T2: ESTRUCTURA ULTRAMICROSCÓPICA DE LA MADERA
ESTRUCTURA SUBMICROSCÓPICA O ULTRAESTRUCTURA DE LA MADERA.
En una sección transversal de madera al microscopio se distinguen unas células con pared más gruesa y menos lumen, y otras con pared delgada y más lumen (células de madera de otoño y células de madera de primavera. A más de 2000 aumentos, ya podemos distinguir la lámina media, la pared primaria la pared secundaria. Dentro de la pared secundaria se pueden ver una serie de filamentos enrollados helicoidalmente, están entrelazados con un cierto orden. Estos filamentos son las fibrillas leñosas, que a su vez están formadas por microfibrillas. Las microfibrillas están formadas por fibrillas elementales y estas a su vez están formadas por cadenas de celulosa.
CELULOSA: es la base de la estructura de la pared celular. Es un polímero (polisacárido) tridimensional, formado por un monómero que se repite, la celobiasa (C6H10O5). Las cadenas de celulosa son muy largas, de 1 a 5 micrómetros, que equivalen a 7000-13000 monómeros de celobiasa. La celulosa tiene una parte cristalina y otra parte amorfa. Cristalina: moléculas ordenadas en el espacio, unidas por puentes de H, con propiedades cristalinas. Su longitud es de unos 600 ángstrom. Amorfa: son moléculas sin orden, mas cortas que las cristalinas (150 ángstrom). No se unen con puentes de H).
FIBRILLA ELEMENTAL: La unión de las cadenas de celulosa da lugar a la fibrilla elemental. Una f.e. está integrada por 40-100 cadenas de celulosa. Las uniones de estas cadenas son secundarias, es decir, son fuerzas de Van der Waals, que requieren mucha menos energía para romperlas que lo puentes de H. Distancia entre fibrillas <3.2*>
MICROFIBRILLAS: unión de 20 fibrillas elementales. La unión de las fibrillas elementales también son de valencia secundaria (Van der Waals) y dentro de la microfibrilla si caben moléculas de agua en los espacios que quedan entre las fibrillas elementales.
FIBRA LEÑOSA: unión de 250 microfibrillas. Se presentan estos filamentos en la pared 2ª enrollados helicoidalmente.
COMPOSICION DE LA PARED CELULAR UNA VEZ FORMADA
Laminilla media: capa muy fina, isótropa. Contiene: lignina, hemicelulosa, sustancias pépticas.
Pared primaria: aparecen ya microfibrillas. Es bastante delgada, como la lámina media, tiene más hemicelulosa que esta, pero menos sustancias pépticas y lignina. A veces, se parece excesivamente a la lámina media. Desde el momento en que aparece la celulosa, se convierte en una capa anisótropa. No tiene un grosor uniforme sino que hay zonas (campos de punteaduras) donde no se produce tanta deposición de pared primaria, es decir, tienen menos grosor.
Pared secundaria: las fibras leñosas se colocan de manera orientada. La celulosa y la hemicelulosa aumentan en proporción respecto a la pared primaria, mientras que la lignina disminuye y ya no hay sustancias pépticas. Hay 3 capas: S1: la más externa. El ángulo que forman las cadenas de celulosa que forman esta capa con el eje de la célula es de 70-90º. S2: es la más gruesa. Angulo con el eje de la célula: 30º. S3: ángulo de 70-80º.
Pared terciaria: sólo existe pared terciaria en algunos casos, y es como unos engrosamientos de la pared, de manera puntual, característica de las especies.
FORMACION DE LA PARED CELULAR:
1.- Las vacuolas se rellenan de hemicelulosa y sustancias pépticas.
2.- Sobre las vacuolas (gel) comienza a depositarse celulosa.
3.- Depósito de lignina. Cuando la lignina se deposita en la matriz desplaza las hemicelulosas y sustancias pépticas formando un gran porcentaje. Después se deposita sobre los sucesivos depósitos de celulosa.
4.- El último fenómeno en la célula es la duraminización (formación total de célula leñosa) (a lo largo de años). Algunas veces se forma un último depósito en el lumen que es la pared 3aria (engrosamientos).
| COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MADERA | CONÍFERAS | FRONDOSAS | ||
| Comp. primarios 90-97% | Lignina 18-41% | 28-41% | 18-25% | |
| holocelulosas | Hemicelulosas 15-35% | 23% | 26% | |
| Celulosas 40-60% | 50% | 50% | ||
| Comp. secundarios 3-10% | Sustancias orgánicas: extractivos Grasas, resinas, aceites, ceras, alcaloides, almidón, azúcares, taninos, pigmentos | |||
| Sustancias minerales: cenizas Sílice, oxalato cálcico. | ||||
Composición elemental: C (50%), H (6,1%), O (43%), N (0,1-0,2%), cenizas (0,2-0,7%).
Celulosa: comportamiento fundamentalmente elástico. Resistente a la tracción. Lignina: comportamiento cementante. Resistente a la compresión. Hemicelulosa: comportamiento cementante pero de carácter encolante.
T3: DEFECTOS DE LA MADERA EN ROLLO.
