Características y clasificación de la madera

Madera para miembros estructurales. A diferencia de muchos materiales de construcción, la maderazo es un material elaborado, sino orgánico, que generalmente se usa en su estado natural. De los numerosos factores que influyen en su resistencia, los más importantes son: la densidad los defectos naturales y su contenido de humedad. A causa de los defectos y de las variaciones inherentes a la madera, es imposible asignarle esfuerzos unitarios de trabajo con el grado de precisión que se hace en el acero o en el concreto. Desde el punto de vista de la ingeniería, la madera presenta problemas más complejos y variados que muchos otros materiales estructurales.

       Los árboles cuya madera se emplea en la construcción se clasifican en dos grupos: los de madera blanda y los de madera dura. Los de madera blanda, como los pinos y los cipreses, son coníferas, mientras que los de madera dura, por ejemplo: los encinos y los arces, tienen hojas anchas. Los términos madera blanda y madera dura no indican el verdadero grado de dureza de las diferentes especies de árboles. Los encinos, por ejemplo, son muy duros, mientras que los tilos, que también se clasifican entre los árboles de madera dura, son extremadamente blandos. Por otra parte, el pino amarillo del Sur y el abeto Douglas, aunque se clasifican entre los de madera blanda, son, en realidad, dos de las maderas más duras. Las dos especies de árboles que más se usan para obtener madera estructural en los Estados Unidos son los pinos del Sur y los abetos Douglas, clasificándose los dos entre las maderas blandas.

Crecimiento de los árboles. Los árboles que se usan para obtener madera en este país son exógenos; es decir, aumentan de tamaño creando madera en la superficie exterior debajo de la corteza. la sección transversal del tronco de un árbol muestra los anillos de madera nueva que se forman anualmente. Estos anillos, que se llaman anillos anuales, con frecuencia están formados por capas de color claro y otras de color oscuro, el anillo de color claro corresponde al leño que se desarrolla en la primavera de cada año y el de color oscuro es el del verano. Así, el número de anillos anuales en la base de un árbol indica su edad. La banda de anillos anuales en el borde exterior del tronco se conoce con el nombre de albura. esta banda, a menudo, tiene un color claro. Contiene células vivas y conduce la savia de las raíces a las hojas. Conforme el árbol envejece, la albura cambia gradualmente a duramen, formándose una albura nueva. La madera de duramen es generalmente más obscura que la albura. Está compuesta por células inactivas y constituye la porción mayor del tronco del árbol. En general, la albura es ligera y más porosa que el duramen. este es más denso y da resistencia al tronco del árbol. Es más resistente y más durable que la albura, pero, si la madera se va a tratar con preservativos, la albura es útil por ser absorbente.

La estructura de los árboles está constituida por haces longitudinales de fibra leñosa o células. Estas pequeñas fibras huecas varían de forma y de disposición, lo cual influye tanto en la apariencia como en las propiedades físicas  de las diferentes especies. Bandas más pequeñas de fibras, llamadas radios medulares, se extienden radialmente desde el centro del tronco y ayudan a mantener unida la estructura. Los radios medulares no se aprecian con facilidad en algunas especies de árboles, pero en otras son claramente visibles; por ejemplo, el encino aserrado por cuartos, muestra estos radios medulares con toda claridad.

Densidad de la madera. El peso específico de las diferentes especies de madera, lo determinan las diferencias de disposición y tamaño de las células huecas, así como el espesor de las paredes de las células. La resistencia de la madera está íntimamente relacionada con su densidad. El término hilo o veta apretada se refiere a la madera que tiene anillos anuales angostos, con separaciones muy pequeñas. En algunas maderas, como el abeto Vouglas y el pino amarillo del Sur, es notable el contraste entre el leño de primavera y el de verano, y la proporción que tengan del verano es una base visual para estimar aproximadamente su resistencia y densidad. El peso de la sustancia leñosa en todas las especies es aproximadamente de 1.53 veces el peso del agua, pero las células de la madera contienen aira en diferentes proporciones; variando, por tanto, los pesos de las especies no sólo por su densidad, sino también por su contenido de humedad. Cuando se trata de hacer cálculos, se toma como peso promedio de la madera 40 lb por pie³ (643 kg/m³).

