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MADERA
Material polimérico natural, compuestos de microfibrilas y
fibras tubulares unidas por lignina.
La madera es una estructura fibrosa formada por celulosa
(50-60%) y lignina (15-25%). La celulosa es un compuesto
orgánico de formula C6H10O5 que posee como características
más destacables el ser prácticamente inalterable por el aire
seco y a la mayoría de los disolventes, formando la estructura
resistente de los vegetales.
La lignina es también un compuesto orgánico, de fórmula
C19H24O14, que proporciona a la madera su dureza y rigidez.
Componentes de la madera:
Celulosa (45 a 50 %). Polímero lineal compuesto por
unidades de glucosa ( G. P. 5000 a 10000)
Hemicelulosa (20 a 25 %). Polímero amorfo ramificado
formado por varias unidades de glucosa de menor grado
de polimerización (150 a 200)
Lignina (20 a 30 %). Polímero con estructura
tridimensional (reticular) con entrecruzamientos muy
complejos, formada por unidades de fenol-propano.
En un corte transversal del tronco de un árbol se puede
observar la estructura interior, que está formada por las
siguientes partes:
Médula y radios medulares:
Es la parte central, la más antigua, y se forma por secado
y resinificación. Forma un cilindro en el eje del árbol y está
constituída por células redondeadas que dejan grandes
meatos en su ángulos de unión.
Duramen:
Es la parte inmediata a la médula o corazón, formado por
madera dura y consistente impregnada de tanino y de
lignina, que le comunica la coloración rosa.
Albura:
La albura es la madera joven, posee más savia y se
transforma con el tiempo en duramen al ser sustituído el
almidón por tanino, que se fija en la membrana celular,
volviéndola más densa e imputrescible.
Cambium:
Es la capa generatriz, que se encuentra debajo de la corteza
formada por células de paredes muy delgadas que son
capaces de transformarse por divisiones sucesivas en
nuevas células, formándose en las cara interna células de
xilema o madera nueva, y en la externa líber o floema.
Las capas de xilema están formadas por la madera de
primavera, de color claro y blanda, debida a la mayor
actividad vegetal durante la primavera y parte del verano.
Durante el otoño sucede lo contrario y se aprecian los anillos
de crecimiento, constituidos por un doble anillo claro y blando
el de primavera, y oscuro y compacto el de otoño. En la zona
tropical, como la actividad vegetal es continua, no se
aprecian los anillos de crecimiento.
Corteza:
Su misión es la protección y aislamiento de los tejidos del
árbol de los agentes atmosféricos.
CARACTERISTICAS DE LA MADERA:
Alta relación resistencia-peso (Estructural)
Fácil de procesar
Material anisotrópico
Recurso renovable.
MICROESTRUCTURA. Consta de:
Fibras tubulares (lumen conducto interior) largas con extremos
ahusados, cuyas paredes (traqueidas) están constituidas de
microfibrilas de celulosa alineadas en forma paralela y unidas
por lignina (matriz)
MACROESTRUCTURA. Consta de:
CORTEZA. Envoltura que sirve para proteger el tronco. Está
formada por células muertas del mismo árbol. Esta capa sirve
de protección contra los agentes atmosféricos.
ALBURA. Células vivas de la madera localizadas cerca de la
superficie (corteza) cuyo propósito es llevar los nutrientes. Es
una capa más blanca porque por ahí viaja más savia que por el
resto de la madera.
CAMBIUM. Capa muy delgada que esta entre en la interface
entre la corteza y la albura. Es la capa que sigue a la corteza y
da origen a otras dos capas: la capa interior o capa de xilema,
que forma la madera, y una capa exterior o capa de floema,
que forma parte de la corteza.
DURAMEN. Células muertas de la madera localizadas cerca de
la parte central del tronco. Es la madera dura y consistente.
Está formada por células fisiológicamente inactivas y se
encuentra en el centro del árbol. Es más oscura que la albura y
la savia ya no fluye por ella.
MÉDULA: parte central del tronco, constituida por tejido flojo y
poroso, de la que parten radios hacia la corteza o peridermis.
Es más oscura que la albura y no circula savia por ella. Esta
parte, de diámetro muy pequeño, se suele desechar en los
procesos de elaboración de la madera
COMPOSICIÓN CELULAR DE LA MADERA.
