Propiedades de La Madera

INFORME DE LABORATORIO N01

PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA

I) INTRODUCCION

En el presente informe nos centraremos a estudiar a la madera como

material de construccin empezando a definirla como material complejo, con

unas propiedades y caractersticas que dependen no slo de su composicin

sino de su constitucin (manera en que estn colocados u orientados los

diversos elementos que lo conforman).

La muestra en estudio corresponde a una madera tornillo, el cual se obtuvo

de un aserradero ubicado en la zona de Villn Alto; siendo sus dimensiones

5x5x10cm.

II) OBJETIVOS

- Determinar las propiedades fsicas de la muestra de madera (Densidad,

contenido de humedad, Contraccin, etc.).

III) MARCO TEORICO

3.1 LA MADERA O XILEMA

La madera es un material duro y resistente que se produce mediante la

transformacin del rbol. Es un recurso forestal disponible que se ha

utilizado durante mucho tiempo como material de construccin. La madera

es uno de los elementos constructivos ms antiguos que el hombre ha

utilizado para la construccin de sus viviendas y otras edificaciones. Pero

para lograr un resultado excelente en su trabajabilidad hay que tener

presente ciertos aspectos relacionados con la forma de corte, curado y

secado.

3.2 ESTRUCTURA DE LA MADERA

3.2.1 EL TRONCO

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En un rbol maduro, la seccin transversal del tronco presenta las

siguientes partes:

- Corteza Exterior: Es la cubierta que protege al rbol de los agentes

atmosfricos, en especial de la insolacin; est formada por un tejido

llamado floema que cuando muere forma esta capa.

- Corteza Interior: Es la cubierta que tiene por finalidad conducir el

alimento elaborado en las hojas hacia las ramas, tronco y races; est

constituido por el tejido floemtico vivo, llamado tambin lber.

- Cambium: Constituye la base del crecimiento en espesor del rbol.

Formado por clulas de paredes delgadas que se transforman por

divisiones sucesivas en nuevas clulas formando en la parte interna del

rbol el xilema y en la externa el liber o floema que es la parte interior de la

corteza de poca resistencia.

- Albura: Madera de la seccin externa del tronco, de color ms claro. Es la

zona ms viva, saturada de sabia y sustancias orgnicas. Se transforma

con el tiempo en duramen.

- Duramen: Madera de la parte interna, de mayores resistencias. - Mdula: Parte central del tronco, constituido por tejido flojo y poroso. De

ella parten radios medulares hacia la periferia.

3.2.2 ESTRUCTURA MICROSCPICA


Trata de los diferentes tipos y caractersticas de las clulas que forman los

tejidos de la madera. Segn la estructura celular, las especies maderables

se dividen en dos grandes grupos:

- Maderas Latifoliadas

Las latifoliadas pertenecen al grupo de las Gimnospermas, son de hoja

ancha que caracterizan y hacen frondosas todas las especies de este

grupo, son propias de los pases cuyo clima es ms o menos uniforma

durante todo el ao como Colombia, algunas especies son: La Teca, el

Caracol y la Ceiba para climas calados y parea climas ms templados se

encuentra especies como: El Roble, El Urapan y el Eucalipto. Las

latifoliadas no son usadas para la fabricacin de papel porque su estructura

es de fibra corta.

El tejido leoso de las latifoliadas tiene una estructura celular ms compleja

que el de las conferas. Este est formado por fibras, vasos, parnquima y a

veces canales gomferos.

Las fibras son clulas alargadas y el principal componente de la madera de

latifoliadas, al igual que, las traqueidas en las conferas, son el sostn del

cuerpo leoso. Tambin permiten el paso de nutrientes, a travs de

pequeos orificios denominados puntuaciones. Los vasos o poros son

verdaderos tubos conductores de la savia dentro del rbol os elementos

encargados de la conduccin, estn formado por un conjunto de clulas en

forma de tubo, unidas por sus extremos generalmente abiertos.

