Composición y estructuras de la madera



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La Madera

INTRODUCCIÓN:


La madera ha sido siempre para el hombre uno de los principales recursos naturales. Gracias a la tecnología moderna, la madera sirve para muchísimos más usos de los que pudieron soñarse hace muy pocos siglos.

Cinco de las necesidades más importantes del hombre - albergue, combustible, ropas, alimento y transporte - pueden satisfacerse hasta cierto punto con la madera.

Como materia prima química, la madera puede usarse para obtener muchos productos de gran valor. A diferencia de la mayor parte de las materias primas, la madera es un recurso renovable.

Una de las dificultades es la cantidad de medidas que se utilizan para la mensura de la materia prima: cuerda, pies cuadrados, pies cúbicos, galones, libras, etc. lo ideal sería unificar las medidas en el sistema métrico decimal.


El uso conjunto de la madera oscila alrededor del 45%, cifra que comprende madera aserrada, madera para combustión, madera para pasta, durmientes, chapas, tonelería puntales, postes y ripias. El resto no se utiliza o se lo hace como madera de baja calidad, que representa alrededor del 20 %

El material completamente desechado llega al 34 %. El consumo usual para madera para pasta es del orden del 15 al 20% (variando según los años) de los cortes. Los usos químicos de importancia menor, como el carbón vegetal y los tocones usados para la extracción de resina de colofonia y aguarrás, representan el 1% o menos.


La tendencia de los últimos años en la industria maderera es el uso creciente de las cortezas y los residuos celulósicos que quedaban al pie del monte.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURAS DE LA MADERA
COMPOSICIÓN

Es una sustancia fibrosa, organizada, esencialmente heterogénea, producida por un organismo vivo que es el árbol.


Sus propiedades y posibilidades de empleo son, en definitiva, la consecuencia de los caracteres, organización y composición química de las células que la constituyen.
El origen vegetal de la madera, hace de ella un material con unas características peculiares que la

diferencia de otros de origen mineral.


Elementos orgánicos de que se componen:

- Celulosa: 40-50%

- Lignina: 25-30%

- Hemicelulosa: 20-25% (Hidratos de carbono)

- Resina, tanino, grasas: % restante
Estos elementos están compuestos de:

- Elementos esenciales (90%):

- Carbono: 46-50%

- Oxígeno: 38-42%

- Hidrógeno: 6%

- Nitrógeno: 1%

- Otros elementos (10%):

- Cuerpos simples (Fósforo y azufre)

- Compuestos minerales (Potasa, calcio, sodio)


ESTRUCTURA DE LA MADERA DESDE EL PUNTO DE VISTA ANATÓMICO Y QUÍMICO

La madera es una sustancia compleja desde el punto de vista anatómico y químico. De la estructura anatómica dependen las propiedades de resistencia mecánica, aspecto, resistencia a la penetración del agua y productos químicos, resistencia a la putrefacción, calidad de la pulpa y la reactividad química. Para usar la madera en cualquier industria, del modo más eficaz, no solamente es preciso conocer las propiedades de las diferentes sustancias que la constituyen, sino también cómo se encuentran distribuidas en las paredes celulares.

Las células que constituyen los elementos estructurales de la madera son de formas y tamaños distintos y crecen íntimamente unidas entre sí. La células de la madera seca pueden estar vacías o parcialmente ocupadas por depósitos, por ejemplo: gomas o resinas; o por tilosis, que son crecimientos de intrusión de un tipo de célula a otro. Las células largas y puntiagudas se conocen por el nombre de fibras o traqueidas y varían mucho de longitud dentro de un mismo árbol y entre especies distintas. Las fibras de los árboles de madera dura tienen una longitud de 1 mm; las fibras de madera blanda varían de 3 a 8 mm.

Al describir los componentes químicos de la madera, suele distinguirse entre componentes de la pared celular y sustancias extractivas. Los componentes de la pared celular son la lignina y los polisacáridos totales, constituida por celulosa y hemicelulosa.

Las sustancias extractivas, materia extraña está constituida por sustancias que pueden separarse por extracción por disolventes no reactivos, residuos de proteínas del protoplasma de la célula en crecimiento y componentes minerales, algunos muy difíciles de eliminar.


Hidratos de carbono de la pared celular

Los hidratos de carbono son los componentes más importantes de la pared celular y en muchos casos forman el 65-75% del peso de la madera. La hidrólisis de la fracción total de hidratos de carbono da principalmente azúcares sencillos, sobre todo glucosa. En las maderas blandas, la manosa y la xilosa siguen en cantidad. La mayor parte de las maderas blandas tienen cantidades más pequeñas de galactosa y arabinosa. Los hidrolizados de maderas duras, además de contener 55-75% de glucosa, son relativamente ricos en xilosa (20-40%), con cantidades más pequeñas de manosa, arabinosa y galactosa.




CELULOSA

El principal carbohidrato de la madera es la celulosa, que en muchos aspectos es análoga químicamente a la celulosa del algodón purificada.

