MADERA

INTRODUCCIÓN

La madera es un material complejo, con unas propiedades y características que dependen no sólo de su composición sino de su constitución (o de la manera en que están colocados u orientados los diversos elementos elementos que la forman). forman). El cómo están colocados colocados u ordenados ordenados estos elementos elementos nos servirá servirá para comprender mejor el comportamiento, algunas veces poco lógico (aparentemente) de este material. La madera es un material que ya conoció el hombre prehistórico, cuando construyó sus primeros refugios al abandonar las cuevas y socavones. Pese a la evolución experimentada en el arte de la construcción y en la aplicación de nuevos materiales, la madera constituye constituye el total de los los materiales empleados; de ellas tenemos ejemplos en las zonas zonas madereras del Norte y del Sur Sur del país. El mayor inconveniente del material, ha sido siempre la combustibilidad y su duración relativamente corta. Con los ensayos efectuados en la industria, se ha conseguido dar a la madera algunos tratamientos que, si bien no la tornan incombustible, incombustible, pero la firma productora productora aún mantiene en secreto su procedimiento, procedimiento, que parece un tanto oneroso y lo emplean en la fabricación de puertas incombustibles.

I. DEFINICION La madera es un material fibroso y duro, situado debajo de la corteza que es la que forma el cuerpo de los árboles. Esta formada por millones de células microscópicas y longitudinales, en forma de tubos.

II. COMPOSICIÓN DE LA MADERA En composición media se compone de un 50% de carbono (C), un 42% de oxigeno (O), un 6% de hidrógeno (H) y el 2% de resto de nitrógeno (N) y otros elementos. Todo esto se compone formando la celulosa y la lignina. La celulosa: Un polisacárido estructural formado por glucosa que forma parte de la pared de las células vegetales. Su fórmula empírica es (C 6H10O5)n, con el valor mínimo de n = 200 y su forma estructural:

III. PARTES DE LA MADERA La corteza: Es la capa más externa del árbol y esta formada por las células muertas del árbol. Esta capa es la protección contra c ontra los agentes atmosféricos. El cambium: Es la capa que sigue a la corteza y se divide en dos capas denominadas: La capa interior ó capa de de xilema que forma la albura explicada en el siguiente punto y una capa exterior ó capa de floema que se coloca formando la corteza. La albura: Es la madera de más reciente formación y por ella viajan la mayoría de los vasos de la savia que se parecerían a nuestro sistema sanguíneo. Los vasos transportan la savia que es una sustancia azucarada que la hace vulnerable a los ataques de los insectos. Es una capa más blanca por que por ahí viaja mas savia que por el resto de la madera. El duramen: Es la madera dura y consistente, propiamente dicha, esta formada por unas células que no funcionan y se encuentra en el centro del árbol. Las diferencias con la albura son que es más oscura y no circula la savia, savia, de ahí sale lo del color más oscuro. LOS ANILLOS DE CRECIMIENTO Los anillos de crecimiento nos indican muchas cosas: La edad del árbol ya que si contamos los anillo que hay al pegarle un corte transversal nos dirá los años que tienes el año y esos anillos se forman por el crecimiento de una nueva capa de xilema.

I. DEFINICION La madera es un material fibroso y duro, situado debajo de la corteza que es la que forma el cuerpo de los árboles. Esta formada por millones de células microscópicas y longitudinales, en forma de tubos.

II. COMPOSICIÓN DE LA MADERA En composición media se compone de un 50% de carbono (C), un 42% de oxigeno (O), un 6% de hidrógeno (H) y el 2% de resto de nitrógeno (N) y otros elementos. Todo esto se compone formando la celulosa y la lignina. La celulosa: Un polisacárido estructural formado por glucosa que forma parte de la pared de las células vegetales. Su fórmula empírica es (C 6H10O5)n, con el valor mínimo de n = 200 y su forma estructural:

III. PARTES DE LA MADERA La corteza: Es la capa más externa del árbol y esta formada por las células muertas del árbol. Esta capa es la protección contra c ontra los agentes atmosféricos. El cambium: Es la capa que sigue a la corteza y se divide en dos capas denominadas: La capa interior ó capa de de xilema que forma la albura explicada en el siguiente punto y una capa exterior ó capa de floema que se coloca formando la corteza. La albura: Es la madera de más reciente formación y por ella viajan la mayoría de los vasos de la savia que se parecerían a nuestro sistema sanguíneo. Los vasos transportan la savia que es una sustancia azucarada que la hace vulnerable a los ataques de los insectos. Es una capa más blanca por que por ahí viaja mas savia que por el resto de la madera. El duramen: Es la madera dura y consistente, propiamente dicha, esta formada por unas células que no funcionan y se encuentra en el centro del árbol. Las diferencias con la albura son que es más oscura y no circula la savia, savia, de ahí sale lo del color más oscuro. LOS ANILLOS DE CRECIMIENTO Los anillos de crecimiento nos indican muchas cosas: La edad del árbol ya que si contamos los anillo que hay al pegarle un corte transversal nos dirá los años que tienes el año y esos anillos se forman por el crecimiento de una nueva capa de xilema.

Si es madera dura o blanda ya que la madera dura tiene los anillos más cercanos que los de la madera blanda. Algunos periodos climáticos, si están muy junto indican un periodo de sequia y en la cual el xilema no ha podido crecer demasiado y si por lo contrario ha llovido bien bien los anillos estarán mas separados. 3.1. DUREZA DE LA MADERA

La madera dura tiene los anillos bastantes separados, pocos nudo y poca resina y dispone de bastantes colores pero predominan los oscuros. La madera blanda por el contrario tiene los anillos muy juntos y los colores son mas castaños o claros. 3.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LA MADERA Esta parte se divide en varios procesos:

APEO, CORTE Ó TALA: En este proceso intervienen los leñadores o la cuadrilla de operarios que suben al monte y con hachas o ahora motosierras motosierras eléctricas o de gasolina cortan el árbol y le quitan las ramas, raíces y empiezan a quitarle la corteza para que empiece a secarse. secarse. Se suele recomendar que los árboles se los corte en invierno o otoño y algo que ahora parece obligatorio es que cuando los hayas cortado, replantes más árboles que los que cortaron.

TRANSPORTE: Es la 2ª fase y es en la que la madera es transportada desde su lugar de corte al aserradero y en esta fase dependen muchas cosas como la orografía y la l a insfrastuctura que haya. Normalmente se hace tirando con animales ó maquinaria pero hay casos en que hay un río cerca y se aprovecha para que que los lleve, si hay buena corriente corriente de agua se sueltan los troncos troncos con cuidado de que no se atasquen pero si hay poca corriente se atan haciendo balsas que se guían hasta donde haga falta. ASERRADO: En esta fase la madera es llevada a unos aserradero

En los cuales se sigue mas o menos ese proceso y el aserradero lo único que hace es trocear la madera según el uso que se le vaya a dar después. Suelen usar diferentes tipos de sierra como por ejemplo, la sierra alternativa, de cinta, circular ó con rodillos. Algunos aserraderos combinan varias de estas técnicas para mejorar la producción. SECADO: Este es creo yo el proceso más importante para que la madera sea de calidad y este en buen estado aunque sin fallan los anteriores también fallara este. - SECADO NATURAL: Se colocan los maderos en pilas separadas del suelo y con huecos para que corra el aire entre ellos y protegidos del agua y el sol para que así se vayan secando lo que le pasa a este sistema es que tarda mucho tiempo y eso no es rentable al del aserradero que quiere que eso vaya deprisa. - SECADO ARTIFICIAL: Dentro de este hay varios métodos distintos: Secado por inmersión:

En este proceso se mete al tronco o el madero en una piscina, y por el

empuje del agua por uno de los lados del madero la savia sale empujada por el lado opuesto así se consigue que al eliminar la savia la madera no se pudra y aunque le prive a la madera de algo de dureza y consistencia ganara en duración. Este proceso dura varios meses, tras los cuales la madera secara mas deprisa por que no hay savia. Secado al vacío:

en este proceso la madera es introducida en unas maquinas de vacío. Es él mas

seguro y permite conciliar tiempos extremadamente breves de secado con: • Bajas temperaturas de la madera en secado. • Limitados gradientes de humedad entre el exterior y la superficie. • La eliminación del riesgo de fisuras, hundimiento o alteración del color. • Fácil utilización. • Mantenimiento reducido de la instalación

1-Panel de control computerizado (Vacutronic). 2-Batería de agua caliente.

