Introducción a la Madera

La madera es un material biológico complejo con propiedades únicas derivadas de su estructura celular y composición química.

Composición Microscópica y Elementos Esenciales

Desde una perspectiva química y microscópica, la madera se compone de:

• Celulosa: 40-50%
• Lignina: 25-30%
• Hemicelulosa: 20-25%
• Resina, taninos y grasas: Porcentaje restante.

Los elementos esenciales que la constituyen son: carbono (46-50%), oxígeno (38-42%), hidrógeno (6%) y nitrógeno (1%).

Anatomía y Partes del Tronco

1. Médula: Parte central, constituida por tejido poroso y fibroso; en maderas viejas suele estar fisurada.
2. Duramen: Parte interior del tronco, con tejido desarrollado al máximo, muy resistente y sin nutrientes activos.
3. Albura: Parte exterior del tronco, formada por tejido joven en fase de crecimiento.
4. Cámbium: Capa situada entre la corteza y la albura, que constituye la base del crecimiento del árbol.
5. Líber: Parte interior de la corteza, formada por tejido fibroso y de poca resistencia (R).
6. Corteza: Capa exterior impermeable que protege al árbol.
7. Radios leñosos: Bandas de tejido en dirección radial que traban y almacenan nutrientes.
8. Anillos anuales: Representan los años de crecimiento del espécimen.

Influencia de la Humedad en la Madera

Tipos de Agua en la Estructura

1. Agua de constitución: Forma parte de los elementos químicos de la madera y no se puede eliminar.
2. Agua de impregnación o saturación: Se encuentra en las paredes celulares; provoca contracciones si se seca e hinchamientos si se absorbe. Se puede eliminar a temperaturas de 100-110 ºC.
3. Agua libre: Se encuentra en los tubos de la fibra y solo se recupera si se sumerge la pieza.

Punto de Saturación de la Fibra (PSF)

El PSF (Punto de Saturación de la Fibra) es el valor al que se llega cuando las paredes de las células están saturadas y no pueden contener más agua, mientras las cavidades están vacías. El valor suele oscilar entre el 25-35%.

• Por debajo del valor (0 < CH < PSF): La madera puede sufrir contracción o expansión.
• Por encima del valor (CH > PSF): Debido a la presión atmosférica, la madera no puede absorber más agua de forma natural; se requiere presión externa para aumentar este valor.

Contenido de Humedad (CH) y Resistencia

El contenido de humedad es la relación entre el peso del agua y el peso de la madera en seco. Una madera mojada pierde dureza y se rompe con mayor facilidad.

La resistencia a la tracción varía según la humedad:

• Entre 30-10%: Aumenta la resistencia.
• Entre 10-8%: La resistencia disminuye.

Clasificación de resistencia (R):

• Resistencia pequeña: R < 260 kp/cm².
• Resistencia media: 250 < R < 450 kp/cm².
• Resistencia alta: R > 450 kp/cm².

La resistencia a la compresión también se ve afectada: por encima del 30% no hay cambios, pero por debajo del PSF, la resistencia aumenta. En la resistencia a la flexión, el contenido máximo de agua óptimo es del 5%; si este valor aumenta, la resistencia disminuye.

Estados de Humedad

• Empapada: 100% (recomendado para exteriores).
• Verde: 70% (equivalente a empapada).
• Saturada: 30% (zonas con humedad ambiental, sótanos).
• Semiseca: 23% (equivalente a saturada).
• Seca: 13% (interiores y ebanistería).
• Anhídrida: 0% (seca absoluta).

Anisotropía y Propiedades Físicas

La madera presenta un comportamiento diferente según la dirección del esfuerzo (anisotropía):

• Sección longitudinal: Es la más resistente.
• Sección radial: Perpendicular al eje axial, pasa por los radios.
• Sección tangencial: Tangente a los anillos de crecimiento (es el corte más heterogéneo, menos resistente, pero el más utilizado).

