La Madera en la Construcción para el Desarrollo

	Nota: Este artículo ha sido creado gracias a Ingeniería Sin Fronteras en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Tecnologías y Materiales de Construcción Para el Desarrollo (Cladera, A., Etxeberria, M., Schiess, I., Pérez, A.). ¡Atención! Esté artículo está sujeto a Derecho de Autor.

La Madera es un recurso natural cuya utilización en la construcción está más que demostrada. Actualmente se utiliza tanto en los países del Norte como Estados Unidos, Países Nórdicos Europeos, Japón, etc. y en países del Sur como Costa Rica, Honduras, México, Ecuador, Brasil, India, Indonesia (bambú), Bangladesh (Bambú), etc

Es un recurso natural utilizable con unas propiedades mecánicas adecuadas (idónea a flexión) aunque siempre se ha de valorar que la deforestación no conlleve un peligro en el entorno. La madera es un tejido más o menos compacto y denso que está formado por capas sucesivas anuales o estacionales. Por ser un Material Orgánico tiene menor durabilidad que otros materiales.

La tecnología moderna ha creado una madera con mejores propiedades mecánicas y mayor durabilidad.

Construcción en el Amazonas, Ecuador.
Construcción de la escuela en el Amazonas.

La madera junto con el corcho, cañas y cuerdas, han sido los materiales de origen orgánico más utilizados en construcción.

Usos de la madera como material de construcción
Propuesta	Requisitos	Árbol
1. Edificación	1.- Madera suficiente compacta 2.- Fácil de pulir 3.- Dureza (toughness) y durabilidad 4.- Color agradable 5.- Fácil trabajable	Sisoo, Teak, Babul, Haritaki, Jyal, Kath bel, Mashua, Red wood, Wahut
2. Puentes	1.- Resistencia, dureza 2.- Resistencia al agua salada 3.- Durabilidad a zonas húmedas y bajo agua	Babul, Red Cedar, Iron wood, Sal, Satin, Sisco.
3. Columnas, vigas marcos de puertas.	1.- Dureza y durabilidad 2.- Debe tener un buen pulido 3.- Flexible 4.- Ligero en peso 5.- Fácil de trabajar	Arjun, Gamhar, Bamboo, Coconut, Mango, Pial, Palm
4. Pilas	1.- Resistencia, dureza y durabilidad 2.- Compacto 3.- Durable en sitio húmedos y bajo el agua	Red Cedar, Sisoo, Sal, Nageswar, Iron wood
5. Carriles de vías de tren	1.- Compactos, dureza y durabilidad 2.- Debe tener buen pulido	Black wood, Teak, Iron wood, red wood
6. Railway sleepers	1.- Dureza, tenacidad y resistencia 2.- Durabilidad bajo condiciones de humedad 3.- Compacto	Red Cedar, Sal, Kath bel, Deobar
7. Andamios	1.- Resistencia y durabilidad 2.- Flexible 3.- Fácil de trebajar	Bambu

Ventajas e inconvenientes de la madera como material de construcción
Ventajas	Incovenientes
Fácil de manejo Facilidad de resolver estructura y elementos constructivos provisionales Facilidad de trensporte Baja densidad Propiedades aislantes térmicas y acústicas	Atacable por hongos e insectos No es un material inerte, por lo que en determinadas condiciones de humedad se hincha Es susceptible de pudrición y envejecimiento prematura Tal y como se extrae y elabora no admite luces superiores a 5 m Es atacable por el fuego Efecto negativo que le produce estar ante las alternancias de humedad y sequedad

Tipos de Árboles

Endógenos (árboles que crecen en altura sin aumentar el diámetro del tronco): palmeras, bambú (en Bangladesh el 73% de la población vive en viviendas de Bambú).
Exógenos (árboles que crecen en altura aumentando el diámetro de tronco: se utilizan en estructuras entre los cuales están los coníferos, frondosos, Maderas tropicales y maderas exóticas.

En las Partes del Árbol exógeno distinguimos la corteza, Cambium, madera y la médula. La parte más clara y porosa corresponde a la madera de primavera. La parte más oscura y compacta corresponde al verano-otoño, por haber escasa circulación produciendo paredes muy espesas. La madera se corta, al estar madura. La mejor época es mitad de verano o mitad de invierno, cuando la sabia descansa, de lo contrario la madera decae.