3-Madera en secado. 4-Ventilador de flujo alterno. 5-Turbulencia. 6-Sonda. 7-Carro motorizado de carga. 8-Condensador. Secado por vaporización:

Este proceso es

muy costoso pero bueno. Se meten los maderos en una nave cerrada a cierta altura del suelo por la que corre una nube de vapor de 80 a 100Cº Con este proceso se consigue que la madera pierda un 25% de su peso en agua y más tarde para completar el proceso se le hace circular una corriente de vapor de aceite de alquitrán que la impermeabilizará y favorecerá su conservación. Secado mixto:

En este proceso se juntan el natural y el artificial:

Se empieza con un secado natural que elimina la humedad en un 20-25% para proseguir con el secado artificial hasta llegar al punto de secado o de eliminación de humedad deseado. Secado por bomba de calor:

Este proceso es otra aplicación del sistema de secado por

vaporización, con la a aplicación de la tecnología de Bomba de calor al secado de la madera permite la utilización de un circuito cerrado de aire en el proceso, ya que al aprovecharse la posibilidad de condensación de agua por parte de la bomba de calor, de manera que no es necesaria la entrada de aire exterior para mantener la humedad relativa de la cámara de la nave ya que si no habría desfases de temperatura, humedad. El circuito será el siguiente: el aire que ha pasado a través de la madera -frío y cargado de humedad- se hace pasara través de una batería evaporadora -foco frío- por la que pasa el refrigerante (freón R-134a) en estado líquido a baja presión. El aire se enfría hasta que llegue al punto de roció y se condensa el agua que se ha separado de la madera. El calor cedido por el agua al pasar de estado vapor a estado líquido es recogido por el freón, que pasa a vapor a baja a presión. Este freón en estado gaseoso se hace pasar a través de un compresor, de manera que disponemos de freón en estado gaseoso y alta presión, y por lo tanto alta temperatura, que se aprovecha para calentar el mismo aire de secado y cerrar el ciclo. De esta manera disponemos de aire caliente y seco, que se vuelve a hacer pasar a través del la madera que esta en el interior de la nave cerrada. La gran importancia de este ciclo se debe a que al no hacer que entren grandes cantidades de aire exterior, no se rompa el equilibrio logrado por la madera, y no se producen tensiones, de manera que se logra un secado de alta calidad.

IV. PROPIEDADES FISICAS

A. ANISOTROPÍA 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.

B. 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 es el vehículo de transporte que utilizan las plantas para su alimento, esto, unido a la higroscopicidad de la madera, hace que esta tenga normalmente en su interior cierta cantidad de agua, que es necesario conocer antes de su uso, debido a las modificaciones que produce en las características físicas y mecánicas. 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. Para recuperarla, habrá de ser por inmersión directa en el agua. El agua libre no tiene mas repercusión que la ocupación física de los huecos, y por consiguiente no influye en la hinchazón o merma de la madera ni en las propiedades mecánicas. Las dos últimas, impregnación y libre son las que constituyen la humedad de la madera. La humedad es la cantidad de agua que contiene la madera expresada en % de su peso en estado anhídro o húmedo. CONTENIDO DE HUMEDAD Definimos como contenido de humedad o simplemente humedad de la madera h a la relación del peso del agua contenida en la madera, al peso de la madera anhídra y se calcula de la siguiente forma: h

=

Ph

− Po

x100

Po

en la que Ph representa el peso de la madera que estamos estudiando, Po el peso de la madera anhídra y se multiplica por 100 para así obtener el % de contenido de humedad de la madera referida al peso seco En algunos casos (industria de la pasta para papel), interesa obtener el % de contenido de humedad de la madera referida al peso húmedo con lo que la fórmula para obtenerlo será: x

=

Ph − Po x100 Ph

La humedad no es constante en todo el espesor de la pieza, siendo menor en el interior y teniendo más humedad la albura que el duramen. La madera contiene más agua en verano que en invierno. Es un material higroscópico, lo cual significa que absorbe o desprende agua en función del ambiente que le rodea.

Expuesta al aire pierde agua y acaba estabilizándose a una humedad que depende de las condiciones del ambiente: temperatura y humedad. Si estas condiciones varían, también variará su contenido de humedad. La humedad de la madera tiende a estar en equilibrio con el estado del aire ambiente. Este equilibrio no es el mismo si la madera está secándose, que si está absorbiendo agua. El primer tipo de agua que elimina la madera es el agua libre; esta pérdida se hace prácticamente sin variación de las características físicas - mecánicas (varia su densidad aparente.) Desaparecida el agua libre, queda el agua de impregnación de la pared celular (satura las fibras de la madera) y que al disminuir por medio de la evaporación o secado modifica las propiedades fisico - mecánicas (su dureza y la mayoría de las resistencias mecánicas aumentan) y el volumen de la pieza de madera disminuye como consecuencia de la disminución de volumen de las paredes de cada una de sus células. La humedad de la madera depende, ahora, de las condiciones higrotérmicas del ambiente. A cada par de valores de temperatura y humedad relativa del aire corresponde, en la madera, una humedad comprendida entre el

0% y el

30% (punto de saturación de las fibras,

aproximadamente), que recibe el nombre de " Humedad de equilibrio higroscópico ". Este " Punto de saturación de las fibras " (P.S.F.) o más exactamente Punto de saturación de la pared celular, nos indica la máxima humedad que puede contener una madera sin que exista agua libre. Una vez que haya descendido de este punto, la madera no volverá a tomar agua libre si no es por inmersión. Este P.S.F. es de gran importancia, ya que supone una frontera a las variaciones dimensionales, variación de resistencias, etc. Su valor es del orden del 30%, podiendo sufrir pequeñas variaciones de unas especies a otras. Las maderas con P.S.F. bajo, tienen estabilizadas sus características mecánicas cuando

son

empleadas en atmósferas

húmedas. Por el contrario si dichas maderas se emplean en atmósferas de humedad baja, se deformarán cuando varíe dicha humedad. (Maderas nerviosas). Las maderas de P.S.F. altos son, en general, utilizadas en un medio con un % de humedad muy inferior a la que corresponde al P.S.F., excepto en el caso en que se encuentren sumergidas. Se moverán siempre bajo la influencia de las variaciones de humedad pero son, en general, poco nerviosas.

