LA MADERA COMO MATERIAL DE

CONSTRUCCION

FACULTAD DE INGENIERÍACarrera de Ingeniería Civil

INTRODUCCIÓN

La madera es un material complejo, con unas propiedades ycaracterísticas que dependen no sólo de su composición sinode su constitución (o de la manera en que están colocados uorientados los diversos elementos que la forman).

En primer lugar se ha de recordar que la madera no es unmaterial de construcción, fabricado a propósito por elhombre, sino que es un material obtenido del tronco y lasramas de los árboles.

Será interesante recordar algunos conceptos respecto a lacomposición, microestructura y sobre todo lamacroestructura de la madera.

HISTORIA DE LA MADERA

La madera fue el primer material de construcción de quedispuso el hombre. Además de usarla como combustibley como arma defensiva, la cabaña con estructura demadera y cubierta de ramas le proporcionó una defensacontra la intemperie. Luego la emplearía en laconstrucción de puentes y barcos.

La técnica de laminación relacionada con el usodecorativo de la madera es conocida por los egipciosdesde el 3000 a. de C. Su carencia de maderas decalidad les llevaba a técnicas de enchapado ymarquetería.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA MADERA

Resistencia a tensión superior a la decompresión.

Material natural.

El material es fuertemente anisotrópico.

Poca durabilidad en ambientes agresivos

Susceptibilidad al fuego.

Dimensiones y formas geométricas disponiblesson limitadas.

Otras Características de la madera:

.- Ser Higroscópica:Significa que la madera tiene la capacidad de captar y liberar

agua. Si la madera seca se lleva a un ambiente húmedo esta

absorberá agua (humedad). Y si el ambiente es más seco la

madera perderá agua. Esta propiedad es la responsable de los

cambios dimensionales de la madera.

.- Ser Biodegradable:Esto significa que la madera se puede degradar. Este

mecanismo lo efectúan los microorganismos como bacterias,

hongos, mohos y otros. Al degradar la madera la convierten en

abono para la tierra y ser útil para otros vegetales.

COMPOSICIÓN

Es una sustancia fibrosa, organizada, esencialmente heterogénea,producida por un organismo vivo que es el árbol.Sus propiedades y posibilidades de empleo son, en definitiva, laconsecuencia de los caracteres, organización y composición químicade las células que la constituyen.El origen vegetal de la madera, hace de ella un material con unascaracterísticas peculiares que la diferencia de otros de origenmineral.Elementos orgánicos de que se componen:

− Celulosa: 40−50%− Lignina: 25−30%− Hemicelulosa: 20−25% (Hidratos de carbono)− Resina, tanino, grasas: % restante.

ESTRUCTURA MACROSCÓPICA − Albura: Se encuentra en la parteexterna del tronco, bajo la corteza.Constituida por tejidos jóvenes enperíodo de crecimiento (zona viva). Decoloración más clara que el duramen,más porosa y más ligera, con mayorriesgo frente a los ataques bióticos.− Cambium: Capa existente entre laalbura y la corteza, constituye la base delcrecimiento en especial del tronco,generando dos tipos de células:

Hacia el interior: Madera (albura)Hacia el exterior: Liber

- Liber: Parte interna de la corteza. Esfilamentosa y poco resistente. Maderaembrionaria viva.− Corteza:Capa exterior del tronco. Tejidoimpermeable que recubre el liber yprotege al árbol.

− Médula: Parte central del árbol.Tiene un diámetro muy pequeño.− Duramen: Madera de la parteinterior del tronco. Constituido portejidos que han llegado a su máximodesarrollo y resistencia De coloración,a veces, más oscura que la exterior.Madera adulta y compacta. Esaprovechable.

Corte tronco

La heterogeneidad de la madera será, en parte, la causa desus propiedades. Se puede considerar la madera como unconjunto de células alargadas en forma de tubos, paralelos aleje del árbol, muy variables, tanto en longitud y forma, comoen el espesor de sus paredes y en las dimensiones interiores.