Está constituida principalmente por restos de glucosa unidos por medio de enlaces 1,4-beta-glucósidos. La porción resistente de la celulosa de la madera muestra una velocidad de hidrólisis en ácido diluido casi doble a la de la celulosa del algodón. Estudios de difracción de rayos X han mostrado que el cristal es más grande en la celulosa de algodón que en la de la madera. Hasta el momento no se ha podido preparar ninguna celulosa a partir de madera que no contenga mananas y xilanas. No se sabe si estos hidratos de carbono no celulósicos se encuentran atrapados en la estructura de la celulosa sólida o si son parte integrante de las cadenas de la celulosa de la madera.

Hemicelulosa

Los hidratos de carbono de la pared celular de la madera son la celulosa verdadera y la hemicelulosa. Esta se ha definido como la porción de celulosa que se hidroliza fácilmente. Es una sustancia amorfa y está compuesta por manosa, galactosa, arabinosa, xilosa, ácidos urónicos y en algunos casos, ramnosa. La distinción entre celulosa "verdadera" y hemicelulosa es principalmente de interés científico. No existe ningún método que permita la separación neta de ambas.



Holocelulosa

La fracción total hidrocarbonada de la madera ha sido denominada Holocelulosa. Por cloración y extracción en monoetanolamina en solución alcohólica caliente, alternadas, se obtienen preparados de la fracción total de hidratos de carbono de la madera, que se aproximan al rendimiento ideal.

Los análisis de la celulosa que se realizan para fines técnicos, expresan la composición en celulosas alfa, beta y gama. La distinción se basa en la solubilidad en los álcalis. En términos generales la alfa-celulosa es insoluble en hidróxido de sodio al 17.5%; la beta-celulosa es la porción soluble que se precipita al acidular y la gama- celulosa es la porción soluble que no precipita al acidular.
LIGNINA.

Podríamos decir que la lignina actúa como impermeabilizante de las cadenas de celulosa (muy hidrófilas) y como aglomerante de las estructuras fibrilares de las células.


Materia extraña

Los componentes minerales de la madera varía mucho entre especies , entre individuos y entre diversas partes del mismo árbol. Los principales son: calcio , potasio y magnesio. Los aniones más comunes son carbonatos, fosfatos, silicatos y sulfatos.

Las materias extrañas orgánicas en la madera son numerosas y son difíciles de clasificar, no obstante ello se puede decir que existen los siguientes productos en casi todas las especies estudiadas: hidrocarburos alifáticos y aromáticos, terpenos, ácidos alifáticos y aromáticos y sus sales respectivas, alcoholes, fenoles, aldehídos, cetonas, quinonas, ésteres y éteres, aceites fijos, aceites volátiles, ácidos de resinas y esteroles, taninos, materias colorantes, polisacáridos solubles en agua, ciclitoles, proteínas y alcaloides.


ESTRUCTURA MACROSCOPICA DE LA MADERA

La estructura del tronco no es homogénea y, al realizar un corte transversal del mismo, se aprecian diferentes zonas y partes, cumpliendo cada una de ellas una función en el crecimiento del árbol, y por tanto en la formación de la madera. De la parte exterior hacia la interior, las diferentes partes del tronco son:

La Corteza exterior o súber: es la capa protectora del tronco, y está formada por tejido muerto.
Corteza interna: está formada por tejido vivo y transporta, en sentido descendente, hasta las raíces, los alimentos fabricados en la fotosíntesis y el oxígeno absorbido del aire usado en la respiración. El floema puede tener fibras de líber, que son muy fuertes, y en algunas especies constituyen la materia prima de la que se obtienen fibras comerciales, por lo que también se denomina a esta zona líber.
Cámbium: capa formada por un conjunto de células, responsables del crecimiento del tronco, y que se sitúa entre el floema y el xilema.
Xilema: es el término botánico de la madera, y esta formado por tejido leñoso.

El proceso de crecimiento tiene lugar a partir del cámbium. Esta capa de células se encuentra siempre en periodo de división y produce alternativamente células de floema y xilema. Cuando una célula del cámbium se divide para formar células de xilema, la célula que ocupa una posición más interna de las dos resultantes de la división se transforma en xilema, mientras que la exterior sigue actuando como cámbium en la división siguiente. Cuando ésta ocurre, la célula más externa se transforma en célula del floema, y la interna sigue actuando como cámbium, y así sucesivamente.

