maderas - Universidad de Buenos Aires

Materiales Industriales - FIUBA
Introducción
• Material compuesto
• Excelente material estructural; su uso supera el tonelaje sumado del
acero y el hormigón.
• Usos: carpintería - construcción de casas - edificios y puentes –
• Fabricación de materiales compuestos: terciados, aglomerados y papel.
• El suministro forestal más importante es el rollizo, que se destina a:
• Aserrado (piezas cortadas longitudinalmente - listones, tablas,
tirantes, varillas - , para uso en muebles, cajones y embalajes,
viviendas, embarcaciones, carrocerías para camiones, otros)
• Triturado (celulosa, aglomerados, tableros de fibras)
• Debobinado (terciados, paneles multilaminados, etc..)
• Extracto de quebracho (extracto tánico)
Principales especies de árboles de regiones de nuestro país
M IS IO N E S
B la n d a s: p in o p a ra n á, c e d ro ;
d u ra s : g u a tam b ú , p e te rib í,
g ra p ia , in c ie n so C H AC O
D u ra s : alg a rro b o , q u eb ra c h o
c o lo ra d o y b la n c o
D E L T A D E L P AR A N A S a lic á c e a s: s a u c e, ála m o , e tc .
(b la n d a s )
E N T R E R IO S
E u c a lip to (b la n d a s )
FORM OSA
D u ra s : q u e b ra c h o c o lo ra d o y
b la n c o , vira ró , la p a c h o ,
u ru n d a y
MENDOZA
S a lic á c e a s: s a u c e, ála m o , e tc .
(b la n d a s )
R IO N E G R O
S a lic á c e a s: s a u c e, ála m o , e tc .
(b la n d a s )
B U E N O S AIR E S
E u c a lip to (b la n d a s )
S AL T A
B la n d a s: P a lo a m a rillo , c e d ro ;
d u ra s : q u eb ra c h o b la n co
C O R R IE N T E S
P in o y e u c a lip to (b la n d a s )
T IE R R A D E L F U E G O B la n d a s: a le rc e , le n g a (ro b le
fu e g u in o ) y c o ih u e
CHUBUT
C ip ré s y le n g a (b la n d a s )
JU JU Y
C e d ro , p a lo a m a rillo , p in o d e l
c e rro (b la n d a s )
S AN T A FE
E u c a lip to y s a u c e (b la n d a s )
Algunas maderas importadas usualmente
C H IL E
P AR AG U AY
B R A S IL
P in o in s ig n e , a r a u c a r ia
C e d r o , v ir a r ó , p e te rib y,
la p a c h o
P in o B r a s il
Clasificación de las maderas
• MADERAS BLANDAS
• MADERAS DURAS
• La diferencia fundamental entre las dos categorías es que las primeras son
plantas perennes, con hojas aguzadas y frutos expuestos.
•Los árboles de maderas duras pierden sus hojas todos los años, y tienen
frutos encapsulados (ej. nueces).
Propiedades de las maderas: el peso específico
• El contenido de agua y el tipo de árbol controlan el peso específico de
la madera, el cual a su vez controla las propiedades mecánicas.
• Maderas duras
pesos específicos más altos (0,7 < PE <
1,1 gr/cm3) que las maderas blandas
(0,4 < PE < 0,7).
• El peso específico (aparente) : Cociente entre el peso y el volumen sin
vacíos; si pulverizáramos la madera obtendríamos el mismo valor para
todas las especies, de aproximadamente 1,5 gr/cm3.
• La mejor madera es la que tiene la mejor resistencia con menor peso
específico.
• Mientras que un árbol vivo contiene grandes cantidades de agua,
cuando el árbol es talado, su contenido de humedad dependerá de la
humedad relativa ambiente.
• Cuanto más alta sea esta humedad, más agua permanecerá dentro de la
madera muerta.
Conservación de las maderas
|
• Eliminar la humedad,
condiciones de máxima estabilidad
dimensional y de máxima durabilidad para evitar el ataque de hongos y
la putrefacción.
• La durabilidad de una madera es su capacidad para resistir el ataque de
hongos e insectos, y el desgaste mecánico y la acción de los agentes
atmosféricos.
• Las maderas que se usarán en ambientes permanentemente secos, se
lavan, secan y estacionan.
• Las maderas a usar en ambientes húmedos, además de lo anterior se
pintan al aceite para preservarlas de la humedad.
La estabilidad dimensional es función de la humedad
Variación de volumen:
10-15 % en sentido transversal
1% en sentido longitudinal
volumen
Límite de saturación de la fibra
Al secarse la
madera se produce
contracción de su
volumen.