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% (al abrigo de la lluvia) Madera desecada (muy seca): menos del 13% (secado natural o en clima seco) Madera anhídrida: 0% (en estufa a 103° C. Estado inestable) HUMEDAD NORMAL PARA ENSAYOS Las humedades de la madera para la realización de ensayos han sido el 12 y el 15% según países y normas. Actualmente tiende a usarse la humedad de equilibrio que se obtiene a una temperatura de 20°C. y con una humedad relativa del 65%, lo que nos da una humedad en la madera de aproximadamente del 12%. Para las obras, la guía de humedad que debe de tener la madera según la naturaleza de la obra, es la siguiente: Obras hidráulicas: 30% de humedad (contacto en agua) Túneles y galerías: de un 25% a un 30% de humedad (medios muy húmedos) Andamios, encofrados y cimbras: 18% al 25% de humedad (expuestos a la humedad) En obras cubiertas abiertas: 16% a 20% de humedad. En obras cubiertas cerradas: 13% a 17% de humedad. En locales cerrados y calentados: 12% al 14% de humedad En locales con calefacción continua: 10% al 12% de humedad. HINCHAZÓN Y MERMA DE LA MADERA

Es la propiedad que posee la madera de variar sus dimensiones y por tanto su volumen cuando su contenido de humedad cambia. Cuando una madera se seca por debajo de P. S. F., se producen unos fenómenos comúnmente llamados " movimientos, trabajo o juego de la madera “; Si el fenómeno es de aumento de volumen, se designa con el nombre de " Hinchazón " y si ocurre el fenómeno inverso de disminución de volumen " Merma ". El aumento de volumen con la humedad es, prácticamente, proporcional a la misma, hasta un punto que coincide aproximadamente con el 25% de humedad, sigue el aumento de volumen, pero con incrementos cada vez menores, hasta el Punto de saturación de las fibras (PSF) a partir del cual el volumen permanece prácticamente constante, (deformación máxima). La contracción volumétrica total, mide la contracción volumétrica entre los estados de saturación y anhídro. B%

=

Vs

− Vo

Vo

B%= Contracción volumétrica total. Vs= Volumen de la probeta saturada de agua Vo= Volumen de la probeta en estado anhídro. La contracción volumétrica entre dos estados de humedad viene dado por el porcentaje de variación de volumen entre los dos estados. La medida de contracción volumétrica no es suficiente para determinar la calidad de una madera. Es preciso saber como se comporta bajo la influencia de las variaciones de humedad próximas a la humedad normal, que es, en general, la que corresponde al ambiente de empleo de la madera.

CLASE

Gran contracción

CONTRACCION TOTAL % 20 al 15%

TIPO DE COMPARACION

Madera en rollo con grandes fendas de desecación que deberán aserrarse antes del

Contracción media

15 al 10%

secado (haya, fresno, roble) Madera en rollo con fendas medias, pudiendo ser conservada en rollo para apeos, postes,

andamiaje. (resinosas,

acacias, caoba de Africa)

Pequeña contracción

10 al 5%

Madera en rollo con pequeñas fendas que se puede secar antes de su despiece, desenrollo etc. (nogal, chopo etc.

COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA Dicho coeficiente mide la variación del volumen de la madera cuando su humedad varía un 1%. Este coeficiente V% (casi constante entre los estados anhídro y de saturación de las fibras) caracteriza las maderas: V % =

Vh − Vo Vo × H

H = Humedad de la madera. Vo= Volumen en estado anhídro Vh= Volumen con una humedad H% - Maderas de débil contracción 0,15% < V < 0,35% (poca nerviosa) maderas de carpintería y ebanistería. - Maderas de contracción media: 0,35% < V < 0,55% (maderas de construcción). - Maderas de fuerte contracción: 0,55% < V < 1% (nerviosa) Emplear en medios de humedad constante. PUNTO DE SATURACIÓN DE LAS FIBRAS El punto de saturación de las fibras (P.S.F.) representa el % de humedad de la madera cuando se ha alcanzado la máxima hinchazón; si disminuye la humedad también lo hará el volumen, pero si aquella aumenta, el volumen permanece prácticamente constante:. CLASE Bajo Normal Elevado

Punto Saturación Inferior a 25% de 25 a 35% Superior a 35%

Las variaciones de volumen expuestas no son suficientes, en general, para darse cuenta de la complejidad de los fenómenos que intervienen en el movimiento de la madera y que tienen como resultado las variaciones lineales de sus tres dimensiones: axial, tangencial y radial, con contracciones muy diferentes para cada una, como consecuencia de ser la madera un material anisótropo.

En el sentido longitudinal o de la fibra (axial) de la madera, el movimiento es muy pequeño, y en la practica se considera nulo (0,1%), mientras que en el sentido radial el movimiento puede variar entre un 4,5 y un 8%. En el sentido tangencial (anillos anuales), la contracción es, en general de 1,5 a 2 veces mayor que en el sentido radial. Esta diferencia de contracciones, según los sentidos radial y tangencial, es una de las causas de las deformaciones y fendas que se producen durante el proceso de secado. Existen algunas clases de madera en las que las contracciones radial y tangencial son prácticamente iguales. Estas maderas, aún con una fuerte contracción, si se desecan con cuidado no se deforman; son las maderas de ebanistería por excelencia (caobas, etc.). La contracción volumétrica debido a las variaciones lineales de sus tres dimensiones, viene expresada por la siguiente formula: B%

 = 100   1 +

 ×  1 + R  ×  1 + T  − 1  10 0  10 0  10 0 L

que representan el volumen contraído de la unidad. Siendo:

L = contracción lineal longitudinal o axial.

R = Contracción lineal radial. T = Contracción lineal tangencial. Es por consiguiente de gran interés conocer la cuantía de las contracciones lineales, medidas que se calculan en la mayoría de los laboratorios dedicados al estudio de las propiedades de las maderas. Las formulas que para ello se emplean, análogas a la ya conocida para calcular la contracción volumétrica total son: L %

=

Ls

− Lo

Lo

R% =

Rs − Ro Ro

T % =

Ts − To To

Ls, Rs, Ts = Longitudes axial, radial y tangencial de la madera en estado de saturación. Lo, Ro, To = Longitudes axial, radial y tangencial de la madera en estado anhídro Las contracciones de una tabla simétrica, según su corte pueden ser: Curvatura de canto, curvatura de tabla, acanaladura y alabeo (diferencia entre las contracciones radiales y tangenciales)

El movimiento es mas acusado en la madera de la periferia del tronco que en la del corazón por ello las tablas tienden a curvarse hacia la albura (absorbe mayor cantidad de agua)

C. PESO ESPECÍFICO Por definición podemos decir que: Peso específico =

Peso Volumen

Al ser un material poroso podemos considerar o no los poros para determinar el peso específico. Dada esta naturaleza porosa y las variaciones de peso y volumen, en función del contenido de humedad, hay que especificar las condiciones en que se verifican las medidas del peso específico. Si consideramos los poros contemplamos el volumen aparente y obtenemos el peso específico aparente Si consideramos solo la masa leñosa (deducimos el volumen de poros) obtenemos el peso específico real. Se establecen como puntos de comparación los valores de 0% y 12% de humedad. Al primero se llama peso específico anhídro y al segundo es la humedad normal según normas internacionales. El peso específico de la pared celular (peso específico real, sin considerar los poros), es prácticamente constante en todas las especies, y es del orden de 1,55 gr / cm 3 Este es el límite, máximo teórico, que podría alcanzar una madera, en la que los huecos celulares los hubiese reducido a cero. Las diferencias entre las maderas se deben pues la mayor o menor proporción de dichos huecos. P real =

P V real

- Dado que puede variar el contenido de humedad mucho, el agua puede hacer variar el peso específico. - Como el contenido de agua nos hace variar el volumen, también nos cambia el peso específico. - Por todo ello el peso específico debe referirse siempre, si es posible a la humedad del 12% aceptada internacionalmente. Esto no quiere decir que siempre tengamos que hacer el cálculo con maderas con el 12% de humedad, sino que podemos hacerlo con cualquier humedad y referirlo después al 12% mediante la fórmula siguiente. P 12

= P h − (h − 12) P h

1

− V

10 0

P12= Peso específico aparente con 12% de humedad. Ph= Peso específico para una madera con el h% de humedad. V = Coeficiente de contracción volumétrica.

