composición y estructura de la madera (en ingenieria civil)
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Habla sobre la composición y la estructura de la madera basado en la ingeniería civil.TRANSCRIPT
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHETUMAL
CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE MADERA
Unidad 1.-Recursos Forestales y Estructura de la Madera
Equipo “UNO” Luna Blanco David Alexis
Montejo Chan José Bartolo Ortiz Rodríguez Rodi Miriam
Pérez Solís Maximiliano Reyes Mejía César Yonuel
06/03/2015
La madera es una sustancia dura y fibrosa que forma el tronco y las ramas de los árboles.
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ÍNDICE
Introducción ....................................................................................................................................... 2
Composición de la madera ............................................................................................................. 3
Composición química ................................................................................................................... 3
Composición orgánica ................................................................................................................. 4
Estructura de la madera .................................................................................................................. 6
Características de la madera .......................................................................................................... 8
Clasificación de las maderas .......................................................................................................... 9
Maderas Blandas .......................................................................................................................... 9
Maderas Duras ............................................................................................................................. 9
En función del grado de humedad, tenemos: .......................................................................... 9
Proceso de obtención de la madera ............................................................................................ 10
Fuentes consultadas ...................................................................................................................... 14
Bibliográficas: .............................................................................................................................. 14
Referencias de internet: ............................................................................................................ 14
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Introducción
Desde hace varios años en México, se empezó a utilizar la madera como un
material de construcción, pero en estos tiempos no se tenía definido lo que es la
composición química, orgánica y sobre todo la estructura de la madera, puesto
que no se tenía conocimiento alguno sobre sus características.
Para el ingeniero, es muy importante que se estudien las características
mencionadas anteriormente, ya que un buen diseño depende de los materiales a
emplear, en este caso la madera por ser un material de origen orgánico, tiene que
tener un cuidado muy especial, pues de lo contrario el diseño será un proyecto sin
futuro es decir existirá una pérdida económica o en otras palabras se estaría
tirando el dinero a la basura.
Y bueno hablando de la madera específicamente, se puede decir que es un
material compuesto principalmente de celulosa y lignina, y es producida por los
árboles que cada año van creciendo formando lo que se conoce como nudos.
La madera en general está compuesta por varias partes: el cambium o corteza
exterior, y al interior la albura y el duramen. El duramen es la madera más vieja,
que se encuentra en la parte interior del tronco, mientras que la albura en la
madera más joven.
En el siguiente trabajo se presentan y se desglosa la composición química y
orgánica, al igual que la estructura, características, la obtención de la madera, así
como los tipos de cortes que se llevan a cabo en este material.
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Composición de la madera
La composición de la madera se encuentra clasificada en química y orgánica, a
continuación se describe en qué consisten estos dos tipos de composiciones.
Composición química
La composición química elemental de la madera es prácticamente idéntica en las
diferentes especies leñosas. Se puede generalizar que las maderas contienen
aproximadamente un 50% de carbono, 6% de hidrogeno y el 43% de oxígeno. El
1% restante está compuesto por Nitrógeno y elementos minerales.
Estos elementos químicos se agrupan en compuestos de sostén o armazón,
llamados holocelulosas; compuestos de cementación denominados lignina, y en
sustancias de impregnación tales como resinas, terpenas, ceras y otras sustancias
minerales.
Los diferentes compuestos mencionados se distribuyen en la madera tipo de la
siguiente forma:
Compuestos Porcentaje ocupado en la madera Tipo (%)
Holocelulosas 38
Celulosas 22
Hidratos de carbono 12
Coligados 72
Lignina 22
Sustancias de impregnación 6
Tabla 1 Compuesto y porcentaje ocupado en la madera
Desde otro punto de vista, puede decirse que las paredes celulares de la madera
están constituidos por componentes primarios (celulosa, hemicelulosa y lignina)
que son fundamentalmente quienes determinan sus propiedades mecánicas y
físicas, y por componentes secundarios (grasas, resinas, aceites, ceras,
alcaloides, azúcares, sales minerales, almidón, aceites esenciales, sustancias
albuminoidas, taninos, etc) en la Tabla 1, y que pueden considerarse extrañas a la
pared celular, ya que se incorporan después de la constitución de la misma.