Dado que las células del xilema producidas en primavera son grandes y las formadas más tarde pequeñas, y que durante el invierno el crecimiento se interrumpe, la madera que se forma cada año adopta la forma de anillo anual o de crecimiento. Se diferencias unos de otros por una diferencia de color que alterna el claro (madera primeriza correspondientes al crecimiento primaveral), y el oscuro (madera tardía correspondiente al crecimiento otoñal más lento), de forma que cada alternancia de anillo claro a anillo oscuro indica un año en la vida del árbol. La anchura de cada anillo se ve afectada por el clima, el tipo de árbol y otras variables.
Los anillos anuales más antiguos, de color más oscuro, casi nunca son funcionales y reciben en conjunto el nombre de Xilema, mientras que los más jóvenes, de tonalidad más clara, constituyen la albura. En la zona de la albura se sitúan los tejidos que transporta agua y nutrientes minerales disueltos desde el suelo hacia las hojas, y también los productos gaseosos de la respiración, que se forman en todas las células vivas de la planta, hacia las hojas, desde las que pasan a la atmósfera. A medida que el tronco crece, la parte interna de la albura se ve desplazada de la zona de crecimiento activo, el cámbium, y sus células mueren, sufriendo transformaciones químicas por acumulación de resinas, taninos, aceites esenciales y otras sustancias, transformándose en duramen.

Albura : Madera de la sección externa del tronco, de color más claro. Es la zona más viva, saturada de sabia y sustancias orgánicas. Se transforma con el tiempo en durámen.
Duramen: Madera de la parte interior del tronco. Constituido por tejidos que han llegado a su máximo desarrollo y resistencia (debido al proceso de lignificación.) De coloración, a veces, más oscura que la exterior. Madera adulta y compacta. Es aprovechable. La duraminización (transformación de albura a duramen) de la madera se caracteriza por una serie de modificaciones anatómicas y químicas, oscurecimiento, aumento de densidad y mayor resistencia frente a los ataques de los insectos.
Médula: Parte central del tronco. Constituido por tejido flojo y poroso. De ella parten radios medulares hacia la periferia.
Para estudiar la estructura macroscópica y microscópica de la madera, dada su heterogeneidad, se establecen tres planos o secciones (Fig. 1):


  • Transversal: perpendicular al eje de la rama o tronco.

  • Radial: pasa por el eje y un radio de la rama o tronco.

  • Tangencial: paralela a un plano tangente al tronco, o al anillo de crecimiento.

Al examinar las tres secciones producidas en un tronco de madera, a simple vista, se pueden observar las siguientes estructuras de características fácilmente diferenciables:



  • Corteza externa o corteza propiamente dicha.

  • Corteza interna o líber.

  • Cambium o capa delgada de células vivas, generadora del crecimiento en espesor del árbol (xilema y floema).

  • Leño o tejido leñoso propiamente dicho, que forma la mayor parte del tronco y que presenta diferencias, fácilmente apreciables en las coníferas y en algunas frondosas. Entre estas diferencias está la debida a los anillos de crecimiento, anuales en las plantas de la zona boreal y estacionales en las plantas de la zona tropical con estaciones climáticas marcadas.

Figura 1: Esquema para la orientación de las superficies transversal, tangencial y radial de una muestra de madera


Dentro de cada anillo de crecimiento se distingue, más o menos fácilmente, la madera formada en primavera (llamada madera de primavera, en los anillos anuales, y de primer crecimiento, en el caso de anillos estacionales), de la formada en verano (madera de verano, en los anillos anuales, y tardía, en los estacionales).

En las coníferas, la diferencia está marcada principalmente por el color. En las frondosas, se debe más a la agrupación o distribución de los vasos o parénquima terminal en el anillo, existiendo siempre una cierta diferencia de color, más o menos marcada, entre la madera de primavera y la de verano, observable a simple vista o con una lente de diez aumentos.

En los anillos de crecimiento estacional, las diferencias de porosidad, debidas a la distribución de vasos, parénquima o grosor de las paredes de las fibras, corresponden a las estaciones secas o lluviosas de la zona. En aquellas en que las estaciones no están marcadas, hecho que sucede en muchas zonas del bosque tropical, la diferenciación de los anillos de crecimiento es difícil de llevar a cabo.

En la sección radial, pueden observarse, tanto los anillos de crecimiento como los radios leñosos cuando exista diferencia de color con los tejidos. Los radios leñosos unas veces son más oscuros y otras veces más claros. Cuando los radios leñosos son muy delgados o de color prácticamente igual al resto de los tejidos, no son visibles.

Por el contrario, son prácticamente invisibles en las coníferas y en ciertas frondosas, debido a lo delgados que son y lo poco diferenciado de su color.

En la sección tangencial pueden observarse los radios leñosos cuando son gruesos o de color diferente, así como las estrías que producen los vasos cuando son de gran diámetro. El parénquima leñoso es también una estructura que aparece fácilmente visible en algunas especies en sus secciones tangenciales y en muchas especies tropicales.



PROPIEDADES DE LA MADERA

Las propiedades de las maderas dependen de muchos factores tales como: tipo y edad del árbol, condiciones de crecimiento como el terreno y el clima, etc. Como en todo material, varias son las propiedades a tener en cuenta a la hora de emplearlo, y que dependerán del fin queramos darles.



Características de la madera


Al igual que para otros materiales, la estructura de la madera determina en gran medida las propiedades y características de ésta. En el caso de las maderas, la estructura viene dada por los elementos anatómicos que la forman: células, vasos leñosos, fibras, canales de resina, etc. Así, la composición celular, el grosor, la simetría, etc., de estos elementos determinan las características de la madera, y junto a las otras propiedades físicas y mecánicas, sus posibles usos.
Las principales características, que además nos permite identificar a los distintos tipos de maderas, son: la textura, el grano y el diseño, además del color, sabor y olor.