D. HIGROSCOPICIDAD A la variación del peso específico, cuando la humedad varía un 1%, se le denomina higroscopicidad. : h

=

(1 − V ) × Pe 10 0

Siendo V = coeficiente de contracción volumétrica. Las variaciones del peso específico en función de la humedad pueden verse en el gráfico de Kollman, donde se aprecia, además, la máxima humedad que puede alcanzar una madera. El conocimiento del peso específico aparente (considerando los poros) es muy importante pues en función de este valor podremos hacernos una idea aproximada de su comportamiento físico mecánico. Si su valor es alto, significa que hay pocos poros y mucha materia resistente. Peap

=

P V ap

En la madera, se puede relacionar, aunque no linealmente, el peso específico aparente con su capacidad resistente. Los árboles de las zonas templadas, presentan una densidad heterogénea (No constante dentro de una misma especie, pudiendo variar según el origen o procedencia del árbol y según la zona del tronco en que se tome la probeta) En árboles tropicales esta heterogeneidad es menos acusada, pues al carecer de anillos de crecimiento su estructura es más homogénea. El peso específico aparente aumenta con la edad. Clasificación de la madera según su peso específico aparente. TIPO Muy ligeras Ligeras Semipesadas Pesadas Muy pesadas

RESINOSAS 0,4 0,4 a 0,5 0,5 a 0,6 0,6 a 0,7 >0,7

FRONDOSAS 0,5 0,5 a 0,65 0,65 a 0,8 0,8 a 1,0 >1,0

E. 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,...)

F. DURABILIDAD

Es una propiedad muy variable, pues depende de muchos factores: el medio ambiente, la especie de la madera, la forma de apeo, 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), su tratamiento antes de ser usada, su protección una vez puesta en obra (pinturas, etc.) A más densidad mayor duración. Son maderas durables: La encina, el roble, la caoba, el haya, etc.

E. INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN Las maderas arden, lo cual desde el punto de su utilización como combustible, es una cualidad, pero para su empleo en la construcción y decoración es un defecto. Se clasifica a efectos de su reacción ante el fuego dentro de la clase M 3 M4 M5 (M0, M 1, M2, M3, M 4, M 5, es la clasificación en orden creciente en cuanto a su grado de combustibilidad de los materiales). Las reacciones que se producen son las siguientes: La celulosa de la madera, constituyente de la fibra vegetal, al arder se combina con el oxígeno del aire, dejando un pequeño residuo ceniciento, procedente de la lignina y de las sales minerales; cuando el oxígeno es abundante y la temperatura suficiente la destrucción es casi total, pero si la combustión es incompleta por carencia de estos factores, la celulosa sufre una deshidratación y la madera queda convertida en carbón vegetal, carente de resistencia. Son maderas muy inflamables: Pino, abeto, sauce, chopo, aliso, etc. Casi todas ellas maderas resinosas. Son maderas medianamente inflamables: Haya, caoba, castaño, tuya, etc. Son maderas menos inflamables: Encina, ébano, alerce, etc. Arden mejor: - La madera seca que madera húmeda. - La madera con corteza y ramaje que la descortezada y cepillada. - Las piezas de pequeño tamaño que las piezas de gran tamaño. - Las piezas verticales que las horizontales. Las maderas secas se encienden sometidas a una inflamación inicial a la temperatura de 300° C. Las maderas frondosas duras arden superficialmente, con lentitud y llama corta; en cambio, las maderas frondosas blandas y las resinosas se queman profundamente con llama larga; estas diferencias se reducen cuando se trata de piezas de poco grosor. Con el pintado y mejor con la impregnación de substancias ignífugas, se reduce considerablemente la inflamabilidad y combustibilidad de las maderas.

V. VENTAJAS DEL DISEÑO EN MADERA



Menores costos de construcción (mínimo entre 5 a 15 por ciento ) en relación con la construcción tradicional de ladrillo.

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Mejores propiedades de aislamiento que incrementan el confort y quie por lo genral permiten prescindir de metodos de acondicionamiento mecanico. la madera actúa como material aislante del frío o calor, ya que conduce mal la temperatura; 1 centímetro de espesor en madera trabaja igual que 4 centímetros de arcilla o ladrillo o bien como 10 de concreto; sumado a esto, su resistencia en maderas de tipo A como el caimito o algarrobo, es similar a la del concreto normal, es decir 210 kilos por cm2 o 3 mil libras por pulgada cuadrada, cualidad más que desconocida, ignorada.

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Gran flexibilidad en el diseño, adaptandose a cualquier tipologia arquitectonica aplicando criterios de coordinación dimensional.

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Alta productividad en la mano de obra, tanto en la etapa de fabricación como de ereccion.

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Bajo nivel de mecanización, tanto para la fabricación como para el montaje de componentes.



Metodos de union sencillos y baratos, especialmente cuando se generaliza el uso de clavos.

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La mayoria del trabajo es en “seco”, tanto en planta como en la obra, lo cual independiza la construccion de la estacion climatica.

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Es un sistema que ofrece grandes posibilidades de prefabricacion con posibilidades de aplicar diferentes niveles de complejidad.

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Buena durabilidad si se tiene en cuenta aspectos de proteccion por diseño, buenos detalles constructivos y especificaciones tecnicas.

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El tiempo de construccion es mucho mas rapido. La estructura puede ser fabricada y erigida en un lapso maximo de una semana, lo cual hace posible que la vivienda este lista par ser ocupada en no mas de ocho semanas, a diferencia de los 6 o 9 meses necesarios para la construccion tradicional.



La posibilidad de ocupación mas temprana, hace posible reducir los gastos de administración y financiacion, recuperar la inversion inicial mas rapidamente y pagar tasas de interes mas bajas.



Salvo algunas operaciones especificas, la practica ha demostrado que se require mano de obra sin mayor calificación durante la secuencia de fabricación y montaje lo que lo convierte en un sistema apropiado para regiones con exceso de mano de obra no calificada.



la madera tiene un comportamiento excepcional en zonas sísmicas, pues absorbe mejor las fuerzas dinámicas de los temblores dada su flexibilidad, elasticidad y poco peso. De hecho, una estructura de madera puede ser 5 veces más liviana que una en concreto, lo que reduce la inercia evitando la aceleración de la estructura y su colapso.



A nivel de costos de fabricación, la madera puede ser más económica que la mampostería dependiendo de la variedad empleada.