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Entre los componentes primarios, se observa una mayor proporción de
holocelulosa en las frondosas, en detrimento de la lignina, cuyo porcentaje es
levemente superior en las coníferas.
Composición orgánica
A continuación se describe cada uno de los compuestos primarios citados en el
apartado anterior:
Celulosa (40-50%)
Es un polisacárido formado por moléculas de glucosa, su función es estructural y
de sostén. Es rígida, insoluble en casi todos los disolventes –incluida el agua- e
invulnerable por el aire seco. Como materia prima tiene múltiples utilizaciones,
siendo el papel y los tejidos de fibra los más comunes. También se aplica en el
desarrollo de explosivos, barnices, celuloide y ceda artificial.
Características:
Altamente hidrofílica. Al ponerse en contacto con el agua, sus fibras se hidratan y
se hinchan especialmente en las zonas amorfas, mejorando su flexibilidad y la
capacidad de unirse a fibras adyacentes. Debido a esto, se intenta destruir las
estructuras cristalinas de la celulosa (menos hidrofílicas), generalmente por
procedimientos mecánicos.
Hemicelulosa (20-25%)
Es parte de un amplio grupo de polisacáridos formados por la unión de unidades
de monosacáridos (azucares) como glucosa, xilosa, arabinosa y ácidos urónicos.
Características:
Fácilmente soluble en una gran cantidad de disolventes debido a que su estructura
no le confiere características hidrofílicas o hidrófobas muy marcadas. Una gran
proporción de las hemicelulosas son extraídas durante el procesado de la pulpa.
Lignina (25-30%)
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Es un grupo de compuestos químicos, que se encuentra en las paredes celulares
de las plantas. Le da rigidez a la pared celular de los vegetales y resistencia al
ataque de los microorganismos de manera que las enzimas destructoras no
puedan penetrarla. Las ligninas sulfanadas, así como las kraft ligninas son las
únicas de aplicación industrial.
Características:
Es hidrofóbico debido a que posee compuestos aromáticos. Para disolver a la
lignina en medio acuoso se le introduce, mediante reacciones químicas, grupos
sustituyentes polares (por ejemplo, compuestos con azufre o sulfonados) los
cuales son capaces de estabilizar las disoluciones de la lignina en agua,
haciéndola soluble.
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Estructura de la madera
Al hacer un corte transversal a un árbol, podemos ver la estructura de la madera,
la cual es la siguiente:
Corteza. Es la capa más externa del árbol. Está formada por células muertas del
mismo árbol. Esta capa sirve de protección contra los agentes atmosféricos.
Cambium. Es la capa que sigue a la corteza y da origen a otras dos capas: la
capa interior o capa de xilema, que forma la madera, y una capa exterior o capa
de floema, que forma parte de la corteza.
Albura. Es la madera de más reciente formación y por ella viajan la mayoría de los
compuestos de la savia. Las células transportan la savia, que es una sustancia
azucarada con la que algunos insectos se pueden alimentar. Es una capa más
blanca porque por ahí viaja más savia que por el resto del tronco.
Duramen: Es la madera dura y consistente. Está formada por células
fisiológicamente inactivas y se encuentra en el centro del árbol. Es más oscura
que la albura y la savia ya no fluye por ella.
Medula. Es la zona central del tronco, que posee escasa resistencia, por lo que,
generalmente no se utiliza.
Ilustración 1. Estructura
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Ilustración 2. Modelo estructural de la madera
Ilustración 3. Madera aserrada
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Características de la madera
Las características de la madera varían según la especie del árbol origen e incluso
dentro de la misma especie por las condiciones del lugar de crecimiento. Aun así
hay algunas características cualitativas comunes a casi todas las maderas.
La madera es un material anisótropo en muchas de sus características, por
ejemplo en su resistencia o elasticidad.
Si al eje coincidente con la longitud del tronco le nombramos como axial y al eje
que pasa por el centro del tronco (médula vegetal) y sale perpendicular a la
corteza le llamamos transversal, podemos decir que la resistencia de la madera en
el eje axial es de 20 a 200 veces mayor que en el eje transversal.
La madera es un material ortótropo ya que su elasticidad depende de la dirección
de deformación.
