:
• Coníferas
• Latifoliadas

CONIFERAS.
La madera de coníferas está constituida esencialmente por células de características homogéneas, del grupo traqueidas, las cuales realizan la doble función de sostén del árbol y conducción de la savia.
Las especies pertenecientes a este grupo presentan un tronco recto, cónico hasta su ápice (extremo superior) y revestido de ramas.
Es difícil de creer, pero en las coníferas, incluso en los más enormes pinos, el tejido leñoso esta compuesto por traqueidas, parénquima y a veces canales resiníferos.

Las traqueidas son muy largas, hasta 75 veces más largas que su diámetro. Ellas son el sostén de la estructura leñosa. También permiten el paso de líquidos. Son el elemento más abundante en la madera de las coníferas, de la que forman el 90% de su volumen.

También encontramos el parénquima formado por células de menor longitud, cuya función es la conducción y el almacenamiento.

Por último, en las coníferas a veces se encuentran canales resiníferos, los cuales están formados por un espacio hueco en el cual las células que forman sus paredes vierten la resina.

Descripción Macroscópica

La descripción de la madera se realiza a través de la observación de la estructura de tejidos leñosos a simple vista o con lupa de 10 aumentos. En secciones como las que se ven en la Figura de abajo, un experto puede identificar diferentes clases de poros, parénquima, radios, canales gomíferos y resiníferos. Después, se les puede clasificar según sus dimensiones, cantidades y tipo de agrupamiento, y así identificar por lo menos la familia a la que pertenece la madera.





LATIFOLIADAS.


El tejido leñoso de las latifoliadas tiene una estructura celular más compleja que el de las coníferas. Este esta formado por fibras, vasos, parénquima y a veces canales gomíferos.



Las fibras son células alargada y el principal componente de la madera de latifoliadas, al igual que, las traqueidas en las coníferas, son el sostén del cuerpo leñoso. También permiten el paso de nutrientes, a través de pequeños orificios denominados puntuaciones. Los vasos o poros son verdaderos tubos conductores de la savia dentro del árbol os elementos encargados de la conducción, están formado por un conjunto de células en forma de tubo, unidas por sus extremos generalmente abiertos.
El parénquima puede ser longitudinal o radial, el primero tiene como función almacenar sustancias de reserva y el segundo, o sea el radial, almacena y distribuye nutrientes desde la corteza hacia la médula del árbol.
Ocasionalmente se encuentran canales gomíferos, formados por células especializadas de parénquima, ubicados longitudinalmente o dentro de los radios medulares.

CONTRACCION DE LA MADERA

La madera posee la propiedad de contraerse o hincharse según pierde o gane humedad. Al secar la madera verde hasta un contenido de humedad en equilibrio con las condiciones atmosférica se produce un considerable disminución de las dimensiones originales y aún cuando una determinada pieza de madera sea adecuadamente secada antes de ser puesta en obra se encogerá o hinchará de acuerdo a las variaciones del medio ambiente.
La contracción se origina al perderse el agua límite, o sea, que empieza cuando la madera alcanza el P.S.F. y como todo cuerpo las variaciones se realizan en las tres dimensiones: longitudinal, radial y tangencial.

Las variaciones en el sentido longitudinal son prácticamente despreciables en usos comunes, la contracción tangencial es1.5 a 2 veces mayor que la radial. Este fenómeno da lugar a deformaciones tales como alabeos, torceduras, rajaduras, grieta y colapsos.

Las maderas más duras presentan mayores valores de contracción que las maderas menos densas; la contracción se expresa en % de la, dimensión original.

DURAMEN Y ALBURA DE LA MADERA

La albura: Es la parte exterior del xilema cuya función principal es la de conducir el agua y las sales minerales de las raíces a las hojas es de color claro y de espesor variable, según las especies.


El duramen: Es la parte inactiva del xilema y tiene como función proporcionar resistencia para el soporte del árbol. Se forma de la siguiente manera: .con el tiempo la albura pierde agua y sustancias alimenticias almacenadas y se infiltra de sustancias orgánicas distintas, tales como, aceites, resinas, gomas, taninos, sustancias aromáticas y colorantes. La infiltración de estas sustancias modifica la consistencia de la madera que toma un color más oscuro y adquiere un mejor comportamiento al ataque de hongos e insectos, esto ultimo distingue particularmente al duramen de la albura.

