MADERA PARTE I

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO: TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

CAPITULO XI: MADERA I Presentado por: Presentado por : Ing. María del Carmen Manchego Casapia

Arequipa 2011

MADERA 11.1 Bosques y Representaciones 11.2 El Árbol 11.3 Orientaciones para descripción de la madera 11.4 Propiedades Físicas de las Maderas 11.5 Propiedades de Madera Aislamiento 11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas 11.7 Factores que influyen en comportamiento de la Madera 11.8 Conversiones Secado y Protección

MADERA 11.1 Bosques y Representaciones 11.2 El Árbol 11.3 Orientaciones para descripción de la madera 11.4 Propiedades Físicas de las Maderas 11.5 Propiedades de Madera Aislamiento 11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas 11.7 Factores que influyen en comportamiento de la Madera 11.8 Conversiones Secado y Protección

11.1 Bosques y Representaciones a. BOSQUES

11.1 Bosques y Representaciones

11.1 Bosques y Representaciones b. REPRESENTACIONES DE LA MADERA EN EL PERU

Actualmente la especie forestal nativa más promisoria en la Amazonia peruana. Es una especie forestal con características maderables valiosas y tiene un uso muy difundido en el Perú. Está considerada entre las cinco especies forestales más apreciadas por el poblador amazónico desde el punto de vista económico y comercialmente es una de las maderas más utilizadas. Los árboles de tornillo forman parte del estrato dominante del bosque donde se desarrollan. En Yurimaguas, Perú, se instalaron plantaciones agroforestales en multi estrato que incluían como estrato superior a C. catenaeformis. Algunas características de esta especie que la hacen deseable para sistemas agroforestales son capacidad de fijar nitrógeno, su rápido crecimiento, buen sistema radicular y copa medianamente amplia.

11.1 Bosques y Representaciones b. REPRESENTACIONES DE LA MADERA

A NIVEL MUNDIAL Es creciente el número de empresas españolas que comercian con madera ecológica acreditada por FSC. Esto puede ser considerado una muy buena experiencia desde el punto de vista de la sostenibilidad de dichas empresas. Transporte de troncos en el río Negro (Brasil) Como cualquier material, la madera necesita cierta transformación desde que se obtiene de un árbol hasta que se utiliza.


A NIVEL NACIONAL Transfretar Peruana S.A.C. es una empresa que se dedica a la comercialización de madera y productos de esta como parihuelas yembalajes. Venta de: o

Tornillo

o

Triplay

o

Caoba

o

Cedro



11.2 El Árbol b. CONSTITUCION DE LA MADERA MADERA 25%mederas suaves 21%maderas duras

2%-8%

CARBOHIDRATOS

45% CELULOSA

glucosa

EXTRACTIVO

35%maderas duras 25%maderas blandes

HEMICELULOSA

glucosa galactosa

terpenos ácidos recinicos ácidos grasos fenoles

11.2 El Árbol b. CONSTITUCION DE LA MADERA

ELEMENTOS ESENCIALES (90%)

Carbono

46-50%

Oxígeno: 38-42% Hidrógen 6% o: Nitrógeno 1% :

OTROS ELEMENTOS (10%)

Cuerpos simples

Fósforo, azufre

Cuerpos Potasio, mineral calcio. sodio es

11.2 El Árbol c. PARTES DEL TRONCO


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La madera se compone de fibras de celulosa unidas mediante una sustancia llamada lignina. Por las fibras circulan y se almacenan sustancias como agua, resinas, aceites, sales...


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Si se tala un árbol se distinguen distintas capas: CORTEZA: Es la capa exterior y

su misión es proteger al árbol vivo. CÁMBIUM: Es una fina capa de

células especializadas que se encargan del crecimiento a lo ancho del tronco.


ALBURA: Es una capa de células

vivas por cuyo interior circula la savia. Es la capa de madera formada más recientemente y se le llama madera blanda. DURAMEN: Es la zona interior y está

formada por células muertas. La madera de esta capa es más dura, resistente y más oscura que la de la albura.

