SEMANA 13: MADERA

MADERA

LA MADERA

La madera fue el primer material de construcción que dispuso el hombre. Además de usarla como combustible y como arma defensiva, una cabaña con estructura de madera y cubierta de ramas les proporcionó una defensa contra la intemperie. Luego la emplearía en la construcción de puentes y barcos.

La técnica de laminación relacionada con el uso decorativo de la madera es conocida por los egipcios desde el 3000 a. de C. Su carencia de maderas de calidad les llevaba a técnicas de

enchapado y marquete.

 

BOSQUES Y REPRESENTACIONES

Científicamente se clasifican por los caracteres histológicos de la estructura anatómica en coníferas y latifoliadas o frondosas.

CONÌFERAS: Pertenecen a las especies mas antiguas de bosques desarrollados en zonas frías y templadas, se caracterizan por la homogeneidad de las especies(pinos , cipreses , abetos).

En regiones templadas también existen bosques de latifoliadas pero tienen definidas las épocas de exfoliación por las marcadas estaciones climáticas donde se desarrollan.

Frondosas o latifoliadas

especies leñosas pertenecientes a la división de las angiospermas dicotiledóneas  (robles, haya, olmo, encina, etc). A veces se subdividen en frondosas boreales,  australes y tropicales fría.

MADERA

La madera es un tejido exclusivo de los vegetales leñosos, que como tales tienen diferenciados y especializados sus tejidos . Estos están formados por células que se pueden asemejar a tubos ,huecos, en el que la pared del tubo se correspondería con la pared celular y el interior hueco con el lumen de la célula.

 

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA MADERA POR SER UN MATERIAL

La madera se caracteriza por ser un material:

anisótropo, sus propiedades varían según la dirección que se considere.

sus buenas propiedades mecánicas, sobre todo si se las compara con su peso

la posibilidad de mecanizarse y procesarse (fabricación y obtención de diferentes elementos).

la posibilidad de protegerse frente a la acción de diferentes agentes degradadores.

y sobre todo por sus características estéticas que le confieren una especial belleza .

Otras Características de la madera

Ser Higroscópica:

Significa que la madera tiene la capacidad de captar y liberar agua. Si la madera seca se lleva a un ambiente húmedo esta absorberá agua (humedad). Y si el ambiente es más seco la madera perderá agua. Esta propiedad es la responsable de los cambios dimensionales de la madera.

Ser Biodegradable:

Esto significa que la madera se puede degradar. Este mecanismo lo efectúan los microorganismos como bacterias, hongos, mohos y otros. Al degradar la madera la convierten en abono para la tierra y ser util para otros vegetales.

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)

ESTRUCTURA MICROSCÓPICA

Albura Se encuentra en la parte externa del tronco, bajo la corteza.

Constituida portejidos jóvenes en período de crecimiento (zona viva). De coloración más clara que el duramen, más porosa y más ligera, con mayor riesgo frente a los ataques bióticos.

Cambium: Capa existente entre la albura y la corteza, constituye la base del crecimiento en especial del tronco, generando dos tipos de células:

Hacia el interior: Madera (albura) Hacia el exterior: Liber

 Líber: Parte interna de la corteza. Es  filamentosa y poco resistente. Madera embrionaria viva.

Corteza: Capa exterior del tronco. Tejido  impermeable que recubre el liber y  protege al árbol.

Médula: Parte central del árbol. Tiene un diámetro muy pequeño.

 Duramen: Madera de la parte interior del tronco. Constituido por tejidos que han llegado a su máximo desarrollo y resistencia De coloración, a veces, más oscura que la exterior. Madera adulta y compacta. Es aprovechable.

 

 

ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DE LA MADERA

La heterogeneidad de la madera será, en parte, la causa de sus propiedades. Se puede considerar la madera como un conjunto de células alargadas en forma de tubos, paralelos al eje del árbol, muy variables, tanto en longitud y forma, como en el espesor de sus paredes y en las dimensiones interiores.

La variedad de tipos de células y la forma de unirse, definen la infinidad de especies diferentes de madera que existen. Todo ello hace de la madera un material resistente y ligero, que puede competir favorablemente con otros materiales utilizados en la construcción.