VI. PRINCIPALES USOS DE LA MADERA EN LA CONSTRUCCIÓN : En la construcción existen dos apartados en los que la utilización de madera es muy importante. 

El primero, en la denominada carpintería de armar, o sea, como elementos resistentes

en cerchas, armados, vigas. 

El segundo en carpintería de taller, como: marcos, puertas.

VII. TIPOS DE MADERA EN EL PERU Perú dispone de 67.5 millones de hectáreas de bosques naturales tropicales. Es el séptimo país en el ámbito mundial en superficie boscosa y el segundo en Latinoamérica después de Brasil en cuanto a la presencia de bosques tropicales, con un potencial de corta bajo manejo sostenible de aproximadamente 18 millones de hectáreas. SIn embargo, la producción forestal es ínfima pese a los extensos bosques con los que cuenta el país. Existen 600 empresas dedicas a la extracción de madera, siendo Pucallpa, Iquito, Satipo, Puerto Maldonado Los

y

principales

Lima

los

productos

mayores están

centros

siendo

de

agrupados

producción en

14

industrial. categorías:

Madera acerrada, Puertas y ventanas, Carpintería de obra, Lámina y enchapes decorativos, Triplay, Pisos de madera, Preparquet, Molduras, Partes y piezas para muebles, Muebles, Embalajes, Carrocerías, Parihules y Tarugos. Bosques de Producción Permanente De acuerdo a la R.M. Nº 0549-2002-AG se crea en el departamento de San Martín, Huanuco, Pasco, Junín, Ayacucho, Cusco y Puno bosques de producción permanente con las siguientes superficies:

San Martín Huanuco Pasco Junín Ayacucho Cusco Puno Total :

1,501,291 ha 880, 486 ha 173,068 ha 250,555 ha 146,298 ha 171,644 ha 68,387 ha 3 192 089 ha

Exportaciones según sub-sectores (US$/FOB) Ene-Abr 2001

DESCRIPCIÓN MADERA ASERRADA MUEBLES DE MADERA Y SUS PARTES MADERA PARA MOLDURAS Y PARQUET TABLEROS CONTRACHAPADOS (TRIPLAY) MANUFACTURAS DE MADERA MADERA EN CHAPAS O LAMINAS TABLEROS DE FIBRA DE MADERA U OTRAS MATERIAS LEÑOSAS MADERA DENSIFICADA EN BLOQUES, PLANCHAS, TABLAS O ...... MADERA EN BRUTO TOTAL

Ene-Abr 2002

14,043,536.16 21,879,191.16 2,469,475.91 3,317,544.13 1,525,021.33 2,459,687.92 4,109,753.59 2,400,371.29 979,064.49 1,427,331.61 1,068,341.16 678,005.55 45,253.72

17,374.56

Var % 55.80 34.34 61.29 -41.59 45.79 -36.54 -61.61

2,620.00 127.12 24,253,989.44 32,182,253.34

32.69

Fuente: ADUANAS Elaboración: Tropical Forest Consultores SAC

Area de los Bosques Tropicales en el Perú Departamentos Bosques has Loreto Ucayali Madre de Dios San Martín Cuzco Amazonas Huánuco Junín Pasco Puno Otros Dptos.

34,966,641 9,413,722 8,343,479 3,265,987 2,936,334 1,792,494 1,653,989 1,555,624 1,547,160 1,280,806 549,967

% del Total 52.0% 14.0% 12.4% 4.9% 4.4% 2.7% 2.5% 2.3% 2.3% 1.9% 0.8%

Total Bosques Bosques Productivos Bosques no Productivos

67,306,203 41,265,000 26,041,203

Bosques Productivos

Cantidad

Bosques Nacionales Bosques de Libre disponibilidad Áreas de conversión Total

5 38

100% 61.3% 38.7%

Has 3,137,630 36,739,750 1,387,620 41,265,000

Una las características de estos bosques es la heterogeneidad, producto la gran variedad de especies arbóreas que en ellos se encuentran y de las cuales muy pero muy pocas son aprovechadas.

Fuente INRENA 1999

A. ESCUADRIAS COMERCIALES En el Perú debido a la informalidad y la falta de criterios ingenieriles por parte de algunas personas para querer construir sus casas, causan una total diversidad de dimensiones en secciones de maderas, que se les hace difícil a los mismos comercializadores en responder: “¿qué secciones son las que más demandas tiene usted?, ¿qué secciones ofrece usted?, ¿cuáles son las medidas que utilizan las personas para sus vigas, viguetas y otros, en sus casas?”. Dicho lo anterior se recoge que: las personas tratan de acomodar las medidas de dichas piezas de madera según sus gustos, según las dimensiones de terreno que se tiene y por una cuestión de

arquitectura; con esto no queremos decir que no es importante tener en cuenta la arquitectura, si no que muchas veces la gente confunde arquitectura, con el tener un mayor espacio libre. De lo explicado en los párrafos anteriores y las respuestas recogidas en las madereras visitadas podemos decir que no existen medidas estandarizadas que se ha de vital importancia en el mercado ,pero si existen algunas secciones preferenciales que se detallan en algunos libros según su uso:

bxh pulg.

USOS

2x2

Pie derecho

2x3

Pie derecho, vigueta

2x4

Pie derecho, vigueta, columnas

2x6

Viguetas, vigas

2x7

Viguetas, vigas

2x8

Viguetas, vigas

2x10

Viguetas, vigas

3x3

Columnas

3x4

Columnas, vigas

4x4

Columnas

4x6

Columnas, vigas

4x8

Vigas

4x10

Vigas

4x12

Vigas

6x6

Columnas

6x8

Vigas, Columnas

6x10

Vigas

6x12

Vigas

B. GRUPOS DE LA MADERA

El Ing. PADT-REFORT (“ Manual de diseño para madera del Grupo Andino “) da una clasificación en tres grandes grupos que se resumen en el cuadro siguiente:

GRUPO RESISTENCIA

DENSIDAD

MADERAS

A

Mayor

0.71-0.90

Estoraque, Palo sangre negro, Pumaquiro y otros

B

Intermedia

0.56-0.70

Huayruro, Manchinga, y otros

C

Baja

0.40-0.55

Catahua amarilla, Copaiba, Diablo fuerte, tornillo y otros

Dentro del mercado Peruano los comercializadores tienen un total desconocimiento de esa clasificación, ellos solo distinguen las maderas de una manera: maderas buena, madera mala. Para ellos la madera buena es la que cuesta mas porque es la mas pesada, la mas dura, y la mas durable. Y este concepto no esta del todo mal, al menos es el justo reconocimiento a cierta calidad. Para ellos la madera mala es aquella que esta mas barata, es fácil de cortar, fácil de obtener y menos durable, pero a la vez es la que ellos mas utilizan. Y este otro concepto no esta mal. Pero si todos coinciden en que las mejores maderas son: El Cedro y La Caoba. Cuando se les hace la pregunta ¿cuál es la mejor madera? Ellos responden el cedro o la Caoba, cuando se les pregunta ¿cuál es la madera más resistente? Ellos nos responden El Huayruro, la Capirona o la Copaiba. Y ahora ¿es la mejor madera la mas dura?, ¿es la mejor madera la mas resistente?, la verdad es que la mejor madera es aquella que desde un principio se le ha hecho un buen corte, se le ha dado un secado adecuado y que el resultado combine resistencia y durabilidad , estos son principalmente El Cedro y La Caoba. Para un mejor concepto de cada una de las madera que existen en nuestro país definiremos algunas de ellas que se presentan en las paginas siguientes. Si bien es cierto no son todas las maderas que podemos encontrar en nuestro país pero estas son las maderas que mas se esta interesando el Gobierno por promocionarlas, esperamos que sirva como una guía de comparación para los alumnos que lean este presente trabajo. NOMBRE Y FAMILIA Nombre común