1,. ANATOMICOS:
NUDOS: es el elem. más utilizado para la clasificación de maderas según calidades. El nudo es una inclusión de la porción basal de una rama dentro del tallo del árbol. El origen de los nudos es, por tanto, las ramas. Su influencia como defecto es muy variable, según sea el proceso seguido por esa rama en el contexto del árbol y según sea el tipo de transformación industrial de ese árbol. Los nudos se miden como la relación entre el diámetro mayor del nudo y el diámetro menor de la troza expresada en %, o también por el diámetro mayor de los nudos. Los nudos se clasifican según su estado, forma y tamaño:
Por el estado del nudo: Nudo vivo: sano y adherente. Tiene su origen en una rama que está viva en el momento de la corta del árbol. Los tejidos de la rama y del fuste están perfectamente unidos. Trabajan de forma conjunta en los esfuerzos que puedan surgir. Nudo muerto: en este caso, la rama ya estaba muerta en el momento de la corta, de forma que los tejidos presentan discontinuidad porque el fuste ha seguido creciendo. Nudo negro: la rama ha muerto de forma natural, causada por falta de actividad fotosintética, que lleva consigo un debilitamiento acompañado por un proceso de duraminización previo a la muerte de la rama. Esta duraminización evita el posible ataque de hongos de pudrición en la zona de la herida. Antes de la caída de la rama, se produce un aumento de taninos en la zona basal, que hace a la herida imputrescible, y provoca una coloración oscura. Nudo vicioso o podrido. Tiene su origen en que la rama muere por accidente o por poda pero cuando la rama está en plena actividad fisiológica, Debido a la falta de duraminización de la rama y por tanto del muñón, esta herida queda expuesta a la deposición de esporas que producen la pudrición del muñón.
Por la forma de los nudos: los cortes radiales dejan ver el nudo en toda su longitud, es decir, en forma de espiga. Los cortes tangenciales, los nudos aparecen en las caras de forma circular. En cortes intermedios y transversales. Los nudos aparecen en las caras en forma elíptica.
Por su tamaño: en las piezas aserradas, el tamaño del nudo depende de cómo se realice el despiece y del propio tamaño de la rama. El tamaño de la rama suele ser un factor genético característico de la especie pero también depende de las condiciones de crecimiento del árbol (espesura) y de las labores selvícolas que se hagan. El número de nudos por unidad de longitud del fuste depende de: la especie: de la especie depende el número de nudos, la distribución y el tamaño de las ramas. Procedencia: influye de forma distinta según las especies. Poda natural: mayor distanciamiento entre ramas debido a las exigencias de crecimiento en altura. La falta de luz de ramas inferiores lleva a la poda natural. Poda artificial: la parte más baja del árbol corresponde a la madera más gruesa, podrá producir un volumen importante de madera libre de nudos, tanto mayor cuanto más temprano se realice la poda.
INCONVENIENTES DE LOS NUDOS:
De orden físico: causa deformaciones en las piezas por la menor resistencia de las secciones en las que aparecen. Dificultan la trabajabilidad de la madera en: Procesos de corte, en las operaciones de unión y juntado, en las operaciones de lijado, en las operaciones de barnizado. De orden mecánico: la presencia de nudos disminuye la resistencia de la madera, sobre todo a tracción y flexión (como si hubiera un agujero en la madera). Cuanto mayor sea el nudo, mayor será la pérdida de resistencia. Los nudos situados en el centro son más desfavorables. De orden estético: los nudos rompen la uniformidad de los dibujos y del color de la madera. Cuanto mayor sea el nudo y su coloración más se devaluará la pieza.
SOLUCIONES:
Buscar buena procedencia. Disposición de la masa en espesura (Poda natural). Poda artificial temprana. En cuanto al aserrador: los cortes tangenciales dan piezas con nudos circulares y pequeños mientras que los radiales consiguen más piezas sin nudos pero las que los tienen son más grandes.
MEDULA: Se considera un defecto debido a su constitución (células de parénquima) que presenta característica de blandura, escasa resistencia y color, que hace que se deprecien las piezas que la contienen. El tamaño de la médula es de uno o dos mm. normalmente, con sección circular, poligonal o estrellada. Madera de balsa (15mm). Enebros, alerces: médula no visible. No hay medidas selvícolas para reducir el tamaño de la médula, aunque se puede reducir su porcentaje en el total de la madera aumentando el diámetro de cortabilidad (turno). El aserrador puede limitar este efecto jugando con distintos tipos de despieces. MADERA JUVENIL: son los primeros anillos de crecimiento de células más pequeñas, pared más delgada, con menor porcentaje de celulosa y más hemicelulosa que en células más adultas. Esta madera es más ligera y menos resistente que la madera adulta. La producción de madera juvenil se relaciona con la edad del cambium y con la actividad de las ramas, de manera que el árbol forma madera juvenil a una determinada altura en tanto que las ramas situadas por debajo tengan actividad. Es decir, la parte del fuste que ya no tiene ramas forma madera adulta. Efectos: menor resistencia, carácter más nervioso (sobre todo en sentido axial). Soluciones: igual que para ramas o nudos: características de la masa y medidas selvícolas de espesura y poda. Cuanto antes pierdan actividad las ramas del árbol, antes de formará madera adulta. Aumentando el turno, disminuye el porcentaje de madera juvenil. (despiece para separar distintos tipos de madera). MADERA DE CORAZON: en muchas especies, la madera formada con unos años de antelación sufre una duraminización (madera de corazón) que provoca un cambio de color hacia más oscuro, pérdida del contenido de humedad, merma de la permeabilidad, incremento en el contenido de resinas, grasas, taninos y otros. Se produce por la madurez y el envejecimiento de la planta: las células internas del xilema pierden su funcionalidad, muriendo las células vivas de parénquima y se producen en esa zona alteraciones químicas para protegerla de ataques de xilófagos. Efectos: cambio de color, mayor resistencia frente a organismos xilófagos, mayor dificultad de tratamiento (sobre todo encolado y barnizado) debido a su contenido de sustancias extractivas. Soluciones: este defecto no causa mucha depreciación en la madera, a no ser que ésta se utilice en la industria química donde su blandura sea un factor apreciable o por su permeabilidad. Muchas veces es la parte de madera realmente valorable en la industria transformadora, despreciando incluso la albura.