11.3 Orientaciones para descripción de la madera

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas a. PROPIEDADES FÍSICAS ANISOTROPÍA HUMEDAD DE LA MADERA. RELACIONES AGUA - MADERA CONTENIDO DE HUMEDAD. HINCHAZÓN Y MERMA DE LA MADERA COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN VOLUMETRICA PUNTO DE SATURACIÓN DE LAS FIBRAS PESO ESPECIFICO HOMOGENEIDAD DURABILIDAD INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN CONDUCTIVIDAD

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas ANISOTROPÍA Dado que la madera es un material formado por fibras orientadas en una misma dirección, es un material anisótropo, es decir, que ciertas propiedades físicas y mecánicas no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado, si no que varían en función de la dirección en la que se aplique el esfuerzo. Se consideran tres direcciones principales con características propias:

- Dirección axial : Paralela a las fibras y por tanto al eje del árbol. En esta dirección es donde la madera presenta mejores propiedades. - Dirección radial : Perpendicular al axial, corta el eje del árbol en el plano transversal y es normal a los anillos de crecimiento aparecidos en la sección recta. - Dirección tangencial : Localizada también en la sección transversal pero tangente a los anillos de crecimiento o también, normal a la dirección radial.

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas ANISOTROPÍA

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas HUMEDAD DE LA MADERA. RELACIONES AGUA MADERA –

Es la propiedad más importante, pues influye sobre todas las demás, propiedades físicas, mecánicas, mayor o menor aptitud para su elaboración, estabilidad dimensional y resistencia al ataque de seres vivos. El agua en la madera, puede estar presente de tres formas diferentes:

- Agua de constitución o agua combinada - Agua de impregnación o de saturación - Agua libre

CONTENIDO DE HUMEDAD. Definimos como contenido de humedad o simplemente humedad de la madera h a la relación del peso del agua contenida en la madera, al peso de la madera anhídra y se calcula de la siguiente forma:

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas Cuadro de estado de la madera según el % de humedad. Madera empapada: Hasta un 150% de humedad aproximadamente (sumergida en agua)

Madera verde: Hasta un 70% de humedad (madera en pie o cortada en monte)

Madera saturada: 30% de humedad (sin agua libre, coincide con P.S.F.)

Madera semi-seca: del 30% al 23% de humedad (madera aserrada)

Madera comercialmente seca: del 23% al 18% (durante su estancia en el aire)

Madera secada al aire: del 18% al 13% (al abrigo de la lluvia)

Madera desecada (muy seca): menos del 13% (secado natural o en clima seco)

Madera anhídrida:

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas HINCHAZÓN Y MERMA DE LA MADERA Es la propiedad que posee la madera de variar sus dimensiones y por tanto su volumen cuando su contenido de humedad cambia. Cuando una madera se seca por debajo de P. S. F., se producen unos fenómenos comúnmente llamados " movimientos, trabajo o juego de la madera “; Si el fenómeno es de aumento de volumen, se designa con el nombre de " Hinchazón " y si ocurre el fenómeno inverso de disminución de volumen " Merma ". La medida de contracción volumétrica no es suficiente para determinar la calidad de una madera. Es preciso saber como se comporta bajo la influencia de las variaciones de humedad próximas a la humedad normal, que es, en general, la que corresponde al ambiente de empleo de la madera.

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA Dicho coeficiente mide la variación del volumen de la madera cuando su humedad varía un 1%. Este coeficiente V% (casi constante entre los estados anhídro y de saturación de las fibras) caracteriza las maderas:

H = Humedad de la madera. Vo= Volumen en estado anhídro Vh= Volumen con una humedad H%

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas PESO ESPECÍFICO Por definición podemos decir que:

Peso específico =

Al ser un material poroso podemos considerar o no los poros para determinar el peso específico. Dada esta naturaleza porosa y las variaciones de peso y volumen, en función del contenido de humedad, hay que especificar las condiciones en que se verifican las medidas del peso específico. Si consideramos los poros contemplamos el volumen aparente y obtenemos el peso específico aparente

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas HOMOGENEIDAD Una madera es homogénea cuando su estructura y la composición de sus fibras resulta uniforme en cada una de sus partes (Ejemplos: Peral, manzano, tilo, boj, arce, etc.) Son poco homogéneas: - Las maderas con radios medulares muy desarrollados (Ej. encina, fresno) - Las maderas con anillos anuales de crecimiento con notables diferencias entre la madera de primavera y la de otoño (Ej. abeto,...)

