La Madera en Bolivia Propiedades Fisicas

Escuela Militar de Ingeniería Carrera: Ing. Civil Mcal. Antonio José de Sucre Sem. “B”

Univ.: José Mauricio Mancilla Ochoa. Código: A 8931-1

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN # 1

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Curso: 5 to. ESTRUCTURAS

DE

MADERA.

La Madera en Bolivia Desde el Punto de Vista Estructural. I.

Introducción.

Al ser la madera producida y utilizada por las plantas con fines estructurales es un material muy muy resis resiste tent nte e y grac gracia iass a esta esta cara caract cterí eríst stic ica a y a su abun abundan danci cia a natu natural ral es util utiliz izad ada a ampliamente por los humanos, ya desde tiempos muy remotos. Una vez cortada cortada y secada, la madera se utiliza utiliza para muchas y diferentes aplicacione aplicaciones. s. Una de ellas es la fabricación de pulpa o pasta, materia prima para hacer papel. papel. Artistas y carpinteros tallan y unen trozos de madera con herramientas especiales, para fines prácticos o artísticos. La madera es también un material de construcción muy importante desde los comienzos de las construcciones humanas y continúa siéndolo hoy. En la actualidad y desde principios de la revolución industrial muchos de los usos de la madera han sido cubiertos por metales o plásticos, plásticos, sin embargo es un material apreciado por su belleza y porque puede reunir características que difícilmente se conjuntan en materiales artificiales. II.

Desarr sarro ollo de la Invest estigación.

Madera de Construcción Estructural.

Se denomina así a aquella madera que constituye el armazón estructural de la edificación. Es decir forma la parte resistente de componentes como muros o paredes, pisos, techos, tales como: pie-derechos, pie-derechos, columnas, columnas, vigas, cerchas, cerchas, entre otros. La característi característica ca común a todos estos elementos es su función básicamente resistente. Requisitos Generales.

Las condiciones que debe satisfacer este material son las siguientes: 1. Debe Debe ser materi material al clas clasifific icad ado o como como de cali calidad dad estruc estructu tural ral para lo cual cual debe debe cumplir la Norma de Clasificación Visual por Defectos vigente en cada país. 2. Debe Debe ser ser made madera ra prove proveni nien ente te de las especi especies es fores foresta tale less cons consid idera erada dass como como adecuadas para construir. 3. Deben se piezas de de madera dimens dimensionadas ionadas de acuerdo acuerdo escuadrías escuadrías o secciones. secciones.



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Propiedades Resistentes de la Madera.

En la madera se pueden reconocer tres direcciones principales que pueden considerarse ortogonales entre si, estas direcciones son la longitudinal, la tangencial y la radial. En la siguiente figura se puede observar que la dirección radial y la tangencial son perpendiculares al grano. En la práctica se consideran dos direcciones: la dirección longitudinal o paralela a la fibra y la dirección transversal o perpendicular al grano.

Las principales propiedades resistentes de la madera son: resistencia a la compresión paralela al grano, la compresión perpendicular al grano, la flexión, tracción y corte paralelo al grano. Los esfuerzos básicos para cada una de estas propiedades resistentes son los obtenidos de probetas pequeñas libres de defectos y ensayadas según la norma ASTM D143 (4) y las normas COPANT (5). Resistencia a la Compresión Paralela. La madera presenta gran resistencia a los esfuerzos de compresión paralela a sus fibras. Esta proviene del hecho que las fibras están orientadas con su eje longitudinal en esa dirección y que a su vez coincide, o está muy cerca de la orientación de las microfibrillas que constituyen la capa media de la pared celular. Esta es la capa de mayor espesor de las fibras. La capacidad está limitada por el pandeo de las fibras más que por su propia resistencia al aplastamiento. Cuando se trata de elementos a escala natural como columnas, solamente aquellas de una relación de esbeltez (longitud / ancho) menor que 10 desarrollan toda su resistencia al esforzar la sección a su máxima capacidad. Para elementos más esbeltos, que son los más comunes, la resistencia está determinada por su capacidad a resistir el pandeo



