diseño estructural pino

8/8/2019 Diseo Estructural Pino

1/272

Centro de Transferencia Tecnlogica

Pino Radiata

Presentacin CTT-Unidad de

Educacin

COMPENDIO DE DIRECTRICESPARA ENSEANZA EN

INGENIERA

PROYECTO CORFO-FONTEC

Noviembre 2003


2/272

2

1 INTRODUCCIN......................................................................................................1.1. Identificacin General del Recurso Forestal.........................................................

Segn el tipo de especies maderera (Clasificacin Botnica)....................Segn el origen de la especie maderera.......................................................

2. MADERA. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES................................................2.1 Clasificacin Botnica............................................................................................2.1.1. Nombre Cientfico........................................................................................

2.2. Estructura de la Madera.........................................................................................2.3. Propiedades Fsicas de la Madera.........................................................................

2.3.1. Contenido de humedad..........................................................................2.3.2. Medicin del contenido de humedad.....................................................

2.3.2.1. Mtodo de secado en estufa...............................................................2.3.2.2. Mtodo de xilohigrmetro..................................................................

2.3.3. Requisito para la madera........................................................................2.3.4. Obtencin de la humedad de equilibrio de servicio.............................2.3.6. Densidad...................................................................................................

2.3.6.1. Medicin de la densidad........................................................................2.3.7. Contraccin..............................................................................................

2.4. Propiedades Elctricas..........................................................................................2.5. Propiedades Acsticas...........................................................................................2.6. Propiedades Trmicas...........................................................................................2.7. Propiedades Mecnicas.........................................................................................

2.7.1 Flexin esttica.....................................................................................2.7.2 Compresin paralela............................................................................2.7.3 Cizalle paralelo a la direccin de las fibras........................................2.7.4 Clivaje....................................................................................................2.7.5 Traccin.................................................................................................

2.7.5.1 Traccin paralela a las fibras............................................................2.7.5.2 Traccin normal a las fibras ............................................................

2.7.6 Dureza (Janka).......................................................................................2.7.7 Extraccin de clavo................................................................................

2.9. Propiedades Mecnicas de Especies Madereras crecidas en Chile................2.9 Factores que afectan las Propiedades Mecnicas...........................................2.10 Agrupamiento de Especies Madereras que Crecen en Chile segn sus

Propiedades Mecnicas.....................................................................................

3. TENSIONES.......................................................................................................3.1 Tensiones de Diseo de la Madera................................................................3.1.1. Propiedades Mecnicas......................................................................................3.1.2. Tensiones Bsicas ..............................................................................................3.1.3. Tensiones Admisibles.........................................................................................3.1.4. Defectos de la Madera........................................................................................

3.1.4.1 Definiciones Generales................................................................................3.1.4.2 Trminos relativos a defectos.....................................................................3.1.4.3. Esquematizacin y cuantificacin de los defectos en la madera.............

3.1.5. Razn de Resistencia (RR)...............................................................................

8889

1010101117171819192121243031333435373739424344444445474849

55

57575858595959606373


3/272

3

3.1.6. Clasificacin de la Madera.................................................................................3.1.6.1 Clasificacin por Aspecto..........................................................................3.1.6.2 Clasificacin por Resistencia......................................................................3.1.6.3 Normas Nacionales......................................................................................

3.1.7. Obtencin de las Tensiones de Diseo.........................................................

3.1.7.1 Factores de Modificacin............................................................................3.1.7.2 Factores de Modificacin de Aplicacin General.................................3.1.7.3 Factores de Modificacin de Aplicacin Particular.............................

3.1.8. Tensiones y Mdulo de Elasticidad de Diseo............................................

4. GEOMETRIA DE LA MADERA...................................................................4.1. Dimensiones de la Madera Aserrada y Cepillada.......................................4.1.1 Contenido de Humedad de Referencia...........................................................4.1.2 Unidades...............................................................................................................4.1.3 Dimensiones Nominales......................................................................................4.1.4. Tolerancias...........................................................................................................4.1.1. Especificaciones....................................................................................................4.2. Dimensiones de la Madera Aserrada y Cepillada de Pino radiata.......4.2.1 Contenido de Humedad de Referencia...........................................................4.2.2 Unidades...............................................................................................................4.1.1 Espesor y Ancho.................................................................................................4.1.2 Longitudes............................................................................................................

