CUESTIONARIO TECNICO DE LA MADERA

1) Cuales son los principales componentes que constituyen a la madera.

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La madera como toda sustancia viva, esta formada por multitud de pequenas unidades individuales cementadas entre si llamadas celulas. Las celulas de la madera son tubulares, de forma aproximadamente rectangular, su longitud no excede de unos 5 mm, y su area transversal maxima de unos 70 micrometros.

Las paredes de las celulas estan formadas de varias capas de celulosa, esta constituye el esqueleto o estructura de las paredes de las celulas, del 60 al 70% de la madera corresponde a celulosa, la lignina corresponde al 15 - 35% .

Estas celulas estan orientadas en direccion paralela al eje del tronco, que son las predominantes, ademas de estas celulas verticales, hay otras que se llaman rayos o celulas radiales por la forma en que estan orientadas, su funcion consiste en la union de las diferentes partes del tronco para el movimiento transversal de las sustancias alimenticias, estas van en su mayoria, de la medula a la corteza del arbol.

La madera esta compuesta de celdillas alargadas cuya base es la celulosa, estas celdillas estan cementadas por lignina, y su ordenamiento dentro del arbol afecta en gran parte a la apariencia y las propiedades de las diversas especies. Sus partes son:

a) Corteza, compuesta de tejidos secos muertos y que sirve como coraza protectora.

b) Liber o corteza suave interior, esta sirve de conducto alimenticio desde las hojas hasta las otras partes del arbol.

c) Capa microscopica inmediatamente interior al liber llamada cambium, es aqui donde se forman las nuevas celdillas de corteza y leno.

d) Albura, en general es de color claro, su funcion es conducir savia desde la raiz del arbol a las hojas.

e) Corazon, generalmente de color oscuro, se forma por cambios graduales en la albura y es inactivo dentro del arbol.

f) Medula, aqui se lleva a cabo el crecimiento de leno nuevo para formar ramas.

Corazon y albura: El corazon se forma por medio de un cambio gradual en la albura. Cuando la madera se emplea bajo condiciones conducentes a la putrefaccion, es deseable contar en la seccion transversal con una gran cantidad de madera de corazon, porque en todas las especies el corazon es mas duradero que la albura, si la madera es sometida a tratamiento, es preferible la albura porque absorbe las sustancias protectoras con mayor facilidad.

2) Que significan los conceptos de hilo, fibra y grano en la nomenclatura del manejo de la madera y cual es su importancia en el comportamiento mecanico de la misma.

Fibra: Se emplean los terminos de fibra recta o atravesada, para describir la madera en la que las fibras son paralelas o bien forman un angulo con los lados de la pieza. La inclinacion de las fibras, expresada como una relacion entre una desviacion unitaria de las fibras, medida con relacion a la cara de la pieza y la distancia en que ocurre esta desviacion se toma en cuenta en las especificaciones para maderas estructurales porque tiene un efecto marcado sobre la resistencia de la pieza.

Hilo: es una cicatriz de forma diversa y color distinto al resto de la misma.

Grano: Al decir grano de la madera nos referimos generalmente a la apariencia de la pieza. La madera que se corta de modo que los anillos anuales formen un angulo de 45A‚A° o mas con la superficie se denomina grano de canto o fibra vertical, el termino grano plano se refiere a madera que ha sido aserrada tangentemente a los anillos anuales, es decir los anillos forman un angulo de menos de 45A‚A° a las caras de la pieza.

La madera de arboles de crecimiento rapido tiene anillos anuales anchos, y se denomina de grano grueso, por el contrario la madera proveniente de arboles de crecimiento lento cuenta con anillos anuales delgados y se le nombra de grano cerrado.

3) Describir las caracteristicas de crecimiento de la madera.

El proceso de crecimiento de la madera , es alimentado por la savia descendente que circula por la corteza interior o liber.