30 %
60 %
h%
La resistencia mecánica varía con la humedad
σ
Al recibir una madera ésta no debe tener más
de 15 % de humedad
límite de saturación
paredes reticuladas saturadas
30%
h%
Cuando la madera se está secando, prácticamente no se observan cambios en su
resistencia hasta que el contenido de agua cae por debajo del 30 %.
Dirección longitudinal
Las propiedades mecánicas de la madera
La madera puede soportar diferentes cargas
según sea la dirección (comportamiento
anisotrópico); puede soportar una carga mucho
mayor en la dirección longitudinal del grano,
que la que puede soportar en las direcciones
radial o tangencial, contra o a través del grano.
Dirección tangencial
Dirección radial
Ejemplo de condiciones de carga
Perpendicular al grano
Paralela al grano
Compresión
Tracción
La madera ofrece menor
resistencia
La madera ofrece mayor
resistencia
Las propiedades mecánicas de la madera son anisotrópicas
Los tipos de cortes
Hendido
menor desperdicio
menor superficie cubierta por
nudos
Acuchillado
Transversal
Por cuartos a 45º ó
90º
desgaste uniforme
mayor superficie cubierta por
nudos
Las propiedades mecánicas dependen de los defectos de las
maderas. Algunos defectos son:
¾ Resquebrajamientos:
Planos de separación que corren a través de anillos
¾ Contrafibra
El grano no es paralelo a la sección longitudinal
¾ Nudos
Intersección de una rama en el tronco
¾ Bolsas de resina
Huecos en el anillo de crecimiento anual llenos de resina
¾ Venteaduras
Huecos en el anillo de crecimiento anual (sin resina)
¾ Alabeo
Desviación en la línea de superficie de la tabla
La Macroestructura de la madera
• La sección transversal de un árbol típico permite distinguir capas:
• La capa de corteza exterior: Constituida por tejido muerto y seco, y
confiere protección al árbol
• La capa de corteza interior: Es húmeda y blanda y lleva alimento a
todas las partes en crecimiento del árbol
• La capa de cambium está entre la corteza y el tronco: Contiene células
nuevas en crecimiento, y es la fuente de las células de la corteza y la
madera. Cada año el cambium origina nuevas células de madera y
nuevas células de corteza que permiten desarrollarse al árbol. Así se
crean los anillos anuales.
• La parte exterior del tronco es la albura o madera de savia, contiene
algunas células vivas que almacenan alimento y conducen la savia
• El corazón o duramen es la región interna del tronco más antigua, y
está compuesta por células muertas; proporciona resistencia al árbol
Macro estructura de la madera
La Macroestructura de la madera
• La médula es el tejido blando situado en el centro del árbol, alrededor
del cual tiene lugar el primer crecimiento de la madera. Debido a que
el árbol crece verticalmente y también en forma horizontal, la médula
se encuentra a todo lo largo de la longitud del árbol.
• Los rayos de la madera son canales radiales horizontales que conectan
las diferentes capas desde el centro hasta la corteza, su función es
almacenar y transferir el alimento.
La Microestructura de la madera
• La madera tiene una microestructura compuesta polimérica, con una
matriz reforzada por fibras.
• El núcleo está formado por fibras, celdas largas tubulares, de paredes
finas, llamadas microfibrillas o traqueidas, de celulosa -un polímero
termoplástico natural-, y alineadas unidireccionalmente.
• La matriz que rodea los manojos de traqueidas está formada por
moléculas de celulosa ramificadas más cortas, la hemicelulosa; y por la
lignina, adhesivo orgánico que une los manojos.
• Envuelve al núcleo anterior una pared primaria de celulosa que
consiste en más microfibrillas orientadas al azar.
• Además existen árboles que contienen substancias químicas muy
apreciadas, destacándose el quebracho colorado por su contenido de
tanino, utilizado en curtiembres.
Estructura Celular
Pared Primaria: Pared celular inicial que se forma durante la división
celular en el período de crecimiento.
Pared Secundaria: Las paredes primarias aumentan de espesor en las
direcciones transversal y longitudinal hasta un máximo tamaño.
Celulosa: Constituye entre un 45 y un 50% del material sólido Madera. Es
un polimero lineal compuesto de glucosa con grado de polimerización
entre 5000 y 10000
Hemicelulosa: Constituye entre un 20 y un 25% del material sólido
Madera. Es una molécula amorfa ramificada formada por varios tipos
de unidades de azúcar con grado de polimerización entre 150 y 200.
Materiales Industriales I / LP
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Estructura Celular
Lignina: Polímero aromático que forma parte de los tejidos de sostén de
los vegetales; suele estar asociada a la celulosa. Constituye del 20 al 30
% de la madera seca.
Son materiales Poliméricos tridimensionales con entrecruzamientos
formado a partir de unidades fenolicas (aglomerante de celdas).