:

Copaiba

Nombre científico

:

Copaifera afficinalis

Familia

: Fabaceae - Caesalpinioideae

Nombre comercial internacional

: Copaiba

CARACTERÍSTICAS DE LA MADERA Color

: Castaño rojizo con vetas oscuras

Lustre o brillo

: Medio

Rodaja de la madera

Grano

: Recto

Textura

: Media a fina Arcos superpuestos y bandas : longitudinales muy angostas y oscuras

Veteado o figura

Corte transversal

PROPIEDADES FÍSICAS Densidad básica

:

0.61 g/cm3

Contracción tangencial

:

7.00 %

Contracción radial

:

3.40 %

Contracción volumétrica

: 10.70 %

Relación T/R

:

Corte tangencial

2.30

DURABILIDAD NATURAL De baja a media resistente al ataque biológico, la madera húmeda tiene resistencia al ataque biológico; en la preservación la albura tiene buena penetración a diferencia del duramen que no es fácil de preservar.

NOMBRE Y FAMILIA Nombre común Nombre científico

:

Catahua amarilla :

Hura crepitans

Familia

: Euphorbiaceae


: Catahua

Rodaja de la madera


:

Amarillo pálido

Lustre o brillo

:

Medio

Grano

:

Textura

:

Recto a entrecruzado Media a gruesa

Veteado o figura

:

Arcos superpuestos


:

0.41 g/cm3


:

5.81 %

C

Contracción radial

:

3.43 %


:

9.00 %

Relación T/R

:

2.30

Corte tangencial

DURABILIDAD NATURAL Su durabilidad natural de baja a media hace que sea suceptible al ataque biológico, por lo que se recomienda tratarla con preservantes por los métodos de baño caliente-frío o vacío a presión. Corte radial

NOMBRE Y FAMILIA Nombre común

:

Cachimbo

Nombre científico

:

Cariniana decandra

Familia

: Lecythidaceae


: Maple peruano

Rodaja de la madera


: Blanco cremoso

Lustre o brillo

: Moderado

Grano

: Recto

Textura

: Media Arcos superpuestos formados por : anillos de crecimiento

Veteado o figura

Corte transversal


:

0.59 g/cm3


:

7.58 %

Contracción radial

:

4.96 %


: 12.10 %

Relación T/R

:

DURABILIDAD NATURAL

1.50

Corte tangencial

Moderadamente resistente al ataque biológico, se recomienda su inmersión para madera húmeda, y por el método de baño caliente y frío para madera seca; tiene regular impregnabilidad. Corte radial


:

Pashaco

Nombre científico

:

Macrolobium acaciafolium

Familia

: Fabaceae - Caesalpinioideae


: Golden apa peruano

Rodaja de la madera


: Marrón rojizo

Lustre o brillo

: Moderado

Grano

: Recto a entrecruzado

Textura

: Media Arcos superpuestos con líneas : verticales vasculares

Veteado o figura

Corte transversal


:

0.40 g/cm3


:

7.00 %

Contracción radial

:

3.70 %


: 10.40 %

Relación T/R

:

1.90

DU RA BI LI DA D NA TU RA L Tiene durabilidad natural media, es suceptible al ataque biológico en madera seca; presenta impregnabilidad mediana, es recomendable preservarla.

Corte tangencial

Corte radial


:

Shihuahuaco

Nombre científico

:

Dipteryx micrantha Harms

Familia

: Fabaceae-Papilionoideae


: Cumaru

Rodaja de la madera


: Marrón con jaspes claros

Lustre o brillo

: Moderado a elevado

Grano

: Entrecruzada

Textura

: Media

Veteado o figura

: Bien definido, arcos

Corte transversal


:

0.87 g/cm3


:

9.10 %

Contracción radial

:

5.50 %


: 15.00 %

Relación T/R

: 1.60

Corte tangencial

DURABILIDAD NATURAL Es resistente al ataque biológico; no requiere ser preservada. Corte radial NOMBRE Y FAMILIA Nombre común

:

Bolaina

Nombre científico

:

Guazuma crinita

Familia

: Guazuma rosea


: Bolaina

Rodaja de la madera

CA RA CT ERÍ STI CA S DE LA MA DE RA Color

: Blanco

Lustre o brillo

: Moderado a elevado

Grano

: Recto

Textura

: Media Satinado brillante en la sección : radial

Veteado o figura

Corte transversal


:

0.41 g/cm3


:

5.50 %

Contracción radial

:

3.50 %


: 10.75 %

Relación T/R

:

Corte tangencial

1.60

DURABILIDAD NATURAL Es moderadamente resistente al ataque biológico.

Corte radial NOMBRE Y FAMILIA Nombre común

:

Tahuari

Nombre científico

:

Tabebuia serratifolia

Familia

: Bignoniaceae


: Ipe


: Marrón oscuro

Lustre o brillo

: Bajo a medio

Grano

: Recto a entrecruzado

Rodaja de la madera

Textura Veteado o figura

: Fina Arcos superpuestos definidos por : jaspeado amarillento

Corte transversal


:

0.92 g/cm3


:

8.88 %

Contracción radial

:

5.69 %


: 13.85 %

Relación T/R

:

Corte tangencial

1.56

DURABILIDAD NATURAL Presenta buena durabilidad natural, no es suceptible al ataque biológico, no requiere preservación. Corte radial

VIII. CLASIFICACION DE LA MADERA ESTRUCTURAL POR USOS: Debido a que los efectos de los defectos naturales sobre la resistencia de la madera dependen del tipo de carga a la cual se sujeta una pieza individual, la madera para construcción se clasifica según sus dimensiones y uso. Las cuatro clasificaciones principales son madera de sierra, vigas y largueros, postes y vigas grandes y madera par piso y cubiertas. Se las define como sigue: 

Madera de sierra: Los elementos tienen secciones transversales rectangulares con dimensiones nominales de 2 a 4 pulgadas de ancho. Esta clasificación se subdivide en clases para marco liviano de 2 a 4 pulgadas de ancho y viguetas y tablones de 5 pulgadas de ancho o mayores.



Vigas y largueros: Las secciones transversales rectangulares de 5 pulgadas o mas de grueso y un ancho mayor que le grueso por mas de 2 pulgadas, se clasifican según su resistencia a la flexion cuando soportan la carga sobre la car angosta.



Postes y vigas grandes: Las secciones transversales cuadradas o casi cuadradas con dimensiones nominales de 5 x 5 pulgadas o mayores se utilizan, principalmente, en postes o columnas, pero se adaptan a otros usos si la resistencia a la flexión no es en especial importante.



