Construcción

PROPIEDADES FÍSICAS

¿CUÁNTO PESA LA MADERA? ¿POR QUÉ SE HINCHAN LAS MADERAS?

Estas son algunas de las preguntas que os hacéis muchos de vosotros sobre la madera, lo cual es normal, ya que estáis empezando a conocer este material natural constructivo.
La heterogeneidad inherente a la madera como tejido leñoso explica la variabilidad de sus propiedades. La calidad de la madera varía porque en ella influyen numerosos factores, tanto genéticos como ambientales y sistemáticos.
Por ello, en esta entrada vamos a ver algunas de las propiedades físicas de la madera, las más importantes y/o relevantes a la hora de construir con este material. El conocimiento y control de estas propiedades es fundamental para poder utilizar la madera correctamente.

CONTENIDO EN AGUA

El agua en la madera puede presentarse en tres formas distintas: Agua de constitución: forma parte de la madera y su eliminación supone la destrucción del material.
Agua de impregnación: es el agua que está contenida en las paredes celulares, y que tiene gran influencia sobre las propiedades físico-mecánicas de la madera. A medida que disminuye el grado de agua de impregnación aumenta sus resistencias mecánicas, pero algunas propiedades como la tenacidad o la resistencia al choque disminuyen. Este agua se mantiene en equilibrio con la humedad ambiente. Cuando las paredes celulares se encuentran saturadas, se dice que la madera ha alcanzado el punto de saturación de la pared celular (PSPC), en coníferas está alrededor del 28 – 30 %. Este agua de impregnación de elimina por desecación en estufa 103 ± 2ºC.
Agua libre: es aquella que se encuentra, por encima del PSPC, llenando las cavidades de las células. No tiene influencia sobre sus propiedades físico-mecánicas, únicamente en la densidad aparente.

CONTENIDO DE HUMEDAD

El contenido de humedad de la madera se define como la relación, expresada en porcentaje, entre el peso del agua que contiene y el peso del elemento completamente seco. La madera recién cortada, madera verde, contiene entre un 50% y un 110% de agua, reduciéndose al 16-22% por secado al aire, e inferior al 13% por secado en cámara o clima muy seco. Algunas maderas sumergidas durante algún tiempo, pueden alcanzar entre el 100% y el 200% de contenido de humedad, madera saturada. Para conseguir una madera anhídrida, 0%, es necesario realizar el secado en estufa.

HIGROSCOPICIDAD

La madera es un material higroscópico, por lo tanto, en cada estado ambiente le corresponde un grado de humedad, llamado humedad de equilibrio higroscópico. La madera, puesta en servicio, deberá tener la humedad lo más parecida a la humedad de equilibrio higroscópico correspondiente a las condiciones higrotérmicas ambientales, siempre que el proceso de fabricación lo permita.

HINCHAZÓN Y MERMA

La madera es un material natural, poroso, higroscópico, heterogéneo y anisótropo, por lo tanto presenta un comportamiento físico-mecánico diferente en sus distintas direcciones.

La madera puede absorber humedad, provocando hinchazón, aumento de volumen, o puede perder humedad, produciendo una contracción, merma, hasta equilibrarse con la humedad de su entorno.
Esta variación en sus dimensiones, sólo tienen lugar cuando su contenido de humedad se encuentra por debajo del PSPC, esto sucede, cuando no hay agua libre.
El concepto de mayor aplicación práctica en este aspecto es el coeficiente de contracción lineal (dirección longitudinal, tangencial o radial), que expresa el porcentaje de la máxima variación de las dimensiones en la dirección considerada para una variación de un grado del contenido de humedad.
La madera comienza a contraerse cuando su humedad baja del 25-35% , PSPC. Cuando la humedad de la madera aumenta hasta alcanzar el PSPC la madera adquiere un volumen máximo, que no varía ante sucesivos aumentos de humedad.
La diferencia entre la contracción radial y la tangencial es la causa por la que se deforman las maderas durante el proceso de secado. Por ejemplo, en las coníferas los coeficientes de contracción unitaria longitudinal y transversal rondan el 0,01% y el 0,2% respectivamente.