2.- POR LA FORMA DEL TRONCO
CURVATURA DEL TRONCO: la curvatura del tronco puede deberse a distintas causas: genéticas, luz (en relación a la espesura del bosque y su selvicultura), efecto continuado del viento en una sola dirección, pérdida de la guía terminal. La medida de la curvatura del tronco se hace en: la madera con destino a la industria del aserrío se mide por el cociente de la flecha del tronco y el diámetro menor (en %). En la madera destinada a la industria del desenrollo: cociente entre la flecha del tronco y la longitud del mismo (en %). Efectos: la curvatura del fuste es un defecto en general, solo no se considera como defecto en la construcción de barcos u otros destinos que requieran madera curva. Si la madera se utiliza en rollo (apeas de minas y postes), la curvatura devalúa mucho el precio, o incluso se desprecia la madera. Si la madera es para aserrío, desenrollo y corte a la plana, esta madera supone una pérdida de rentabilidad de las máquinas y también pérdida de rendimiento en materias primas y en el producto elaborado (inclinación de la fibra). Soluciones: elección adecuada de la especie y de la procedencia. Diseñar el monte en espesura, o protección con barreras cortavientos.
CONICIDAD: la conicidad del fuste se mide por el factor de conicidad: diferencia entre el diámetro de la base y en la punta, expresado en %, y para una determinada longitud. Cuando el factor de conicidad es menor de 2 o 3, al fuste se le considera cilíndrico. Se debe a la especie y procedencia del árbol y también a la selvicultura seguida: los árboles en espesura tienen menor conicidad que los árboles aislados. Los árboles que pierden ramas inferiores a una edad temprana tienen menor factor de conicidad que los que no las pierden. Efectos: la conicidad exagerada se considera un defecto, porque produce pérdidas de rendimiento en el aserrado, desenrollo y corte a la plana. Los casos de conicidad muy elevados pueden producir inclinaciones de la fibra. Soluciones: árboles en espesura y árboles que pierden ramas inferiores a una edad temprana. Hacia esto se dirigirán los tratamientos selvícolas.
BIFURCACIONES: se producen por pérdida de la guía terminal (parece ser un fenómeno hereditario). Las bifurcaciones se producen cuando dos o más ramas pasan a realizar la función de la guía terminal. Efectos: los más importantes son: pérdida brusca de sección del árbol: el escaso diámetro de las ramas de la bifurcación hace que sea difícilmente aprovechable por el aserrado, desenrollo y chapa. El rendimiento de la materia prima y producto elaborado es función del diámetro de la madera. Se produce madera de reacción. Doble corazón y entrecasco: justo debajo de la bifurcación se producirá un doble corazón y entrecasco. Este último es corteza interna que queda ocluida entre ambos corazones. Defectos de orden estético y resistente. Fibra ondulada. Soluciones: sanear la masa eliminando los pies que presenten este defecto. Si la bifurcación es reciente y no interesa el aclareo, se puede eliminar la bifurcación, dejando una sola guía terminal.
3.- POR IRREGULARIDADES DE CRECIMIENTO DE LA CAPA CAMBIAL.
IRREGULARIDADES EN LOS ANILLOS DE CRECIMIENTO.
Son las variaciones en la anchura de las capas sucesivas anuales de crecimiento. Variaciones en la anchura de los anillos. El origen es la irregularidad del estado fitosanitario del árbol a lo largo de su existencia. En masas regulares: hay crecimientos elevados hasta monte bravo (anillos de crecimiento grandes). Después, la actividad fisiológica se ve disminuida año tras año, por la competencia de los árboles de alrededor. Si se hace una clara, el crecimiento aumenta y con ello los anillos. Si se hace una poda, el crecimiento disminuye al perder ramas activas. En masas irregulares: no suele haber diferencias entre anillos porque el árbol está siempre dominado por los árboles de alrededor, y luego pasan a ser dominantes en la última etapa de su vida (aumenta el espesor de los anillos). Efectos: heterogeneidad de la madera. Efectos de orden físico (alabeo de las piezas por diferencia de comportamiento mecánico), efectos de orden mecánico (se puede romper por alguno de los anillos más gruesos), efectos de orden estético (causan su mayor depreciación). Soluciones: realizar las claras y las podas de forma simultánea, para así combinar sus efectos. El aserrador hará cortes tangenciales con secciones compensadas para evitar alabeos en las piezas.