- Maderas Conferas


Las conferas pertenecen a las Angiospermas, son llamadas Conferas por

la forma cnica de la mayora de las especies y por poseer hojas perennes,

pertenecen a este grupo todas las especies de pinos y cipreses existentes,

son propias de los pases con estaciones, han sido introducidas a Colombia

y son especies de rpido crecimiento.

Las conferas, incluso en los ms enormes pinos, el tejido leoso esta

compuesto por traqueidas, parnquima y a veces canales resinferos.

Las traqueidas son muy largas, hasta 75 veces ms largas que su dimetro.

Ellas son el sostn de la estructura leosa. Tambin permiten el paso de

lquidos. Son el elemento ms abundante en la madera de las conferas, de

la que forman el 90% de su volumen.

Tambin encontramos el parnquima formado por clulas de menor

longitud, cuya funcin es la conduccin y el almacenamiento.

Por ltimo, en las conferas a veces se encuentran canales resinferos, los

cuales estn formados por un espacio hueco en el cual las clulas que

forman sus paredes vierten la resina.

3.2.3 ESTRUCTURA MACROSCPICA


- Anillos de crecimiento

Cada anillo corresponde al crecimiento anual, consta de dos zonas

claramente diferenciadas:

- Una formada en primavera: Predominan en ella los vasos gruesos que

conducen la savia bruta hasta las hojas (tejido vascular). Color claro, pared

delgada y fibras huecas y blandas.

- Otro formado en verano: Tienen los vasos ms pequeos y apretados. Sus

fibras forman el tejido de sostn. Color oscuro denso y fibras de paredes

gruesas.

En zonas tropicales (o en las zonas donde no se producen, prcticamente,

variaciones climticas con los cambios de estacin, y la actividad vital del

rbol es continua), no se aprecian diferencias entre las distintas zonas de

anillos de crecimiento anual.

Su suma, son los aos de vida del rbol. Debido a la forma tronco-cnica

del rbol, los anillos anuales se deben contar en el tronco, en zona ms

prxima a las races.

- Radios medulares

Bandas o lminas delgadas de un tejido, cuyas clulas se desarrollan en

direccin radial, o sea, perpendicular a los anillos de crecimiento. Ejercen

una funcin de trabazn. Almacenan y difunden las materias nutritivas que

aporta la savia descendente (igual que las clulas de parnquima).

Contribuyen a que la deformacin de la madera sea menor en direccin

radial que en la tangencial.


Son ms blandos que el resto de la masa leosa. Por ello constituyen las

zonas de rotura a comprensin, cuando se ejerce el esfuerzo paralelamente

a las fibras.

- Parnquima longitudinal

Formado por tejido parenquimtico, tiene un color ms claro que el tejido

fibroso. Las maderas con mayor tejido parenquimtico son maderas de baja

resistencia mecnica y ms susceptible al ataque de hongos e insectos.

3.3 COMPOSICIN QUIMICA DE LA MADERA

La madera se forma de tres compuestos bsicos: Celulosa, Hemicelulosa, y lignina; y otros compuestos secundarios como taninos, gomas, aceites,

colorantes, y resinas.

La Celulosa: es el principal componente de las paredes celulares de los

rboles y otras plantas. Es una fibra vegetal que al ser observada en el

microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor

vara segn el tipo de rbol o planta. Las fibras de algodn, por ejemplo,

tienen una longitud de 20-25 mm, las de Pino 2-3 mm. y las de Eucalipto

0,6-0,8 mm.. De igual manera, el contenido de celulosa vara segn el

tipo de rbol o planta que se considere.

Hemicelulosa: elemento que forma parte de la pared celular de la

celulosa. Es una cadena de glucosa ms corta que la celulosa.

Lignina: Sustancia que refuerza las clulas, confirindoles consistencia

y rigidez.


Tanino: Sustancia compleja, soluble en agua y astringente, contenida

en ciertos vegetales que se caracteriza por la propiedad de coagular las

albminas. El tanino contribuye a la durabilidad del leo que lo contiene.