La variedad de tipos de células y la forma de unirse, definen lainfinidad de especies diferentes de madera que existen. Todoello hace de la madera un material resistente y ligero, quepuede competir favorablemente con otros materialesutilizados en la construcción.

ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DE LA MADERA

El grano es la dirección que tienen los distintos elementos

anatómicos respecto al eje del tronco, e influirá en las propiedades

mecánicas de la madera y en la facilidad de trabajar con ella. Según la

dirección de los elementos anatómicos podemos diferenciar distintos

tipos de grano como:

Grano recto: los elementos se sitúan paralelos al eje del árbol. La

madera con este tipo de grano presenta buena resistencia mecánica y

facilidad de trabajo.

Grano inclinado: Los elementos forman ahora un cierto ángulo con

el eje del árbol, y ahora la madera tendrá peor resistencia mecánica y

mayor dificultad de trabajo.

Grano entrecruzado: Los elementos también se disponen formando

un ángulo con respecto al eje, pero ahora en cada anillo es en forma

opuesta a como se encontraban en el anillo anterior. Las maderas de

este tipo presentan dificultades para su trabajo.

Grano irregular: Los elementos se disponen de forma irregular,

siendo este tipo de grano el que se encuentra en los nudos,

ramificaciones del tronco, zonas heridas, etc.

PROPIEDADES FÍSICAS.Anisotropía:

Dado que la madera es un material formado por fibras

orientadas en una misma dirección, es un material anisótropo,

es decir, que ciertas propiedades físicas y mecánicas no son las

mismas en todas las direcciones que pasan por un punto

determinado, si no que varían en función de la dirección en la

que se aplique el esfuerzo.

Se consideran tres direcciones principales con

características propias:

− Dirección axial: Paralela a las fibras y por tanto al eje del

árbol. En esta dirección es donde la madera presenta

mejores propiedades.

− Dirección radial: Perpendicular al axial, corta el eje del

árbol en el plano transversal y es normal a los anillos de

crecimiento aparecidos en la sección recta.

− Dirección tangencial: Localizada también en la sección

transversal pero tangente a los anillos de crecimiento o

también, normal a la dirección radial.

N.T.E. 010

Madera Estructural o Madera para

estructuras.

Es aquella que cumple con la norma NTP

251.104, con características mecánicas aptas

para resistir cargas.

LA HUMEDAD DE LA MADERA

presencia de agua definición contenido

•lúmenes celulares

•pared celular

CH = masa agua

Masa anhidra

Masa de aguamasa inicial madera –

masa madera anhidra CH= ((Pg – P0) x 100%)

P0

Pg=Masa madera húmeda

P0=Masa madera anhidra

PROPIEDADES FÍSICAS

es la cantidad de agua que tiene la madera en su

estructura

•Humedad:

Cuando la madera húmeda comienza a secarse va perdiendo peso

y se contrae hasta un límite en el que no puede disminuir más su

grado de humedad.Si se desea eliminar todo el contenido posible de agua, es

necesario llevar a cabo un secado en laboratorio, que se basa en

someter la madera a una temperatura de 105ºC hasta que ésta

alcance un peso constante.

FORMA DE HALLAR LA HUMEDAD

Cuadro de estado de la madera según el % de humedad. Madera empapada:

Hasta un 150% de humedad aproximadamente (sumergida en agua)

Madera verde:

Hasta un 70% de humedad (madera en pie o cortada en monte)

Madera saturada:

30% de humedad (sin agua libre, coincide con P.S.F.)

Madera semi-seca:

Del 30% al 23% de humedad (madera aserrada)

Madera comercialmente seca:

Del 23% al 18% (durante su estancia en el aire)

Madera secada al aire:

Del 18% al 13%

Madera desecada (muy seca):

Menos del 13% (secado natural o en clima seco)

Madera anhídrida:

0% (en estufa a 103° C)

Obras hidráulicas: 30% de humedad (contacto en agua)

Túneles y galerías: de un 25% a un 30% de humedad

(medios muy húmedos)

Andamios, encofrados y cimbras: 18% al 25% de humedad

(expuestos a la humedad)

En obras cubiertas abiertas: 16% a 20% de humedad.