En la seccion transversal de un tronco se observan unos anillos concentricos que van desde la medula (que es el centro del arbol hasta la corteza, cada uno de estos anillos corresponde al crecimiento de un ano y por ello suelen llamarse anillos de crecimiento anual, este crecimiento se verifica en el cambium, de tal manera que la nueva madera se agrega inmediatamente al interior de esta capa, y tiende a empujar la corteza hacia fuera. Cuando los arboles crecen en un clima variable, es posible distinguir un anillo de crecimiento de otro, porque las celdillas que se forman durante la estacion fria, son diferentes de las que se forman en la estacion calida.

Generalmente se distinguen dos capas en cada anillo:

1) Madera temprana o de primavera: Es la capa interior, se desarrolla durante la primera parte de la fase de crecimiento, en la epoca en que se dispone de mas agua, para facilitar la circulacion del liquido, las celulas formadas en esta epoca son de diametro relativamente grande y de paredes de poco espesor, y es ligeramente mas clara que la madera de verano.

2) Madera tardia o de verano: Es la capa exterior, tiene celulas de menor dimension transversal, pero con paredes mas gruesas, lo que le da mayor densidad y resistencia, su colorido es mas oscuro que el de la madera de primavera, los anillos anuales se distinguen unicamente en las maderas de las zonas templadas donde las variaciones de clima de una estacion a otra, coaccionan variaciones importantes en las caracteristicas del proceso de crecimiento, que practicamente se interrumpe durante la epoca fria.

Parte de las celulas que van formando el tronco de un arbol, permanecen activas durante cierto tiempo, participando en el proceso vital. Estas celulas vivas se encuentran en la region del tronco denominada albura, por donde circula la savia ascendente.

A medida que el arbol va creciendo, las celulas de la parte interior de la albura se van volviendo inactivas y se convierten en madera de corazon, cuya funcion es exclusivamente la de proporcionar soporte estructural al arbol. En general el corazon se distingue facilmente de la albura por su color mas oscuro.

Desde el punto de vista resistencia, la albura y el corazon son parecidos, sin embargo la madera del duramen (corazon), es mas duradera que la de la albura porque es menos susceptible a los agentes que provocan la putrefaccion. En el centro del tronco se encuentra la medula, la parte mas antigua del arbol, donde se inicio el proceso de crecimiento y donde tienen su origen las ramas.

4) Describe una forma de clasificacion de la madera segun su uso en la construccion.

La madera se clasifica en:

- Maderas blancas o ligeras: Castano de indias, pino sauce, abedul, estas se emplean en carpinteria para cajas y embalajes, ajuelas, fosforos, carbones ligeros, y con la pulpa se hace pasta de papel.

- Maderas duras o pesadas: Roble, arce, olivo, nogal, ciruelo, sirven para hacer combustibles, para la fabricacion de carbon, construccion de andamiajes, carpinteria fina.

- Maderas para labrar: Son duras, inyectadas de materias colorantes, se cortan con facilidad en laminas delgadas, algunas son caoba, ebano, etc.

- Maderas resinosas: Son coniferas como el pino, abeto, cedro, etc, al arder dan mas color que maderas blancas y resisten mejor la accion de los agentes atmosfericos.

5) Segun los aspectos que afectan el comportamiento mecanico de la madera, describir.

a) Aspectos biologicos:

- Densidad especifica: La densidad especifica de todas las especies seria la misma si no fuera por la variacion en el tamano y arreglo de las cavidades celulares, la densidad de la madera es un indice definitivo de sus propiedades de resistencia.

- Nudos: Los nudos afectan la resistencia porque las fibras de la madera distorsionan al pasar en rededor de un nudo , y la direccion de las fibras estan perpendiculares a la madera adyacente. El efecto de un nudo sobre las propiedades de resistencia de una pieza depende en primer termino del tamano, forma, adherencia y localizacion del nudo, asi como del tipo de esfuerzo a que se somete la pieza.