Resina: Sustancia pegajosa y aromtica que surge de las hendiduras

producidas en los rboles, principalmente en las conferas, y ayuda a

mantener alejados a los insectos

3.4 PLANOS DE CORTE DE LA MADERA

El tronco del rbol puede cortarse en el sentido de su eje de crecimiento de

tres maneras distintas que se describe a continuacin:

Corte Radial (Rd): Este tipo de corte lleva la direccin de los radios

medulares, o sea que el corte parte los anillos de crecimiento pasando o

no por el centro. Para elementos estructurales utilizados en

construccin, el corte radial es el ms adecuado porque las piezas

presentan menos deformaciones y mayor resistencia a ala mecnica.

Corte Tangencial (Tg): Este corte es perpendicular a la direccin de los

radios medulares y tangente a los anillo de crecimiento.

Corte Transversal (Tv): Es el corte que se realiza perpendicular al eje

longitudinal del tronco.


3.5 PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA 3.5.1 CONTENIDO DE HUMEDAD

El trmino contenido de humedad (C.H) se define como la cantidad de agua

que una pieza de madera contiene, expresada como porcentaje del peso

anhidro o seco al horno de la pieza de madera. La frmula para calcular el

contenido de humedad es:

Donde:

CH = contenido de humedad (%) Pi = peso inicial (gr)

Po = peso en estado anhidro (gr) En la frmula anterior el peso seco al horno significa que ha sido llevado a

una estufa a 103C y su contenido de humedad es 0%. Las especies de

madera de baja densidad, tienen paredes delgadas y cavidades celulares

relativamente grandes. Tales maderas pueden retener ms que su propio

peso en agua y as poseer un contenido de humedad verde de 200 a 400%.

Las maderas duras tienen paredes gruesas y cavidades celulares

pequeas, y por tanto su contenido de humedad mximo que pueden tener

es menor del 100%. Para nuestras condiciones por ejemplo, el roble que se

consigue en rastras en depsitos de la ciudad puede alcanzar contenidos

de humedad del 60% al 70%. Las maderas ms duras presentan mayores

valores de contraccin que las maderas menos densas; la contraccin se

expresa en % de la, dimensin original.

100*(%)Po

PoPiCH


Por otro lado el agua en la madera puede encontrarse bajo tres formas como agua libre, agua de saturacin o higroscpica y agua de

constitucin. Para el proceso de secado solo, se tienen en cuenta los dos

primeros tipos de agua.

- Agua libre: es el agua que se encuentra en las cavidades de las clulas o

lmenes. La cantidad de agua libre que puede contener una madera esta

limitada por su volumen de poros. Esta agua se va perdiendo hasta un punto

denominado Punto De Saturacin De Las Fibras (PSF) que corresponde a

contenidos de humedad de la madera, entre 21 y 40%, dependiendo de la

especie de que se trate.

Cuando la madera alcanza este punto, ya no existe ms agua en las

cavidades celulares. Durante esta fase del secado o prdida de agua, la

madera no presenta cambios dimensionales ni alteraciones en sus

cualidades fsico mecnicas.

- Agua de Saturacin o Higroscpica: Es le agua que se encuentra en las

paredes celulares. Durante el proceso de secado el agua de saturacin sale

con mayor lentitud que el agua libre y provoca cambios dimensionales

conocidos como contracciones.

La perdida de agua se produce hasta llegar a un equilibrio higroscpico entre

la madera y el ambiente que la circunda. Cuando la madera alcanza un

contenido de humedad tal que el agua libre ha sido evaporada y solo


contiene agua higroscpica se dice que ha alcanzado el punto de saturacin

de las fibras (P.S.E), el cual tiene gran importancia para el proceso del

secado y corresponde a valores de contenidos de humedad del 24 al 32%;

para casos prcticos se toma como 30% de contenido de humedad.

- Agua de Constitucin: forma parte integral de la estructura molecular que

compone la fibra de la madera o cuerpo leoso de la madera. Solo se puede

evacuarse mediante la combustin esta.

3.5.1.1 TIPOS DE CONTENIDO DE HUMEDAD a) Contenido De Humedad De Equilibrio (CHE)

Es el contenido de humedad que adquiere la madera cuando es expuesta al

ambiente durante un tiempo prolongado. En estas condiciones, la madera

perder o ganara agua hasta alcanzar un estado de equilibrio entre la

humedad que contiene y la del aire

b) Punto de saturacin de las fibras (PSF)

Es el contenido de humedad cuando se ha perdido la totalidad del agua libre.