En obras cubiertas cerradas: 13% a 17% de humedad.

En locales cerrados y calentados: 12% al 14% de humedad

En locales con calefacción continua: 10% al 12% de humedad.

Para las obras, la guía de humedad que debe de tener la

madera según la naturaleza de la obra, es la siguiente:

CONCEPTOS RELACIONADOS A LA HUMEDAD DE LA MADERA

humedad máximo (CH max.). Punto de Saturación de las Fibras PSF

28% - 30% como promedio.

material higroscópico

Perdida de humedad

Saturación de agua

Contenido de humedad máximo CHmax y punto de saturación de las

fibras PSF en la madera

Especie Chmax (%) PSF (%)

pino radiata 171 28,0

renoval canelo 196 28,8

renoval rauli 113 27,5

aromo australiano 101 26, 6

eucalipto juvenil 149 31,6

álamo 219 27,6

coigüe 133 23,8

tepa 166 25,2

•DENSIDAD:

•La densidad real de las maderas es igual para todas las especies,

aproximadamente 1.56.

•La densidad aparente varía no solo de unas especies a otras, sino

aún en la misma con el grado de humedad y sitio del árbol, y para

hallar la densidad media de un árbol hay que sacar probetas de

varios sitios.

•NOTA: Como la densidad aparente comprende el volumen de los

huecos y los macizos, cuanto mayor sea la densidad aparente de

una madera, mayor será la superficie de sus elementos resistentes

y menor el de sus poros.

•Las maderas se clasifican por su densidad aparente en:

- Pesadas, si es mayor de 0.8.

- Ligeras, si está comprendida entre 0.5 y 0.7.

- Muy ligeras, las menores de 0.5.

La densidad aparente (Kg/dm3) de las

maderas mas corrientes, secadas al aire, son:

Pino Común 0.32 – 0.76

Pino Negro 0.38 – 0.74

Pino- tea 0.83 – 0.85

Albeto 0.32 – 0.62

Pinabete 0.37 –0.75

Alerce 0.44 – 0.80

Roble 0.71 – 1.07

Encina 0.95 – 1.20

Haya 0.60 – 0.90

Álamo 0.45 – 0.70

Olmo 0.56 – 0.82

Nogal 0.60 – 0.81

DENSIDAD BÁSICA

GRUPO DENSIDAD BÁSICA

(g/cm3)

A > =0.71

B 0.56 A 0.70

C 0.40 A 0.55

Relación entre la masa anhidra de una pieza

de madera y su volumen verde. Se expresa en

g/cm3.

ELASTICIDAD - DEFORMABILIDAD

• Bajo cargas pequeñas, la madera se deforma de acuerdo con la ley deHooke.

La manera de medir deformaciones es a través de un módulo de elasticidad.

• Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse.

E = s * e

FLEXIBILIDAD

La madera verde, joven, húmeda o calentada, es más flexible que la seca o vieja y tiene mayor límite de deformación.

Maderas flexibles: Fresno, pino.Maderas no flexibles: Maderas duras en general.

DUREZA

• Es una característica que depende de la cohesión de las fibras y de suestructura.• Se manifiesta en la dificultad que pone la madera de ser penetrada por otroscuerpos o a ser trabajada.• La dureza depende de la especie, de la zona del tronco, de la edad.

En general suele coincidir que las más duras son las más pesadas.

Las maderas verdes son más blandas que las secas. Las maderasfibrosas son más duras. Las maderas más ricas en vasos son más

blandas. Las maderas mas duras se pulen mejor

CORTADURA• Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerzaque tiende a desgajar o cortar la madera en dos partescuando la dirección del esfuerzo es perpendicular a ladirección de las fibras.