DURABILIDAD Es una propiedad muy variable, pues depende de muchos factores: el medio ambiente, la especie de la madera, la forma de apeo, las condiciones de la puesta en obra, la forma de secado, las alteraciones de la humedad y sequedad, el contacto con el suelo (empotrada en terrenos arcillosos y en arena húmeda se conserva mucho tiempo, en arenas y calizas, duran poco), el agua (sumergida en agua dulce se conserva mucho tiempo), su tratamiento antes de ser usada, su protección una vez puesta en obra (pinturas, etc.) A más densidad mayor duración. Son maderas durables: La encina, el roble, la caoba, el haya, tec.

11.4 Propiedades Físicas de las Maderas INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN Las maderas arden, lo cual desde el punto de su utilización como combustible, es una cualidad, pero para su empleo en la construcción y decoración es un defecto. Se clasifica a efectos de su reacción ante el fuego dentro de la clase M3 M4 M5 (M0, M1, M2, M3, M4, M5, es la clasificación en orden creciente en cuanto a su grado de combustibilidad de los materiales). Las reacciones que se producen son las siguientes: La celulosa de la madera Tipos de Madera Son maderas muy inflamables: Pino, abeto, sauce, chopo, aliso, etc. Casi todas ellas maderas resinosas. Son maderas medianamente inflamables: Haya, caoba, castaño, tuya, etc. Son maderas menos inflamables: Encina, ébano, boj, alerce, etc.

11.5 Propiedades Físicas Aislamiento de la Madera PROPIEDAD TERMICA Como todos los materiales la madera dilata con el calor, y se contrae al descender la temperatura. En la madera sin embargo se contrarresta con la variación de humedad. Mal conductor del calor (seco). La madera humedad y ligera es menos aislante.

CONDUCTIVIDAD Mal conductor de calor cuando esta seca. Esta cualidad esta relacionada con su estructura, fibrosa, con poros y alvéolos. La madera húmeda y ligera transmite mejor el calor. Tiene un coeficiente de conductividad muy bajo. ( K es la cantidad de calorías que atraviesan en una hoja de 1m2 de superficie, y 1m de espesor, cuando la diferencia de temperatura entre paramentos opuestos es de 1ºC) Comparando con la fabrica de ladrillo, una pared de madera de 10cm de espesor, tiene el mismo poder aislante que un muro de asta y media de ladrillo macizo enfoscado al exterior y lucido al interior.

11.5 Propiedades Físicas Aislamiento de la Madera TRANSMISION, ABSORCION DEL SONIDO Y PROPIEDADES ELECTRICAS

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas b. PROPIEDADES MECÁNICAS ELASTICIDAD - DEFORMABILIDAD FLEXIBILIDAD DUREZA CORTADURA HENDIBILIDAD DESGASTE RESISTENCIA AL CHOQUE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN FLEXION ESTÁTICA

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas 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 mas duras son las mas pesadas. El duramen es más duro que la albura. Las maderas verdes son más blandas que las secas. Las maderas fibrosas son más duras. Las maderas más ricas en vasos son más blandas. Las maderas mas duras se pulen mejor. - Muy duras: Ebano, boj, encina. - Duras: Cerezo, arce, roble, tejo... - Semiduras: Haya, nogal, castaño, peral, plátano, acacia, caoba, cedro, fresno, teka. - Blandas: Abeto, abedul, aliso, pino, okume

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas 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 Mínima

axial 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.

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN La madera, en la dirección de las fibras, resiste menos a compresión que a tracción, siendo la relación del orden de 0,50, aunque variando de una especie a otra de 0,25 a 0,75. La resistencia unitaria será la carga dividida por la sección de la probeta,

C = P/S.

En las normas españolas se usan probetas de 2 x 2 x 6 cm. y se realiza el ensayo al 12% de humedad, efectuándose una corrección para valores de humedad diferentes al 12%, pero no muy lejanos a él, Según los valores obtenidos, la norma clasifica las maderas en: - Según la resistencia unitaria C a la compresión axial en Kp./cm. 2 Pequeño. mediana grande

menos de 350 para resinosas y menos de 450 frondosas 350 a 450 para resinosa y 450 a 750 frondosas más de 450 para resinosas y más de 750 frondosas

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

11.6 Propiedades Mecánicas de las Maderas FLEXION ESTÁTICA El ensayo de flexión estática se suele realizar, como el de una viga apoyada por los extremos y con una carga central. En este tipo de esfuerzo, la parte superior trabaja a compresión y la inferior a tracción. La distribución de tensiones en el plano, donde el momento flector es máximo, empieza por tener una distribución bitriangular con el vértice común en la línea neutra. Pero la madera resiste menos a compresión que a flexión, incluso el Módulo Elástico. A tracción es algo superior al de compresión.