Cuadro 1: Contenido de humedad mximo CH mx. y punto de saturacin de

Las fibras PSF en la madera.

Por debajo del punto de saturacin de las fibras y al continuar el proceso de prdida de humedad, la madera comienza a perder agua contenida en sus paredes celulares, hasta alcanzar un contenido de humedad en el cual el proceso se detiene. Este estado se designa como contenido de humedad de equilibrio (CHE). El contenido de humedad de equilibrio de la madera depende fundamentalmente de la especie, la temperatura y la humedad relativa del ambiente en que se encuentre la madera. La prdida de humedad por debajo del contenido de humedad de equilibrio solo puede lograrse mediante secado artificial, el que permite finalmente extraer, si se desea, toda el agua contenida en la madera, es decir llegar al estado anhidro.


3.5.1.2 METODOS DE MEDICIN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

a) Mtodo gravimtrico:

Se corta una probeta de un largo de 10 a 15 cm en la direccin de las

fibras longitudinales y se pesa con una precisin de 0,1 g (PG).

En seguida, la probeta se seca en una estufa a una temperatura de 65C

, 85C y 103 2C y se pesa nuevamente (P0).

Finalmente se calcula el porcentaje del contenido de agua con la

relacin 2.

Para obtener un buen resultado se deben tomar varias precauciones: La

probeta debe cortarse no menos de 15 cm de los extremos de la tabla. No

se debe dejar pasar ms de algunos minutos entre el corte y la primera

pesada de la probeta, si no envolver la probeta en una bolsa o film de

polietileno y mantener en un congelador bajo 10 C.

b) Mtodos elctricos (xilohigrmetro). El xilohigrmetro elctrico mide las propiedades elctricas de la madera,

tales como la resistencia elctrica y la constante dielctrica.

El xilohigrmetro de resistencia es un instrumento que mide la resistencia

elctrica de la madera mediante electrodos en forma de agujas montadas

en el extremo de un martillo y que se clavan con un golpe en la madera.

Para utilizarlo bien, es conveniente conocer el principio de su operacin y

sus limitaciones.

La madera tiene una resistencia elctrica que vara fuertemente con el

contenido de humedad y en menor grado con la temperatura .Adems

depende de la especie. En el estado seco (a 9% de humedad y 20 C) la

madera es un muy buen aislante elctrico con una resistencia elctrica

aproximada de 1.000 millones de ohm. En cambio, a 30% de humedad la

resistencia elctrica es de 200 mil ohm, y a 80% de humedad la resistencia

elctrica de la madera es de 11 mil ohns. La relacin entre resistencia

elctrica cambia entre 20% y 10% de humedad por un factor aproximado de

4 mil, mientras que entre 50% y 40%, cambia solamente por un factor de 2.


3.5.2 CONTRACCIN Y EXPANSIN

Este fenmeno genera cambios volumtricos, cuando gana agua se

expande y cuando pierde se contrae. La contraccin se origina al perderse

el agua higroscpica, o sea, que empieza cuando la madera alcanza el

P.S.F. y como todo cuerpo las variaciones se realizan en las tres

dimensiones: longitudinal, radial y tangencial.

En el sentido longitudinal es pequea del orden 0.1% de la dimensin verde; en el sentido radial puede ser del 3 al 10% de la dimensin verde; y en el sentido tangencial puede ser de 1 a 2 veces mayor que en

direccin radial.

Este fenmeno da lugar a deformaciones tales como alabeos, torceduras,

rajaduras, grieta y colapsos.

La expansin se calcula con la siguiente frmula:

E = DV DS x 100 DV

Donde: E = Expansin DV = Dimensin Verde (Tangencial, Radial o Longitudinal) DS = Dimensin Seca (Tangencial, Radial o Longitudinal). La Contraccin se calcula con la frmula:

C = DV DS x 100 DS

Donde: C = Contraccin DV = Dimensin Verde (Tangencial, Radial o Longitudinal) DS = Dimensin Seca (Tangencial, Radial o Longitudinal).

