(Maderas 2) - PPT de Clase 203. Maderas.
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RESEÑA HISTÓRICA
• La madera, en relación con los otros materiales, fue el primer material en usarse por
su fácil obtención: desde combustible, para calentarse y cocinar
Construcciones Terrestres,
Navíos
Amoblamientos
y a medida que fueron avanzando las épocas y con ella revolución industrial, se
construyeron los primeros autos,
Aeroplanos
• En el siglo XX, materiales mas homogéneos desplazaron el uso generalizado de la
madera, como ser, el acero, el hormigón y mas recientemente el plástico
• En las últimas décadas del siglo XX. Nuevas técnicas de aprovechamiento de la madera,
como la madera laminada, aglomerados, chapas rebobinadas, los plastificados y los
metalizados y los nuevos tratamientos de preservación de la madera contra los insectos y
hongos, dieron nuevo auge a la utilización de la misma
• Otra industria como la Química también utilizan la madera como la celulosa en papel,
celofán y rayón y en la destilación con alcohol, ácido acético, acetato
ESPECIES MADERABLES
Madera - Definición. Se define como madera, al material de estructura compleja, de carácter
anisótropo, que forma el tejido leñoso del árbol abatido, es decir, inactivo .
Coníferas. De la familia de la Gimnosperma. Existen en zonas frías y templadas. Son las de mayor
importancia y utilización industrial en el mundo.
Características: de hojas perennes y angostas, su fuste es recto y su madera mu trabajable. Existen
unas 500 especies en el mundo y 11 en la Argentina . Ejemplo de coníferas
Frondosas o Dicotiledóneas: de la familia de la angiospermas , de clima templado a cálido. Se usa
mucho en ebanistería.
Características: de hojas anchas y caducas. Hay unas 12000 especies en el mundo y unas 500
tienen aplicación industrial. Ejemplo de frondosas
NATURALEZA DE LA MADERA
Albura: zona viva del árbol saturada de savia y sustancias que nutren la madera. La capa más
interna de la albura muere y sus células se transforman químicamente, dando origen al duramen.
No debe utilizarse pues reúne condiciones propicias para sufrir alteraciones.
Duramen : es la madera perfectamente constituida del árbol. Sus conductos están taponados y
constituyen la parte resistente del árbol. Es mas durable y oscura que la albura.
Crecimiento del árbol. Cuando el árbol es joven, solo existe corteza, líber, cambium y albura. A
medida que va creciendo su altura, necesita aumentar su resistencia, fundamentalmente a flexión,
lo que consigue a través de la formación del duramen (duraminización de la albura).
Radios medulares: Tejido de lámina delgada que se desarrolla perpendicularmente a las otras
fibras, en dirección radial. Difunden la savia descendente y la almacenan para la época de
inactividad (invierno). Es una formación blanda, pero al desarrollarse perpendicularmente ejerce
una función de trabazón.
Tejido Leñoso
Un árbol se compone de células, fibras y vasos. El elemento fundamental anatómico de las plantas
es la célula. La unión de ellas forman el tejido. El conjunto de los tejidos determina la masa leñosa.
Podemos distinguir 3 tipos de células.
Traqueidas
1.- Células Traqueales: conducen el alimento
Vasos
2.- Células Prosenquimáticas: células de sostén del tejido leñoso. Fibras exclusivas de las
dicotiledóneas.
Tejidos longitudinales
Tejidos radiales o radio leñoso
XILOLOGÍA O ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS
Estéticas
Anomalías del leño
Físicas y Mecánicas
CARACTERES ESTETICOS
Caracteres externos de la madera, apreciados por los sentidos. Hacen al valor decorativo y
estético de la madera.
VETEADO. Depende de las disposiciones de los vasos, radios leñosos y anillos de crecimiento.
Carácter de gran valor estético, que aparece en un corte longitudinal y bien pulido del leño.
