MATERIALES ORGANICOS
MADERA (Esta presentación está está en proceso de elaboración. elaboración. Se basa en su mayor mayor parte en el texto editado en Lima, Perú por la Junta de de Acuerdo Acuerdo de Cartagena, titulado “Cartilla de Construcción con madera”)
La madera es un material de origen ori gen orgánico constituido por el conjunto de tejidos que forman la masa de los árboles desprovistos de su corteza. COMPOSICIÓN: Anatómica: está constituid constituidaa por células longitudinale longitudinaless y transversales transversales que según las funciones que desempeñan en el árbol tienen diferentes características. Química: tiene 3 compuestos básicos, celulosa (la mayor parte), hemicelulosa y lignina. Y otros compuestos secundarios tales como, taninos, gomas, gomas, aceites, colorantes, resinas, etc. PARTES DEL ÁRBOL Copa: ramas y hojas que forman la parte superior. A través de las hojas los árboles respiran y realizan la fotosíntesis. fotosíntesis. Las flores flores y frutos son son reproductores. Tronco o fuste: fuste: constituido por millones de células leñosas como las fibras, fi bras, radios y vasos que desempeñan diferentes funciones como, sostén, conducción
MADERA (Esta presentación está está en proceso de elaboración. elaboración. Se basa en su mayor mayor parte en el texto editado en Lima, Perú por la Junta de de Acuerdo Acuerdo de Cartagena, titulado “Cartilla de Construcción con madera”)
La madera es un material de origen ori gen orgánico constituido por el conjunto de tejidos que forman la masa de los árboles desprovistos de su corteza. COMPOSICIÓN: Anatómica: está constituid constituidaa por células longitudinale longitudinaless y transversales transversales que según las funciones que desempeñan en el árbol tienen diferentes características. Química: tiene 3 compuestos básicos, celulosa (la mayor parte), hemicelulosa y lignina. Y otros compuestos secundarios tales como, taninos, gomas, gomas, aceites, colorantes, resinas, etc. PARTES DEL ÁRBOL Copa: ramas y hojas que forman la parte superior. A través de las hojas los árboles respiran y realizan la fotosíntesis. fotosíntesis. Las flores flores y frutos son son reproductores. Tronco o fuste: fuste: constituido por millones de células leñosas como las fibras, fi bras, radios y vasos que desempeñan diferentes funciones como, sostén, conducción
Componentes del tronco Médula: situada en el centro del tronco, constituida por células c élulas muertas, tiene forma cilíndrica, es mas blanda blanda que el resto de la madera madera que laq circunda, de ella parten parten los radios medulares hacia la corteza, diámetro varía de entre menos de un milímetro hasta varios centímetros según la especie. Duramen: es la parte que se emplea en la construcción. construcción. Es llamada corazón, rodea la médula, es mas oscura que el resto, su proporción depende de la especie y edad del árbol. Albura: capa de color claro, es la parte viva del árbol donde circula la sabia bruta. Es la madera mas joven que que con el tiempo tiempo se convierte convierte en duramenMientra duramenMientra mas joven es el árbol mas abundante es la albura. Cambium: es la capa que engendra la madera, es difícil de observar a simple vista. Origina el crecimiento en grosor del tronco formando capas concéntricas de células de madera en gran proporción hacia el interior y células de corteza hacia el exterior. Periódicamente Periódicamente conforma los anillos de crecimiento.
llamada suber o corcho, compuesta compuesta por células células muertas y cumple cumple Corteza: capa exterior llamada función función protecto protectora. ra. Su Su capa capa interio interiorr se llama llama liber liber y está fomada fomada por células células vivas vivas por por las las cuales se realiza el traslado y depósito de las sustancias.