Tiene un comportamiento higroscópico, pudiendo absorber humedad tanto del
ambiente como en caso de inmersión en agua, si bien de forma y en cantidades
distintas.
La polaridad de la madera le hace afín con otros productos polares como agua,
barnices, pegamentos con base de agua, etc.
La densidad de la madera varía notablemente entre especies. Una vez secas, hay
especies que apenas alcanzan los 300 kg/m³ mientras que otras pueden llegar a
superar los 1200 kg/m³. No obstante la densidad habitual de la mayoría de
especies se encuentra entre los 500 y los 800 kg/m³ (peso seco). La densidad
también puede variar significativamente en una misma especie, o incluso en un
mismo árbol, en función de la altura del fuste y de la distancia al centro del tronco.
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Clasificación de las maderas
La madera puede clasificarse de varias formas, en función del criterio que se
utilice. Normalmente, se utilizan estos criterios:
Según su dureza (clasificación más habitual)
Según su humedad
En función de su dureza distinguimos 2 grandes grupos:
Maderas Blandas
Proceden, en general, de las coníferas y resinosas.
Entre sus cualidades: ligeras, de crecimiento rápido, color claro, fáciles de trabajar,
densidad baja.
Ejemplos: pino, ciprés, cedro, abeto.
Usos: carpintería, cajas, embalajes, muebles sencillos, etc
Maderas Duras
Proceden de árboles de hoja caduca
Cualidades: Poca resina y nudos, crecimiento lento, amplia gama de colores,
compactas, poseen veteados y brillos.
Ejemplos: castaño, nogal, fresno, encina, sauce, roble, caoba, ébano.
Usos: Ebanistería
En función del grado de humedad, tenemos:
Maderas Verdes: grado de humedad alto (30 – 35 %)
Maderas Desecadas: (10 – 12 %)
Maderas Secas: (3 %)
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Proceso de obtención de la madera
Proceso que se sigue desde la extracción de la madera de los bosques como
materia prima hasta la obtención de tablones como material que ha de ser
trabajado.
Tala: Consiste en cortar el tronco del árbol y derribarlo. Previamente deben
seleccionarse los árboles más altos y luego repoblar la zona
Ilustración 4. Tala de árbol
Descortezado y eliminación de ramas: Normalmente solo se aprovecha el
tronco del árbol, por lo que es necesario quitarle las cortezas y las ramas.
Ilustración 5. Desrame
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Aserrado: Consiste en realizar un despiece del tronco en tablas, de forma que se
aproveche al máximo la madera.
Ilustración 6. Aserradero
Secado: Eliminación de la humedad de la madera. El secado puede ser natural o
artificial.
El secado natural consiste en almacenar los tableros apilados, protegidos de la
acción directa de la lluvia y el sol, de forma que queden espacios libres entre ellos
por los que puede circular el aire. El inconveniente de este procedimiento es que
es muy lento, puede durar meses o incluso años.
Ilustración 7 y 8. Apilado de madera para secado natural
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El secado artificial consiste en introducir la madera en grandes cámaras
(secadores) e las que se inyectan corrientes de aire cálido y seco. Este sistema es
mucho más rápido y eficaz que el natural; Por el contrario, resulta más caro y
requiere instalaciones especiales.
Figura 9. Secado artificial en horno
Figura 10. Secado artificial con vapor
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Cortes en la madera
Figura 11. Cortes
Figura 11. Vista de los cortes
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Fuentes consultadas
Bibliográficas:
Zanni, Enrique. Patología de la madera: degradación y rehabilitación de
estructuras de madera – 1° ed. – Córdoba: Brujas, 2004. 220p. ISBN 987-1142-58-
7 Recuperado de: https://books.google.com.mx/books?isbn=9871142587
Asensio, Oscar, (Ed), El Gran Libro de la Madera – Vol. 1 ed. – Madrid: Lexus,
2009. 235p. ISBN: 978-9972-209-80-2
Referencias de internet:
LA MADERA, [en línea]. [Citado el 05 de Marzo de 2015]. Disponible en:
http://vinuar75tecnologia.pbworks.com
MADERA, [en línea]. [Citado el 05 de Marzo de 2015]. Disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Madera