El veteado depende de los cortes de la madera (caras radiales y tangenciales).
Se puede clasificar en:
Liso o suave: elementos constitutivos del leño finos y pequeños.
Apreciables: es un termino medio del veteado.
Pronunciado: los elementos constitutivos del leño son amplios.
Tipo fresno o floreados: cedros
Tipo caoba: franjas o listas en sentido longitudinal de distintos tonalidades claras y oscuras
Tipo roble o jaspeado: formados por los radios leñosos anchos y altos, que al ser seccionados en sentido
longitudinal radial originan placas que reflejas la luz con distintas tonalidades
Espigados: se disponen los elementos leñosos se disponen en sentido opuestos entre franjas vecinas. Ej.
Palo Santo
TEXTURA. Depende de las dimensiones y distribución de los elementos constitutivos del leño
La textura se clasifica en fina y gruesa y en homogénea y heterogénea, y puede darse una mezcla.
Ej: Textura fina y homogénea: Nogal, Lenga, Cebil colorado, Guayacán, Quina, Quebracho colorado.
Textura fina y heterogénea: Pino del cerro, Ciprés, Palo Santo, Horco Molle, Urundel, Urunday, etc.
Textura gruesa y homogénea: Zapallo Caspi, Ceibo, Ceibo rosado, etc.
Textura gruesa y heterogénea: Timbó, Palo Trébol, Cedro Salteño, etc.
GRANO. Dirección en el plano leñoso de sus elementos constitutivos (fibras y vasos), en especial los
alargados verticalmente con referencia al eje del fuste.
Se pueden clasificar en:
Derecho: cuando la dirección del haz longitudinal es sensiblemente paralela al eje vertical del árbol. Se
observan en superficies tangenciales y radiales. Ej: Pino del cerro, Ciprés, Sauce, Lenga, Urundel.
Oblicuo: el haz longitudinal forma con la dirección del eje vertical del árbol un ángulo agudo. Este grano
se nota mejor en caras tangenciales. Ej: Nogal del País, Aliso del cerro, Zapallo Caspi, Cebil colorado,
Algarrobo blanco y negro, Palo Trébol, Ceibo, Quina, Guatambú, Cochucho, Urunday.
Entrelazado: está relacionado con el anterior, y la diferencia consiste en que la oblicuidad de los
elementos leñosos tiene dirección opuesta y alterna en los sucesivos anillos o grupos de anillos de
crecimiento. La madera que posee este grano presenta, por hendimiento radial, una superficie
acanalada. Ej.: Palo Santo, Quebracho colorado, Quebracho blanco, Tipa blanca, Cebil colorado.
Crespo: la dirección del haz longitudinal es regularmente ondulada o sinuosa. Es bien notable en las
superficies obtenidas por hendimiento. Ej: Nogal criollo, Urunday.
DEFECTOS Y ALTERACIONES
Anomalías de la madera
Intrínsecas: depende del estado sanitario del árbol
Extrínsecas: dependen del clima, insectos, tratamientos posteriores a la corta (aserrado, secado)
DEFECTOS. No alteran la composición química ni el color, pero si las propiedades estéticas, físicas
y mecánicas.
Nudos vivos
Nudos
muertos
Fibras entrelazadas
Las fibras no siguen una misma dirección, sino que están irregularmente entrelazadas.
Excentricidad de la médula
Consiste en un excesivo espesor de los anillos de un lado y muy reducido del otro. Produce una
heterogeneidad en la madera que hace difícil su trabajo y genera una tendencia a curvarse
Doble albura
A veces en medio del duramen aparecen anillos completos o no de albura. Este fenómeno es
debido a fríos intensos que impiden la duraminización de la albura
Grietas
Pueden producirse por rayos, o una vez cortado el tronco por contracciones debido al secado.