PROPIEDADES FÍSICAS

Las propiedades físicas de la madera son aquellas que determinan su comportamiento frente a los distintos factores que intervienen en el medio natural, sin producir ninguna modificación mecánica o química. Estas propiedades engloban a las que determinan su comportamiento:

v- a la iluminación (color, brillo y textura)

v- la posibilidad de emitir partículas gaseosas (olor)

v- con el agua (contenido de humedad, sorción, hinchazón, merma)

v- a la gravedad (peso específico, densidad, porosidad)

v- al calor (conductividad térmica, gradiente de temperatura, dilatación térmica)

v- a las vibraciones acústicas (conductividad del sonido, transmisión del sonido, resonancia)

v- a la acción de la corriente eléctrica (conductividad y resistencia eléctrica, etc.)

v- a la penetración de la energía radiante (radiaciones ultravioleta, infrarrojos, rayos X, etc)

v- a la penetración de los gases y fluidos (permeabilidad)

ANISOTROPIA:

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.

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

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).

Son maderas durables: La encina, el roble, la caoba, el haya, ETC.

HUMEDAD

es la cantidad de agua que tiene la madera en su estructura 

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.

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.

PROPIEDADES  ELÉCTRICAS

La Madera seca es un buen aislante eléctrico, su resistividad decrece rápidamente si aumenta la humedad.

Para un grado de humedad determinado la resistividad depende de la dirección (es menor en la dirección de las fibras), de la especie (es mayor es especies que contienen aceites y resinas) y del peso específico (crece al aumentar el mismo).

ESFUERZOS ADMISIBLES O DE DISEÑO

Esfuerzo Básico:Es fuerzo mínimo obtenido de ensayos de propiedades mecánicas que sirve de base para la determinación del esfuerzo admisible. Este mínimo corresponde al limite de exclusión del 5%.

Esfuerzos Admisibles: Son los esfuerzos de diseño del material para cargas de servicio, definidos para los grupos estructurales.

FS: Factor de Servicio y Seguridad: Cuyo valor varia según el tipo de solicitación de carga (flexión, corte, compresión) y sirve para asegurar que el material tenga un comportamiento elástico y lineal para las condiciones de equilibrio.

FACTORES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LA MADERA

los mas importantes son :

contenido de humedad :cabe resaltar que cuando la humedad aumenta la madera pierde su resistencia.

la densidad: si tiene mayor densidad tendrá mayor cantidad de material solido ,menos cantidad de poros y por ende mayor resistencia mecánica de lo contrario disminuye sus propiedades mecánicas

temperatura: cuando hay mayor temperatura habrá mayor humedad, y si hay mayor humedad tendrá menor resistencia mecánica la madera.

ataque de insectos: existen muchos entre los comunes termitas , hormigas carpinteras , etc

ataques químicos :ejemplo simple líquidos que hinchan madera como el agu , soluciones alcalinas , ácidos oxidantes degradan la madera.

LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL

Debido a las conexiones entre las fibras de la madera, esta es considerada como un material de buen comportamiento ante la flexión y compresión. Existen diversos tipos de madera para usos diferentes, para los techos es muy usual la utilización de la madera de pino en todas sus variedades.

ENCOFRADOS  DE MADERA

Los encofrados de madera son revestimiento para la obra falsa, hecho generalmente en el sitio, que para su fabricación se utiliza láminas de madera aglomerada o contrachapada o tablas de madera tradicional, la madera utilizada debe tener resistencia a la humedad, los encofrados de madera son elementos muy simples de fabricar, solo mirando los planos, es usado en edificaciones muy pequeñas, o construcciones que requieren diseños especiales, difíciles de encontrar prefabricados.

Ventajas encofrados de madera

§- El encofrado de madera tradicional es barato, se trata de una formaleta muy económica para pequeñas construcciones.

- Fácil instalación

- Poco peso

- Permite realizar encofrados para cualquier tipo de diseño.

- Disponible fácilmente en la mayoría de los sitios, aún en zonas rurales.

- Buena resistencia.

- Aplicación de texturas para conseguir acabados diferentes

Desventajas encofrado de madera

§- Al usar muchos clavos o tornillos, se debilita la madera.

- Debe hacerse mantenimiento periódico si se quiere reutilizar

- En obras de gran envergadura puede retrasar el trabajo, al tener que fabricarse.

- Poca vida útil si no se tiene cuidado al retirar el encofrado.

