Construcción

PROPIEDADES MECÁNICAS

La madera es un material natural, heterogéneo y anisótropo. Para entender mejor cómo se comporta la madera mecánicamente, es necesario conocer su constitución anatómica. (Desarrollado en el post anterior DIME CÓMO COLOCAS LA MADERA Y TE DIRÉ QUIÉN ERES)
La madera procede del árbol, el cual desarrolla una estructura tubular longitudinal, diseñada para resistir las tensiones a las que va a estar sometida en su vida. Estas tensiones o esfuerzos son producidas por la acción del viento, la carga de la nieve, la excentricidad de la copa respecto del tronco o por su propio peso, entre otras circunstancias.
A diferencia de lo que ocurre con otros materiales, como el acero y el hormigón, la madera debido a su anisotropía, es un material ortotrópico. Sin embargo, esta diferencia no supone ningún problema en el cálculo, ya que los criterios de seguridad de la normativa de cálculo son los mismos para todos los materiales de construcción.
Antes de desarrollar las capacidades resistentes de la madera, vamos a hablar de los factores que más influyen en sus propiedades mecánicas. Estos factores son: la calidad de la madera, su contenido de humedad y la duración de la carga.
La calidad de la madera es el factor que más influye en su resistencia. Este parámetro viene definido en función de las singularidades de la madera, como son: los nudos, la desviación de la fibra, las fendas, las acebolladuras, las gemas, etc.
En cuanto al contenido de humedad de la madera, explicado en el post anterior PROPIEDADES FÍSICAS. Este parámetro no supone ninguna alteración de las propiedades mecánicas, si el contenido de humedad se encuentra en niveles superiores a los del punto de saturación de la pared celular (PSPC).
La repercusión de la duración de las cargas en la resistencia de la madera depende de la calidad de la madera, siendo menor en calidades bajas. Este comportamiento la vuelve a diferenciar del resto de materiales estructurales, en los cuales su efecto es imperceptible. La influencia de este factor provoca que la madera sea un material estructural con gran eficacia ante las cargas de origen dinámico.

PROPIEDADES MECÁNICAS

La estructura de la madera se diferencia en tres direcciones principales: longitudinal, radial y tangencial. A la hora de hablar de las propiedades mecánicas estas tres direcciones se agrupan en dos: las paralelas y las perpendiculares a las fibras, a la estructura tubular. Como veremos en esta publicación la estructura del árbol se centra en resistir las tensiones paralelas a la fibra.

FLEXIÓN

La flexión de la pieza se produce por un momento flector, el cual provoca valores máximos de tensiones de tracción y de compresión en sus extremos y nulos en la fibra neutra. La resistencia de la madera a flexión es muy elevada, en coníferas varía entre los 14 y 30 N/mm2.

CORTANTE

El esfuerzo cortante causa tensiones tangenciales, que actúan sobre las fibras de la madera en relación a la orientación de la fibra. El cortante se puede originar por la acción del esfuerzo en la dirección perpendicular a la sección tubular, causando el aplastamiento de las mismas; en la dirección paralela a las fibras, mediante tracción, resultando un deslizamiento entre ellas; o en la dirección perpendicular a las fibras, tracción, originando una rodadura. El valor característico de la resistencia a cortante, por deslizamiento, varía entre 3 y 4 N/mm2.

MÓDULO DE ELASTICIDAD

Es un parámetro que define el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. El módulo tiene relación directa sobra la deformación de las piezas y su posibilidad de pandeo. En la madera este valor neutraliza parte de la resistencia a compresión paralela. Un módulo relativamente bajo reduce en la práctica la resistencia a la compresión en piezas esbeltas. Este valor en coníferas habituales de la construcción varía entre 7.000 N/mm2 y 12.000 N/mm2.

TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA

La madera tiene una elevada resistencia a tracción paralela a la fibra. En la madera libre de defectos alcanza valores superiores a los de flexión. Los valores característicos, asociados al 5º percentil, oscilan entre 8 y 18 N/mm2.

COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA

Este tipo de resistencia a compresión de la madera es muy elevada. El único problema que surge a través de la compresión paralela, es el pandeo de la pieza, el cual está directamente relacionado con su esbeltez, e influenciado por el módulo de elasticidad. Los valores característicos en la madera estructural suelen estar entre los 16 y 23 N/mm2.

TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

Este esfuerzo es el originado por una fuerza externa perpendicular a las fibras que actúa hacia el exterior de la madera. En un árbol, rara vez se produce esta situación, por lo tanto, sus necesidades resistentes a la tracción perpendicular de la fibra son muy bajas. Esta baja resistencia se justifica por las escasas fibras que tiene la madera en la dirección perpendicular al eje del árbol, y la consiguiente falta de conexión, sujeción, transversal de las fibras longitudinales. Este valor varía de 0,4 N/mm2 en coníferas a 0,6 N/mm2 en frondosas.

COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

Es un esfuerzo que se produce en la misma dirección que el anterior, pero sentido contrario, hacia el interior. Este tipo de esfuerzos es característico en las zonas de apoyo de las vigas, donde se concentra toda la carga en pequeñas superficies. Al igual que sucede con todas las propiedades transversales, el valor de resistencia es muy inferior en relación con la resistencia paralela. La resistencia característica a compresión varía entre 2 a 2,7 N/mm2.
Generalmente, el principal problema que se encuentra la madera en la construcción, es su desconocimiento, y por lo tanto, su desaprovechamiento como material. Por ello, desde TOCA MADERA os animamos a conocerlo y a utilizarlo, beneficiándonos de sus ventajas frente a otros materiales.
A través de sus características mecánicas, podemos conocer sus posibilidades estructurales, entre las que destacan:
Su alta resistencia a flexión en relación a la ligereza de su peso.
Su bajo módulo de elasticidad, correspondiente con una baja rigidez.
Estos factores lo convierten, en un material óptimo en el comportamiento frente a sismo, ya que absorbe el movimiento sin colapsar.
Su buena capacidad resistente a tracción y a compresión paralela a la fibra.
Su escasa resistencia a compresión y a tracción perpendicular a la fibra, especialmente esta última.
Y su escasa, aunque suficiente, resistencia a cortante.
Todas estas características, posicionan a la madera como un buen material de construcción, sólo hay que permitirle estar en el lugar que le corresponde.
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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