Propiedades Físicas Principales

• Contracción e Higroscopicidad: Incremento del peso específico cuando la humedad varía un 1%.
• Homogeneidad: Se da cuando la estructura y composición de las fibras son uniformes.
• Durabilidad: Depende del ambiente y del mantenimiento.
• Inflamabilidad y Combustión: Presenta un comportamiento óptimo en cuanto a tiempo de evacuación. Es más inflamable en piezas verticales (mayor sección expuesta), madera seca, con corteza o piezas pequeñas.

Propiedades Mecánicas

• Elasticidad y Deformabilidad: Sometida a esfuerzos según la Ley de Hooke. Las maderas resinosas destacan por su flexibilidad.
• Dureza: Resistencia superficial que depende de la cohesión y composición de las fibras. Escala: Encina > Roble > Haya > Pino > Tilo.
• Resistencia a la cortadura: Relacionada con la hendibilidad y el desgarramiento.
• Otras: Desgaste, resistencia al impacto.
• Resistencia a la tracción: Coníferas (C) 8 < R < 30 N/mm²; Frondosas (D) 18 < R < 42 N/mm². Factores influyentes: nudos, fendas, inclinación de la fibra, temperatura y humedad (R máx entre 8-10% de humedad).
• Resistencia a la compresión: C 16-29 N/mm², D 18-42 N/mm². Influye la inclinación, los nudos y la lignina (a más lignina, menor resistencia a compresión).
• Resistencia a la flexión: C 14-50 N/mm², D 30-70 N/mm². Máxima resistencia con 5% de humedad. La fatiga (tiempo prolongado de carga) disminuye esta resistencia.

Factores de Degradación

Agentes Abióticos (Inorgánicos)

• Radiación solar: Afecta a la superficie generando alteraciones químicas que degradan la lignina. Sin protección, la lluvia arrastra la celulosa, creando relieve. Es un proceso lento y superficial.
• Lluvia: Produce aumentos de humedad en capas exteriores, generando tensiones, deformaciones y fendas (grietas).
• Fuego: Disminuye la sección de la madera, pero es un proceso lento debido a la humedad propia, la carbonización superficial y la baja conductividad térmica.
• Agentes químicos: Alcalinos y óxidos. Se protege mediante tratamientos en autoclave.
• Acciones mecánicas: Esfuerzo continuo a lo largo del tiempo.

Agentes Bióticos

Hongos

• Mohos: No afectan a las propiedades mecánicas.
• Cromógenos: Aumentan la higroscopicidad, lo que puede derivar en pudrición.
• Pudrición:
  • Parda o cúbica: Se alimentan de celulosa, dejando la lignina marrón.
  • Blanca o fibrosa: Se alimentan de lignina, dejando la celulosa blanca.
  • Blanda: Causada por hongos ascomicetos que consumen celulosa en condiciones de humedad elevada.

Insectos

• De ciclo larvario:
  • Líctidos (polillas): Longitud 5mm, agujeros de 1-2mm, 1 año de evolución.
  • Anóbidos (carcoma del mueble): Longitud 5-6mm, diámetro 3mm, 3 años de evolución.
  • Cerambícidos: Longitud 3mm, diámetro 8mm, 10 años de evolución.
• Sociales: Isópteros (termitas). Ataques fuertes, difíciles de detectar ya que no muestran el camino de acceso.

Madera Microlaminada (LVL)

La Madera Microlaminada (LVL) es un producto obtenido mediante el encolado de chapas de madera con las fibras dispuestas de forma paralela entre ellas. El grosor de las chapas suele variar entre 2,5 y 4,8 mm.

Uso principal: Fabricación de viguetas prefabricadas (I-joist), vigas estructurales y cabezas de viguetas.

Diferencia con el tablero contrachapado: En el LVL, todas las fibras de las chapas son paralelas y siguen la dirección longitudinal de la pieza para maximizar la resistencia estructural. En cambio, en el tablero contrachapado, las fibras de las chapas consecutivas forman un ángulo de 90° para mejorar la estabilidad dimensional.