ANILLOS FESTONEADOS: son anillos ondulados (abeto royo). En el corte tangencial, la madera adquiere una veta especialmente bella (madera avellanada) muy apreciada en carpintería. La presencia de este defecto pone en evidencia la robustez del árbol y su calidad, lo que hace que sea apreciada para fabricar instrumentos musicales.
EXCENTRICIDAD DE CORAZÓN: cuando la anchura de los anillos es desigual dentro de un mismo año, repitiéndose esta circunstancia a lo largo de los años. Suele ocurrir cuando el árbol está sometido a un esfuerzo predominante en una dirección (viento, pendiente)… Efectos: no es un defecto muy importante, no tiene apenas efectos en la madera destinada a apeas y postes, pero puede dar origen a otros defectos que pueden afectar a la madera aserrada y desenrollo: tableadura y madera de reacción. La tableadura es un defecto en la forma de la sección del árbol, debido a distintos diámetros en direcciones perpendiculares. Produce una pérdida de rendimiento de la madera parecida al efecto de conicidad. Soluciones: es difícil de solucionar selvícolamente. Sólo el aserrador puede solucionarlo jugando con el tipo de despiece.
ACANALADURA DEL TRONCO: Se produce un crecimiento diferenciado de la capa cambial de forma que la capa de madera formada no es circular, sino que está irregularmente ondulada, con aspecto acanalado. La causa más frecuente es que aparecen zonas de células leñosas desprovistas de vasos (parecen radios leñosos) que crecen menos que las zonas de alrededor. Es un defecto fundamentalmente genético. Otro posible origen es la aparición sistemática de fendas de viento o heladura. Efectos: si es de origen genético, dificulta el descortezado y reduce el rendimiento del aserrado. Si es de origen traumático, además de los efectos anteriores, aparecen fendas que originan las tableaduras (madera inservible para aserrío).
4.- POR DISPOSICION DE LA FIBRA EN LA MADERA.
FIBRA ONDULADA: las fibras siguen una trayectoria paralela al eje del árbol, pero de forma ondulada. Puede aparecer en una zona del tronco o en su totalidad. Si aparece sólo en una zona, es frecuente en árboles con bifurcación. Si aparece en su totalidad, es un defecto característico de la especie (encina en todos los individuos. Sólo en algunos pies: haya, chopo, abedul). Efectos: repelo en las operaciones de cepillado, fresado y torneado. Se considera una cualidad porque es apreciado para muebles y decoración.
FIBRA ENTRELAZADA: las fibras no aparecen paralelas al eje del tronco, sino con una cierta inclinación respecto a éste (unos años la inclinación tiene un sentido y otros años otro distinto). El origen es el mismo que el de la fibra ondulada.
FIBRA REVIRADA: La fibra se orienta de forma inclinada, desarrollándose helicoidalmente con mayor o menor ángulo. Aparece en eucaliptos. Si está presente en todo el árbol, es debido a la genética de la especie y si aparece de forma localizada, puede ser debido a traumatismos o nudos donde las fibras tienen que cambiar de dirección. Efectos: formación de varias estructuras: mayor tendencia al alabeo en el proceso de secado, debido a la anisotropía de la madera, pérdida de resistencia mecánica, repelo: fibras que saltan en el aserrado, y que obligan a un cuidadoso acabado, estético: con la orientación de las fibras se produce un brillo determinado. Figuras originadas por constitución anormal de tejidos (fibra entrelazada): moquetas: defecto combinado de fibra ondulada y entrelazada simultáneamente. El efecto es una madera muy bonita que se aprecia mucho. Maderas de cepa- raíz: en el cuello de la raíz de algunas especies se produce una ondulación generalizada de las fibras. Son amorfas y se utilizan para chapas. Lupas o lupias: proliferación anómala de la capa cambial, originado por traumatismos repetidos en esa zona del árbol. Forma dibujos especiales. Constitución amorfa. Se suele producir en ramas por patógenos o heridas continuas. El árbol, como consecuencia de las heridas producidas, va creando una capa de recubrimiento.
5.- OTROS DEFECTOS:
BOLSAS DE RESINAS: cavidades llenas de resina que pueden tener un origen traumático o fisiológico. Efectos: físicos: dificulta mucho cualquier proceso tecnológico como son cortes o ligado, ya que hay que limpiar las máquinas. También dificulta las operaciones de encolado, barnizado o pintado. Mecánicos: merma la resistencia de las secciones donde se presente. Estético: la resina puede aflorar a la superficie produciendo manchas no deseadas. Soluciones: impedir la acción de los agentes patógenos.
MADERA ENTEADA: ciertas maderas sufren de forma natural o artificial un proceso por el cual parte o la totalidad del duramen o incluso la albura, se impregnan de resina, dando lugar a un aspecto característico a la madera. Está revalorizada y se usa para construcción. Efectos: dificulta su trabajabilidad industrial: corte, barnizado, encolado,… hasta el punto de rechazarse esta madera. Mayor estabilidad dimensional y densidad (se disminuye el coeficiente de contracción). Mayor durabilidad natural, imputrescible. Estéticamente adquieren un color tostado muy apreciado en ebanistería. La madera enteada tiene cierta revalorización para destinos artesanales, pero industrialmente está depreciada.