Se producen siguiendo los radios leñosos por ser más débiles en este sentido
Los árboles que presenten estas grietas no son utilizados en la construcción
Podredumbre
Se debe a la acción de hongos que modifican totalmente la composición por lo que destruyen la madera
La madera es un material anisótropo, es decir, sus propiedades físicas y mecánicas varían según
la dirección.
Por tratarse de un material con fibras orientadas en una dirección, las propiedades en esa
dirección no son las mismas que en otras direcciones.
La humedad es la propiedad que más influye en todas las otras propiedades de la madera.
La condición de humedad es normal para la madera, pues todo el desarrollo funcional del árbol
tiene lugar en presencia de humedad, mientras vive el árbol. La condición de seca es como se la
utiliza y por ello se hace necesario el secado.
h (%) : humedad Ph - Ps
Ph = peso húmedo h (%) = ---------- x 100
Ps = peso seco (secada en estufa) Ps
En la madera recién cortada, la humedad alcanza valores superiores al 100%.
Sus paredes están saturadas, pero el agua libre no es toda la que puede contener, ya que parte
de los vasos está llena de aire. Por inmersión se va eliminando el aire y la humedad puede
alcanzar valores superiores al 200%.
Además, la humedad no es constante en el espesor de una pieza, siendo mayor en el interior.
También la albura contiene más humedad que el duramen. Por otra parte, la humedad es mayor
en verano que en invierno.
axial
H (%)
Pto. de saturación
Los cambios dimensionales residen en la absorción o eliminación de agua en las paredes de las fibras
leñosas. El agua se aloja entre las células, separándolas o acercándolas.
El punto de saturación de las fibras corresponde al contenido de humedad para el cual las paredes del
tejido leñoso han absorbido toda el agua que puedan absorber. Es el momento en que las células
alcanzan su mayor separación y la madera su mayor volumen (punto de saturación).
La madera puede seguir aumentando su humedad pero no su volumen, ya que el agua se alojará en los
vasos, lumen y traqueidas del tejido leñoso. Es agua libre.
Contracción por secado
1
2
3
4
15 Hsat. 60 H (%)
1 - Estado verde de la madera. Hasta un 60 % de humedad, pierde agua libre. No hay variación
del volumen.
2 - Transición, se pierde agua libre y de imbibición.
3 - Gran contracción por pérdida de agua de imbibición.
4 - Secado a estufa.
Variación volumétrica da dr dt
Las variaciones lineales pueden dv = 100 [(1+ -----).(1+ -----).(1+ -----) - 1]
relacionarse con la variación volumétrica. 100 100 100
Las maderas pueden clasificarse según su contracción volumétrica:
Maderas de baja contracción: 5 < dV < 10 (%)
Maderas de contracción media: 10 < dV < 15 (%)
Maderas de alta contracción: 15 < dV < 20 (%)
El peso unitario varía con la humedad, y debe ser referido a una humedad convencional
La humedad influye en el peso y volumen de la madera, de modo que el peso unitario debe
referirse a una humedad convencional del 15%.
- Contenido de humedad, salvo la tenacidad, todas las propiedades son afectadas por la
humedad y para que los ensayos sean comparables se deben reducir los resultados a la
humedad de equilibrio higroscópico que se tomó universalmente a un 15 %
Las normas IRAM tomaron algo mayores que el 1º criterio y la ventaja es que la humedad es
mas uniforme en todo su ámbito.
DUREZA
Es la resistencia opuesta por la madera a la penetración de un cuerpo extraño que actúa
sobre ella.
Esta propiedad es de gran interés en el empleo de la madera en pavimentos y en la facilidad
de trabajo con las distintas herramientas.
Generalmente hay poca diferencia entre la dureza en superficies radiales y tangenciales.
b) Dureza Janka: Consiste en determinar la carga necesaria para introducir hasta la mitad una
bolilla de acero de 11,284 mm de diámetro, que corresponde a un casquete cuya proyección es
de 1 cm². De esta manera la dureza Janka (kg/cm²), es el valor de la carga que produce dicha
huella.