A medida que el árbol va creciendo en diámetro, la parte más interna del tronco (capa más interna del xilema) situada cerca a la médula cesa en la conducción de agua y sufre ciertas transformaciones químicas, físicas y anatómicas convirtiéndolas en tejido de resistencia mecánica llamado duramen.

Estas transformaciones generalmente van acompañadas de un cambio de color (no siempre) y está formada por células muertas, llenas de goma, resina y materiales colorantes y en muchos casos de agentes tóxicos y repelentes para hongos e insectos. La madera de esta zona cumple la función de tejido de sostén y se conoce como madera de Corazón. En la madera de latifoliadas es común encontrar los vasos de duramen taponados u obstruidos por expansiones de células de parénquima lo que hace más difícil el transporte de agua o de líquidos por lo tanto es más complicado un secado e inmunización.

En las coníferas, al formarse el duramen, las punteaduras de las traqueidas cierran el paso de líquidos de una célula a otra y continua funcionando como verdadera válvula por acción de las resinas que se depositan en ellas.

El duramen presenta una mejor durabilidad y es más resistente al deterioro debido a la impregnación de sus células con sustancias antisépticas que paralizan el desarrollo de los parásitos de la madera. Esta característica hace que el duramen sea preferido más que la albura, pero a su vez presenta mayores dificultades para su impregnación.

La parte de la madera que continúa en las funciones de conducción y

almacenamiento de denomina Albura y corresponde a la zona externa, de color claro, generalmente blanco, que forma un anillo en la periferia; ella realiza las funciones de transporte de savia. Se considera la albura como más susceptible al ataque de hongos e insectos.


En un árbol maduro, la sección transversal del tronco presenta las siguientes partes:

Corteza exterior: Es la cubierta que protege el árbol de los agentes atmosféricos, en especial de la insolación; esta conformada por un tejido llamado floema que cuando muere forma esta capa.

Corteza interior: Es la capa que tiene por finalidad conducir el alimento elaborado en las hojas hacia las ramas, tronco y raíces, está constituido por el tejido floemático vivo, llamado también líber.

Cambium: Es el tejido que se encuentra entre la corteza interior y la madera. Las células del cambium tienen la capacidad de dividirse y conservan esa facultad hasta cuando el árbol muere.

La madera o Xilema: Es la parte maderable o leñosa del tronco, se puede distinguir en ella la albura, el duramen y la medula.

Medula: Es la parte central de la sección del tronco y esta compuesto por un tejido celular esponjoso. (Parenquimático).

ESTRUCTURA ANATÓMICA

La parte maderable del árbol tiene tres funciones básicas que son las siguientes:

Conducción de agua, almacenamiento de sustancias de reserva y resistencia mecánica.

Está constituida por células longitudinales y transversales de distintas características; según las funciones que desempeñan en el árbol.

Raíz.Es la parte inferior del árbol que penetra en el suelo, cuya función es absorber agua, y nutrientes minerales y fijar la planta al suelo.

QUE ES LA MADERA?

La madera se define como la sustancia vegetal más o menos dura, compacta y fibrosa que se extrae del tronco, ramas y raíces de las plantas leñosas. Es una agrupación de células de formas muy variadas de diferentes tamaños y características. Por lo tanto la madera noes un material homogéneo, o sea, no tiene una estructura uniforme y debe cumplir en el árbol o vegetal vivo tres funciones: la conducción de la savia, o sea agua y sustancias disueltas, la transformación y almacenamiento de sustancias de reserva y el sostenimiento o
resistencia mecánica del vegetal.

En el mercado mundial de maderas se conocen dos grandes grupos comerciales: las Coníferas, llamadas también maderas blandas o suaves, características de las zonas templadas del norte y del sur y entre nosotros representada por el ciprés y el pino principalmente.
Lasmaderas Duras, llamada también latifoliadas, maderas porosas o de hoja ancha, de amplia distribución en el trópico y aún en las zonas templadas; para nosotros están representadas en todas las maderas de uso muy difundido como el cedro, abarco, roble, etc.

Los términos de suaves ó blandas y duras no se aplican a la efectiva dureza de las mismas, ya que algunas maderas blandas como por ejemplo el Pino es más dura y densa que una madera dura como el Balso.

Las células que forman la madera son en su mayoría cilíndricas o prismáticas y alargadas en la dirección del eje del árbol y están constituidas por una pared celular que encierra una cavidad llamada lúmen.