Se denomina textura al tamaño de los elementos anatómicos de la madera. Hablaremos entonces de textura gruesa, mediana y fina. La textura gruesa será cuando los elementos de la madera son muy grandes y se ven fácilmente, mientras que en la textura fina, estos elementos casi no se diferencian, dando una apariencia homogénea, y por último, la textura mediana será una situación intermedia entre las dos anteriores.

El grano es la dirección que tienen los distintos elementos anatómicos respecto al eje del tronco, e influirá en las propiedades mecánicas de la madera y en la facilidad de trabajar con ella. Según la dirección de los elementos anatómicos podemos diferenciar distintos tipos de grano como:

Grano recto: cuando los elementos se sitúan paralelos al eje del árbol. La madera con este tipo de grano presenta buena resistencia mecánica y facilidad de trabajo. Grano inclinado: Los elementos forman ahora un cierto ángulo con el eje del árbol, y ahora la madera tendrá peor resistencia mecánica y mayor dificultad de trabajo. Grano entrecruzado: Los elementos también se disponen formando un ángulo con respecto al eje, pero ahora en cada anillo es en forma opuesta a como se encontraban en el anillo anterior. Las maderas de este tipo presentan dificultades para su trabajo. Grano irregular: Los elementos se disponen de forma irregular, siendo este tipo de grano el que se encuentra en los nudos, ramificaciones del tronco, zonas heridas, etc.

El diseño es el dibujo que muestra la madera la ser cortada, y se debe al modo de corte y a la distribución de los elementos anatómicos, es decir, al grano. Los diferentes tipos de diseños que podemos encontrarnos son:



Diseño liso: es el que presentan las maderas de textura fina, y da lugar a un color homogéneo. Diseño rallado: es debido a las líneas formadas por los vasos leñosos cortados longitudinalmente y los canales de resina. Diseño angular: es debido al corte transversal de los anillos de crecimiento. Diseño veteado: El dibujo tiene el mismo origen que en la madera de diseño angular, pero con las franjas paralelas entre sí. Diseño jaspeado: el origen del dibujo son las células radiales cuando éstas son anchas. Diseño espigado: Aparece en las maderas de grano entrecruzado al cambiar en cada anillo de crecimiento la disposición de los elementos anatómicos.

El color de la madera es una consecuencia de las sustancias que se infiltran en las paredes de sus células, y es característicos de cada especie. Esta propiedad puede ser de importancia a la hora de emplear una determinada madera con fines decorativos. El sabor y el color también son consecuencia de las sustancias que impregna la madera, y son de especial interés a la hora de emplear una determinada madera en la fabricación de recipientes de conservación de alimentos (toneles de vino).


PROPIEDADES FÍSICAS


Las propiedades físicas que se definen para las maderas son: la humedad, el peso específico o densidad, la contracción e hinchamiento.

Un aspecto a tener en cuenta a la hora de estudiar las propiedades de la madera, tanto físicas como mecánicas, es la anisotropía de las mismas. Es decir, las propiedades de la madera no son las mismas en todas las direcciones, y el estudio de las propiedades se realiza según las tres direcciones principales: axial, paralela al eje de crecimiento; radial, perpendicular al eje; y tangencial, oblicua al eje de crecimiento.


HUMEDAD


La humedad es la cantidad de agua que tiene la madera en su estructura. Esta agua puede aparecer formando parte de las células de la constitución leñosa, impregnando la materia leñosa o dentro del sistema vascular del árbol. El agua del sistema vascular desaparece con el tiempo, el agua de constitución leñosa sólo desaparece por combustión, mientras que el agua de impregnación variará según la higroscopia de la madera. La humedad de la madera está directamente relacionada con el peso, y afecta a otras propiedades físicas y mecánicas. Por eso, es importante conocer el contenido de humedad de una madera para las condiciones en la que va a emplearse, y como reaccionará ante la pérdida o ganancia de agua.

Cuando la madera húmeda comienza a secarse va perdiendo peso y se contrae hasta un límite en el que no puede disminuir más su grado de humedad, para la temperatura a la que se encuentre. Si se desea eliminar todo el contenido posible de agua, es necesario llevar a cabo un secado en laboratorio, que se basa en someter la madera a una temperatura de 105ºC hasta que ésta alcance un peso constante. En ese momento se dice que la madera está totalmente seca o anhidra, y si se desea disminuir su contenido en agua es necesario combustionarla.

En función del grado de humedad, las maderas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

Madera verde: madera recién cortada y completamente húmeda, mayor al 30%. En estas condiciones no puede ser empleada ya que al secarse se encoge y agrieta.

Madera oreada: es la que ha perdido una parte de su agua, pero que no ha sufrido aún contracciones ni cambio de sus propiedades mecánicas.

Madera comercial: es la que tiene un contenido en humedad inferior al 20%.