 

 

ENCOFRADO DE COLUMNAS

§Una vez levantado el muro, se arman los encofrados de las columnas. Éstos servirán de molde durante el vaciado del concreto, dándole las formas y las dimensiones que se especifican en los planos.

§Los encofrados son estructuras sujetas a diversos tipos de cargas que pueden tener magnitudes muy considerables.

 

ENCOFRADO  DE VIGAS

El encofrado de vigas es el proceso constructivo en el cual se construye series de compartimientos con madera y metálicos apropiados en donde se vaciara el hormigón, además debe de responder a las siguientes exigencias: Deberá tener forma y dimensiones adecuadas como para resistir el peso del hormigón armado. El método de ejecución comprende el encofrado de las vigas donde se vaciara el hormigón; el desencofrado se hará cuando el hormigón tenga suficiente resistencia para soportar su propio peso y demás cargas que sobre él graviten.

 

MADERA  ASERRADA

§• La madera aserrada, principalmente de árboles más viejos con tronco de gran diámetro, cortados en secciones rectangulares como vigas o tablones. La parte del tronco de donde son cortados y la inclinación de la fibra influye enormemente sobre la calidad del producto .Al cortado en tablas antes del secado se le llama transformación; al re-aserrado y dar la forma después del secado se le llama manufactura.

 

MADERA ROLLIZA

§Las maderas rollizas, generalmente de árboles jóvenes (de 5 a 7 años) con la corteza pelada, secados y tratados según sea necesario. Se evita el costo y desperdicio incurridos durante el aserrado y se emplea el 100% de la resistencia de la madera. Una madera rollizo es más fuerte que una madera aserrada de igual área transversal, pues las fibras pasan uniformemente entorno a los defectos naturales y no terminan como fibras inclinadas en las superficies cortados. Las maderas rollizas también tienen esfuerzo de crecimiento de tracción grandes alrededor de sus perímetros y esto les ayuda a incrementar la resistencia de la compresión que soporta la madera rolliza durante la flexión.

 

 

MADERA CHAPEADA

§Madera contra chapeada (plywood), hechas de varias capas («pelando» un tronco previamente hervido haciéndola girar contra un cuchillo) encoladas tal que la dirección de la fibra de cada capa vaya en ángulos rectos respecto a la capa de cualquier lado, produciendo paneles extremadamente grandes de mayores resistencias y menor movimiento por humedad que los tablones de madera aserrada. Ya que los lados exteriores deben tener movimientos por humedad y resistencias uniformes, siempre debe haber un número impar de capas. El espesor va de 3 a 25 mm. Un problema importante es el empleo de colas a base de formaldehído, que son bastantes tóxicos.

 

MADERA LAMINADA ENCONLADA

§Madera laminada encolada, compuesto de capas de madera con la orientación de la fibra de cada capa usualmente en a misma dirección, o varía de acuerdo al empleo que se le dará al producto. Mediante este método, se pueden producir piezas estructurales curvas o rectas de secciones transversales muy grandes (variables) y grandes longitudes con maderas pequeñas de baja calidad, obteniéndose altas resistencias, estabilidad dimensional y muy buena apariencia

 

TABLEROS A BASE DE MADERA

§En la construcción los tableros se utilizan fundamentalmente en carpintería y en aplicaciones estructurales, pero también tienen otras importantes aplicaciones como encofrados, embalajes, envases, cerramientos provisionales, stands, arquitecturas efímeras, etc.

Tableros de madera maciza:

A base de tablas, tablillas o listones unidas entre si  por encolado y juntas a tope, machihembradas o con unión dentada. Segun sus condiciones de aplicación

§pueden ser:

§- SWP1 ambiente seco

§- SWP2 ambiente humedo

§- SWP3 ambiente exterior Siendo SWP = Solid wood panels

  Tableros de chapas (contrachapados y laminados):

A base de chapas en capas consecutivas perpendiculares  (contrachapados) o paralelas (tableros laminados o LVL = laminated veneer lumber).Los primeros se clasifican para:

§- ambiente seco

§- ambiente húmedo

§- ambiente exterior

§Los segundos se clasifican para:

§- LVL/1 estructural en ambiente seco

§- LVL/2 estructural en ambiente húmedo

§- LVL/3 estructurales al exterior a la intemperie

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