FENDAS: son roturas locales de la madera originadas por esfuerzos superiores a los valores de resistencia de dicha madera. Se miden por su longitud en la superficie de la troza y por su profundidad máxima. Según su origen pueden ser: fendas de viento: se producen en el árbol en pie, en árboles grandes con exposición al viento. Causadas por el esfuerzo externo del viento sobre la copa, que se transmite a través del fuste. Están situadas en el lado donde sopla el viento, en la parte más baja del árbol, donde el esfuerzo es de tracción y sus valores son máximos. Fendas de heladura: se producen en el árbol en pie, debido a temperaturas bajas que hielan el agua del lúmen, provocando tensiones que hace que se raje la madera y el tronco. Con el deshielo pueden cerrarse las fendas, pero quedan cicatrices. Fendas de desecación: en el árbol apeado, debido a la pérdida de humedad. Pueden ser superficiales o interiores (se producen algunas en la misma médula). Las fendas dependen de: la intensidad del frío, viento, la época en que se produzcan las heladas, la propia resistencia de la madera, las características de la madera (mayor resistencia a tracción: menos fendas; menor coeficiente de contracción: menos tensiones: menos fendas). De la posición social del árbol en la masa: población central menos sensible que la periférica, árboles dominantes menos sensibles que los dominados. Características del suelo, edad, diámetro, rectitud de los fustes…
MADERA DE REACCIÓN: se produce debido a un esfuerzo disimétrico que obliga al árbol a producir un tipo de fibras distinto a las normales para combatir el esfuerzo producido. Madera de compresión: sus fibras son más pequeñas y redondeadas, con mayor espesor de pared celular, mayor contenido de lignina (%), más pesada, más dura y resistente a la compresión, pero menos resistente a la tracción. Madera de tracción: sus fibras son más grandes, poco lignificada porque lo que aumenta es el contenido de celulosa (%). Los vasos son más cortos y pequeños, y aparecen en menor cantidad. La madera es más densa. Las fibras de madera de tracción se forman en frondosas en la zona traccionada.
ACEBOLLADURA: roturas locales de la madera, producidas entre anillos de crecimiento y a lo largo del eje del árbol, causadas por esfuerzos que inciden en la madera. Pueden estar ligadas a paralizaciones del crecimiento, insectos defoliadores o insectos que provoquen discontinuidad en su crecimiento. Dentro de una misma especie, la probabilidad de acebolladuras aumenta con la edad del árbol y los que tengan un diámetro menor. Soluciones: introducir especies poco propensas a sufrirlas, evitar heridas en los árboles, realizar las claras a edades muy tempranas, reducir el turno de corta.
CRISTALES (OXALATO CÁLCICO) si hay mucho contenido de cristales puede producir problemas en el aserrado.
PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA
DEFINICIÓN Las propiedades físicas de la madera son aquellas propiedades que determinan su comportamiento ante los distintos factores que intervienen en el medio ambiente normal, sin producir ninguna modificación química en su estructura.
PROPIEDADES FÍSICAS FRENTE A:
LA ILUMINACIÓN
- COLOR: puede depender de los siguientes factores: especie, diferencias entre albura y duramen, clima de la estación, varía también con el tiempo, y con las acciones del hombre, como la contaminación.
- BRILLO: hay distintos brillos según los distintos tipos de tejidos (como los espejuelos). Desde el punto de vista de la producción, este se puede variar.
- ESTRUCTURAS: viene definida por la distribución de los elementos anatómicos de la especie, así como por los distintos tipos de células que las forman. Las coníferas tienen una estructura más sencilla que las frondosas.
- GRANO: es el tamaño relativo de los elementos anatómicos. Si hay elementos grandes, será una madera basta, mientras que si hay elementos pequeños será una madera de grano fino. Ejemplo: castaño es fino al tacto y muy pesado porque es de grano fino.
- TEXTURA: distribución de la madera de otoño en relación a la anchura del anillo. La textura tendrá que ver, por tanto, con las propiedades mecánicas de la madera. La madera destinada a uso comercial por sus propiedades mecánicas tiene que cumplir unos requisitos en cuanto a contenido de madera de otoño (T=madera otoño/espesor anillo).
2.- LA EMISIÓN DE PARTICULAS GASEOSAS:
- OLOR: hay varios tipos de olores: aromático, hinojo, taninos, resinoso, heno, alcanfor, pimienta, rosas. Este olor puede ser debido a sustancias tóxicas: en los aserraderos se pueden dar enfermedades derivadas de estas sustancias tóxicas.
3.- RELACIONES AGUA MADERA: La relación agua-madera depende de: la ultraestructura de la pared celular (huecos que hay y si cabe el agua entre las microfibrillas). Gran superficie interior (20-250m2/cm2); la molécula de agua cabe dentro de estos huecos. Capilares: el diámetro de los capilares es mayor al de la molécula de agua. Estas características anteriores junto con la composición química de la madera (que tiene grupos polares en celulosa y hemicelulosa) dan un carácter higroscópico a la madera.
Humedad en la madera: H0(%)=masa de agua·100/masa anhidra=Mh-Mo·100/Mo; H0(%)=100·Hh/100-Hh. Hh(%)=Mh-Mo/Mh; Hh=100Ho/100+Ho.