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lateral, que depende mayormente de la geometría de la pieza más que de la capacidad resistente de la madera que la constituye. La resistencia a la compresión paralela a las fibras en la madera es aproximadamente la mitad que su resistencia a la tracción. Resistencia a la Compresión Perpendicular. Bajo este tipo de carga las fibras están sometidas a un esfuerzo perpendicular a su eje y que tiende a comprimir las pequeñas cavidades contenidas en ellas. Esto permite que se pueda cargar la madera sin que ocurra una falla claramente distinguible. Al incrementarse la magnitud de la carga la pieza se va comprimiendo, aumentando su densidad y también su misma capacidad para resistir mayor carga. La resistencia está caracterizada por el esfuerzo al límite proporcional. Este varía entre ¼ a 1/5 del esfuerzo al límite proporcional en compresión paralela. Resistencia a la Tracción. La resistencia a la tracción paralela en especímenes pequeños libres de defectos es aproximadamente 2 veces la resistencia a la compresión paralela. En la siguiente figura se puede observar el comportamiento lineal y elástico de la curva esfuerzo-deformación, se observa también la naturaleza explosiva y violenta con la que se produce la falla. El valor típico que caracteriza este ensayo es el esfuerzo de rotura que varía entre 500 y 1500 kg/cm2. La resistencia a tracción paralela es afectada significativamente por la inclinación del grano. Para efectos prácticos la resistencia a la tracción perpendicular es nula.

Curvas esfuerzo-deformación para maderas latifoliadas.

Resistencia al Corte.



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En elementos constructivos el esfuerzo por corteo cizallamiento se presenta cuando las piezas están sometidas a flexión (corte por flexión). Los análisis teóricos de esfuerzos indican que en un punto dado los esfuerzos de corte son iguales tanto a lo largo como perpendicularmente al eje del elemento. Como la madera no es homogénea, sino que sus fibras se orientan por lo general con el eje longitudinal de la pieza, presenta distinta resistencia al corte en estas dos direcciones. Perpendicularmente a las fibras la resistencia es de tres a cuatro veces mayor que en la dirección paralela. El esfuerzo de rotura en probetas sometidas a corte paralelo varía entre 25 y 200 kg/cm 2 en promedio. Es mayor en la dirección radial que en la tangencial. Aumenta con la densidad aunque en menor proporción que la resistencia a la compresión. En elementos a escala natural hay una disminución pro la presencia de defectos como por la influencia del tamaño de las piezas. Por otro lado este esfuerzo casi siempre se presenta combinado con otros lo que puede resultar en menores valores. Resistencia a la Flexión Paralela al Grano. La diferencia entre la resistencia a la tracción y a la compresión paralela resulta en un comportamiento característico de las vigas de madera en flexión. Como la resistencia a la compresión es menor que a la tracción, la madera falla primero en la zona de compresión. Con ello se incrementan las deformaciones en la zona comprimida, el eje neutro se desplaza hacia la zona de tracción, lo que a su vez hace aumentar rápidamente las deformaciones totales; finalmente la pieza se rompe por tracción. En vigas secas, sin embargo, no se presenta primeramente una falla visible de la zona comprimida sino que ocurre directamente la falla por tracción.

Propiedades Elásticas de la Madera.



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El módulo de elasticidad, el módulo de corte y el módulo de Poissón representan las características elásticas de un material. La madera como material ortotrópico tiene tres módulos de elasticidad, tres módulos de corte y seis módulos de Poissón, orientado y definidos según los tres ejes ortogonales. Desde el punto de vista ingenieril puede suponerse que el material es homogéneo lo que permite considerar sólo tres.

Deformación de una viga, flexión y corte.

Módulo de Elasticidad. (MOE) El módulo de elasticidad de la madera puede ser obtenido directamente de una curva esfuerzo-deformación en un ensayo de compresión paralela. Puede ser hallado también por métodos indirectos como en los ensayos a flexión. Según los resultados obtenidos en maderas tropicales el MOE en compresión paralela es mayor que el MOE en flexión estática, no obstante, usualmente se toma el segundo como genérico de la especie, por ser las deflexiones en elementos a flexión criterio básico en su dimensionamiento. La deflexión en la viga de la anterior figura, es la suma de dos deflexiones: la debida a flexión y la debida a corte, cuando se obtiene el módulo de elasticidad se calcula considerando solamente la contribución de la flexión, entrándose un MOE aparente, menor que el MOE real que tiene el material. El valor del MOE así obtenido es corregido para obtener el MOE real. Por ejemplo, para una viga simplemente apoyada, con una carga uniformemente repartida y sección rectangular uniforme, las deflexiones por flexión y corte son:

En donde:

I = momento de inercia de la sección. A = área de la sección recta. E = MOE. G = módulo de corte.



