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Propiedades de las Maderas

La madera elaborada a través de un proceso de acerrado se denomina pieza de madera y posee propiedades definidas.

Propiedades

Básicas Independientemente de la especie, la madera puede ser considerada como un material biológico, anisotrópico e higroscópico.

acerradero
Foto 1 - 16: Aserradero automatizado donde la madera es dimensionada.

Es un material biológico, ya que está compuesto principalmente por moléculas de celulosa y lignina. Siendo madera elaborada, puede ser biodegradada por el ataque de hongos e insectos taladradores, como son las termitas.

Por ello, a diferencia de otros materiales inorgánicos (ladrillo, acero y hormigón, entre otros), la madera debe tener una serie de consideraciones de orden técnico que garanticen su durabilidad en el tiempo.

La madera es un material anisotrópico. Según sea el plano o dirección que se considere respecto a la dirección longitudinal de sus fibras y anillos de crecimiento, el comportamiento tanto físico como mecánico del material, presenta resultados dispares y diferenciados. Para tener una idea de cómo se comporta, la madera resiste entre 20 y 200 veces más en el sentido del eje del árbol, que en el sentido transversal.

Debido a este comportamiento estructural tan desigual, se ha hecho necesario establecer:

Eje tangencial

Eje radial y

Eje axial o longitudinal

El eje tangencial, como su nombre lo indica, es tangente a los anillos de crecimiento y perpendicular al eje longitudinal de la pieza.

tragencial
Figura 1 - 17 y 18: Eje tangencial en una pieza de madera.

El eje radial es perpendicular a los anillos de crecimiento y al eje longitudinal.

radical
.Figura 1-19: Eje radial en una pieza de madera.

El eje longitudinal es paralelo a la dirección de las fibras y por ende, al eje longitudinal del tronco. Forma una perpendicular respecto al plano formado por los ejes tangencial y radial.

eje longitudinal
Figura 1 - 20: Eje longitudinal en una pieza de madera.

La madera es un material higroscópico. Tiene la capacidad de captar y ceder humedad en su medio, proceso que depende de la temperatura y humedad relativa del ambiente. Este comportamiento es el que determina y provoca cambios dimensionales y deformaciones en la madera.

Propiedades Físicas

Contenido de humedad

La estructura de la madera almacena una importante cantidad de humedad. Esta se encuentra como agua ligada (savia embebida) en las paredes celulares y como agua libre, en el interior de las cavidades celulares.

Para determinar la humedad en la madera, se establece una relación entre masa de agua contenida en una pieza y masa de la pieza anhidra, expresada en porcentaje. A este cuociente se le conoce como contenido de humedad.

% Contenido de humedad = Peso del agua x100 Peso de madera seca en cámara
Donde: Peso del agua = Peso madera húmeda Peso madera seca
en cámara
Tabla 1-1: Cálculo del contenido de humedad de la madera.

Por ejemplo, si una pieza de madera contiene 15% de humedad, significa 15 kilos de agua por cada 100 kg de madera. El procedimiento y ensayo para calcular el contenido de humedad

está establecido en la norma NCh176/1 OF1984 Madera- Parte 1: Determinación de humedad. El agua contenida en el interior de la madera, sea en forma natural o por estar expuesta a condiciones del medio ambiente, puede variar principalmente debido a la humedad y temperatura predominantes en el lugar donde se utiliza.

Al cortar un árbol, la madera contiene gran volumen de agua en sus cavidades y paredes celulares, humedad que oscila alrededor del 80%. En algunos casos, puede ser superior al 100%, es decir, el peso del agua contenida en el volumen de madera es superior al peso de ésta anhídra.

Dependiendo de las condiciones ambientales, la madera entrega al medio agua libre contenida en sus cavidades, y luego agua adherida por capilaridad a las paredes celulares.

Cuando el intercambio de humedad que produce el medio ambiente cesa, se dice que la madera ha alcanzado un punto denominado humedad de equilibrio.

Se denomina, entonces, humedad de equilibrio al porcentaje de agua que alcanza una madera sometida durante un lapso determinado a condiciones de temperatura y humedad en su medio ambiente.

Los cambios climáticos del aire que se suceden continuamente, día y noche según las estaciones, hacen que la humedad de la madera también cambie, aunque en valores pequeños.