3.5.3 DENSIDAD

Es la relacin entre la masa (m) de una pieza de madera con su volumen (v)

y se la expresa en gramos por centmetro cbico.

La densidad se relaciona directamente con otras propiedades de la

madera. Proporciona una primera indicacin acerca de su comportamiento


probable frente a la absorcin y perdida de agua y su correspondiente grado

de variacin dimensional bajo el punto de saturacin de las fibras. El

volumen de la madera es constante cuando est en estado Verde, el

volumen disminuye cuando el CH es menor que el PSF y vuelve a ser

constante cuando ha alcanzado el estado anhidro o seco al horno. Se

pueden distinguir en consecuencia cuatro densidades para una misma

muestra de madera:

a) La densidad verde (DV): es la relacin que existe entre el peso verde

(PV) y el Volumen Verde (VV).

b) La densidad anhidra (DSH): es la relacin que existe entre el peso

seco al aire (PSA) y el volumen seco al aire (VSA).

c) La densidad Bsica (DB): es la relacin entre el peso anhidro (Seco al

horno (PSH)) y el volumen verde (VV).

Este valor es el que se usa con ventaja ya que las condiciones en las que

se basa (Peso seco al horno y Volumen Verde) son estables en una especie

determinada. La densidad de la parte slida de la madera es de 1.56 gr/cm3

con variaciones insignificantes entre especies.

3.5.4 PESO ESPECFICO

Es la relacin entre el peso de la madera, a un determinado CH y el peso

del volumen de agua desplazado por el volumen de la madera.

Considerando que el agua tiene densidad igual a 1gr/cm3 puede decirse

que la relacin entre la densidad de la madera y la densidad del agua

igualan a su peso especfico.

)..()..(

verdeVolumenVVverdePesoPVDV

)...()..(

verdeVolumenVVanhidroPesoPSHDB

)..()..(

anhidroVolumenVSHanhidroPesoPSHDSH


IV) DESCRIPCION DE LA MUESTRA DE MADERA

4.1 Ubicacin de la zona de extraccin

Departamento : Ancash

Provincia : Huaraz

Distrito : Huaraz

Lugar : Aserradero Villn Alto

Lugar de origen : Tingo Mara

4.2 Dimensiones

Tangencial : 5.00 cm

Radial : 5.00 cm

Longitudinal : 10.00 cm

4.3 Tipo de madera : Madera Latifoliada

4.4 Nombre de madera : Tornillo

4.5 Especie de madera : Cedrelinga cateniformis.

Madera Tornillo


V) METODOLOGA

5.1.- PROCEDIMIENTO

EN CAMPO

5.1.1 Obtencin de la muestra de madera del aserradero, con las siguientes

dimensiones: 5x5x10cm.

5.1.2 Remojado de la muestra en agua durante 24 horas antes de llevarlo al

laboratorio para su respectivo ensayo.

5 cm

5 cm

10 cm


EN LABORATORIO

5.1.3 Definicin de los ejes longitudinal, tangencial y radial de la madera,

como referencia para posteriores medidas.

5.1.4 Medicin de las dimensiones longitudinal, transversal y radial de la

madera, as como sus pesos respectivos antes de someterlo a una

temperatura inicial de 65C.

5.1.5 Colocacin de la muestra en el horno a una temperatura de 65C por

un lapso de 24 horas.


5.1.6 Al segundo da se realiza el mismo procedimiento anterior y se lleva al

horno a una temperatura de 85C

5.1.7 Al tercer da se realiza el mismo procedimiento anterior y se lleva al

horno a una temperatura de 103C2C.

5.1.8 Al cuarto da se toman solo las medidas de peso y dimensiones con lo

cual se concluye el proceso, y se obtiene la muestra en estado anhidro.