Si la fuerza es máxima en sentido perpendicular a las fibras serácortadura y si es mínima en sentido paralelo a las mismas serádesgarramiento o hendibilidad.

HENDIBILIDAD

• Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiendea desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección delos esfuerzos es paralela a la dirección de las fibras.

La madera tiene cierta facilidad para hendirse o separarse enel sentido de las fibras.

DESGASTE

• Las maderas sometidas a un rozamiento o a una erosión, experimentanuna pérdida de materia.

La resistencia al desgaste es importante en las secciones Perpendiculares a la dirección de las fibras, menor en lastangenciales y muy pequeña en las radiales.

RESISTENCIA AL CHOQUE

• Nos indica el comportamiento de la madera al ser sometida a un impacto.

En la resistencia al choque influyen: el tipo de madera, el tamaño de la pieza, la dirección del impacto con relación a la dirección de las fibras, la densidad y la humedad de la madera, entre otros.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

• La madera es un material muy indicado para trabajar a tracción, viéndoselimitado su uso únicamente por la dificultad de transmitir estos esfuerzos a laspiezas.

La resistencia de la madera a la tracción en la dirección delas fibras, se debe a las moléculas de celulosa que constituye, en parte, la pared celular.

FACTORES QUE AFECTAN A LA RESISTENCIAA LA TRACCIÓN

Humedad Temperatura Nudos Inclinación de la fibra

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

• La madera, en la dirección de las fibras, resiste menos a compresiónque a tracción, siendo la relación del orden de 0.50, aunque variando deuna especie a otra de 0.25 a 0.75

La resistencia unitaria será la carga dividida por la sección de la probeta, C = P/A.

Inclinación de fibras

Densidad

Humedad

Nudos

Constitución Química

FLEXIÓN ESTÁTICA• El ensayo de flexión estática se suele realizar, como el de una viga apoyadapor los extremos y con una carga central.

INFLUENCIAS QUE

AFECTAN A LA RESISTENCIA A LA

FLEXIÓN

Inclinación de fibra

Peso específico

Contenido de humedad

Temperatura

Nudos y fendas

Fatiga

sf= 3FL/(2*b*h2)

PROPIEDADES TÉRMICAS

Como todos los materiales, la Madera dilata con elcalor y contrae al descender la temperatura, pero esteefecto no suele notarse pues la elevación detemperatura lleva consigo una disminución de lahumedad: Como esto último es mayor, lo otro esinapreciable. También son mayores los movimientos enla dirección perpendicular a las fibras.

La transmisión de calor dependerá de la humedad, delpeso específico y de la especie. No obstante, se efectúamejor la transmisión en la dirección de las fibras que enlas direcciones perpendiculares a ésta.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

La Madera seca es un buen aislante eléctrico,

su resistividad decrece rápidamente si aumenta

la humedad.

Para un grado de humedad determinado la

resistividad depende de la dirección (es menor

en la dirección de las fibras), de la especie (es

mayor en especies que contienen aceites y

resinas) y del peso específico (crece al

aumentar el mismo).

ESFUERZOS ADMISIBLES Y MÓDULOS DE

ELASTICIDAD PARA GRUPOS

ESTRUCTURALES DE MADERAS

PROPIEDAD GRUPOS ESTRUCTURALES

TIPO DE ESFUERZO DE DISEÑO A (kg/cm2) B (kg/cm2) C (kg/cm2)

FLEXIÓN ESTÁTICA (fm) 210 150 100

TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA (ft) 145 105 75

COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA

(fc//)145 110 80

COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA

FIBRA (fc)40 28 15

CORTE PARALELO A LA FIBRA (fv) 15 12 08

MODULO DE ELASTICIDAD

Epromedio130 000 100 000 90 000

Emínimo 95 000 75 000 55 000

ESFUERZOS ADMISIBLES O DE DISEÑO

FS: Factor de Servicio y Seguridad: Cuyo valor varia según

el tipo de solicitación de carga (flexión, corte, compresión)

y sirve para asegurar que el material tenga un

comportamiento elástico y lineal para las condiciones de

equilibrio.