Kollmann (1959) comprobó que la humedad de equilibrio es casi constante para todas las maderas, y elaboró un ábaco para determinar este valor. O sea, cuando la madera es sometida a un ambiente saturado de humedad (100% de humedad relativa del aire), la humedad de equilibrio es casi constante para todas las maderas, alcanzando un valor máximo de 30%.

 

 

secado
Gráfico 1-1: Curvas de humedad de equilibrio de la madera..
 

Dicha condición se produce en casi todas las especies cuando el agua libre ha sido entregada al ambiente, permaneciendo con agua sólo las paredes celulares.

A este punto de humedad se le denomina punto de saturación de la fibra (PSF).

tamaño
Figura 1 - 21 : Punto de saturación de la fibra, PSF.

Desde este punto porcentual y sobre él, la madera tiene las dimensiones de la madera verde.

dimenciones
Figura 1 - 22: Madera sobre el PSF. Presencia de agua libre y agua ligada..

Cuando la madera tiene un contenido de humedad bajo (el punto de saturación de las fibras es menor al 30%), se habla de madera seca. Sin embargo, para ser utilizada como material de construcción, y específicamente con fines estructurales, el contenido de humedad debe ser inferior al 15%.

madera seca
Figura 1 - 23: Madera seca. La contracción se inicia..

Densidad de la madera

Como se sabe, la densidad de un cuerpo es el cuociente formado por masa y volumen. En la madera, por ser higroscópica, la masa y el volumen varían con el contenido de humedad; por lo que resulta importante expresar la condición bajo la cual se obtiene la densidad.

Esta es una de las características físicas más importantes, ya que está directamente relacionada con las propiedades mecánicas y durabilidad de la madera.

La norma NCh 176/2 Of 1986 Mod. 1988 Madera- Parte 2: Determinación de la densidad, establece las siguientes densidades de la madera, determinadas a partir del contenido de humedad de la pieza:

• Densidad Anhidra: Relaciona la masa y el volumen de la madera anhidra (completamente seca).

• Densidad Normal: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera con un contenido de humedad del 12%.

• Densidad Básica: Relaciona la masa anhidra de la madera y su volumen con humedad igual o superior al 30%.

• Densidad Nominal: Es la que relaciona la masa anhidra de la madera y su volumen con un contenido de humedad del 12%.

• Densidad de Referencia: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera ambos con igual contenido de humedad.

Contracción y expansión de la madera

El secado de la madera por debajo del punto de saturación de la fibra, provoca pérdida de agua en las paredes celulares, lo que a su vez produce contracción de la madera. Cuando esto ocurre se dice que la madera “trabaja”.

verde y seca
Figura 1 - 24: Madera verde y madera seca.

Las dimensiones de la madera comienzan a disminuir en los tres ejes anteriormente descritos: tangencial, radial y longitudinal. Sin embargo, en este proceso la contracción tangencial es mayor a la que se produce en un árbol.

grafico 3
Figura 1 - 25: El gráfico muestra la magnitud de la contracción tangencial y el sentido en el tronco.

A la contracción tangencial le sigue la radial, con menos efecto, pero significativo en la deformación de la pieza.

grafico2
Figura 1 - 26: El gráfico muestra la magnitud de la contracción radial y el sentido en el tronco.

La contracción longitudinal es prácticamente despreciable en madera utilizada con fines estructurales.

grafico
Figura 1 - 27: Gráfico que muestra la proporción de la contracción de la madera en su eje longitudinal.

Desde el punto de vista del comportamiento de la madera, el punto de saturación de la fibra es una variable muy importante, puesto que sobre él, la madera no variará sus características ni su comportamiento físico o mecánico. Sin embargo, cuando la madera se encuentra bajo dicho punto, sufre cambios dimensionales y volumétricos que pueden ir de leves a drásticos.

Las consecuencias de dicho proceso en beneficio de las propiedades resistentes de la madera, dependerán de las condiciones y método de secado aplicado (al aire o en cámara).

HUMEDAD
DIMENSION
CONTRACCION%
Verde -12% Tangencial 4,0
Radial 2,0
Longitudinal 0,1
Volumétrica 6,0
Verde-Seco en cámara Tangencial 7,0
Radial 3,4
Longitudinal 0,2
Volumétrica 10,5
Tabla 1-2: Contracción en Pino radiata secado al aire y en cámara.

La contracción por secado provoca deformaciones en la madera. Sin embargo con un adecuado método, los efectos son beneficiosos sobre las propiedades físicas y mecánicas de la madera.

contraccion
Figura 1-28: Efectos de la contracción en la madera.

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