La disminucion en resistencia de la pieza debido a la presencia de nudos es mayor cuando la pieza esta sometida a traccion mas bien que a compresion, la influencia sobre la resistencia a la flexion depende de la localizacion y el area que ocupa en la seccion transversal de la pieza.

En una viga simplemente apoyada un nudo en la cara inferior, a traccion tendra un gran efecto sobre la carga maxima que puede soportar. Nudos en la cara de compresion son de menos cuidado, y en el eje neutro o en un punto de esfuerzo cortante maximo tiene un poco efecto sobre la rigidez.

En columnas cortas e intermedias los nudos reducen la resistencia en relaciona a su tamano, pero en columnas largas en las que la rigidez es el factor determinante, los nudos son de poca importancia.

- Rajaduras transversales o anulares: El efecto principal de las rajaduras en las vigas es el reducir su resistencia al esfuerzo cortante horizontal. El efecto de rajaduras en el sentido a las fibras sobre las vigas y columnas depende del area de la seccion longitudinal que cubren. Este tipo de rajaduras tambien afecta seriamente la resistencia de un elemento sujeto a traccion perpendicular al sentido de las fibras pero es menos danino el elemento de fibras en linea recta cargados en sentido paralelo a las fibras.

- Inclinacion de las fibras: Cuando las fibras no corren paralelas al centro de la pieza, existen fibras transversales y los esfuerzos de traccion o compresion tendran componentes actuando perpendicularmente a las fibras. La madera es menos fuerte en sentido transversal a las fibras y por lo tanto, la inclinacion de las fibras atravesadas es importante.

La direccion de las fibras no es siempre paralela a los cantos de las piezas de madera. Esto se debe en unos casos a peculiaridades en que al arbol de que proceden las piezas se ha desarrollado, otra forma de desviacion de la fibra es la que se presenta en algunos arboles como el eucalipto, que crecen de tal manera que sus fibras estan orientadas en espiral a lo lado del tronco.

- Arboles vivos y muertos: La madera obtenida de arboles muertos por insectos, hongos, viento o fuego es en todos aspectos tan util para fines estructurales como la madera obtenida de arboles vivos al ser cortados. Esto supone, desde luego, que la madera obtenida del arbol es sana, y libre de insectos o putrefaccion. Por este motivo, la madera obtenida de arboles muertos requiere una inspeccion cuidadosa, pero una vez que se ha encontrado perfectamente sana no habra diferencia entre las propiedades de resistencia de madera obtenida de arboles muertos y la obtenida de arboles cortados aun vivos.

b) Aspectos relacionados con el proceso de secado:

Los procesos de acerrado y secado mediante los cuales los troncos son transformados en piezas apropiadas para fines estructurales producen defectos artificiales que afectan la resistencia de la madera al igual que los defectos naturales. Se describen a continuacion algunos de los mas importantes:

- Gemas: A veces, con el fin de obtener el maximo provecho de un tronco, se hacen los cortes de madera que algunas piezas exhiben en una o mas caras, la corteza o la superficie redonda del tronco, estos defectos, que se denominan gemas, reducen la seccion de las piezas y por consiguiente su resistencia.

- Rajaduras debidas a secado: Las diferencias entre las contracciones en las direcciones longitudinal, radial y tangencial que se presentan cuando la madera es sometida a un proceso de secado crean estados de esfuerzo que pueden conducir a la formacion de rajaduras o fisuras de distintos tipos. La presencia de rajaduras no afecta la resistencia de la madera a la tension y a la compresion paralelas a las fibras ni a su resistencia a la compresion perpendicular a las fibras. En cambio el agrietamiento reduce notablemente la resistencia a la tension perpendicular a las fibras y al esfuerzo cortante paralelo a las fibras.

- Alabeo: Propician alabeos exagerados un secado excesivo o desigual, la exposicion al viento y a la lluvia. Se distinguen 4 tipos de alabeos:

1) Alabeo de canto. Consiste en la deformacion de una pieza de tal manera que, aunque permanezca plana, sus cantos se desvian respecto a una linea recta trazada de extremo a extremo.