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La relación entre ∆f y el ∆total = ∆f + ∆c será:

Así para (L/h) = 15 y (E/G) = 16, se tiene de la ecuación anterior que ∆ f es 0.9361 del ∆ total, es decir, la deflexión debida a flexión es el 93 por ciento de la deflexión total o la deflexión medida. Módulo de Corte o Rigidez. (G) El módulo de corte relaciona las deformaciones o distorsiones con los esfuerzos de corte o cizallamiento que les dan origen, γ = G γ. Existen diferentes valores para este módulo den cada una de las direcciones de la madera. Sin embargo el más usual es el que sigue la dirección de las fibras. Los valores reportados para esta propiedad varían entre 1/16 y 1/25 del módulo de elasticidad lineal. Módulo de Poissón. Se conoce como módulo de Poissón a la relación que existe entre deformación lateral y deformación longitudinal. Para el caso de la madera existen en general 6 módulos de Poissón ya que se relacionan las deformaciones en las direcciones longitudinal, radial y tangencial. La madera presenta diferentes valores según las direcciones que se consideren, se han reportado para maderas coníferas valores del orden de 0.325 a 0.40 para densidades de 0.5 gr/cm 3. Protección de la Madera.

La madera, como cualquier otro metal, tiene sus limitaciones, una de ellas, quizás la más importante, es la posibilidad de sufrir ataques de insectos y hongos; o de ser afectada por el fuego, desgaste mecánico y otros, por lo que es necesario preservarla. Preservación. La durabilidad de la madera es la resistencia que opone este material a la pudrición por hongos o al ataque de insectos u otros destructores. Ciertas clases de maderas son notables pro su resistencia biológica. Su empleo debe ser recomendado para las situaciones más expuestas. Otras maderas son de buna o regular durabilidad y finalmente, hay maderas que son conocidas por su facilidad para ser atacadas. La densidad de la madera es un índice de durabilidad; así por ejemplo las más pesadas son en general las más durables. Esta apreciación tiene muchas excepciones y por ello, en cada caso es necesario determinar la durabilidad real de la especie.



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La durabilidad natural se puede aumentar mediante procedimientos artificiales, ya sea por un simple secado o por tratamientos preservadores especiales. La preservación de la madera es la respuesta moderna de la técnica para satisfacer los requisitos tecnológicos actuales y futuros, frente al agotamiento de los bosques naturales con maderas naturalmente durables, reemplazados paulatinamente pro especies de crecimiento rápido.

Tipos de Preservantes. La preservación o inmunización de la madera tiene por objeto modificar la composición química de este material, haciéndolo no apetecible a los organismos biológicos. El efecto protector se consigue tornando a la madera venenosa o repelente a los elementos biológicos que la atacarían si no estuviese preservada. En la madera se desea un grado elevado de protección, en consecuencia, el preservador debe penetrar hasta una profundidad considerable. La protección de las capas superficiales de la madera únicamente, no es eficaz, ya que estas se quiebran con facilidad, por las condiciones del clima y se desgastan o agrietan mientras la madera está secándose. Algunos compuestos que se usan en la preservación de la madera son: la CREOSOTA, el PENTACLOROFENOL, los NAFTENATOS, las SALES CCA, las SALES CCB y otros. Agentes Nocivos de la Madera .

El deterioro de la madera es un proceso que altera las características de ésta. En amplios términos, puede ser atribuida a dos causas primarias: • •

agentes bióticos (que viven) agentes físicos (que no viven).

En la mayoría de los casos, el deterioro de la madera es una serie continua, donde las acciones de degradación son uno o más agentes que alteran las características de la madera al grado requerido para que otros agentes ataquen. La familiaridad del inspector con los agentes de deterioro es una de las ayudas más importantes para la inspección eficaz. Con este conocimiento, la inspección se puede acercar con una visión cuidadosa de los procesos implicados en el daño y los factores que favorecen o inhiben su desarrollo.



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Agentes bióticos del deterioro

La madera es notablemente resistente al daño biológico, pero existe un número de organismos tienen la capacidad de utilizar la madera de una manera que altera sus características. Los organismos que atacan la madera incluyen: bacterias, hongos, insectos y perforadores marinos. Algunos de estos organismos utilizan la madera como fuente de alimento, mientras que otros la utilizan para el abrigo. Las bacterias.