11.7 Factores que influyen en comportamiento de la Madera FACTORES QUE AFECTAN A LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN - Humedad La resistencia a la tracción paralela a la fibra aumenta de forma más o menos lineal desde el punto de saturación de las fibras hasta el 10%, con un aumento del 3% por cada disminución de humedad del 1%. Entre el 8 y el 10% de humedad existe un máximo, a partir del cual disminuye ligeramente. - Temperatura El efecto de la temperatura es menor en la tracción paralela, que en otros tipos de esfuerzos. - Nudos Los nudos afectan enormemente frente a este esfuerzo, ya que la desviación de fibras alrededor del nudo tiene gran influencia en la resistencia. Así, pequeños nudos, que reducirían la resistencia a compresión en un 10%, lo haría en el 50% en el caso de tracción. Los nudos dan lugar, también, a una distribución irregular de las tensiones. Según los valores obtenidos en el ensayo de tracción, al 12% de humedad, las maderas se clasifican en los siguientes grupos: - Resistencia pequeña, si es menor de 25 Kp./cm. 2 - Resistencia media, está comprendida entre 25 y 45 Kp./cm. 2 - Resistencia grande, si es mayor de 45 Kp./cm 2 - Inclinación de la fibra: Se puede decir que la resistencia a tracción se ve mucho mas afectada que la resistencia a la compresión con igual inclinación de las fibras. Una ángulo de 15° reduce la resistencia a la tracción a la mitad y si el ángulo es de 30° la resistencia es 1/5 de la que tendría si la dirección del esfuerzo fuese paralela a la fibra.

11.7 Factores que influyen en comportamiento de la Madera FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN - Inclinación de fibras - el efecto de reducción de la resistencia por la misma es bastante menor que en tracción. - Densidad - Existe una relación lineal, pudiéndose considerar que a mas densidad más resistencia. - Humedad - La influencia es prácticamente nula por encima del punto de saturación de las fibras y aumenta a partir de dicho punto, al disminuir la humedad. Entre el 8 y el 18% de humedad, se considera que la variación es lineal. - Nudos - Su influencia es menor que en la tracción. - Constitución química- Las maderas con mayor cantidad de lignina, como las tropicales, resisten mejor a la compresión. Las bolsas de resinas no tienen influencia, pero como hacen aumentar el peso específico hace que baje la cota de calidad.

11.7 Factores que influyen en comportamiento de la Madera INFLUENCIAS QUE AFECTAN A LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN - Inclinación de la fibra: es muy similar a la de la resistencia a la tracción. La disminución de resistencia a flexión y tracción se hace apreciable a partir de una inclinación de 1/25, mientras en compresión lo es a partir de 1/10, y en el corte apenas si tiene influencia. - Peso específico: Existe una relación lineal entre resistencia a la flexión y densidad. En los casos de no seguir esta relación se deben a maderas con contenido de resinas elevado. - Contenido de humedad: La resistencia a la flexión tiene un máximo para un grado de humedad del 5%, disminuyendo la resistencia desde dicha humedad hasta el P.S.F. La variación entre el 8 y el 15% se puede considerar lineal - Temperatura: La resistencia a la flexión decrece al aumentar la temperatura; este crecimiento es mayor al aumentar la humedad. - Nudos y fendas: La influencia de los nudos varía según su posición: es mayor cuanto mayor sea el momento flector; y tiene más influencia si está en la zona traccionada que en la de compresión. Resumiendo, su influencia es mayor cuanto mayor sea la tensión a que está sometida la zona que ocupa y como las tensiones de tracción son más intensas y sufren más, por los nudos, que las de compresión, su influencia es mayor a las tensiones de tracción. - Fatiga: La resistencia a la flexión disminuye al aumentar el tiempo de carga, reduciéndose, al cabo de los años, en porcentajes del 50 al 75% respecto a la resistencia en un ensayo normal de flexión estática.

11.8 Conversiones Secado y Protección






MADERA PARTE I

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