2) Arqueamiento. Se presenta cuando la pieza no permanece plana, curvandose en sentido longitudinal.

3) Espiral. Cuando las cuatro esquinas de una pieza no quedan en el mismo plano, como si estuviese sometida a una accion torsionante.

4) Acanalamiento. Si la pieza se curva en sentido transversal formando una especie de canal.

Las piezas con alabeos excesivos no son apropiados para fines estructurales y

deben desecharse.

- Colapso: Es una condicion que se presenta cuando al curar en estufa se utiliza una temperatura alta para secar madera muy humeda. Consiste en el colapso de las paredes de las celulas por la eliminacion rapida de humedad, se caracteriza por una apariencia irregular, este defecto puede afectar seriamente las propiedades mecanicas de la madera.

- Apanalamiento: Consiste en la formacion de cavidades internas al fallar la madera en sentido perpendicular a las fibras durante el secado en estufa a temperaturas excesivamente altas, las cavidades no suelen llegar a las superficies de las piezas por lo que el apanalamiento es dificil de detectar a no ser que se haga un corte transversal. Este defecto puede disminuir considerablemente la resistencia a esfuerzos cortantes, se evita su aparicion controlando adecuadamente el proceso de curado en estufa.

c) Aspectos relacionados con el crecimiento.

A veces algunas de estas caracteristicas se denominan defectos, aunque en realidad se trata de caracteristicas organicas naturales. Tienen su origen cuando el arbol esta en pleno proceso de desarrollo.

- Rapidez de crecimiento: Una de las caracteristicas mas notables de la madera es su densidad que esta intimamente ligada con la resistencia mecanica, la densidad varia segun las condiciones ambientales existentes durante el proceso de crecimiento, la densidad esta relacionada con la rapidez de crecimiento, en las maderas, cuanto mayor sea la rapidez de crecimiento, menor sera la densidad, las maderas comunmente utilizadas para fines estructurales suelen tener de 8 a 30 anillos por cada 5 cm, maderas con valores superiores o inferiores exhiben caracteristicas mecanicas poco satisfactorias.

- Madera de reaccion: Es la madera que se forma como reaccion del arbol ante los esfuerzos anormales que se presentan cuando el arbol crece inclinado, la madera de reaccion tiene caracteristicas macanicas inferiores a la madera normal por lo que conviene evitar el uso de piezas que la contengan en cantidades significativas, se distingue de la madera natural por su textura peculiar.

- Rajaduras durante el crecimiento: Durante el proceso de crecimiento pueden crearse estados de esfuerzo internos que ocacionan rajaduras o grietas, las rajaduras pueden ser anulares, cuando se presentan entre anillos de crecimiento, tambien pueden ser radiales cuando estan orientadas de la medula a la corteza, las rajaduras pueden disminuir la resistencia a esfuerzos cortantes apreciablemente.

- Posicion de los anillos de crecimiento: Por la forma, tamano y arreglo de las fibras de madera, y la cantidad de madera de primavera y otono, las propiedades de resistencia de la madera varian considerablemente a lo largo y atravez de las fibras, por esta razon la madera no sigue el comportamiento general de un material isotropico, y sus propiedades elasticas dependen de la direccion de la fuerza aplicada con relacion a las fibras y a los anillos de crecimiento anual.

d) Aspectos relacionados con la variacion en el contenido de humedad: Cuando las paredes de las celdillas comienzan a perder humedad, o bien inmediatamente despues de que se seca la madera mas alla del punto de saturacion de las fibras, la mayoria de las propiedades mecanicas de resistencia aumenta rapidamente con una disminucion en el contenido de humedad. Este incremento se debe a la rigidizacion de las paredes de las celdillas conforme se secan, y que se prensa la madera conforme se enjunta, no todas las propiedades de resistencia se ven igualmente afectadas por los cambios en el contenido de humedad.