Las bacterias son pequeños organismos unicelulares que están entre los más comunes de la tierra. Se ha demostrado recientemente que son importantes en la infección de la madera no tratada expuesta en ambientes muy húmedos, causando aumento de la permeabilidad y ablandamiento en la superficie de la madera. La desintegración bacteriana es normalmente un proceso extremadamente lento, pero puede llegar a ser serio en situaciones donde la madera no tratada está sumergida por largos períodos. Muchas bacterias son también capaces de degradar los preservantes pudiendo modificar la madera tratada de una manera tal que ésta llegue a ser más susceptible químicamente a organismos que menos toleran. Aunque la pérdida significativa de la resistencia puede desarrollarse en los restos de la madera no tratada saturada por períodos muy largos, el decaimiento bacteriano no parece ser un peligro significativo en la madera tratada a presión usada típicamente para la construcción. Los hongos.

Los hongos son simples organismos que utilizan la madera como fuente de alimento. Se mueven a través de la madera como una red microscópica que crecen a través de los agujeros o directamente penetrando la pared celular de la madera. Las Hifas producen las enzimas que degradan la celulosa, hemicelulosa, o lignina que absorbe el material degradado para terminar el proceso de desintegración. Una vez que el hongo obtiene una suficiente cantidad de energía de la madera, produce un cuerpo fructífero sexual o asexual para distribuir las esporas reproductivas que pueden invadir otras maderas. Los cuerpos fructíferos varían de las esporas unicelulares producidas al final de las hifas para elaborar cuerpos fructíferos perennes que producen millones de esporas. Estas esporas son separadas extensamente por el viento, los insectos, y otros medios que pueden ser encontrados en la mayoría de las superficies expuestas. Consecuentemente, todas las estructuras de madera están conforme al ataque de los hongos cuando la humedad y otros requisitos adecuados al crecimiento de los hongos estén presentes. El moho y el hongo de la mancha.

El moho y el hongo de la mancha colonizan muy rápido la madera una vez que ésta se corta y continua su crecimiento mientras el contenido de humedad sigue siendo óptimo (sobre aproximadamente 25 por ciento para las maderas blandas). El efecto primario de estos



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hongos es manchar o descolorar la madera. Se consideran hongos inofensivos y son de consecuencia práctica sobre todo donde la madera se utiliza para sus calidades estéticas. El moho infecta la superficie de madera, causando los defectos que se pueden quitar generalmente con cepillo o cepillando, solamente las preocupaciones serias es del hongo de la mancha porque éstos penetran profundamente y descolora la madera. Bajo condiciones óptimas, algún hongo de la mancha puede también continuar a degradar la madera, causando disminución de la dureza y un aumento de permeabilidad; por lo tanto, la madera manchada es generalmente rechazada para las aplicaciones estructurales. El moho y el hongo de la mancha utilizan el contenido de la célula de la madera para el alimento, y no degrada la pared celular. Pero su presencia puede indicar condiciones favorables para el desarrollo de otros hongos.

El hongo de la pudrición.

La pudrición en la madera es causada normalmente por el hongo de la pudrición. Este hongo se agrupa en tres amplias clases basadas en la forma del ataque y de la apariencia del material podrido. Los tres tipos de hongo de la pudrición son: el hongo de la pudrición parda, el hongo de la pudrición blanca, y el hongo de la pudrición suave. En las etapas de daño avanzado, la madera no conserva virtualmente ninguna resistencia, se forman los bolsillos de pudrición, o la madera se disuelve literalmente. La detección del daño en la etapa inicial o incipiente es la más difícil, pero también la parte más importante de la inspección. A este punto, el daño puede ser efectivamente controlado para prevenir más daños severos a la estructura. Los insectos y crustáceos.

Los insectos están entre los organismos más comunes en la tierra, y muchas de sus especies poseen la capacidad de utilizar la madera para abrigo o alimento. De los 26 órdenes de insectos, 6 causan daño a la madera. Termitas (Isoptera), escarabajos (Coleoptera), abejas, avispas, y las hormigas (himenópteros) son las causas primarias de la mayoría de la destrucción en la madera. El ataque del insecto es evidente generalmente desde túneles o cavidades en la madera, que contienen a menudo polvo o aserrín (heces del insecto) de madera. La presencia de polvo al pie de la madera o aserrín sobre la superficie de la madera, son muestras de un ataque. Las termitas.



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Existen 2.000 especies de termitas que se distribuyen en áreas donde el promedio anual de temperatura es de 10 °C o superior. En algunos casos, las termitas prolongan su progresión en climas más frescos viviendo en estructuras cálidas hechas por el hombre. Atacan la mayoría de las especies de madera. Las termitas son insectos sociales, organizados en una serie de clases que realizan funciones específicas. El líder de la colonia es una reina cuyo único propósito es poner huevos. La reina es protegida por los soldados y es fortalecida y alimentada por las obreras, que también construyen el nido y causan el daño a la madera. Como todas las criaturas, las termitas tienen ciertos requisitos, incluyendo la madera de un alto contenido de humedad, una fuente conveniente de alimento, un alto nivel de dióxido de carbono, y el oxígeno. Las colonias de termitas se extienden en cantidad desde hasta un millón o más. Los escarabajos.