Nos podemos encontrar el agua en la madera de varias formas: AGUA DE CONSTITUCIÓN: es el agua que tiene la madera por constitución propia. No se puede eliminar si no es destruyendo la madera. AGUA LIBRE: es el agua que está en el lumen de las células. Cuando cortamos el árbol, esta agua se pierde rápidamente ya que está ligada débilmente a la madera. Una vez perdida, sólo es posible recuperarla por inmersión de la misma. Esta agua no influye en las propiedades físicas y mecánicas, aunque sí en las térmicas y eléctricas. AGUA LIGADA: está en la ultraestructura, en la pared celular. El agua tiene unos enlaces de unión más fuertes. Esta agua no se pierde totalmente y cuando se corta el árbol, para ello habría que calentar la madera a estufa a 103ºC. Se puede recuperar el agua perdida a partir del vapor del ambiente. Esta agua tiene mucha influencia en las prop. Físicas y mecánicas de la madera. Según el tipo de unión, el agua puede estar en la pared celular en tres formas: agua de porción: quimisorción o sorción monocapa ligada a la pared por puentes de H. Entre dos cadenas de celulosa se coloca una molécula de agua, pero solo se puede fijar una fila de moléculas de agua. Agua de adsorción: fisisorción o sorción multicapa, ligada por fuerzas de Vaan der Wals. En este caso sí se puede fijar más de una fila de moléculas de agua. Agua de condensación capilar: es la formación de meniscos. 1º: se fija el agua de sorción (8%), 2º se fija el agua de adsorción (6-8%), se fija el agua de condensación capilar (14-16%), luego la pared saturada =·=%. Esta humedad del 30% se llama punto de saturación de la fibra (PSF). La condición para que se forme menisco para la adsorción de agua de condensación capilar es que el diámetro esté entre 18 amgstroms y 1micra. El PSF es la humedad máxima que la madera puede alcanzar estando expuesta al medio ambiente.
HIGROSCOPICIDAD:
Es la variación de la densidad de la madera cuando el contenido en humedad varía un 1%. La madera va a estar en un equilibrio hidrostático con el medio ambiente, es decir, la madera va a absorber agua del medio o a cederla hasta llegar a un equilibrio dinámico con éste. La humedad para la cual ala madera ya no varía su densidad es la humedad de Equilibrio Higroscópico (HEH). Este equilibrio es dinámico. Desde el punto de vista comercial se admite que l HEH es la misma para todas las maderas.
CURVAS DE EQUILIBRIO HIGROSCOPICO: Estas curvas establecen la variación de la HEH con la variación de las características higrotérmicas del medio.
La madera es más sensible a los cambios de humedad relativa que a los cambios de temperatura. Esto es, en la variación de la HEH va a tener más peso la Hr que la Tª:
HISTERESIS: La madera puede tomar agua del medio o cederla a ese pero la manera con que absorbe agua no es la misma que la forma en que la cede. Suponemos que cortamos un árbol y lo almacenamos tal cual a una temperatura constante. Vamos a representar las curvas de porción y deserción, que representan la variación de la humedad de la madera (Hm)respecto a la humedad relativa del ambiente(Hr), ya que la temperatura se supone constante. El fenómeno de la no coincidencia de las dos curvas (Histéresis) tiene dos efectos: 1.- Inercia de la madera: tanto en la curva de sorción como en la curva de deserción, las variaciones o incrementos de Hm no son proporcionales a los de Hr, es decir, los cambios de Hm van con retraso a los de Hr del medio, la cual determina la HEH. 2.- Fatiga de la madera: a medida que el proceso de sorción y desorción se repite, la madera cada vez cede y absorbe menos cantidad de agua, se cansa. Por tanto cuando una madera está expuesta al medio ambiente con cambios de Hr, ésta cede y recoge agua según las curvas de porción y adsorción que van cambiando, haciendo cada vez más aplanadas y menos juntas.
TERMINOLOGÍA:
- Madera empapada: cuando la Hm >30% (hasta 500%). Hay agua en el lumen de la célula. Puede tratarse de madera que ha sido sumergida.
- Madera verde. Hm>30% (hasta 200%). Madera en pie o madera recién cortada.
- Madera saturada Hm=30% (atmósfera saturada). Ya no haya agua en el lumen, pero la pared sigue estando saturada de agua ligada. Ha perdido el agua libre.
- Madera semiseca. Hm=23-30%. Es la humedad a partir de la cual se produce el aserrado, porque es más fácil realizarlo con esta humedad.
- Madera comercialmente seca. Hm=18-22%. Es la humedad comercial de la madera, a la cual se llega mediante un secado al aire. Esta humedad se obtiene al cabo de un tiempo en la fábrica.
-Madera seca al aire: Hm=13-17%. Se obtiene por un secado al aire, pero bajo cubierta, manteniendo en el recinto ciertas condiciones ambientales.
- Madera muy seca. Hm<13%.
- Madera anhidra Hm=0%. Secado en estufa.
VARIACIÓN DE LA MADERA VERDE: La madera verde es la del árbol en pie o recién cortado. En cuanto el árbol se corta, comienza a perder el agua libre. Esta pérdida de agua depende de: la especie; en el árbol en pie, la albura contiene más agua que el duramen; en la sección de una troza existe un gradiente en el contenido de humedad. La humedad repercute en las propiedades físicas y mecánicas y en la puesta en servicio de la madera: el tipo de utilización que se va a hacer de la madera. Es obligatorio especificar la Hm de la madera.
VARIACIONES DIMENSIONALES.