CLASIFICACIÓN DE LOS BOSQUES Científicamente se clasificanpor los caracteres histológicos de la estructura anatómica en conífera coníferass y latifoliad latifoliadas as o frondosas frondosas.. Coníferas: pertenecen a las especies mas antiguas de bosques desarrollados en zonas frías y templadas en el extremo del hemisferio norte y en menor proporción del hemisferio sur. Se caracterizan por la homogeneidad de las especies ( pinos, cipreses, abetos). En regiones regiones templadas templadas tambien tambien existen existen bosques bosques de latifoliada latifoliadass pero tienen tienen definidas definidas las las épocas épocas de exfoliación por las marcadas estaciones climáticas donde se desarrollan. El árbol es generalmente de tronco recto, cónico hasta su ápice y revestidos por las ramas. La madera es homogénea constituida por células concéntricas que conforman los anillos de
Latifoliadas: crecen en zonas tropicales de Asia, África, América y Oceanía donde los bosque están integrados por una variedad de especies que representan un gran potencial maderero, como el nogal, Ceiba, caoba, roble, cedro. De estos bosques se obtienen maderas de densidades y otras características muy diferentes. La madera de las latifoliadas es heterogénea, está formada por diferentes tipos de células que a diferencia de las coníferas presentan vasos por lo cual no se diferencias claramente los anillos de crecimiento. Las hojas tienen forma laminar, son anchas y
En la subregión andina, aproximadamente el 50% de la superficie de los países está cubierto por 222 millones de hectáreas de bosques tropicales, en los que existen 2500 especies maderables, de las cuales muy pocas son comercializadas. El uso ha sido limitado principalmente por la carencia de conocimientos técnicos adecuados en sus procesos de producción, manejo, aprovechamiento, etc. En Venezuela existe 49 millones de hectáreas de bosques donde las especies mas comercializadas son, charo amarillo, apamate, mijao, saquisaqui, algarrobo, carapa, jabillo.
CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE LA MADERA Color: originado por sustancias colorantes y otros compuestos secundarios. En general las maderas mas duras y duraderas son oscuras. Olor: producido por sustancias volátiles como resinas y aceites que en ciertas especies producen olores característicos. Textura: depende del tamaño de los elementos anatómicos. Tiene importancia en el acabado de las piezas. Veteado: son figuras en la superficie de la madera que dependen de la disposición, tamaño forma, color y abundancia de los distintos electos anatómicos. Tiene importancia en diferenciación y uso de la madera. Orientación de la fibra o grano: es la dirección que siguen los elementos anatómicos longitudinales. Tiene importancia en la trabajabilidad de la madera y su comportamiento mecánico.
PROPIEDADES La descripción de las propiedades de la madera se hace con referencia a tres direcciones principales: Longitudinal: dirección paralela al eje del árbol Radial: dirección que sigue los radios medulares desde la médula hasta la corteza Tangencial: dirección tangencial a los anillos de crecimiento
Propiedades físicas Peso: 500 Kg/m3 Dependen de crecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno y distintas partes del tronco. Humedad La madera contiene: Agua libre: ocupa los espacios intercelulares, la cual es absorbida por capilaridad a través de los vasos y desaparece después de cierto tiempo. Agua de saturación o higroscópica: se encuentra retenida en las paredes de las células entre el 0% y 30% de contenido de humedad. Ésta se expresa como % del peso de la madera calculada según la siguiente fórmula: CH%= Pi-Po x 100 donde Pi es el peso inicial y Po es el peso en estado anhidro en gramos Po El agua de saturación corresponde a la humedad de la atmósfera que rodea la madera hasta encontrar el equilibrio. El contenido de agua es mayor en a albura que en el duramen. La madera cambia de volumen según el grado de humedad, si esta
Densidad (D) Es la relación entre la masa (m) y el volumen (v) de la madera expresada en gr/cm3 D=m/v
La densidad de la madera se relaciona con el comportamiento de la madera frente a la absorción y pérdida de agua, el grado de variación dimensional bajo el punto de saturación de las fibras, el comportamiento mecánico de la madera antes los esfuerzos y su aptitud para trabajabilidad y acabado . Se puede definir como el grado de compactación de la fibra de la madera. Esta
Según la densidad la madera puede ser:
Pesada (densa) si la densidad es mayor de 0,8
Son de alta resistencia a deformaciones, impactos, corte y ataques de plantas y animales. Su secamiento es lento y son relativamente difíciles de trabajar con máquinas y herramientas. Se usan para muebles finos, columnas, vigas, escaleras, etc. Semipesada (semi-densa) si la densidad es entre 0,8 y 0,6
Sus propiedades son intermedias entre las maderas pesadas y las livianas. Como por ejemplo: el roble, la CAOBA. Por lo general las maderas semipesados se usan para muebles, marcos de puertas y armarios, para ventanas. Muy ligera: si la densidad es menor de 0,5
Contracción e hinchamiento La madera cuando pierde agua se contrae cuya magnitud varía según las características de la especie, las secciones y la orientación anatómica del corte. La contracción es mayor en la albura que en el corazón, originándose tensiones que alabean y agrietan la pieza. Para evitar problemas de contracción es conveniente el despiece radial y utilizar con contenido de humedad próximo al que se encuentre en equilibrio con el clima del lugar. La contracción en sentido tangencial es mínima. El hinchamiento se produce cuando la madera absorbe humedad hasta un punto de saturación (del 20% al 25% de agua) a partir del cual no aumenta mas el volumen aunque pueda absorber mas agua. Hay que tener en cuenta las variaciones de volumen en las piezas que serán sometidas a oscilaciones de sequedad y húmedas, dejando suficientes tolerancias para no comprometer la estabilidad de la estructura.