Madera seca: Su grado de humedad está en equilibrio con la humedad relativa del aire. Se obtiene apilando las tablas y tablones durante un periodo de tiempo, que puede llegar a varios meses, de forma que permita el paso de corrientes de aire a su través.

Madera desecada: es la que tiene una humedad inferior al 12%.

Madera anhidra: presentan un grado de humedad en torno al 3%.

Otra forma de hallar la humedad

Con el que Ph se representa el peso de la madera que estamos estudiando, Po el peso de la madera anhídra y se multiplica por 100 para así obtener el % de contenido de humedad de la madera referida al peso seco




La humedad no es constante en todo el espesor de la pieza, siendo menor en el interior y teniendo más humedad la albura que el duramen.

La madera contiene más agua en verano que en invierno. Es un material higroscópico, lo cual significa que absorbe o desprende agua en función del ambiente que le rodea.

Expuesta al aire pierde agua y acaba estabilizándose a una humedad que depende de las condiciones del ambiente: temperatura y humedad.

Si estas condiciones varían, también variará su contenido de humedad. La humedad de la madera tiende a estar en equilibrio con el estado del aire ambiente. Este equilibrio no es el mismo si la madera está secándose, que si está absorbiendo agua.

El primer tipo de agua que elimina la madera es el agua libre; esta pérdida se hace prácticamente sin variación de las características físicas - mecánicas (varia su densidad aparente.)

Desaparecida el agua libre, queda el agua de impregnación de la pared celular (satura las fibras de la madera) y que al disminuir por medio de la evaporación o secado modifica las propiedades fisico - mecánicas (su dureza y la mayoría de las resistencias mecánicas aumentan) y el volumen de la pieza de madera disminuye como consecuencia de la disminución de volumen de las paredes de cada una de sus células.

La humedad de la madera depende, ahora, de las condiciones higrotérmicas del ambiente. A cada par de valores de temperatura y humedad relativa del aire corresponde, en la madera, una humedad comprendida entre el 0% y el 30% (punto de saturación de las fibras, aproximadamente), que recibe el nombre de " Humedad de equilibrio higroscópico ". Este " Punto de saturación de las fibras ;" (P.S.F.) o más exactamente Punto de saturación de la pared celular, nos indica la máxima humedad que puede contener una madera sin que exista agua libre.

Una vez que haya descendido de este punto, la madera no volverá a tomar agua libre si no es por inmersión.






Este P.S.F. es de gran importancia, ya que supone una frontera a las variaciones dimensionales, variación de resistencias, etc. Su valor es del orden del 30%, pudiendo sufrir pequeñas variaciones de unas especies a otras.

Las maderas con P.S.F. bajo, tienen estabilizadas sus características mecánicas cuando son empleadas en atmósferas húmedas. Por el contrario si dichas maderas se emplean en atmósferas de humedad baja, se deformarán cuando varíe dicha humedad.





PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD


El peso específico es la relación entre el peso de la madera y el volumen que ocupa. Sin embargo, la madera es un material poroso, y los poros contienen aire; por esta razón se distinguen dos tipos de pesos específicos: el peso específico de la madera, que corresponde a pesar la madera sin poros, y el peso específico aparente que se obtiene pesando la madera con todos sus poros. La primera varía muy poco de unas maderas a otras, y está determinada por los componentes de la misma (celulosa, etc.); la segunda varía enormemente.

Como la humedad influye tanto en el peso como en el volumen, para obtener resultados sobre el peso específico, el grado de humedad en el que se tomen las medidas debe estar comprendido entre 0 y 30%, ya que en este rango el volumen varía en la misma proporción que la humedad. La densidad real de las maderas es sensiblemente igual para todas las especies, aproximadamente 1,56. La densidad aparente varía no solo de unas especies a otras, sino aún en la misma con el grado de humedad y sitio del árbol, y para hallar la densidad media de un árbol hay que sacar probetas de varios sitios.

  Como la densidad aparente comprende el volumen de los huecos y los macizos, cuanto mayor sea la densidad aparente de una madera, mayor será la superficie de sus elementos resistentes y menor el de sus poros.

 Las maderas se clasifican por su densidad aparente en:

-          Pesadas, si es mayor de 0.8.

-          Ligeras, si esta comprendida entre 0.5 y 0.7.

-          Muy ligeras, las menores de 0.5.

La densidad aparente de las maderas más corrientes, secadas al aire, son:




Pino Común..................................

0.32 – 0.76

Kg/dm3

Pino Negro....................................

0.38 – 0.74

Kg/dm3

Pino- tea.......................................

0.83 – 0.85

Kg/dm3

Albeto............................................

0.32 – 0.62

Kg/dm3

Pinabette.......................................

0.37 –0.75

Kg/dm3

Alerce...........................................

0.44 – 0.80

Kg/dm3

Roble............................................

0.71 – 1.07

Kg/dm3

Encina..........................................

0.95 – 1.20

Kg/dm3

Haya.............................................

0.60 – 0.90

Kg/dm3

Alamo...........................................