- Contenido de humedad. La madera es un material hidroscopico que tiende a absorber o perder agua segun la humedad relativa del medio ambiente que le rodea, la variacion con el tiempo del contenido de humedad que esto implica es uno de los factores que mas influye en el comportamiento de la madera. Por otra parte las variaciones del contenido de humedad producen cambios volumetricos de cierta importancia que puede ocasionar problemas en algunas aplicaciones estructurales de la madera. Tambien la humedad afecta la durabilidad, esto es si el contenido es alto, sobre todo cuando es variable, la madera se vuelve susceptible al ataque de hongos que produce podredumbre.

- Cambios dimensionales: La madera es dimensionalmente estable cuando su contenido de humedad es superior al punto de saturacion de la fibra (PSF), que suele ser del orden de 30 % , cuando sufre cambios en su contenido de humedad por debajo del (PSF), la cantidad de agua fija dentro de las paredes de las celulas tambien varia. El aumento de disminucion de la cantidad de este tipo de agua causa que las paredes celulares aumenten o disminuyan en su dimension, lo que hace que la madera tienda a hincharse o a contraerse, este cambio dimensional generalmente suele expresarse en forma de porcentaje como sigue:

Cambio dimensional en % = A - B / A x 100

6) Cuales son las propiedades fisicas que se estudian en la madera por su importancia en la construccion.

Las caracteristicas de la madera como material para construccion son muchas, la madera arde facilmente expuesta al aire, sin embargo es muy poco conductora de calor, lo que la hace util como aislante, seca es tambien poco conductora de electricidad, las cualidades fisicas de la madera mas comunes son:

a) Densidad: La densidad establece un criterio de resistencia de la madera, esta se determina por la velocidad de crecimiento del arbol y por la cantidad de madera presente, esto significa que la resistencia de una pieza se mide por la cantidad y distribucion de sustancia basica, esta varia segun la especie, de 0.4 a 1.40. las maderas con un peso especifico menor de 0.50 se consideran ligeras, aquellas que rebasan 0.70 son maderas pesadas, de las comerciales la mas ligera es la balsa (0.12) y una de las mas pesadas es el palo de hierro (1.3) , si la madera se hincha de agua remplazando esta el aire que ocupaban los poros, su densidad aumenta de manera considerable.

b) Dureza: Esta depende en gran parte de la robustez de las membranas celulares, y esta en correlacion con la densidad, la dureza de las superficies radial o tangencial son practicamente iguales, pero menos que la dureza en superficies transversales, la dureza es un buen indice de la resistencia de la madera a la abrasion o al desgaste.

c) Rigidez: Es la capacidad de las celulas para resistir colectivamente curvaturas o torcimientos.

d) Firmeza: Esta puede ser, firmeza contra aplazamiento, contra la tension de desgarro, contra la rotura transversal, pero la que mas interesa desde el punto de vista de la construccion es la firmeza contra el aplazamiento, debido a que esta es siempre la mas baja.

e) Duracion natural: Esta es la capacidad que desarrolla la madera para resistir el ataque de organismos destructores como hongos, insectos, roedores etc.

f) Veteado y dibujo: El veteado se refiere a la posicion o distribucion de las celulas y esta determinado principalmente por los anillos anuales, el dibujo se refiere al diseno que forma la veta y esta influido por diversos factores, (anomalias del crecimiento, accidentes) y varia segun el plano cerrado del tronco, en el serrado plano que corta transversalmente los vasos y las fibras, los anillos anuales aparecen como circulos concentricos. En el serrado en cuartones de corte longitudinal, los anillos se presentan como lineas paralelas o como bandas onduladas, los puntos de arranque de las ramas dan lugar a los nudos.

g) Brillo y color: Esto es de importancia primordial para acabados o ebanisteria, el color de la madera varia aun entre aquellas de la misma especia.

h) Porosidad: Depende del tamano y de las abundancias de las cavidades celulares. En sentido restringido se habla de maderas porosas, segun sea el caso, que posean grandes vasos o que carezcan de ellos, como ejemplos de maderas porosas tenemos las angiospermas, y las no porosas las gimnospermas, en el primer caso los poros pueden estar dispuestos en anillos bien delimitados o estar distribuidos de modo difuso.