Dureza La dureza es la resistencia que opone la madera al desgaste, rayado, dejarse clavar. Depende de la densidad, edad, estructura y si se trabaja en sentido longitudinal o transversal de la fibra. Las maderas mas viejas son mas duras al igual que las de crecimiento lento. Son maderas duras la del ébano; bastante duras el roble, acacia, almendro; algo dura el castaño o el nogal; blanda el abeto, pino, sauce y muy blanda el tilo. Una madera muy hendible es el castaño y hendible el roble. Resistencia al fuego La madera es un material combustible. Es usual la protección de las estructuras de madera contra el fuego, por el sistema de “a madera perdida”, simplemente mediante un sobredimensionado de las piezas.
Conductividad Por su composición y estructura la madera es excelente aislante del calor. Esto depende de la dirección de las fibras, la densidad, la presencia de nudos, grietas y contenido de humedad. Las maderas de alto contenido de humedad son inferiores como aislantes del calor. La madera seca es mala conductora de calor y electricidad, pero húmeda sí es conductora. La conductividad es mayor en el sentido longitudinal que en el radial o transversal. En general la madera es buena aislante acústica.
Propiedades mecánicas La resistencia de la madera depende de la aplicación del esfuerzo según la orientación de la fibra o grano Módulo de elasticidad (Ea): 120000Kg/cm2 Compresión perpendicular al grano La madera se comporta como un conjunto de tubos alargados presionados en sentido perpendicular a su longitud, sus secciones transversales se aplantan y sufren una disminución de sus dimensiones bajo esfuerzos suficientemente altos. En la práctica la madera se somete a estos esfuerzos en cartelas de cerchas La resistencia es ¼ de la
Compresión paralela al grano La madera se comporta como un conjunto de tubos alargados que sufren la presión de una fuerza que trata de aplastarlos. Su comportamiento ante este esfuerzo es considerado dentro de su estado elástico, es decir mientras tenga capacidad de recuperar su dimensión una vez retirada la fuerza. La madera se somete a este esfuerzo en columnas, pilotes, barras internas en cerchas. La resistencia es de 100 a 900 Kg/cm2. Es ½ de la tracción paralela
Tracción perpendicular al grano Tiene mal comportamiento pues este tipo de esfuerzo es asumido básicamente por la lignina de la madera que cumple una función cementante de las fibras. La madera tiene menor resistencia a este tipo de esfuerzo en relación con otras solicitudes. Es 3 a 4 veces menos que a tracción paralela
Tracción paralela al grano La madera tiene buena resistencia a este tipo de esfuerzo porque las uniones longitudinales de las fibras la madera son de30 a 40 veces mas resistentes que las uniones transversales. La resistencia puede ser de 500 a1500 Kg/cm2. Es dos veces mayor que a compresión paralela.
Corte paralelo al grano Tiene mal comportamiento pues este tipo de esfuerzo básicamente es asumido por la lignina. Corte perpendicular al grano Tiene buen comportamiento a este esfuerzo
Flexión En un elemento de la madera sometido a esfuerzo de flexión se combina la compresión paralela al grano por encima del eje neutro y la tracción paralela al grano por debajo del eje neutro. Como la madera tiene su mejor comportamiento esos esfuerzos, ésta es particularmente apta a la flexión perpendicular al grano en vigas, dinteles, etc.