0.45 – 0.70

Kg/dm3

Olmo.............................................

0.56 – 0.82

Kg/dm3

Nogal............................................

0.60 – 0.81

Kg/dm3



CONTRACCIÓN E HINCHAMIENTO


Tal y como ya se ha indicado, la madera experimenta variaciones en su volumen, es decir, se contrae o se hincha, según el grado de humedad de la misma. Al punto al cual las fibras de la madera están saturadas en humedad, y ya no absorben más agua, se le denomina punto de intersección, e indica el grado de humedad a partir del cual la madera empieza a sufrir contracciones e hinchamientos. Como consecuencia de la anisotropia que muestran las propiedades de la madera, estas contracciones e hinchamientos son diferentes a lo largo de las tres direcciones principales. Así, las variaciones axiales son muy pequeñas (< 1%), en la dirección radial pueden llegar a un 6%, y en la dirección tangencial pueden alcanzar un 18%.



PROPIEDADES MECÁNICAS
ELASTICIDAD - DEFORMABILIDAD

Bajo cargas pequeñas, la madera se deforma en forma proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura. La manera de medir deformaciones es a través de su módulo de elasticidad.

Este módulo dependerá de la clase de madera, del contenido de humedad, del tipo y naturaleza de las acciones, de la dirección de aplicación de los esfuerzos y de la duración de los mismos


FLEXIBILIDAD

Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse. Si son elásticas recuperan su forma primitiva cuando cesa la fuerza que las ha deformado.

La madera presenta especial aptitud para sobrepasar su límite de elasticidad por flexión sin que se produzca rotura inmediata, siendo esta una propiedad que la hace útil para la curvatura (muebles, ruedas, cerchas, instrumentos musicales, etc.).

La madera verde, joven, húmeda o calentada, es más flexible que la seca o vieja y tiene mayor límite de deformación.


DUREZA

Es una característica que depende de la cohesión de las fibras y de su estructura.

Se manifiesta en la dificultad que pone la madera de ser penetrada por otros cuerpos (clavos, tornillos, etc.) o a ser trabajada (cepillo, sierra, gubia, formón).

La dureza depende de la especie, de la zona del tronco, de la edad. En general suele coincidir que las más duras son las más pesadas.

El duramen es más duro que la albura. Las maderas verdes son más blandas que las secas. Las maderas fibrosas son más duras.


CORTADURA

Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección del esfuerzo es perpendicular a la dirección de las fibras.

Si la fuerza es máxima en sentido perpendicular a las fibras será cortadura y si es mínima en sentido paralelo a las mismas será desgarramiento o sensibilidad.



HENDIBILIDAD

Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección de los esfuerzos es paralela a la dirección de las fibras.

La madera tiene cierta facilidad para hendirse o separarse en el sentido de las fibras. Una cuña, penetra fácilmente en la madera, al vencer por presión la fuerza de cohesión de las fibras (no las corta). Es fácil observar esta propiedad al cortar madera para hacer leña, en la dirección de las fibras se separa en dos fácilmente. La madera verde es más hendible que la seca.

Cuando se van a realizar uniones de piezas de madera por medio de tornillos o clavos nos interesa que la madera que vamos a usar tenga una gran resistencia a la hienda.





DESGASTE o CIZALLE

Las maderas sometidas a un rozamiento o a una erosión, experimentan una pérdida de materia (desgaste)

La resistencia al desgaste es importante en las secciones perpendiculares a la dirección de las fibras, menor en las tangenciales y muy pequeña en las radiales.
RESISTENCIA AL CHOQUE

Nos indica el comportamiento de la madera al ser sometida a un impacto. La resistencia es mayor, en el sentido axial de las fibras y menor en el transversal, o radial.

Máxima axial

Mínima radial

En la resistencia al choque influyen: el tipo de madera, el tamaño de la pieza, la dirección del impacto con relación a la dirección de las fibras, la densidad y la humedad de la madera, entre otros.
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

La madera es un material muy indicado para trabajar a tracción (en la dirección de las fibras), viéndose limitado su uso únicamente por la dificultad de transmitir estos esfuerzos a las piezas. Esto significa que en las piezas sometidas a tracción los problemas aparecerán en las uniones.

Si se realiza un esfuerzo de tracción en la dirección axial, la magnitud de la deformación producida será menor que si el esfuerzo es de compresión, sobre todo en lo que concierne a las deformaciones plásticas. Es decir que la rotura de la madera por tracción se puede considerar como una rotura frágil.

La resistencia a la tracción de la madera presenta valores elevados.

La resistencia de la madera a la tracción en la dirección de las fibras, se debe a las moléculas de celulosa que constituye, en parte, la pared celular.

En la práctica existen algunos inconvenientes, que se han de tener en cuenta al someterla a este tipo de esfuerzos; en la zona de agarre existen compresiones, taladros, etc., que haría romper la pieza antes por raja o cortadura, con lo que no se aprovecharía la gran resistencia a la tracción. Por otra parte, los defectos de la madera, tales como nudos, inclinación de fibras, etc., afectan mucho a este tipo de solicitación, disminuyendo su resistencia en una proporción mucho mayor que en los esfuerzos de compresión.