La madera está formada por células que conforman una
estructura tubular hueca, que permite una economía de peso
sorprendente en comparación con su resistencia. Sus
componentes principales son los siguientes:
Celulosa: polisacárido rígido e insoluble en agua, con una
resistencia a la tracción de 10.000 kg⁄cm2 (superior a la del
acero).
Lignina: es la única fibra no polisacárido que se conoce. Actúa
como aglomerante de la celulosa, con una resistencia a la
compresión de 2.400 kg⁄ cm2 (superior a la del hormigón).
Las funciones de estas células son transportar la savia a todo el
árbol, servir de sostén o sujeción y almacenar sustancias para
nutrir dichas células
TIPOS DE MADERA:
BLANDAS. En general son árboles resinosos de hoja
perenne, de color blanquecino y fáciles de trabajar, como el
pino, el cedro, la balsa, el tilo o el abeto. Aquellas que
permanecen siempre verdes.
DURAS. En general son árboles de hoja caduca, de color
más oscuro como el fresno, el nogal, el roble, el alce, el olmo,
el haya, la teca o el ébano. Aquellas que pierden sus hojas.
FACTORES DE SU COMPORTAMIENTO
HUMEDAD. La resistencia se incrementa cuando se reduce
la humedad (menos del 12 % madera seca)
ORIENTACION DE LAS FIBRAS. Resistencia en la dirección
de las fibras de 25 a 50 veces que la resistencia en la
dirección radial o tangencial
IMPERFECCIONES (nudos, grietas, etc.). Disminuyen la
resistencia a la compresión y el módulo de corte
Aquellas que permanecen siempre verdes. Pino, cedro,
abeto, etc.
Propiedades Térmicas:
Como todos los materiales, la Madera dilata con el calor y
contrae al descender la temperatura, pero este efecto no
suele notarse pues la elevación de temperatura lleva
consigo una disminución de la humedad: Como esto último
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 en especies que contienen
aceites y resinas) y del peso específico (crece al aumentar
el mismo).
Propiedades Mecánicas de la Madera
Dureza:
Es la resistencia opuesta por la madera a la penetración o
rayado. Interesa por lo que se refiere a la facilidad de trabajo
con las distintas herramientas y en el empleo de la madera en
pavimentos. Es mayor la dureza del duramen que la de la
albura y la de la madera vieja que la de la joven.
La Dureza de la Madera es la resistencia que opone al
desgaste, rayado, clavado, etc. Cuanto más vieja y dura es,
mayor resistencia opone.
Por su dureza se clasifican en:
Muy Duras: Madera de Ébano, serbal, encina y tejo.
Semiduras: Madera de Roble, arce, fresno, álamo, acacia,
cerezo, almendro, castaño, haya, nogal, aliso, peral y
manzano.
Blandas: Madera de Abeto y alerce.
Muy Blandas: Madera de Tilo y álamo blanco.
Resistencia a la Compresión:
En la cual influyen varios factores: La humedad: En general,
por debajo del punto de saturación de las fibras (30%), la
resistencia a compresión aumenta al disminuir el grado de
humedad, no obstante, a partir de ese % la resistencia es
prácticamente constante.
Su resistencia a compresión paralela a la fibra es elevada,
alcanzando valores característicos en la madera clasificada
de 16 a 23 N/mm2. La rotura en compresión se verifica por
separación de columnillas de madera y pandeo individual de
éstas.
Cuanto mayor es el peso específico, mayor es su resistencia.
Resistencia a la Tracción:
La madera es un material muy indicado para el trabajo a
tracción, su uso en elementos sometidos a este esfuerzo sólo
se ve limitado por la dificultad de transmitir a dichos
elementos los esfuerzos de tracción. La resistencia a tracción
paralela a la fibra es elevada. En la madera clasificada, los
valores característicos oscilan entre 8 y 18 N/mm2.
También influye el carácter anisótropo de la madera, siendo
mucho mayor la resistencia en dirección paralela que en
perpendicular a las mismas. La rotura en tracción se produce
de forma súbita, comportándose la madera como un material
frágil.
Resistencia al Corte:
Es la capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una
parte del material se deslice sobre la parte adyacente a ella.
Este deslizamiento, puede tener lugar paralelamente a las
fibras; perpendicularmente a ellas no puede producirse la
rotura, porque la resistencia en esta dirección es alta y la
madera se rompe antes por otro efecto que por éste.