Microfibrillas: La Pared celular consta principalmente de microfibrillas
unidas por un cemento de lignina. Son núcleos cristalinos de celulosa
rodeado por una región amorfa de hemicelulosa y lignina.
Albura: Capa clara situada debajo de la corteza de un árbol.
Duramen: Parte interna del tronco, formada por leño muerto, inútil para el
transporte de sustancias, de consistencia dura y color oscuro
Materiales Industriales I / LP
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La madera terciada: ej. de compuesto laminado
• Un buen método para reducir el comportamiento anisotrópico de la
madera es utilizar madera terciada.
• Se disponen tres o más finas capas de madera una sobre otra,
alineando los granos de cada una de las capas perpendicularmente
entre sí, con el fin de distribuir la resistencia longitudinal de la madera
y compensar la deformación. Las vetas se orientan en la dirección de la
dimensión mayor de la pieza.
• Las maderas más usadas: el pino paraná, el guatambú blanco y el cedro
• Como adhesivo o cola se unta una resina fenólica termoestable entre
las capas, las que luego se prensan.
• Usos: viviendas de madera, galpones, silos, y también para encofrados
y tabiques.
La madera terciada
. Se emplea siempre un número impar de láminas de manera de que las
dos capas exteriores posean la misma apariencia exterior. También se
lo denomina madera compensada simple y se lo usa para estructuras
resistentes, ya que la rigidez y la resistencia de este material permite
que el esqueleto de soporte sea considerablemente más liviano
comparados con los requeridos para la madera maciza (por ejemplo, en
planeadores). Hay algunos tipos de madera compensado con cara de
metal o con recubrimiento metálico (que se usa en tabiques de
hospitales), con recubrimientos de plástico (para fines decorativos),
con tratamientos refractarios y con hojas intermedias de amianto como
mamparas aisladoras para la producción naval.
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Madera aglomerada
• El tablero de partículas aglomeradas reemplaza a los terciados; se
fabrica con partículas u otros materiales lignocelulósicos, aglomerados
en forma de chapa con aglutinantes orgánicos usando uno o más de los
siguientes agentes: calor, presión, humedad, catalizadores, etc..
• Se fabrican con distintas medidas y densidades; las maderas más
usadas son el sauce, el álamo y el eucalipto; y la resina más usual en
nuestro país es la urea formaldehído.
• El tablero es isótropo y no necesita estacionamiento
• Los tableros de baja densidad se usan generalmente como absorbentes
de ruidos y/o aislante térmico en tabiques, y también como alma de
piezas a fin de reducir su peso.
• Los tableros de densidad media se usan en mueblería, y construcciones
varias, son los más difundidos.
• Los tableros de alta densidad se usan en escritorios, armarios, y otros
usos en carpintería.
Los tableros de fibras
• Se fabrican en base a fibras de madera cuyo entrelazamiento produce
planchas; los tableros prensados (hardboard) tienen variadas
aplicaciones en la industria de la mueblería, revestimientos de paredes,
etc. y en nuestro mercado se los conoce como ‘chapadur’ o ‘eucatex’ y
-pintado- como ‘corlok’.
• Los tableros de fibras no prensados (softboard) se usan como aislantes
del sonido y térmicos, compitiendo por ejemplo con los poliuretanos
expandidos. Son resistentes al fuego y a la humedad, los insectos y la
putrefacción.
• La madera más usada es la de eucaliptos
La pasta celulósica
• La celulosa es el principal componente de la pared celular de todas las
maderas, pajas y cañas. Material fibroso y muy resistente.
• Por la longitud de las fibras se clasifican en pastas de fibras cortas
(aprox. 1 mm), obtenida de árboles de copa frondosa: sauce, eucalipto,
álamo, etc..
• Y en pastas de fibras largas (aprox. 2,5 mm), obtenida de las coníferas:
pinos, araucarias, etc..
• Se las obtiene por desintegración mecánica de la madera, por
tratamiento químico de la madera, o por una combinación de ambas
técnicas.
• Se las utiliza en la elaboración de papeles.
Dureza de la madera. Ensayos.
La dureza de la madera se mide mediante el método de Brinell.
Se las clasifica en muy duras, duras, semiduras, blandas y muy blandas
(se emplea una bolilla de diámetro de 10mm durante 30 segundos con
cargas variables entre 100kgf y 500kgf).
Otro ensayo muy usado es el Janka, el cual mide la dureza por la carga
que requiere un penetrador esférico de acero para introducirse hasta su
sección media o sea hasta obtener una flecha igual a su radio (se
expresa en Kgf/cm2). Un tercer ensayo es el de Chalais Meudon, en el
cual se carga la probeta mediante un cilindro de acero de 30mm de
diámetro, con una carga de 100Kg por cada centímetro de ancho de la
probeta. Se mide la penetración “f” en mm y la dureza viene dada por
la inversa de la penetración en mm
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