Eje neutro
Clasificación por resistencia Grupo A- Mas resistentes: densidades de 0,71 a 0,90 Grupo B- Resistencia intermedia: densidades de 0,56 a 0,70 Grupo C- Menos resistentes: densidades de 0,40 a 0,55 Clasificación según las normas COVENIN Las maderas pueden tener usos estructurales y no estructurales, y de acuerdo a las normas COVENIN se clasifican según el coeficiente máximo de rotura a la flexión en muy duras (más de 1500 K/cm2), duras (900-1500 K/cm2) y semi duras (400-900 K/cm2).
Proceso de obtención de la madera Siendo la madera un recurso forestal renovable es fundamental que la utilización de este recurso se realice en el marco de un plan de ordenamiento forestal que garantice su renovación. El plan debe considerar aspectos técnicos, económicos y legales del área de intervención y conlleva estudios de aprovechamiento, regeneración, protección e industrialización del bosque.
Fases: 1º Extracción Proceso de talado y desramado del árbol para luego trozar el tronco según longitudes comerciales previstas. El cubicado real de la troza consiste en determinar el volumen de la madera según longitudes y diámetros. Las trozas seleccionadas se apilan en un patio donde las especies susceptibles de deformaciones o ataques de hongos e insectos son tratadas temporalmente hasta que sean aserradas
2º Aserrado Es la transformación primaria de la troza, dándole a la madera mediante sierras manuales y mecánicas una escuadría determinada para obtener piezas de grandes dimensiones o tablones. Paralelamente a la obtención de las piezas, se van seleccionando a base de la apreciación visual de su calidad desechando aquellas con defectos considerables. Luego son apiladas en un patio.
3º Reaserrado Es la transformación secundaria o recortes de los tablones de madera obtenidos en el aserrado para convertirlos en piezas con secciones y largos nominales definidos, de acuerdo con el uso que se destinen. Después de obtenidas las piezas se realiza la clasificación visual según su calidad y resistencia estructural, según la especie y los defectos que presente cada una. Luego las piezas so acondicionadas de acuerdo a su utilización.
Defectos de la madera
Las anomalías o defectos afectan el comportamiento estructural y la apariencia de la madera
4º Secado Es el proceso mediante el cual la madera pierde agua paulatinamente, primero por evaporación desde la superficie, que luego va acompañada por la traslación de agua desde las capas internas a las externas por capilaridad y difusión. Se debe controlar la intensidad del secado para evitar la aparición de defectos como grietas, rajaduras o alabeos originado por las tensiones internas las cuales se controlan tomando las precauciones estipuladas para ello.
4º Preservación La afectación de la madera por hongos, termitas o pulverizadores, se evita protegiéndola con sustancias químicas que eviten su degradación. Durabilidad natural El grado de durabilidad natural de la madera depende de la especie, del lugar de crecimiento y la zona del tronco de donde proviene. La albura carece de durabilidad natural, el duramen es mas resistente porque en el crecimiento del árbol las células se lignifican y en sus cavidades se depositan sustancias tóxicas que impiden el ataque de los degradantes. Según la durabilidad, la madera protegida de la humedad, se clasifica en: No durable: hasta 5 años Moderadamente durable: 5 a 20 años Durable: 20 años o mas
Durabilidad adquirida Para la preservación de la madera se aplican sustancias químicas por diversos métodos: Brocha y aspersión Inmersión Difusión Al vacío y presión
Tipos de maderas Comercialmente tenemos las maderas macizas naturales y las maderas artificiales. La madera se usa en Venezuela mayoritariamente como revestimiento o componentes aislados en la construcción (escalones, pavimentos, marcos, puertas y ventanas) A) Tipos de Maderas naturales Las maderas de construcción, llamadas también maderas de corazón, se dividen en: Muy duras Coeficiente máximo de rotura a la flexión de más de 1.500 kg/cm2 , a saber:
araguaney, bálsamo, canalete, curarire o puy, granadillo o ébano, mora, cedro, pilón, clavellino, vera, etc. Duras Coeficiente máximo de rotura a la flexión de 900 a 1.500 kg/cm2 , a saber: carreto
o paraguatán, cartán, gateado, melero, orozul, pardillo negro, entre otros. Semiduras
Formas comerciales -Madera Aserrada: Se trata de piezas de madera maciza obtenida por el corte con cuchillas siguiendo la dirección longitudinal de las fibras. Según el grosor y la anchura de los elementos, así como su uso, dichas piezas se clasifican en: • vigas • viguetas y largueros, • tablones y tablas. Tradicionalmente se usan como soportes, vigas, viguetas, correas, etc.