Cuando la madera toma agua se produce hinchazón y cuando la cede se produce merma. El agua libre (agua del lúmen) no afecta a las variaciones dimensionales. Estas sólo ocurren cuando el agua entra o sale de la pared celular, es decir cuando Hm varía entre 0 y 30%. Por encima de 30% no se producen variaciones dimensionales, lo que varía es el agua del lumen. La variación dimensional de la madera depende de su Hm: será distinto según las tres direcciones que se consideren: transversal, radial o longitudinal. Esta variación dimensional diferencial según las tres direcciones se debe a la relación que existe entre Hm y la anisotropía.
Variación dimensional lineal: Contracción lineal: variación lineal entre dos estados de humedad, expresado en % y referido a la madera seca.: CL=Lo-Lf/Lf ·100. Contracción lineal total: variación total entre la madera saturada y la madera anhidra, expresado en %, y referido a madera anhidra. CLT=L30-Lo/Lo·100. Teniendo en cuenta la histéresis, las contracciones no son las mismas que las hinchazones para = variaciones de humedad: las contracciones son siempra mayores que las hinchazones. Por esto, es importante utilizar el coeficiente de hinchazón y el de contracción. Coeficiente de contracción lineal:variación lineal que se produce cuando el contenido de humedad varía en un 1%. CCL=(Li-Lf)·100/Lf(Hi-Hf)=CL/Hi-Hf. Al cortarse un árbol se produce la contracción lineal mayor. El proceso de secado de la madera verde hasta la madera semiseca (de fábrica) va a seguir una contracción lineal pura: una vez puesta en utilización la madera de fábrica, ésta se hincha y se contrae. Como contracción e hinchazón son distintas, se utilizan coeficientes para verlas. Desde que la humedad de la madera es 0% hasta el 30%, se admite que las variaciones dimensionales son contantes. Estos coeficientes son lineales, así que tendremos que definirlos para cada una de las 3 direcciones: CCL axial=CL axial/Hi-Hf; CCL tangencial=CLtangencial/Hi-Hf; Cclradial=Clradial/Hi-Hf.
Variación dimensional volumétrica: Contracción volumétrica: variación del volumen de la madera entre dos estados de humedad, expresado en % y referido a madera seca: Cv=Vi-Vf·100/Vf. Contracción volumétrica total: variación de volumen entre la madera saturada y la madera anhidra, expresado en & y referido a la madera anhidra. Cvt=V30-V0·100/V0. Coeficiente de contracción volumétrica: variación del volument de madera que se produce cuando el contenido en humedad varía un 1%.Ccv=(Vi-Vf)·100/Vf(Hi-Hf); Ccv=Cv/Hi-Hf. Las mayores variaciones dimensionales se producen en las direcciones radial y tangencial y de estas dos, la mayor variación se da según la dirección tangencial.Cv=Clt+Clr+Cla. Esta última es despreciable por eso las maderas se cortan en esa dirección. Las variaciones dimensionales según las tres direcciones provoca la aparición de deformaciones en la madera, que vaiarán en menor o mayor grado según la madera cortada tenga mayor o menor superficie de una dirección u otra.
CLASIFICACIÓN DE MADERAS SEGÚN CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA TOTAL:
Maderas de débil contracción……………..Cvt=5-10%.
Maderas de contracción media……………Cvt=10-15%
Maderas de contracción fuerte………………….15-20%.
CLASIFICACIÓN DE MADERAS SEGÚN COEFICIENTE CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA.:
Maderas poco nerviosas……………0.15-0.35%
Maderas medianamente nerviosas….0.35-0.55%
Maderas nerviosas………………….0.55-0.75%.
Maderas muy nerviosas…………….0.75-1.00%
Coeficiente de anisotropía: Ca=Cltang/Clt radial.
Anisotropía absoluta: Aa=CLT tang-Clt radial(%). Para calcular el coeficiente de anisotroía, se pueden utilizar también lso coeficientes de contracción en lutar de las contracciones totales. El coeficiente de anisotropia nos da una idea de la intensidad de la deformación sugrida por la madera.
DENSIDAD DE LA MADERA:
Densidad real Dr=Mr/Vr: Masa real: masa de la madera considerando que ésta no tiene agua ni huecos. Volumen real: volumen de la madera considerando que no tiene agua ni huecos. Para hallar el volumen de huecos, se seca totalmente la pieza y se introduce en ella un gas y el volumen de gas introducido será el de huecos. La densidad real se considera constante para todas las maderas y es 1,56g/cm3.
Densidad aparente Da=Ma/Va, La masa aprente varía con el contenido de humedad. Ma y Va son la masa aparente y el volumen aparente para un cierto contenido de humedad.Si Hm=0; Mo(masa anhidra)=Mr; Vo DIstinto Dr, por tanto Do distinto Dr.
Si Hm>0%; si h<30%>30%, Mh varía y Vh constante.
Densidad normal D12=M12/V12: es una densidad de referencia, que sirve para establecer comparaciones. Está acordado internacionalmente que sea la densidad referida a una humedad del 12%.
Densidad anhidra: Do=Mo/Vo
Densidad básica: Db=Mo/Vs. Es un tipo de densidad aparente. Nos dice la cantidad de materia seca que tenemos en un volumen determinado, es decir, nos dice la cantidad de materia seca transformable que tenemos. Tiene aplicaciones industriales económicas.