Esfuerzo Básico: Esfuerzo mínimo obtenido de

ensayos de propiedades mecánicas que sirve de base

para la determinación del esfuerzo admisible. Este

mínimo corresponde al limite de exclusión del 5%.

Esfuerzos Admisibles: Son los esfuerzos de

diseño del material para cargas de servicio,

definidos para los grupos estructurales.

ESFUERZOS ADMISIBLES O DE DISEÑOFC: Factor de Reducción de Calidad: Que cubre la reducción

de la resistencia del elemento por defecto que pueda tener a

escala natural.

FT: Factor de Reducción por Tamaño: Que tiene en cuenta la

influencia del tamaño de las piezas en su resistencia (a mayor

tamaño menor resistencias) influencia que es notoria en

elementos sometidos a flexión.

FDC: Factor de Duración de Carga: Que tiene en cuenta la

disminución de la resistencia del elemento con la duración de

la carga a través del tiempo y que es del orden del 14% para

esfuerzos que se encuentran en niveles de 5% de niveles del

límite de exclusión.

[(FC)*(FT) / (FS)(FDC) ]* Esf último = Esf. Adm.

EJEMPLO:

Esf. Ultimo = Probeta N * 0.05

Si N = 20, Esf Ultimo = 1

Según su resistencia se elige el N° 1 en orden

ascendente.

FACTOR FLEXION COMP

PARALELA

CONRTE

PARALELO

COMP

PERPENDIC.

FC 0.80 1 1 1

FT 0.90 1 1 1

FS 2.00 1.6 4 1.6

FDC 1.15 1.25 1 1

[(FC)*(FT) / (FS)(FDC) ]* Esf último = Esf. Adm.

¿Por qué elegir la madera?

La construcción en madera se ha vuelto popular debido aque este material no presenta inconvenientes graves, es decir,no se pudre, se abicha, se tuerce o raja, siempre y cuandoestemos manipulando madera de calidad; lo idea cuando seedifica en madera es colocarla en el terreno de forma tal queabsorba las condiciones climáticas y así poder explotar suscapacidades térmicas lo mejor posible.

La construcción en madera resulta bonita, buena, práctica yeconómica, si se utiliza el sistema de madera dura entoncesobtendremos una vivienda que será inalterable en el tiempo.

Respecto a los costos de obra, estos oscilan entre los $ 200 y$ 400 el metro cuadrado más impuestos. No nos olvidemostambién que las propiedades de la madera están dadas por elcrecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno ydistintas partes del tronco.

LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL

Debido a las conexiones entre las fibras de la madera, esta es

considerada como un material de buen comportamiento ante la

flexión y compresión. Existen diversos tipos de madera para usos

diferentes, para los techos es muy usual la utilización de la

madera de pino en todas sus variedades

USOS

• En un techo:

• Pie derecho(2”x 3”)

• Soleras(2”x 4”)

• Estacas

• Tacos, cuñas para nivelar

• Tablas o tablones Para encofrar techo, columnas, dinteles, etc.

USOS PARA CONSTRUCCIÓN

Estructural

Cubiertas planas:

Son cubiertas de una o más aguas formadas por pendientes o

planos

Estas cubiertas pueden tener diversas formas estructurales.

Entrepisos:

Cerramiento intermedio, que separa local es en

diferentes niveles – entablados.

Conformados

(cerchas):

Parte portante de una

estructura que puede ser

plano o curva.

Cerramientos:

Móviles:

Placa

Tablero.

Maciza

Cubiertas Planas:

Cerchas:

Fijos:

•Verticales

Revestimientos:

De pavimentos:

De cerramientos verticales:

ENCOFRADOS

Molduras:

Diedro Tapajuntas Zócalos

Cielorrasos Aberturas

Paramento Revoques

PREGUNTAS

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