B) Madera artificial: Productos laminados
a) Tablero Contrachapado : Está compuesto por chapas de madera encoladas siempre en número impar, alternando la dirección de las fibras. Se fabrican para exteriores e interiores y pueden tener usos estructurales y no estructurales. Su principal uso es el cerramiento de entramados de muros y forjados, aportando resistencia a éstos, además del puro revestimiento.
Proceso de producción del Tablero Contrachapado :
b) Tablero de aglomerados de partículas de madera
c) Tableros de fibras de madera
d) Tableros de lana de madera
Elementos y Sistemas Estructurales Gracias a su capacidad para resistir tracciones y compresiones, la madera es un material que se utiliza para la construcción de los siguientes elementos y sistemas estructurales: -Vigas de Madera Laminada: Está compuesta por tiras de chapa de madera orientadas en la dirección longitudinal, encoladas y prensadas (contraenchapado). Estéticamente tiene la apariencia de madera maciza con la veta que produce la cola marcada. Se caracteriza por sus elevadas resistencias mecánicas y la gran longitud que puede alcanzar hasta 24 mt (tamaño máx del transporte) Es muy adecuada para utilizarla para vigas y soportes en construcciones en las que se requiere cubrir una gran luz. -Vigas doble T: Se trata de vigas y viguetas mixtas de sección den doble T, elaboradas con madera aserrada maciza (madera natural) o laminada en las alas y tablero contrachapado en el alma. Su resistencia a la flexión y su ligero peso las hacen aptas para cubrir grandes luces. Poseen un excelente relación resistencia/peso.
-Celosías: Fabricadas a partir de la unión de piezas de madera aserrada mediante conectores en forma de placas y tornillos, que transmiten los esfuerzos axiales entre los distintos elementos. Pueden obtenerse luces hasta de 20 mt. -Elementos con Comportamiento fundamental de compresión: Soportes
Piezas comprimidas que pueden realizarse con secciones constantes de madera aserrada o con secciones constantes o variables de madera laminada. Además de las condiciones resistentes será necesario tomar en cuenta la influencia del pandeo en las dos direcciones principales.
-Elementos y Sistemas con comportamiento de flexión y cortante: Vigas
Pueden realizarse con secciones constantes de madera serrada, con secciones constantes o variables de madera laminada o con secciones doble T de madera aserrada o laminada. TIPO
Aserrada Laminada Doble T
LUZ
2-9 mt 3-25 mt 5-30 mt
CANTO
L/18 L/18 – L/20 L/18 – L/20
Emparrillados
Sistema formado por la unión, den dos direcciones ortogonales, de vigas, generalmente de sección rectangular constante de madera laminada. Pórticos
Estructura formada por una o dos vigas y dos soportes, conectados entre sí por nudos rígidos. Actualmente, el caso mas generalizado consiste en un pórtico a dos aguas formado por barras de madera laminada de sección rectangular de canto variable.
-Sistemas con Comportamiento simultáneo de tracción y compresión: Celosías Sistema formado por piezas de sección rectangular de madera serrada, entrelazada mediante articulaciones que sólo soportan esfuerzos axiales. En este sistema es frecuente la combinación de piezas de madera con tirantes de acero que aligeran el aspecto de la estructura. Elementos de Unión Entre los distintos tipos de nudos y los distintos esfuerzos a trasmitir, el problema principal consiste en la realización de nudos capaces de transmitir tracciones. Estas tracciones acaban transmitiéndose en forma de corte a lo largo de las fibras. Ensambles Clavos, tornillos y pernos Llaves de madera y conectores metálicos
Comportamiento de las uniones en la madera
Uniones amarradas
Uniones clavadas
Uniones atornilladas
Uniones apernadas
Uniones con conectores y pletinas
Uniones con anclajes