En el caso de maderas tropicales no aparecen claramente diferenciadas la distinta sucesión de los anillos de crecimiento. Una madera resinosa es mejor cuanto más fino es el ancho de los anillos anuales. Una frondosa es mejor cuanto más grueso es el ancho de los anillos anuales.

Labra de la Madera

Preparación de la Madera para su Uso

Cortes de un tronco de árbol.

La primera operación es el apeo o tala, que puede hacerse a mano o con sierra (puede ser eléctrica).

El árbol derribado se le quitan la rama y la corteza y queda preparado para su transporte al aserradero, donde se efectuará las divisiones en piezas comerciales.

Despiece Los diferentes tipos de despieces vienen gratificados en las figuras siguientes con sus respectivos nombres.

Escuadrías Son las formas comerciales en que se dividen las unidades del despiezo.

Tablas: Pieza de espesor de 2 a 5 cm y ancho de 20 a 40 cm, y de longitud superior a 100 cm.
Tablones: espesor de 5 a 10 cm, anchos de 10 a 30 cm y longitudes de 2 a 10 m
Vigas: Piezas de sección rectangular con secciones de 15x20 cm a 25x35 cm y largos de 4 a 10 m
Viguetas: Secciones de 8x8 a 15x15 cm y longitudes hasta 5m.
Listones: secciones de 5x8 (doble listón) y de 1.5x2.5 cm a 4x6 en listón corriente y 1.3x2.5 a 2x4 cm en listoncillos.
Chapas: Piezas de 0.2x5mm de espesor con ancho y largo variablesn

Propiedades Físicas

Dependerán de la evolución del crecimiento que haya tenido el árbol, por la edad a la que haya sido cortado, por el contenido de humedad y por la dirección que tengan las fibras. Es Anisotrópico: no presenta las misma propiedades físicas y mecánicas en todas las direcciones. La madera trabaja mejor cuando los esfuerzos se realizan en la dirección de las fibras. Es Higroscópico, tiene la capacidad de absorber y exhalar agua en función del contenido de humedad del medio ambiente.

Higroscopía La madera tiene la propiedad de absorber y exhalar agua en función del contenido de humedad del medio ambiente en que se encuentra.

El agua en la madera se puede encontrar de tres formas:

Agua combinada: es la que forma parte de las fibras y constituye su propia naturaleza.
Agua de saturación: es la que se encuentra impregnando las paredes de las fibras, saturándolas.
Agua libre: es la que se encuentra en los huecos interiores de la estructura, es decir la absorbida por vasos y traqueidas.

La madera recién cortada tiene más del 50% de agua libre, cuando llega al punto de saturación tiene un contenido de agua del 30%. Por encima de este valor (de cantidad de agua) las propiedades físicas no se modifican en general, pero por debajo del cual se producen variaciones en propiedades físicos-mecánicos.

Una vez superada el agua de saturación, se evapora al agua combinada y se produce un aumento de su resistencia al choque como el aumento de la retracción.

El agua de combinación solo se puede eliminar por destrucción con el calor. puede recuperar cogiendo del medioambiente. No así el agua libre que solo lo recupera por inmersión en agua (esta no proporciona cambios al perderse o recuperarse, ocupa los huecos). La madera tiende a equilibrar su humedad con la del medio ambiente en que se encuentra.

Se denomina merma a la pérdida de volumen y sección por secado de la madera e hinchazón al aumento de volumen y sección por absorción de agua.

Como parámetro de comprobación se considera un 12% de humedad. Por lo que una madera con humedad superior al 30% está saturada, semiseca entre el 30% y el 23 %, comercialmente seca entre el 23 y el 18%, desecada por debajo del 12% y madera anihdra con 0%.

La madera al cortar tiene un 50% de agua libre, en el punto de saturación tiene un 30% de agua, por debajo de esta cantidad de agua (se eliminará por calor, puede recuperar cogiendo del medioambiente, mejora las propiedades físico-mecánicos y aumenta la retracción.

El proceso de Alteración de la humedad produce deformabilidad, además de contracción.

Deformabilidad y Contracción por Humedad

Deformidad: Debido al proceso de alteración de la humedad de la madera se produce un hinchamiento al aumentar (hinchazón) y una contracción al disminuir (merma)

Para determinar la deformación de volumen se utiliza la siguiente expresión: $Dv=B=(Vh-Vs)/(Vs)*100$

dv: deformación volumétrica

Vs: Volumen seco

Vh: Volumen húmedo

Contracción El coeficiente de contracción se define como el cambio de volumen que experimenta una probeta cuando existe una variación del contenido de humedad del 1%.