7) Cuales son los principales ensayes y las propiedades mecanicas.

- Comportamiento bajo tension: La maxima resistencia a tension de la madera se presenta en la direccion paralela a las fibras, esto es en la direccion en que estan orientadas las cadenas de moleculas de celulosa, suele ser superior que la resistencia a las demas acciones mecanicas, se puede observar que la deformacion es proporcional a la carga, practicamente hasta la carga maxima y que el limite de proporcionalidad no esta bien definido. La resistencia a tension perpendicular a las fibras es de interes en algunas conexiones a base de pernos, esta es aproximadamente 40 veces menor que la resistencia paralela a las fibras. Esta diferencia respecto al comportamiento bajo tension paralela a las fibras se debe a la naturaleza tubular de las celulas que las hace muy deformables en la direccion transversal.

- Comportamiento bajo compresion: Con excepcion de algunas maderas duras en las que las resistencias en tension y compresion son del mismo orden, la resistencia a compresion de la madera en direccion paralela a las fibras varia aproximadamente de la mitad a la tercera de su resistencia a tension en la misma direccion. Se ha observado que cuando en una muestra con carga perpendicular a las fibras, la relacion que existe entre el area de la superficie de carga y el area de la superficie libre de carga disminuye, con esto aumenta el esfuerzo al limite de proporcionalidad, la razon es que existe una contribucion de las fibras adyacentes en la region libre de carga mediante una accion de viga en voladizo que tiende a incrementar la resistencia respecto a la que se obtiene cuando la muestra se carga sobre toda la superficie y no existe area libre de carga.

- Comportamiento bajo flexion: Para valores de la carga transversal inferiores a la correspondiente al limite de proporcionalidad, la distribucion de esfuerzos, si la seccion de la muestra o elemento ensayado es simetrica, es lineal y el eje neutro se encuentra a la mitad del peralte, esto indica que para niveles bajos de carga, la madera se comporta en flexion como material elastico. A medida que la carga va aproximandose a su valor maximo, la distribucion de esfuerzos deja de ser lineal y la profundidad del eje neutro aumenta. Este comportamiento se debe a las diferencias en las relaciones esfuerzo - deformacion de la madera sometida a compresion o a tension, por lo general las fallas por flexion se inician con el aplastamiento de las fibras extremas sometidas a compresion, a la que sigue la rotura de las fibras en tension.

- Comportamiento bajo cortante: Pueden distinguirse varios tipos de esfuerzo cortante en la madera, el mas importante para el dimensionamiento de elementos estructurales es el esfuerzo cortante paralelo a las fibras, es dificil determinar la verdadera resistencia de la madera a este tipo de esfuerzo ya que los resultados, ya que los resultados que se obtienen en los diversos tipos de pruebas que se han utilizado estan influenciados por los esfuerzos de tension perpendiculares a las fibras que se generan simultaneamente, de una manera aproximada puede decirse que la resistencia a esfuerzo cortante paralela a las fibras es de 10 a 15% de la resistencia a tension paralela a las fibras. La resistencia de la madera a esfuerzo cortante perpendicular a las fibras, es mucho mayor que su resistencia a esfuerzo cortante paralelo.

- Comportamiento bajo torsion: La resistencia de la madera a esfuerzos producidos por torsion, es del mismo orden que su resistencia a esfuerzo cortante paralelo a las fibras, el esfuerzo cortante por torsion en el limite de proporcionalidad es aproximadamente igual al 70% del esfuerzo cortante correspondiente a la falla.