Cubiertas: La madera par cubiertas consta de elementos de 2 pulgadas a 4 pulgadas de grueso, de 6 pulgadas o mas de ancho, con orillas de lengüeta o ranura o con ranura par

lengüeta postiza en la cara angosta. La madera para piso se usa con la cara ancha colocada de plano en contacto con los miembros de apoyo. Existe alguna confusión en los términos que usan para referirse a las dimensiones de una sección transversal rectangular de madera. En las clasificaciones por uso descritas anteriormente, el término grueso se usa para la dimensión más pequeña y ancho se usa para la dimensión más grande de una sección oblonga SECCIONES COMERCIALES Interesa este aspecto para la adopción de las medidas a utilizar ya que sabemos que la madera es aserrada mucho antes ser utilizada. La madera es vendida por unidad de medida arbitraria que puede ser entre nosotros el pie cuadrado de madera o más común (respecto al sistema métrico decimal como lo fijan las normas) el metro cuadrado; el pie cuadrado es la cantidad de madera necesaria para construir un tablero idal de 12” (305 mm) por 12”, con espesor de 1” (25,4 mm); el metro cuadrado tiene la cantidad de madera suficiente para hacer un tablero de 1m por 1m y un espesor de 2,5 cm. Para establecer el precio de la madera se mide el volumen y después se reduce a tantos pies o metros cuadrados. Como ejemplo se puede decir que 1m3 de madera permite hacer 40 tablas de 2,5 cm de espesor. Pero la madera en viga o en rollizo se expende bajo otras unidades como son la tonelada o el metro cúbico (en nuestro país es más común el último). En otros casos no se unas ninguno de estos sistemas de unidades, vendiéndose la madera por kilogramos y ellos corresponde a la madera de alto costo, como el palo santo que se caracteriza por su veta y es usado en muebles pequeños, herramientas, etc.; lo mismo ocurre con el BOJ que es una madera sólo usada en los lugares donde se requiere un bajo coeficiente de rozamiento como puede ser en los cojinetes para máquinas. La designación corriente de la madera de acuerda su tamaño es variable y se acostumbra a referirla a las dimensiones de la sección transversal; se toma como módulo la pulgada inglesa siendo todas las dimensiones múltiplos o submúltiplos de ella. Se da el nombre de Tabla al ancho y de canto al espesor. Las denominaciones usuales para las diversas formas comerciales de la madera en nuestro país son: rollizo, viga, poste, tirante, tirantillo, tablón, tabla, alfajía, listón. Rollizo: se llama así al tronco abatido una

vez despojado de las ramas y de la corteza, cualquiera

sean sus dimensiones. El valor se establece por peso. Viga:

es el rollizo recuadrado o escuadrado en las dimensiones máximas posibles. Conserva los

ángulos redondeados cuando ha sido escuadrado a mano. Cuando lo fue a máquina sus aristas son vivas.

Poste:

es una variante del rollizo y se obtiene de un tronco delgado o de grandes ramas

secundarias. Tirante: se denomina así a las piezas escuadradas cuyo largo es mayor de 3 m. y cuya escuadría

mínima es de 3”x 6” Tirantillo:

es un tirante cuya escuadría es menor , por ejemplo de 3”x 4” y de 4”x 4”. Tanto el

tirante como el tirantillo se venden por forma lineal. Tablón:

se llama así a la pieza que tenga un ancho mínimo de un pie (30 cm) y un espesor,

también mínimo, de 2” (5 cm). En el comercio se vende por metro lineal. Tablas: son menores que las anteriores; sus medidas de ½”

de espesor y 6” de ancho. Se venden

también por metro lineal. Alfajía: son piezas derechas y cepilladas, de medidas tales como ½”x 3”; 2”x 3”; 1”x

2”, 1 ½”x

1½” y ½”x 2”. Estas son las piezas que suelen emplear los albañiles como regla. Se venden por metro lineal. Listón:

son alfajías de secciones menores; se venden en atados de 48 piezas y con un largo

aproximado entre 11 y 18 pies. Secciones de 1”a 1 ½ “de ancho por 1/ 3” a ½” de espesor. Molduras o perfiles : Obtenidos a partir de listones a los que se les da una determinada sección.

IX. DISEÑO DE MADERA NORMAS PARA EL CÁLCULO DE LAS PIEZAS Para que el cálculo sea útil y ofrezca las necesarias garantías de exactitud, es indispensable darse cuenta primero del sentido de la carga (compresión, tracción, etc.) que deberá soportar la pieza, ya que todo error sobre la clase de esfuerzo que realiza una pieza, podría tener fatales resultados. Se tendrá en cuenta que las maderas estén exentas de nudos, grietas, u otros defectos considerables que puedan comprometer la solidez de la pieza. Además, siendo la madera un material de resistencia tan variable e incierta, es mejor aumentar siempre el margen de seguridad. En la tabla que presentamos a continuación vemos las cargas en Kg/cm 2, que producen la rotura en las diferentes clases de madera. A la vista de la tabla, observamos las notables diferencias de resistencias que pueden existir entre las distintas clases de maderas, diferencias que se manifiestan también con frecuencia entre maderas de la misma especie, según su procedencia y su estado. Por esto, como nunca se conoce perfectamente la madera que se emplea, es preferible tomar como carga de seguridad 1/10 de la carga que determina la rotura. PROPIEDADES MECANICAS DE LA MADERA, CON LA CARGA DE ROTURA EN Kg/cm2 Tabla 1

COMPRESION

TRACCION

CLASES DE

Paralela a las

Normal

Paralela a las

Normal

MADERA

fibras

A las fibras

fibras

A las fibras

Carga de rotura

Carga de rotura 1000

Carga de rotura

Abedul

Carga de rotura 550

Abeto

420

70

890

24

Acacia

620

200

120

Alamo blanco

250

120

650

Alerce

500

Aliso

480

Arce

450

900

Boj

1000

1400

Caoba

580

560

Castaño

510

1000

Cedro

400

Encina

700

1300

Fresno

640

1200

35

Haya

550

1200

32

Melis

650

1100

Nogal

460

900

30

Olmo

600

1000

35

Plátano

440

800

30

Pino Norte (Flandes)

360

710

Pino Silvestre

400

80

900

20

Roble

460

140

1100

40

22

1100

110

30

A. CÁLCULO DE LAS PIEZAS A COMPRESION En el cálculo de piezas a compresión, pueden darse dos casos; Que la madera trabaje a Compresión Cúbica, o a Compresión Prismática. En estos cálculos, la carga esta centrada sobre la sección de la pieza. - COMPRESIÓN CUBICA.- Se llama así, cuando la longitud de la pieza de madera es inferior a doce veces la sección mínima; en este caso no existe el fenómeno de pandeo. Para calcular la sección o escuadria necesaria de una pieza según el peso que deba soportar, aplicaremos la formula: S

P =

K c

Donde: S

:

Sección de la pieza que buscamos

P

:

Peso o esfuerzo a que esta sometida

K C

:

Coeficiente de Trabajo Admisible a Compresión, que puede ser

Compresión Paralela o Normal a las Fibras. El coeficiente de trabajo de la madera lo hallamos dividiendo la carga de rotura que nos da la Tabla 4, por la carga de seguridad (1/5, 1/7, 1/10) a que queremos que trabaje la madera. Una vez hallada la sección, solo tenemos que determinar el valor de los lados de dicha sección, siendo preferible dar una sección cuadrada o redonda mejor que rectangular. Recuerde que si el peso P lo expresamos en Kg. y K c en Kg/cm2 , el valor S vendrá dado por cm 2. EJEMPLO DE APLICACIÓN ¿Qué sección necesita una pieza de madera de Alerce, para que pueda soportar una carga paralela a la fibra, a compresión simple de 3200 Kg.? Primero averiguaremos el coeficiente de Trabajo de dicha madera. Consultando la Tabla 4, vemos que tiene una carga de rotura de 500 Kg/cm2; y, adoptando un coeficiente de seguridad de 1/10, tendremos: Coeficient edeTrabajo