Los escarabajos (Coleóptero) representan el orden más grande de insectos que causan daño substancial a la madera. Muchos escarabajos atacan solamente a árboles vivos o cortan la madera fresca, pero son combatidos brevemente ya que sus daños pueden ser encontrados durante la inspección.

Las hormigas, abejas y avispas.

Las hormigas, abejas y avispas se incluyen colectivamente en el grupo de los Himenópteros. Varios tipos de este grupo pueden atacar a la madera, pero aquí las discusiones se limitan a las hormigas y abejas carpinteras, porque estos dos grupos atacan a la madera en servicio. Los daños mecánicos.

Los daños mecánicos son probablemente el agente físico más significativo del deterioro del puente de madera. Es causado por un número de factores y, considerablemente varios en sus efectos sobre la estructura. Los daños mecánicos más comunes es la abrasión del vehículo, que produce superficies gastadas o estropeadas y reduce la sección de la madera. Los ejemplos obvios de este daño ocurren en el área de la cubierta del puente donde la abrasión produce la degradación de la superficie. Un daño mecánico más severo puede ser causado por la exposición a largo plazo a las sobrecargas del vehículo, a las instalaciones de fundación, a cataclismos o a témpanos de hielo en la corriente de un canal. Ataques Químicos.

El efecto de las sustancias químicas en la madera es altamente dependiente del tipo específico de compuesto. Líquidos que no producen hinchamiento de la madera como aceites de petróleo o creosota, no tienen efectos apreciables, mientras que líquidos que hinchan la madera tales como el agua o el alcohol pueden tener algún efecto aún cuando no produzcan degradación química. Esta pérdida en las propiedades dependen del



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hinchamiento y éste es un proceso reversible. Por otro lado, soluciones químicas que descomponen las sustancias constitutivas de la madera tienen un efecto permanente. Se pueden hacer las siguientes generalizaciones. ∼

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Algunas especies son bastante resistentes al ataque de minerales diluidos y ácidos orgánicos. Ácidos oxidantes degradan la madera más que ácidos no oxidantes.

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Soluciones alcalinas son más destructivas que soluciones ácidas.

La protección a la madera contra el ataque de insectos o contra el fuego se logra mediante tratamientos con preservantes o con sales retardantes del fuego. Las propiedades mecánicas prácticamente no cambian con los preservantes, pero son afectadas algo por la combinación de los métodos de tratamiento químico retardante al fuego. Comúnmente la resistencia a la flexión se reduce en alrededor del 10 por ciento sin embargo, la rigidez no es afectada apreciablemente. La Madera en La Paz.

En nuestro departamento, la madera tiene dos grandes usos, que son: la carpintería y la construcción. En la carpintería, se usan generalmente las maderas consideradas como preciosas, la mayoría de ellas están consideradas dentro del grupo de maderas blandas como el cedro pero también se utilizan maderas duras como la mara y la mara macho. Para la construcción, se busca el uso de maderas que no sean costosas y que además presenten características estructurales, como las resistencias, entonces para esta práctica, se usarán maderas como el ochóo, el eucalipto, etc. III.

Conclusiones.

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La madera puede llegar a ser un muy buen material de construcción, pero siempre se debe considerar el cuidado adecuado que debe tener para ser un material durable.

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En Bolivia, existen muchos tipos de madera que se pueden usar tanto para la carpintería como para la construcción.

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Las maderas más comunes en La Paz son: la mara, la mara macho, el cedro, la quina quina, la ajipa, el ochóo, el bibosi, la cachachira, el mapajo, el maspajo, la manzana, el quechú, el palo María, etc.

IV.

Bibliografía.



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JUNTA DEL ACUERDO DE CARTAGENA. “Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino”. Lima – Perú. Págs.- 1-(8-15)-(21-27); 2-(15-20); 6-30.

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http://ccbolgroup.com/maderas2.html

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http://es.wikipedia.org/wiki/Schinopsis_balansae

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http://www.maderastarapaca.cl/maderas.asp?c=Maderas%20importadas

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http://es.wikipedia.org/wiki/Madera

MUESTRARIO DE MADERAS. MADERA

MUESTRA



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