LA MADERA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN
HISTORIA
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
Liber: 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.
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: Es aquella que entra a formar parte de los compuestos químicos que constituyen la madera. Forma parte integrante de la materia leñosa (de su propia estructura), y no se puede eliminar si no es destruyendo al propio material (por ejemplo, quemándola).
- Agua de impregnación o de saturación: Es la que impregna la pared de las células rellenando los espacios submicroscópicos y microscópicos de la misma. Se introduce dentro de la pared celular, siendo la causa de la contracción de la madera cuando la pierde (desorción) y de su expansión o hinchamiento cuando la recupera (sorción: retención de agua). Se puede eliminar por calentamiento hasta 100 - 110° C.
- Agua libre: Es la que llena el lumen de las células o tubos (vasos, traqueidas, etc.) Es absorbida por capilaridad.
El agua libre, una vez perdida por la madera, ya no puede ser recuperada a partir de la humedad atmosférica.
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%
Madera desecada (muy seca) Menos del 13% (secado natural o en clima seco)
Madera anhídrida 0% (en estufa a 103° C)
DENSIDAD:
•La densidad real de las maderas es 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.
•NOTA: 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 está comprendida entre 0.5 y 0.7.
- Muy ligeras, las menores de 0.5.
PROPIEDADES MECÁNICAS •Bajo cargas pequeñas, la madera se deforma de acuerdo con la ley de Hooke.
•Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse.
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 verde, joven, húmeda o calentada, es más flexible que la seca o vieja y tiene mayor límite de deformación.
•Maderas flexibles: Fresno, pino,olmo,abeto
•Maderas no flexibles: Encina , arce,Maderas duras en general.
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 o a ser trabajada.
•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.
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. - Muy blandas: Chopo, tilo, sauce,
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 hendibilidad.
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
•La madera es un material muy indicado para trabajar a tracción, viéndose limitado su uso únicamente por la dificultad de transmitir estos esfuerzos a las piezas.
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.
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/A.
FLEXIÓN ESTÁTICA
•El ensayo de flexión estática se suele realizar, como el de una viga por los extremos y con una carga central.
PROPIEDADES TERMICASComo todos los materiales , la madera se dilata con el calor y contrae al descender la temperatura , pero este efecto no suele notarse pues la elevación de la temperatura lleva consigo una disminución de la humedad: Como esto ultimo es mayor , lo otro es inapreciable. También son mayores los movimientos en la dirección perpendicular a las fibras.
La transmisión de calor dependerá de la humedad, del peso específico y de la especie. No obstante, se efectúa mejor la transmisión en la dirección de las fibras que en las direcciones perpendiculares a ésta.
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 DISEÑOEsfuerzo 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.
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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 VIGASEl 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
Tableros de partículas:
A base de partículas de madera (incluyendo también canamo, lino, bagazo y similares), se clasifican en:
§- P1 uso general en ambiente seco
§- P2 interior en ambiente seco (incluye mobiliario)
§- P3 no estructurales en ambiente húmedo
§- P4 estructural en ambiente seco
§- P5 estructural en ambiente húmedo
§- P6 estructural de alta prestación en ambiente seco
§- P7 estructural de alta prestación en ambiente
Tableros de lino:
A base de partículas de madera mas otras de diferente tipo (lino, bagazo, paja, etc.) en un porcentaje especificado. Se clasifican en:
§- FB1 uso general en ambiente seco (como relleno)
§- FB2 uso general en ambiente seco (para proceso posteriores como rechapado)
§- FB3 interior en ambiente seco (incluso mobiliario)
§- FB4 no estructural en ambiente húmedo.
§Siendo FB = flax board.
Tableros de virutas: A base de virutas (considerando como tales las de tamaño 80 x 5-50 x 1 mm). Se clasifican en:
§- OSB/1 uso general e interior (incluyendo mobiliario)
§- OSB/2 estructural en ambiente seco
§- OSB/3 estructural en ambiente húmedo
§- OSB/4 estructural de alta prestación en ambiente húmedo
§Siendo OSB = oriented strand boarda
Tableros de fibras A base de fibras de madera, bien en proceso seco (para fabricar MDF) o en vía húmeda (para fabricar tableros duros), pero también hay otros intermedios.
Tableros de madera aglomerados con cemento A base de partículas de madera pero el ligante es mortero de cemento, no adhesivo, como los convencionales.
APLICACIONES DE MADERA• Estructuras reticuladas para techos y construcciones completas o parciales, empleando madera rolliza, vigas de madera aserrada o piezas laminadas encoladas.
• Pisos estructurales y no estructurales, paredes y entrepisos o techos, hechos de madera rolliza (construcción de bloques), tableros de madera aserrada, o grandes paneles de madera contra chapeada, tableros de partículas, tableros de fibra o losas de virutas de madera; en la mayoría de los casos, adecuado para sistemas de construcción prefabricados.
• Paneles o capas de aislamiento hechas de losas de viruta de madera o tableros blandos.
• Enchapado de piezas de madera de inferior calidad con chapeado o capa exterior, para obtener superficies atractivas y suaves, o enchapado de otros materiales (ladrillos, concreto, etc.) con tableros y bardas.
• Construcciones de techos, incluyendo cerchas, viguetas, vigas, enlistonados y bardas de madera principalmente de madera aserrada o rolliza.
• Encofrados para construcciones de tierra apisonada o concreto y andamios para obras de construcción en general, de madera aserrada y rolliza de baja calidad.
• Muebles, empleando alguno o combinaciones de los productos de madera descritos arriba.
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