Defectos de la madera. Cualquier irregularidad en al madera que afecte a su resistencia o durabilidad es un defecto. A causa de las características naturales del material, existen varios defectos inherentes a todas las maderas, que afectan a su resistencia, apariencia y durabilidad. Se describen en seguida los defectos más comunes.

Rajadura a través de los anillos es una  hendidura o separación longitudinal de la madera que atraviesa los anillos anuales; generalmente proviene del proceso de curado. Véase fig. 1-1b

Fig. 1-1

Se llama reventadura entre anillos a la separación a lo largo del hilo principalmente entre anillos anuales. Véase Fig. 1-1a. Estos dos tipos de defectos reducen la resistencia al esfuerzo cortante; por tanto, los, miembros sujetos a flexión resultan afectados directamente por su presencia. La resistencia de los miembros a la compresión longitudinal no resulta afectada grandemente por las reventaduras entre anillos. Estas reventaduras debilitan la unión entre anillos anuales.

La pudrición es la desintegración de la sustancia linosa debida al efecto destructor de los hongos. La pudrición se reconoce con facilidad, porque la madera se hace blanda, esponjosa y se desmorona. El aire, la humedad y una temperatura favorable propician el crecimiento de los hongos. Si se elimina el aire, como, por ejemplo, cuando la madera está constantemente sumergida, los hongos no pueden existir. Muchas maderas se impregnan con preservativos como la brea de carbón de piedra y la creosota para impedir el desarrollo de los hongos. También se impide el desarrollo de los hongos aplicando pintura a la madera cuando está seca. generalmente es difícil determinar el alcance de la pudrición: por tanto, en las maderas de los grados estructurales, no se tolera ninguna forma de pudrición.

Descantillado es el término que se aplica a la corteza, o ausencia de madera o de corteza, en la arista o esquina de un trozo de madera aserrada. la resistencia de un miembro puede resultar afectada por el descantillado, porque el miembro tiene un área de la sección transversal insuficiente. En las especificaciones, el descantillado puede evitarse con el requisito de que las aristas sean en ángulo recto.

Un nudo es la parte de una rama incorporada en el tallo de un árbol. Hay varios tipos y clasificaciones de nudos, y la resistencia de un miembro resulta afectada por el tamaño y la posición de los nudos que pueda contener. Las reglas para clasificar en grados la madera estructural son específicas respecto al número y el tamaño de los nudos, y se les toma en cuenta, al determinar los esfuerzos de trabajo.

Las bolsas de resina son aberturas paralelas a los anillos anuales que contienen resina, ya sea sólida o líquida.

Curado de la madera. Toda la madera verde contiene agua y la utilidad de la madera se mejora eliminándola. El proceso para eliminar la humedad de la madera verde se conoce con el nombre de curado; se efectúa exponiéndola al aire o calentándola en hornos. La madera curada es más rígida, más fuerte y más durable que la madera verde. Al eliminar el agua se contraen las células fibrosas; las que forman las paredes laterales de la fibra se contraen más que las internas y las células de la albura más que las del duramen. La contracción de las fibras linosas produce esfuerzos internos que originan rajaduras y alabeo; el efecto del curado varía según el tamaño de la madera. En general, las maderas blandas se contraen más con el curado que las duras.

Clasificación de la madera blanda. Se define como madera el producto del proceso de cepillar y cantear en el aserradero, sin ningún tratamiento adicional que aserrar, volver a aserrar y pasarla longitudinalmente por una canteadora estándar cortarla a cierta longitud e igualarla. Hay tres clases principales de madera blanda en el sistema americano de normas para madera:

1.     Madera comercial o de barraca

2.     Madera estructural

3.     Madera por elaborar

La madera comercial comprende el material de grueso menor de 5 plg que se usa en trabajos generales de construcción. Es la madera que se encuentra generalmente en las madererías que venden al menudeo. incluye tablas y madera para forros con espesor menor de 2 plg duelas para piso, listones, tejas, estacas, material para acabados, tablones de grueso menor de 4 plg y viguetas de grueso de 4 plg o menor. En esta clasificación se incluyen los postes y los tamaños comunes de viguetas y pares de armaduras.