Peso Específico Es la relación entre el peso de la muestra y su volumen medidos en las mismas condiciones de humedad.

Clasificamos en:

muy ligeras: D<0.4 (coníferas)
ligeras: 0.4<D<0.5 (frondosas)
semipesados:
- 0.5<D<0.6 (coniferas)
- 0.65<D<0.8 (frondosas)
pesadas:
- 0.6<D<0.7 (coniferas)
- 0.8<D<1 (frondosas)
muy pesadas:
- D>0.7 (coníferas)
- D>1 (frondosas)

Propiedades Mecánicas

Dependen de su grado de humedad y de la densidad. La resistencia a compresión de la madera disminuye al aumentar la humedad hasta una humedad del 30%, con humedades mayores la resistencia no disminuye. En la dirección axial la madera es más resistente a tracción que a compresión. Si el esfuerzo de tracción es paralelo a la dirección de las fibras, estas resisten más que si es perpendicular a ellas..

Anomalías, Defectos y Alteraciones

Defectos de la Madera

Anomalías

Nudos: la anomalía local de la estructura de la madera, producida por una rama de un tronco que va quedando englobada en él mismo, a medida que de producen los sucesivos crecimientos.
Excentricidad del corazón: cuando la médula de aparta sensiblemente del eje geométrico del tronco. Puede deberse a crecimiento asimétrico debido a los vientos, suelos rocosos, etc... Tiene poca elasticidad y resistencia y le da heterogeneidad que le produce dificulta para trabajar.
Fibra entrelazada y revirada.
Fibrosidades anormales.
Lunas y verrugas.

Defectos

Irregularidades en el ancho de los anillos: pueden ser distribuidas en zonas más abundantes o en formas alabeadas. Son consecuencia de heladas, falta de aire, de sol, ...
Entrecorteza o entrecasco: Se produce como consecuencia de una mala soldadura de una rama con el tronco del árbol. Su más grave consecuencia estriba en ser posible foco de posteriores infecciones.
Alburosidad: Consiste en un exceso de albura.
Colaña o acebolladura: Consiste en una falta de adherencia entre los anillos en alguna zona del árbol. Es, en consecuencia muy poco resistente y poco apta tanto para escuadras como en rollizo.
Cuadranura: Son fendas que presentan, generalmente, en los árboles viejos. Presentan mal olor y comienza la pudrición de la madera.
Corazón abierto: es la parte central del árbol que presenta una o varias fendas radiales que parten de la médula.
Fendas: Son grietas longitudinales producidas por desecación o por heladuras.
Entrealbura o doblealbura.
Bolsas de resina: es la cavidad alargada, en el interior de la madera, conteniendo resina.

Alteraciones de la Madera

Las causas de destrucción de la madera pueden ser de distintos orígenes:

Causas bióticas: hongos, insectos xilófagos, organimos marinos,
Causas abióticas: fuego, intemperie.

Hongos de pudrición son organismos vegetales sin clorofila que se reproducen por esporas. Les elementos necesarios para que progresen son los siguientes: alimento, aire, humedad entre 20-28%, temperatura entre 2 y 45 ºC y falta de luz.

Madera Picada

Producido por insectos xilófagos. Las condiciones para que se den son temperatura de 0 a 45ºC, aire, humedad. Puede desarrollarse tanto en madera seca como húmeda. Alimento.

Existen dos grupos de insectos, los que han sido introducidos en forma de huevos pero que no se reproducen a espesas de la madera (viven entre la corteza y la albura y forman galerías de poca profundidad para salir al exterior). El otro grupo que si se reproduce en este material. Los segundos son los más peligrosos. En este grupo tenemos:

Termitas subterráneas: viven en grandes colonias en el suelo. El nido está fuera de las madera. Destruyen las partes más blandas de ésta.
Termitas de madera seca: pueden destruir toda una estructura sin que se note en el exterior porque dejan una fina capa de 1 o 2 mm de espesor en la superficie. Prefieren también zonas blandas y húmedas.
Carcoma grande: ataca solo la albura de las coníferas. Las larvas pueden llegar a alcanzar una longitud de 20 a 22 mm y un diámetro de 6 mm. La duración de su ciclo vital es muy variable, pudiendo estar comprendido entre 2 y 12 años.
Polilla: son insectos que atacan la albura. Son introducidos en el interior de los vasos y sus larvas perforan galerías alimentándose del almidón almacenado en las células de reserva. Atacan ciertas frondosas, nunca las coníferas. El ciclo vital normalmente es de un año, pero puede ser menor.
Carcoma o barrenillo: ataca la madera seca. Es un insecto de 6 a 7 mm de longitud. Perforan toda la madera en todas las direcciones. No salen al exterior. Sólo se ve por el polvillo que se acumula en torno al orificio de salida del insecto al exterior. Prefieren la madera blanda.