Relación entre Do y Dh (Kollman) Dh=Do·(1+H)/(1+Ccv·H); H=30%. El volumen no varía por encima del 30% de humedad, por lo que h es como máximo igual a 30%.
Densidad comercial de algunas maderas:
Coníferas Frondosas
Madera recién apeada 800-900kg/m3 900-1000
Madera seca al aire 500-600 700-800
Madera seca al 12%. 400-500 600-700
Clasificación de las maderas según su densidad:
Coníferas Frondosas
Muy ligeras………………….<0.4g/cm3…………….<0.35
Ligeras…………………….0.4-0.49……………….0.35-0.5
Semipesados……………....0.5-0.59……………….0.51-0.74
Pesadas…………………….0.6-0.7………………..0.75-0.95
Muy pesadas………………..>0.7……………………>0.95
Las pesadas o muy pesadas son más duras, oscuras y resistentes. Las muy finas, ligeras o semipesados son claras, menos resistentes, blandas.
Variaciones de la densidad aparente:
Factores intrínsecos: Especie (Estructura, grano, textura); densidad (influye en el % de albura y duramen, a más duramen mayor densidad); localización de la madera en el árbol( en frondosas de anillo poroso la densidad máxima la tiene la madera de la base y va disminuyendo la densidad conferme ascendemos por el tronco; en coníferas y frondosas de anillo difusota densidad máxima está en la base del tronco. La mínima se da a la mitad de la altura del tronco y después va aumentando otra vez: en las ramas en conífera la zona de compresión es más densa, mientras que en frondosas la zona de tracción es más pesada y la de compresión más ligera.
Factores extrínsecos: Calidad de estación y tratamientos selvícolas: ambos tienen efectos sobre el crecimiento. Una madera que ha crecido más rapidamente pesa menos que otra de la misma edad pero que haya crecido más lentamente.
DILATACIÓN TERMICA:
Coeficiente de dilatación térmica: variación dimensional lineal que experimenta la madera cuando la temperatura varía en 1ºC. *= (L2-L1)·100/L1(T2-T1). Tanto la contracción como dilatación en la madera por variación de temperatura son pequeñas. Dependen de: la anisotropía (normalmente*t y *r se consideran similares, aunque no lo son exactamente y son mayores que la *a); densidad (* aumenta al aumentar la densidad); temperatura (a Tª más alta, el efecto de dilatación es mayor aunque la variación de Tª sea la misma); humedad. Cuando la temperatura es mucho mayor de 0ºC, la dilatación térmica es más apreciable, pero la madera ya es anhidra, por lo que ya no se contrae más. Esto hace que los dos efectos de contracción y dilatación se contrarresten a tª altas y la madera sea más estable dimensionalmente. A tª<0ºc,>0ºC dilatación térmica. A temperatura ambiente la tª no ejerce un efecto importante sobre el dimensionamiento de la madera.
Calor específico: Ce=Q/m(T2-T1). Calor específico de la madera = 0.324Kcal/kg ºC. Es el calor que hay que suministrar a 1kg de madera seca para que aumente su Tª en 1ºC. Varía con la humedad.
Conductividad: cantidad de calor por unidad de tiempo que atraviesa un cuerpo. Empleamos el coeficiente de conductividad térmica (K): cantidad de calor (kcal) que atraviesa por hora un cubo de 1m de arista desde una de sus caras a la opuesta cuando entre ellas existe una diferencia de tª de 1ºC. K=Q·L/S·t(t2-t1). Depende de humedad, densidad y anisotropía.
Difusión: densidad con la que el calor se desplaza dentro del cuerpo. Tendríamos que ver cuánto tarda en calentarse un punto que está a una distancia concreta delfoco de calor. Coeficiente de difusión del estado térmico: velocidad de transmisión del calor en un cuerpo por unidad de tiempo y unidad de superficie. Depende de Anisotropía, Humedad y densidad.
PROPIEDADES ELÉCTRICAS:
Nos van a permitir determinar la humedad por un procedimiento más sencillo, por un aparato llamado XILOHIDROMETRO, sin necesidad de secar la madera en una estufa. La resistencia de la madera alpaso de electricidad es R=*·L/S; *=inversa de la conductividad. Depende de: especie(aunque las variaciones no son muy importantes (2-3%), si se observan variaciones según la especie de que se trate); temperatura (a >tª,>*); anisotropía (*t>*r>*a); humedad (el agua es muy buena conductora: madera seca *=1017*·cm; h=0.7%, *=1011*·cm; h=7-27%, variaciones pequeñas. Si h cerca al PSF las variaciones son inapreciables.
PROPIEDADES ACÚSTICAS:
Son importantes por dos aspectos: utilización de la madera para construir instrumentos musicales (Esta propiedad se deriva de la velocidad de tansmisión del sonido en la madera y del coeficiente de transmisión acústica. La velocidad de transmisión del sonido es: longitudinal: 3500-5500 m/s; transversal:2500-3500m/s. Para construir los instrumentos se busca siempre la transmisión longitudinal. Esto permite clasificar la madera según dos factores: el módulo de elasticidad y los defectos de la madera) y utilización de la madera como aislante acústico (en la construcción se pretende que el sonido emitido en una habitación no produzca eco, sino que la madera lo absorba o lo transmita. En el caso de la madera, se transmite un 60% del sonido. No es un buen aislante acústico porque deja pasar mucho sonido).
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