En el material estructural se incluyen madera (excepto las viguetas y tablones) de 5 plg o más de grueso y ancho. Al material de este grupo generalmente se le llama madera gruesa. En general, se usa material estructural para soportar cargas y se clasifica tomando como base la resistencia y el uso de toda la pieza. Dentro de la clasificación de material estructural están A) viguetas y tablones (de 2 a 4 plg de grueso y 4 o más plg de ancho); b) vigas y largueros (de 5 plg o más de grueso y 8 plg o más e ancho), y c) postes y madera gruesa (de 5 x 5 plg y mayor).

Madera por elaborar comprende los tablones para fábricas y madera que se clasifica como adecuada para usarse en puertas, marcos y otras piezas de 1 1/4 de pulgada o más de grueso y 5 plg o más de ancho. Se usa en la industria de carpintería y ebanistería y para artículos de madera.

En la tabla 1-1 se da la clasificación de la madera blanda y los nombres de los grados que se usan las asociaciones madereras para las diferentes clases de material en el sistema de normas americanas para madera.

Tabla 1-1 CLASIFICACION DE LA MADERA BLANDA

Se reproduce con autorización del U.S. Forest Products Laboratory

Madera aserrada. La madera aserrada es madera comercial de grueso entre 2 y 5 plg o más de ancho. Comprende toda la madera comercial, excepto tablas, tiras y madera gruesa. Se incluyen en la madera aserrada tablones, alfardas, postes y viguetas gruesas, y sus dimensiones se dan en las tabla 1-1. La madera aserrada se vende en todas las madererías, pero con frecuencia sólo la hay en una clase de las maderas de uso general, tal como pinabete, pino del Canadá, o abeto. Los grados son: aserrada Núm. 1, aserrada Núm. 2 y aserrada Núm. 3; la clasificación se basa en la resistencia, la rigidez y en lo derecho de la  pieza. En general, la madera aserrada se usa en los costumbre que el proyecto especial hecho de acuerdo con esfuerzos permitidos determinados.

La aserrada Núm. 1 es la madera sana en la que sólo se permiten nudos de tamaño relativamente pequeño con respecto al de la pieza. Este grado se usa en viguetas, pares, y andamios en entramados ligeros. En los edificios proyectados para cargas pesadas deben usarse, de preferencia, los grados estructurales para viguetas, tablones y vigas, y no los de madera aserrada.

La aserrada Núm. 2, admite defectos mayores y es más tosca que la Núm. 1. Se usa principalmente en la construcción de entramados ligeros a precio medio.

La aserrada Núm. 3, incluye todas las piezas de menor categoría que la Núm. 2, adecuadas para construcciones baratas o provisionales.

Material estructural

Con mucha frecuencia se le llama al material estructural maderaje o madera gruesa. Debido a que la resistencia de la madera varía con el tipo de carga a la que se sujeta, y también porque el efecto del curado varía con el tamaño, es necesario clasificar las maderas de acuerdo con su tamaño y su uso. Por tanto, el material estructural se clasifica como sigue:

Vigas y largueros.- Grueso nominal, 5 plg o mayor; anchos nominales, de 8 plg o más; tamaños estándar, S1S, S1E, S2S, S4S, con 1/2 plg de margen en los dos sentidos.

Viguetas y tablones.- Grueso nominal, 2 a 5 plg pero sin llegar a 5 plg ancho nominal, de 4 plg o mayor; gruesos estándares, S1S o S2S, 3/8” de margen; anchos estándares, S1E o S2E, 4 plg con 3/8 plg de margen y 6 plg o más, con margen de 1/2 plg.

Postes y madera gruesa.- Tamaños nominales, 5 x 5 plg o mayores; tamaños estándares, S1S, S1E, S2S S4S, con tolerancia de 1/2 plg en cada sentido.

El cepillado de la madera se especifica como labrado por una cara (S1S), 2 caras (S2S), 1 canto (S1E, 2 cantos (S2E), o ambas caras y ambos cantos (S4S). Por tolerancia de 1/2” o 3/8”, queremos decir que las piezas pueden tener 1/2” o 3/8”, menos de la medida nominal.

En general, las longitudes estándares de las tras clases son múltiplos de 2 pies, excepto las siguientes longitudes permisibles con número de pies impar:

2” x 4”,6” x 8”    ’

8” x 8” ,10” x 10”,12” x 12”, 14” x 14”         

6” x 16” , 18” x 18”                                   11’ y 13’

6” x 16”,6” x 18”,8” x 16”,8” x 18”                15’ y 17’