Sus valores característicos (por deslizamiento) varían entre
1,7 y 3,0 N/mm2 en las especies y calidades utilizadas
habitualmente en la construcción.
Resistencia a la Flexión:
Puede decirse que la madera no resiste nada al esfuerzo de
flexión en dirección radial o tangencial. No ocurre lo mismo si
está aplicado en la dirección perpendicular a las fibras. Su
resistencia a flexión es muy elevada, sobre todo comparada con
su densidad. Sus valores característicos para las coníferas, que
se utilizan habitualmente en estructuras, varían entre 14 y 30
N/mm2.
Un elemento sometido a flexión se deforma, produciéndose un
acortamiento de las fibras superiores y un alargamiento de las
inferiores. Al proyectar un elemento de madera sometido a
flexión no sólo ha de tenerse en cuenta que resista las cargas
que sobre él actúan, es necesario evitar una deformación
excesiva, que provoque un agrietamiento en el material de
revestimiento.
Elasticidad:
El módulo de elasticidad en tracción es más elevado que en
compresión. Este valor varía con la especie, humedad,
naturaleza de las solicitaciones, dirección del esfuerzo y con
la duración de aplicación de las cargas. En la práctica se
utiliza un único valor del módulo de elasticidad para la
dirección paralela a la fibra. Su valor varía entre 7.000 y
12.000 N/mm2 dependiendo de la calidad de la madera.
Hendibilidad:
Propiedad que presenta la madera de poderse romper a lo
largo de las fibras, por separación de éstas, mediante un
esfuerzo de tracción transversal.
Es una cualidad interesante cuando se trata de hacer leña, en
cambio es perjudicial cuando la pieza ha de unirse por clavos
o tornillos a a otras adyacentes.
Peso:
El peso de la madera depende de varios factores:
-Humedad: la madera recién aserrada pesa más que la que
ha tenido tiempo para secar.
-Resina: la madera que contiene resina pesa más que la que
no contiene este compuesto.
-Edad del árbol: el duramen de los árboles maduros es más
denso y pesado que el de los árboles jóvenes.
-Velocidad de crecimiento: la madera del árbol que crece
lentamente es más densa y pesada que la del árbol que crece
rápido.
-Presencia de albura: la albura es más liviana que el
duramen, y por lo tanto una muestra con albura pesará menos
que la misma muestra compuesta sólo de duramen.
-Densidad: mientras más compacta es la madera, es decir
mientras menos espacio hay dentro de y entre los vasos o
fibras que forman la madera, más tejido leñoso y menos aire
tendrá la muestra seca. Un pedazo de algarrobo pesa
muchísimo más que uno de idénticas dimensiones de un tipo
de madera que tenga conductos anchos y espacios grandes
entre los conductos, los cuales se han llenado de aire en la
madera seca. La madera de balsa es sumamente liviana
porque hasta el 92 por ciento de su volumen seco es aire.
Estabilidad:
La Madera recién aserrada pierde agua hasta alcanzar un
equilibrio con el medio ambiente. El secado al aire puede
durar semanas o meses, dependiendo de la densidad de la
madera, el grosor de las piezas, la humedad relativa del aire y
la velocidad del aire que circula alrededor de las tablas. Las
maderas más estables, como la caoba y la teca, se contraen
poco durante el secado y mantienen su forma, mientras que
las menos estables, como la maría y el mamey, se contraen
más y sufren desperfectos tales como arco, copa, curva,
torsión y rajaduras. Para reducir los desperfectos, la madera
recién aserrada debe estibarse en un lugar protegido del sol,
la lluvia y las corrientes excesivas de aire. Las maderas
menos estables deben secarse lentamente, para lo cual se
emplean listones finos y la madera se protege más del viento.
Bibliografía:
1. Smith William. Fundamentos de la ciencia e Ingeniería
de Materiales cuarta edición
2. Smith William. Ciencia e Ingeniería de Materiales.
3. Askeland. Ciencia e Ingeniería de Materiales.
4. Callister William. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de
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diseño.
7. Flinn-Trojan. Materiales de Ingeniería y sus
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8. Avner. Introducción a la Metalurgia Física.
9. Red Hill. Principios de Metalurgia Física.
10.Lasheras. Tecnología del acero.