Sin embargo, la contracción volumétrica, expresa el máximo cambio en volumen que puede sufrir una pieza de madera, es decir, el cambio que se produce cuando la pieza pasa de estar saturada de humedad a estar completamente seca.
Los ciclos sucesivos de humidificación y secado de la madera dan lugar a hinchazones y mermas cada vez menos acusadas. La madera no llega nunca a estabilizarse porque su humedad y dimensiones cambian ante los cambios ambientales. Durante la absorción, la madera necesita mayor humedad relativa en el aire para alcanzar los valores de humedad a los que llega durante la desorción.
Estos movimientos en la madera pueden suponer problemas directos para la seguridad de la estructura, dando lugar a tensiones, desajustes o holguras en los puntos de unión, así como pueden provocar la aparición de fendas de secado, las cuales disminuyen la calidad de la pieza, y pueden favorecen el ataque de organismos bióticos.

PESO ESPECÍFICO

El peso específico es una variable de interés porque su conocimiento es necesario para el cálculo de estructuras de madera, es fácil de medir con precisión y es un indicador de la calidad de la madera.
El peso específico aumenta con la humedad del material. Por ello, al expresar el peso específico hay que indicar a qué nivel de humedad se refiere.
La variación de peso específico ante los cambios de humedad se cuantifica mediante la higroscopicidad de la madera, se mide como la variación del peso específico cuando su contenido de humedad varía en 1 por 100.

DENSIDAD

La densidad de la madera es la relación que existe entre la cantidad de materia leñosa, la masa, por unidad de volumen. Es necesario referenciarla a un determinado contenido de humedad. Normalmente este contenido de humedad es del 12%, correspondiente a un ambiente de 20ºC y 65% de humedad relativa del aire.
La densidad de la madera es muy variable, ya que depende de la especie. Las coníferas más utilizadas en construcción tienen una densidad entre 400 y 500 kg/m3, y las frondosas entre 600 y 700 kg/m3. Además, la densidad de la madera depende de la edad del árbol y de factores genéticos individuales.
Sin embargo, la densidad real de la madera, la correspondiente a la pared celular, es constante para todas las especies, 1500 kg/m3, por lo tanto la diferencia de densidad aparente entre especie corresponde a la mayor o menor proporción de huecos en su interior.
En frondosas, la densidad no siempre es buen estimador de las demás propiedades de la madera. Sin embargo, en las coníferas, una alta densidad se corresponde con una mayor resistencia mecánica, una mayor durabilidad y una mayor valoración como combustible, además de una mayor resistencia de labra y de secado y unas altas hinchazones y mermas.
Como habéis podido observar, el valor de la densidad de la madera es relativamente bajo, esta característica acompañada de su resistencia y de su módulo de elasticidad, provoca que la madera sea un material muy adecuado para las estructuras.
No obstante, la densidad está muy relacionada con la resistencia mecánica libre de defectos, pero la relación es baja en madera estructural con defectos.

COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA

Este parámetro que nos indica los cambios dimensionales producidos por las variaciones térmicas, varía en función de la especie y de la dirección con respecto a la de la fibra. Sin embargo, debido a que estos cambios dimensionales son inferiores a los producidos por la pérdida de humedad, en la actual normativa, se admite la desestimación de estos efectos de la dilatación térmica en las estructuras de madera.
Muchas gracias.

Toca Madera · Irene

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS.

Argüelles Álvarez, R., Arriaga, F., Esteban, M., Íñiguez-González, G. y Argüelles Bustillo, R (2013). Estructuras de madera. Bases de cálculo. Ed AITIM, Madrid.
Arriaga, F., González, M., Medina, G,. Ortiz, J., Peraza,F., Peraza, JE., Touza, M. (1994). Guía de la madera. Ed AITIM, Madrid.
García Esteban, L., Guindeo, A., Peraza, C., De Palacios, P. (2003). La madera y su anatomía. Coeditan. AITIM – FUCOVASA -Mundiprensa.
Arriaga, F., González, M., Medina, G,. Ortiz, J., Peraza,F., Peraza, JE., Touza, M. (1994). Guía de la madera (I) Productos básicos y carpintería . Ed AITIM, Madrid.

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