Coeficient edeRotura =

La sección será:

Coeficient edeSegurid ad S

P =

Kc

3200 =

50

=

500 =

64 cm

10

=

50Kg / cm 2

2

Para hallar los lados de esta sección, suponiendo que sea cuadrada, tendremos: 

=

64

=

8cm .de lado

Adviértase, que este calculo solo servirá para piezas cuya longitud máxima sea 12 x 8 = 96 cm. - COMPRESIÓN PRISMÁTICA- Llamada también flexopresión o pandeo, es aquella en que el peso que gravita sobre la longitud de la pieza de madera es superior a doce veces la sección mínima, uniéndose a la vez un esfuerzo de compresión y otro de flexión, con riesgo de romperse antes que aplastarse. El cálculo de piezas que trabajan a flexopresión es muy corriente, especialmente en pies derechos. En el trabajo de compresión, los pies derechos pueden disponer de tres modos: 1º Que la pieza este empotrada en sus dos extremos. 2º Que la pieza este empotrada en un extremo y libre en el otro. 3º Que la pieza este libre en sus dos extremos, es decir, que simplemente este apoyada. Esta es la forma adoptada en los cálculos que damos a continuación. FÓRMULA DE RONDELET- Rondelet, de sus experiencias sobre maderas empleadas para pies derechos o postes, deduce que: la resistencia disminuye a medida que aumente la relación

existente entre la altura L de la pieza y la menor dimensión d de la sección transversal. Según esto el coeficiente de resistencia admisible, será igual al resultado de multiplicar el coeficiente de trabajo de la madera por K R C, siendo K R C la Resistencia Proporcional dada por la Tabla 5 que insertamos a continuación: COEFICIENTE DE REDUCCION SEGÚN LA RELACIÓN EXISTENTE ENTRE LA ALTURA L Y LA MENOR DIMENSION d Tabla 2 L/d

K R C

L/d

K R C

L/d

K R C

L/d

K R C

Coeficient

Coeficient

Coeficient

Coeficient

e de

e de

e de

e de

Reducción

Reducción

Reducción

Reducción

1

1,----

26

0.472

42

0.250

58

0.097

12

0.833

28

0.444

44

0.222

60

0.083

14

0.777

30

0.416

46

0.194

62

0.076

16

0.721

32

0.388

48

0.166

64

0.069

18

0.666

34

0.361

50

0.52

66

0.062

20

0.610

36

0.333

52

0.139

68

0.055

22

0.555

38

0.305

54

0.25

70

0.048

24

0.509

40

0.277

56

0.111

72

0.041

Para resolver los problemas, conocida la relación L/d , se halla K R C, mediante la Tabla 5. Multiplicando el Coeficiente de Trabajo por el Coeficiente de Reducción, tenemos la Resistencia Admisible; y, conocida la sección transversal S de la pieza, solo hay que aplicar la formula general de resistencia a la compresión: S

P =

K c

Para hallar P, tendremos: P = S x Resistencia Admisible

EJEMPLO DE APLICACIÓN Calcular la carga que puede resistir un pie derecho de madera, cuya altura es de 4’5 m. y cuya sección cuadrada tiene 15 cm de lado. El coeficiente de trabajo es de 60 Kg/cm2 Coeficient e de Reduccion

L =

d

450 =

15

=

30

consultando la Tabla 2, vemos que a la relación 30, le corresponde: K R C = 0.416

Resistencia Admisible = Cohen. de Trabajo x Cohen. de Reducción = 60 x 0.416 Resistencia Admisible = 24.96 Kg/cm2 Sección del Pie Derecho:

2



15

=

2 =

225 cm

2

Carga que puede resistir: Partiendo de la formula general: S

P =

Kc

, tenemos :

P = S x Resistencia Admisible P = 225 x 24’96 P = 5 616 Kg

B. CALCULO DE PIEZAS A TRACCION Las piezas de madera soportan bien el trabajo de tracción o extensión paralelo a las fibras; pero en sentido normal a las fibras, ese trabajo es mínimo. Para el calculo, se emplea la misma formula que para las piezas que trabajan a compresión simple, o sea: S

P =

K T

Donde: S

:

Sección de la pieza que buscamos

P

:

Peso o esfuerzo a que esta sometida

K T

:

Coeficiente de Trabajo Admisible a Tracción.

EJEMPLO DE APLICACIÓN ¿Qué esfuerzo de tracción paralelo a las fibras podrá resistir una pieza de madera, sabiendo que su coeficiente de trabajo es de 55 Kg/cm2, y el diámetro de la pieza es de 15 cm? La sección de la pieza tiene: S = D x De la formula general:

S

=

π

= 15 x 3.14 = 47.10 cm 2

P Kt

Deducimos el peso: P = S x K T Esfuerzo que podrá resistir: P = S x K T P = 47.10 x 55 P = 2 590.50 Kg

X. UNIONES EN PIEZAS DE MADERA

Normalmente las distintas piezas que forman una estructura deben unirse para transmitir los esfuerzos.

1) Empalmes: Las piezas se unen por sus testas. 2) Ensambles: Las piezas forman un ángulo. 3) Acoplamientos: Las piezas se unen por sus cantos. UNIONES

POR

COMPRESIÓN (ELEMENTOS VERTICALES SOMETIDOS

A

COMPRESIÓN). A tope recto. Corte de la pieza perfecto, con posible relleno de juntas en las testas. Para PILARES. (necesita referencia). DE TESTA

Espiga sencilla. No evita el pandeo. Caja y espiga.

A media madera. Puede ser de dos tipos: 1) Cortes rectos. 2) Cortes oblicuos (malo). Espiga o montaje. Espiga = 1 / 3 del grueso.

Espiga múltiple.

UNIONES A TRACCIÓN Es imposible unir piezas a tracción pura. Se transforma el esfuerzo en cortante o compresión en la unión. Diente de perro.

Rayo de Júpiter. Los ensambles de dientes de perro y rayo de Júpiter, se aplican en 1/3 de la longitud, ya que si se utilizaría en el centro, el momento flector seria máximo, y abría riesgo de rotura.

UNIONES EN FLEXIÓN Cuando necesitamos vigas con escuadras mayores de las disponibles, necesitamos que las vigas actúen como una sola.

Superposición y Laminadas Uniones por canto. Tope recto.(parquet) Tope oblicuo. Traslapado. Machihembrado. Falsa lengüeta.

UNIONES CLAVADAS O ATORNILLADAS. La resistencia de una unión clavada o atornillada se debe al rozamiento entre las piezas. Como la madera se deforma la adherencia merma. Un clavo NO admite esfuerzo cortante.

Tipos de clavos o pernos.

Uniones con bulones o pernos. Trabajan de dos formas: 1) Por flexión cortante (tuercas ligeramente apretadas). 2) Por adherencia (tuercas fuertemente apretadas).

MADERA ESTRUCTURAL A LA VISTA Pilares (zapatas, canes,...). Aleros. Cerchas. Techos. Zócalos. Tipos de cerchas:

BIBLIOGRAFÍA PADT-REFORT “Manual de Diseño para madera del Grupo Andino” www.maderasperuanas.com.pe www.perumarketplace.com.pe

MADERA

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