DEFECTOS DE LA MADRA

DEFECTOS DE ESTRUCTURA


Los defectos de estructura son aquellos originados en la misma estructura de la madera durante su desarrollo. Los principales defectos que pueden presentarse son:
Nudos: se forman por restos de ramas que quedan embutidas en la madera a medida que crece el diámetro del árbol. Tienen consecuencias en la resistencia mecánica y, principalmente, a la flexión. También hacen más problemático el trabajado de la madera, especialmente el cepillado.

Acebolladura: es la aparición de rajas en el corte transversal del tronco al separase los elementos anatómicos, las fibras leñosas, en la dirección del radio.

Médula excéntrica: este defecto consiste en que la médula está desplazada del centro. Aparece en maderas de árboles expuestos a fuertes vientos de dirección constante, o en aquellos árboles que buscan la luz y desplazan el eje en su movimiento. Este defecto tiene consecuencias en el aserrado, ya que al no estar la madera centrada se hace más complicado el adecuado aserrado de los troncos.

Madera de reacción: Es la madera generada en árboles curvados y en las zonas contiguas a ramas gruesas. La madera de reacción puede clasificarse en madera de compresión, en las que se ven afectadas las propiedades mecánicas, al tiempo que presenta dificultad para su trabajado; y en
madera de tensión, que, debido a la mayor contenido de humedad, tienden a alabearse en el secado y a variar sus propiedades mecánicas, especialmente la compresión paralela al grano.
Madera de corazón juvenil: Es la madera generada con un alto ritmo de crecimiento, dando lugar a maderas con un peso específico aparente menor al propio de su especie, teniendo tendencia al alabeo durante el secado.




DEFECTOS DE MANIPULACIÓN


Los defectos de manipulación son aquellos que se originan, en las maderas ya cortadas, al perder humedad o ser atacadas por insectos que la dañan. Los defectos más comunes son: el colapso, gritas y rajas y los alabeos.

Colapso: es un defecto que se produce durante el secado de la madera, y que consiste en una disminución de las dimensiones de la madera al comprimirse los tejidos leñosos. Se origina en maderas secadas a demasiada temperatura o humedad, y en maderas secadas rápidamente al aire. Para corregir en lo posible este defecto se debe cepillar la pieza de madera, aunque ya habrá perdido propiedades de resistencia mecánica.

Gritas y rajaduras: consisten en la aparición de aperturas en la madera como consecuencia de la separación de los elementos leñosos. Cuando la apertura sólo alcanza a una superficie ésta se denomina grieta, mientras que si alcanza ambas superficies, atravesando la madera, se denomina rajadura. Estos defectos se originan al contraerse la madera durante el secado y originan pérdidas en las propiedades mecánicas de la madera.

Alabeos: son encorvamientos de la madera respecto a sus ejes longitudinales y/o transversales, que se producen por la pérdida de humedad. La gran porosidad de la madera hace que absorba humedad con gran facilidad, sin embargo, la parte central del tronco tiene una menor capacidad de absorción que las exteriores, y hace que las variaciones de dimensiones no sean uniforme en todo el tronco. Esta característica obliga a manipular cuidadosamente a la madera, tanto en el aserrado del tronco como en el proceso de secado, ya que de lo contrario surgen muy fácilmente los alabeos. Los tipos fundamentales de alabeos que se pueden encontrar son: el abarquillado, el combado, la encorvadura y la torcedura.

El abarquillado es el alabeo de las caras de la madera al curvarse su eje transversal (respecto a las fibras), a causa del secado más rápido de una de las caras, a distintos tipos de corte en cada cara o al barnizado de una sola de ellas. El combado es el alabeo de las caras al curvarse el eje longitudinal de la madera, y puede originarse por falta de pesos en los extremos, gran contracción longitudinal en maderas de reacción, etc. La encorvadura es la curvatura del eje longitudinal al torsionarse los extremos, y se origina al liberarse las tensiones de crecimiento. Por último, las torceduras son el retorcimiento que surge en una madera al curvarse al mismo tiempo por su eje longitudinal y transversal, y se originan por tensiones de crecimiento o secado desigual.


CLASIFICACIÓN

La madera puede clasificarse de varias formas, en función del criterio que se utilice. Normalmente, se utilizan estos criterios:



  • Según su dureza (clasificación más habitual)

  • Según su humedad (ya vista mas arriba0

En función de su dureza distinguimos 2 grandes grupos:



Maderas Blandas:
Proceden, en general, de las coníferas y resinosas.
Entre sus cualidades: ligeras, de crecimiento rápido, color claro, fáciles de trabajar, densidad baja.
Ejemplos: pino, ciprés, cedro, abeto.
Usos: carpintería, cajas, embalajes, muebles sencillos, etc

Maderas Duras:
Proceden de árboles de hoja caduca
Cualidades: Poca resina y nudos, crecimiento lento, amplia gama de colores, compactas, poseen veteados y brillos.
Ejemplos: castaño, nogal, fresno, encina, sauce, roble, caoba, ébano.
Usos: carpintería, marquetería, muebles, aberturas, ebanistería.