La probeta suele ser de 5 x 5 x 15 cm, con la dimensión mayor paralela a las fibras.
Determinaciones. Se hacen 2 determinaciones en la superficie tangencial, 2 en la radial y 2 en la
de testa, y se determina el promedio de cada uno de los casos.
- Influencia de la humedad
Por encima del punto de saturación (h≈30%), la c
Influencia de la humedad en la
resistencia a la compresión es prácticamente constante. resistencia a la compresión
Por debajo del punto de saturación, la resistencia
aumenta al disminuir el contenido de humedad.
S: sección de la probeta S
Resistencia a compresión: r (c): Pmax (c)
Pmax: carga máxima e (c)
r (c) = ---------
Lp
S: sección de la probeta
S
Módulo de elasticidad en compresión: E(c) e (c)
e (c): límite elástico en compresión E(c) = ---------
εe(c): deformación en el límite elástico εe(c)
Ensayo. Para el ensayo a compresión perpendicular a las fibras, es frecuente utilizar probetas de
50 x 50 x 150 mm, con dos superficies radiales. La carga se aplica sobre las caras rectangulares en un
cuadrado centrado de 50 x 50 mm.
En este ensayo no se alcanza la rotura, ya que las fibras van compactándose y la carga aumenta hasta
el límite de la prensa, sin acusar la rotura.
Se determina el límite elástico. Se obtiene dividiendo el valor de la carga, cuando queda unos instantes
estacionaria luego de haber crecido proporcionalmente en la primera etapa, antes del aumento
incesante final. La carga se obtiene de la misma máquina de ensayo.
PROPIEDADES MECÁNICAS. RESISTENCIA EN TRACCIÓN Comparación de la tracción y
compresión en dirección de la fibra
La tracción axial produce una compresión transversal, que
origina un aumento de la adherencia entre las fibras. (%) Tracción
Compresión
Rotura. La tracción produce una rotura frágil, ya que el límite de proporcionalidad está muy
próximo a la resistencia a la tracción. Incluso puede producirse la rotura sin que se haya notado
la más leve curva en el diagrama carga - deformación.
El ensayo de tracción generalmente no se realiza, pues la rotura se produce por cualquier otra
causa antes que por tracción.
La madera es un material de alta resistencia a la tracción. Pero su uso en elementos solicitados a
tracción está condicionado por la dificultad de transmitir los esfuerzos en las uniones, debido a
esfuerzos de corte y aplastamiento que debilitan la sección.
Dirección del esfuerzo. El carácter anisótropo de la madera influye, y más que en el caso de la
compresión. Es decir, en tracción es mayor la reducción de la resistencia a medida que aumenta
la inclinación de la carga respecto a la fibra. Debe evitarse en obras de madera que la misma
trabaje a tracción con dirección normal a las fibras. Al esfuerzo se opone la adherencia entre las
fibras, que es muy reducida, de modo que rompe para esfuerzos pequeños.
Influencia de la humedad . Puede decirse lo mismo que en compresión.
Peso unitario. Tiene menos influencia sobre esta solicitación.
Resistencia
(%)
máxima.
Tracción
Probetas. Las probetas deben tener una luz de flexión igual a 14 veces la altura de la sección (COPANT
e IRAM), pues es mínima la influencia del corte sobre la resistencia a flexión. Para una sección de
20x20 mm la luz de flexión es 280 mm (su longitud es 340 mm). Para la probeta COPANT de 25 x 25 mm
la luz de flexión es 350 mm. La carga se aplica en el centro de la luz, a través de una pieza
semicilíndrica de madera dura de 2,5 cm de radio. Al igual que en los ensayos anteriores, en la
confección de las probetas debe cuidarse el correcto paralelismo de sus caras y la perpendicularidad
entre dos contiguas.