Organismos Marinos

Son moluscos. Los dos tipos principales son:

Teredos: los más importantes. Atacan todo tipo de construcciones navales, destruyendo diques, empalizadas e incluso embarcaciones.
Tarazas: provistos de unas mandíbulas extraordinariamente resistente, pueden incluso atacar las obras pétreas de muelles y escolleras.

Fuego

La celulosa al arder se combina con el oxígeno del aire, dejando un residuo ceniciento, precedente de la lignina. El fuste con corteza arde más rápido que la madera descortezada.

Intemperie

Son los cambios de humedad que producen cambios volumétricos a la madera, los que favorecen su destrucción. Las células se van envejeciendo, perdiendo éstas su flexibilidad, y se van deteriorando.

Otro factor que influye es la oxidación del carbono con el contacto del aire. Esto no afecta para nada su capacidad mecánica pero si en lo que se refiere a su aspecto.

Agentes químicos

Los ácidos y las bases pueden producir un ataque en las maderas hidrolizando la celulosa y disolviendo la lignina.

La destrucción de la madera puede venir de diferentes orígenes: madera picada, organismos marinos, fuego, intemperie, agentes químicos. Es necesario proteger la madera cuando se realiza:

el apeo al disminuir la vida vegetativa del árbol
el desaviado (la forma más fácil será mediante lixiviación).

Se realizará un secado de la madera (se disminuye el peligro de hongos, y aumenta la resistencia). Puede ser por:

métodos naturales (se necesita tiempo y espacio para poner el material)
secado artificial (por un túnel de aire).

En condiciones extremas se podría aplicar el envejecimiento de la madera (es un método muy económico).

Preventivos, Curativos y Normativas

Preventivos

Protegen la madera contra los agentes biológicos.

Curativos

Tienen por objeto cortar la acción de los agentes biológicos destructivos. Para alargar la vida del material se pueden transformar industrialmente.

Maderas transformadas

El objetivo es:

Alargar la vida del material
Disponer de piezas que en muchos casos exceden las posibilidades de la naturaleza.
Evitar las deformaciones volumétricas y las variaciones de forma de la madera.

Tableros contrachapados

Se consigue estabilidad dimensional y de forma, dimensiones mayores en el ancho y la eliminación de la anisotropia.

Es un conjunto formado por un número impar de chapas de madera, presentando todas las fibras en dirección perpendicular a las adyacentes. Se guarda también simetría de una a otra cara, en todo el espesor que presentan dichas láminas.

Unas chapas impiden el movimiento de las otras, obteniendo un conjunto uniforme.

Las chapas se obtienen cortando un madero en finas láminas, en cortes paralelos.

El espesor de cada chapa es de 2.5 a 6 mm y el espesor del contrachapado es de 3 a 32 mm.

Los adhesivos que se utilizan tienen fundamental importancia, siendo resinas fenólicas, bakelita, urea y formaldehido. La forma de fabricado, es prensado las chapas ya encoladas, mediante presión en frío o en caliente.

Madera Laminada

Son procedimientos que permiten obtener piezas de uso estructural. Donde se necesitan fibras paralelas al eje de la pieza, sin nudos u otros defectos. También permite que se puedan curvar en radios muy pequeños.

Consiste en la superposición de chapas siguiendo siempre la misma dirección de las fibras adyacentes.

Normativa Relacionada

UNE 56-535-77. Características físico-mecánicas de la madera. Determinación de la resistencia a la compresión axial.

UNE 56-536-77. Características físico-mecánicas de la madera. Determinación de la resistencia a la flexión dinámica.

UNE 56-538-78. Características físico-mecánicas de la madera. Determinación de la resistencia a la tracción perpendicular de las fibras.

UNE 56-539-78. Determinación de la resistencia de hienda. Características físico-mecánicas de la madera.

UNE 56-540-78. Características físico-químicas de la madera. Interpretación de los resultados de los ensayos.