En función del grado de humedad, tenemos:



Maderas Verdes: grado de humedad alto (30 – 35 %)
Maderas Desecadas: (10 – 12 %)
Maderas Secas: (3 %)



PROCESO DE OBTENCIÓN DE LA MADERA

Apeo, corte o tala

Es la primera operación que se realiza para la obtención de la madera. Una vez que los árboles alcanzan sus dimensiones adultas son talados con motosierras. Una vez derribados, se les quitan las ramas, la corteza del tronco y se dividen en rollos de las dimensiones deseadas para su posterior traslado al aserradero.

Transporte

Para el transporte de los troncos desde el monte hasta el punto de destino se suele recurrir al transporte por carreteras pero también puede realizarse por medio del ferrocarril o por vía de agua

Normalmente las zonas de tala son de difícil acceso y se hace necesario abrir pistas, procurando minimizar el daño medioambiental, para trasladar la madera. En zonas con mucha pendiente se usan deslizadores en los que se aprovecha la gravedad para conducir los troncos a zonas de fácil transporte.

Troceado o despiece

Conjunto de operaciones, llevadas a cabo en el aserradero, en las que se dividen longitudinalmente los troncos apeados y descortezados para transformarlos en piezas útiles para ser trabajadas (tablones, viguetas, tablas, etc). Debe realizarse de forma que el desperdicio sea mínimo



Secado

El porcentaje de humedad influye mucho sobre las cualidades y propiedades de la madera. El uso comercial de la madera exige unas condiciones determinadas de humedad. El secado es el proceso de reducción de la humedad de la madera joven o verde. Con el secado se pretende:



  • Ajustar el contenido de humedad al 12 – 15 %

  • Reducir el peso

  • Aumentar la resistencia

  • Reducir los posibles ataques de hongos

Los troncos, una vez que han sido troceados o despiezados, se secan. Los procedimientos más empleados para conseguir un buen secado son:

  • Secado Natural

  • Secado Artificial

  • Secado Mixto

En el secado natural, las maderas se apilan unas encima de otras, ordenadas por tamaño y clase. Se separan del suelo y se dejan espacios entre ellas para que circule el aire. Se protegen de la lluvia y de la incidencia directa del sol. Es un proceso muy lento y que depende de muchos factores.


El secado artificial elimina la humedad de la madera de forma más rápida que el secado natural. El proceso se controla perfectamente, requiere instalaciones más costosas. Puede hacerse mediante aire caliente, vapor de agua, o calentamiento eléctrico
El secado mixto combina los 2 anteriores. Por secado natural se reduce el grado de humedad hasta un 25%, y luego se procede a secarla artificialmente para darle el grado de humedad deseado

Derivados de la madera

Los derivados de la madera no se obtiene directamente del corte de los troncos, sino a partir de virutas, láminas o fibras de distintos tipos de maderas. Entre estos derivados se encuentran las maderas prefabricadas y los materiales celulósicos



Maderas prefabricadas

Las maderas naturales pueden verse afectadas por factores negativos como defectos o ataques de parásitos. En otras ocasiones, se requieren piezas de grandes dimensiones, no disponibles en madera maciza. Estos problemas se solucionan con las maderas prefabricadas, más rentables económicamente, con una amplia gama de medidas y acabados. Normalmente se elaboran con restos de otras maderas, por lo que contribuyen a la protección del medio ambiente. Las más importantes son las siguientes :



Tableros contrachapados

Formados por un número impar de chapas de madera encoladas y prensadas entre si, dispuestas de tal forma que las fibras de dos chapas consecutivas sean perpendiculares. El número de chapas depende del grosor del tablero. Son siempre impares para que las caras exteriores queden con la veta en el mismo sentido.


El tablero obtenido es estable, resistente y elimina los efectos de la anisotropía. Sin embargo son muy sensibles a los cambios de humedad y temperatura.
Su uso está muy extendido, sirviendo como puertas, revestimiento de paredes y tabiques, para muebles, etc.

Tableros aglomerados

Se elaboran con virutas de madera adheridas entre si con un buen adhesivo (90% virutas, 10% cola) y sometidas a presión. Son ligeros, estables, aislantes y muy económicos. No son de mucha calidad, pero no tiene defectos estructurales ni son atacados por parásitos. Sin embargo son sensibles a los cambios de humedad y calor. Generalmente se revisten por ambas caras con algún tipo de madera o plástico.



Tableros de fibras

Se diferencian de los aglomerados en que los tableros de fibras están constituidos por fibras molidas que se unen entre sí sin usar colas ni adhesivos, sino mediante las propiedades de la celulosa y la lignina propia de la madera.


Estos tableros son muy resistentes a la humedad, no se astillan ni se pudren. Además poseen cualidades aislantes térmicas y de sonido

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