5.2.- DATOS TOMADOS EN LABORATORIO

MADERA TORNILLO DIA temperatura medidas (cm) peso(gr)

T R L 1 da Ambiente 5.00 4.99 10.00 208.5

2 da 60 - 65 C 4.95 4.97 10.00 165.2

3 da 80 - 85 C 4.90 4.95 10.00 146.4

4 da 103 2 C 4.80 4.90 9.99 127.8


VI) CALCULOS Y RESULTADOS

6.1.- CLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

100*)..(

)..()..(anhidroPesoPSH

anhidroPesoPSHverdePesoPVCH

%15.63100*8.127

8.1275.208

CH

PSF (Punto de saturacin de las fibras)

Asumiendo que el punto de saturacin de las fibras, se da al siguiente da despus de haberle puesto a horno (la madera pierde totalmente el agua libre).

%21.26100*2.165

2.1655.208

PSF

6.2- CLCULO DE LA CONTRACCION

A) CONTRACCIN LINEAL

100*..

....AnhidraDimensin

AnhidraDimensinVerdeDimensinC

Contraccin Longitudinal : %10.0100*99.999.900.10

CL

Contraccin Tangencial : %17.4100*80.480.400.5

CT

Contraccin Radial : %84.1100*90.4

90.499.4

CR

B) CONTRACCIN VOLUMETRICA

100*)..(

)..()..(anhidroVolumenVSH

anhidroVolumenVSHverdeVolumenVVCV

%19.6100*)99.9*90.4*80.4(

)99.9*90.4*80.4()00.10*99.4*00.5(

CV


C) RELACIN: RT

27.284.117.4

RT

Por lo tanto la madera presenta buena contraccin (buena madera).

6.3.- CLCULO DE LA DENSIDAD

DENSIDAD VERDE

)..()..(

verdeVolumenVVverdePesoPVDV

3/84.000.10*99.4*00.5

5.208 cmgDV

DENSIDAD ANHIDRA

)..()..(

anhidroVolumenVSHanhidroPesoPSHDSH

3/54.099.9*90.4*80.4

8.127 cmgDSH

DENSIDAD BASICA

)...()..(

verdeVolumenVVanhidroPesoPSHDB

3/51.000.10*99.4*00.5

8.127 cmgDB


VII) CONCLUSIONES

a) Con respecto al contenido de humedad se obtuvo un valor de 63.15%, el cual supera al PSF=26.21%. Esto indica que la resistencia de la madera

permanece constante, ya que el contenido de humedad vara por encima

del PSF. Por lo tanto, la madera no debe presentar cambios

dimensionales, lo cual no se cumple en el ensayo de laboratorio.

Fuente: Junta del Acuerdo de Cartagena

b) En cuanto a la contraccin se obtuvo una relacin 27.2RT

, el cual

indica que la madera presenta una buena contraccin; es decir que es

buena para la construccin de estructuras.

Por otro lado se obtuvo %10.0%84.1%17.4 CLCRCT: y

%19.6CV , del cual se puede comprobar que la contraccin

longitudinal suele ser despreciable; lo cual cumple con lo descrito en la

Junta del Acuerdo de Cartagena.

c) Con respecto a la densidad, se obtuvieron los siguientes datos: Densidad Verde (DV) = 0.84%

Densidad Anhidra (DV) = 0.54%

Densidad Bsica (DB) = 0,51%


Segn la tabla 2.4 de la Junta del Acuerdo de Cartagena, se tiene que la densidad bsica de la madera estudiada (madera Tornillo) es

0.45gr/cm2 , y segn la Ficha Tcnica del SEACE se tiene DB = 0.40 - 0.70 gr/cm2. Esto indica que la DB=0.51gr/cm2 calculada, se encuentra

dentro del rango establecido.

d) Se comprob la propiedad de Anisotropa de la madera, ya que sufri

cambios dimensionales diferentes en tus tres ejes (radial, tangencial y

longitudinal).


VIII) BIBLIOGRAFIA

LIBROS

Junta del Acuerdo de Cartagena. Manual de Diseo para maderas del

Grupo Andino.

Ing. TERRY VASCONES Luis armando. Diseo en acero y madera (propiedades de la madera). UNASAM.

PAGINAS WEB

www.sni.org.pe/downloads/...tecnicas/MADERA%20TORNILLO.doc


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