PROPIEDADES MECÁNICAS. FLEXION DINÁMICA
El ensayo de flexión dinámica se emplea para determinar la energía absorbida por la probeta en
el choque, solicitada a flexión. La energía absorbida se expresa en kilográmetros (kgm) y se
obtiene a directamente través de la máquina de ensayo (martillo péndulo).
Si el trabajo total absorbido en la deformación y rotura es:
T (kgm) = k . W, definimos:
Resiliencia: k= 6.T / b.h2
Probeta.
La forma y dimens. de la probeta están indicadas en el esquema.
El área de corte A0= 50 x 50 mm.
ELASTICIDAD
Es difícil determinar con precisión el límite elástico de las maderas.
Para simplificar, suele tomarse como tal el límite de los alargamientos proporcionales, es decir, el punto
en el que el diagrama tensión-deformación empieza a curvarse.
El módulo por tracción es más elevado que el de compresión.
El módulo varía con la especie y la procedencia de la madera, con la humedad, con la naturaleza de las
solicitaciones, con la dirección del esfuerzo y con la duración de aplicación de las cargas.
FATIGA
Como en el caso de los materiales metálicos, llamamos límite de fatiga a la máxima tensión que puede ser
aplicada en forma repetida un número infinito de veces.
La relación entre el límite de fatiga y la carga de rotura por flexión estática oscila entre 1/3 y 1/4, estando
más próxima a 1/3 cuando no cambia el sentido de la solicitación, y más próxima a 1/4 cuando cambia,
es decir la pieza se solicita a ciclos alternos de tracción y compresión.
RESISTENCIA AL HENDIMIENTO P
La madera, por su condición de ser vivo, sufre ataques externos e internos. Estos ataques pueden
ser leves o llegar a la destrucción total de la madera.
Causas:
• Bióticas: (internas) hongos, insectos xilófagos, organismos marinos y otros organismos
• Abióticas: intemperie, fuego y agentes químicos
Causas Bióticas
1.- Hongos: organismos vegetales sin clorofilas que se reproducen por esporas, transportados
por el viento y en condiciones de germinación favorables infectan a la madera
• Alimento
• Aire
• Humedad
• Temperatura
Su ataque consiste en descomposición química de la celulosa y la lignina. Pueden ser:
Ejemplos:
• Carcoma
3.- Organismos Marítimos: Teredas navali, moluscos que viven en agua saladas
Causas Abióticas
• Fuego
• Agentes químicos: ácidos o bases que descomponen la celulosa y la lignina
PROTECCION DE LA MADERA
1.- Tala de los árboles: cortar los árboles en época adecuada, invierno
2.- Desaviado: eliminación de la savia inmediatamente después del talado
3.- Secado: estabilizar lo mas posible para que sus movimientos sea despreciables
Factores:
Humedad del aire
Temperatura del aire
Velocidad del aire
Del mal secado pueden aparecer las grietas que pueden ser
Grietas internas
Grietas Externas
Hundimiento de fibras o colapso
Grietas extremas
Tipos de secados
Secado Natural: se apilan las maderas de tal manera que el aire puede circular libremente en torno
de ellas
Secado Artificial: hay un mayor control de la velocidad, temperatura y humedad del aire y se
independiza de las condiciones climáticas
• Secado químico: soluciones acuosas que provocan tensión de vapor menor que la
del agua
7.- Tratamiento por inyección: también con líquidos antisépticos pero más eficaz, se puede realizar
en:
• Madera seca
8.- Protección contra el fuego: La madera se quema, pero no es inflamable. Por efecto del calor se
descompone la madera y se desprenden gases que si son inflamables. Si estos gases se
producen en cantidades suficientes y arden, la temperatura de la madera sube y acaba
destruyéndose por completo.
la protección consiste en una capa que aísla la madera del oxígeno; o-tras veces, una
impregnación con agentes químicos es el elemento retardante del fuego
• Compresión paralela.
• Diag. tensión-deformación