4.2.4.1. Longitudes mnimas...................................................................................4.2.4.2. Longitudes mximas..................................................................................

4.2 Dimensiones a Considerar de Acuerdo a la Humedad de la madera en elMomento de le Construccin y Puesta en Servicio.....................................

4.3.1. Sobredimensiones para la Madera Aserrada en Estado Verde...............4.4. Dimensionamiento de Piezas Estructurales de Madera Aserrada y/o

Cepillada..............................................................................................................4.4.1 Consideraciones Generales de Diseo...........................................................

4.4.1.1. Secciones Transversales Mnimas..........................................................4.4.1.2. Debilitamiento de Seccin Transversal.................................................

5. DISEO ESTRUCTURAL DE PIEZAS SIMPLES..........................................5.1 Elementos en Flexin.............................................................................................5.1.1. Generalidades......................................................................................................5.1.2. Flexin en Vigas Simples.................................................................................

5.1.2.1. Verificacin de las Tensiones...............................................................5.1.2.2 Verificacin de la Deformacin.......................................................5.1.2.3 Verificacin por Volcamiento...........................................................5.1.2.4 Factor de Modificacin por Altura..................................................5.1.2.5 Verificacin de las Tensiones de Cizalle.......................................5.1.2.6 Factor de Modificacin por Rebaje.................................................

5.2 Elementos Sometidos A Compresin Normal..............................................5.3 Elementos En Compresin Paralela A Las Fibras.........................................

5.3.1. Generalidades........................................................................................5.3.2. Longitud efectiva de Pandeo............................................................

7373747481

82828686

8787878787878889898989919191

9394

94949494

959595969699

100104105106106109109109


4/272

4

5.3.3. Esbeltez..................................................................................................5.3.4. Compresin Paralela en Piezas Simples.............................................

5.3.4.1. Verificacin de Tensiones....................................................................5.3.4.2. Factor de Modificacin por Esbeltez................................................

5.4 Elementos En Traccin Segn La Direccin

De La Fibra.........................................................................................................5.4.1. Verificacin de Tensiones.................................................................................5.4.2. Factor de Modificacin por Concentracin de Tensiones.........................5.5 Dimensionamiento De Piezas Sometidas A Esfuerzos Combinados.........5.5.1. Flexin en dos Ejes Principales de Inercia.................................................5.5.2. Flexin y Traccin Axial................................................................................5.5.3. Flexin y Compresin Paralela......................................................................

6. DIMENSIONAMIENTO DE PIEZAS ESTRUCTURALES DE SECCIONTRANSVERSAL CIRCULAR.................................................................................

6.1 Generalidades...........................................................................................................6.2 Tensiones Admisibles y Mdulo de Elasticidad.................................................6.3 Propiedades Geomtricas.......................................................................................6.4 Factores de Modificacin.....................................................................................6.4.1 De Aplicacin General.......................................................................................6.4.2 De Aplicacin Particular...................................................................................6.5 Diseo de Elementos de Seccin Circular en Flexin....................................6.6 Elementos de Seccin Circular en Compresin...............................................

7. UNIONES EN LA MADERA ESTRUCTURAL................................................7.1 Generalidades.........................................................................................................7.2 Factores que requieren ser considerados.........................................................7.3. Factores de Modificacin....................................................................................7.4. Cargas de Diseo.................................................................................................7.5. Uniones con Clavos.............................................................................................7.6. Solicitaciones de Extraccin Lateral...................................................................7.7. Uniones de Barras de Acero y Pernos.............................................................

7.7.1 Cargas Admisibles de Uniones Apernadas...............................................

8. MADERA LAMINADA..............................................................................................8.1 Generalidades.......................................................................................................

8.1.1 Definicin y Tipos de Laminados..............................................................8.1.2. Resea Histrica ........................................................................................8.1.3. Ventajas de la Madera Laminada.............................................................8.1.4. Desventajas de la Madera Laminada........................................................8.1.5. Aplicaciones................................................................................................

a. Vigas Rectas.........................................................................................b. Arcos.....................................................................................................c. Marcos..................................................................................................

8.1.6. Componentes de la Madera Laminada.....................................................8.2. Fabricacin de Madera Laminada......................................................................

8.2.1. rea de Pre-Encolado....................................................................................

109110110111

112112113114114115115

118118119119119119119122123

126126126126127127128131131

138138138139141142143143146147150155156


5/272

5

8.2.2. rea de Encolado, Prensado y Fraguado....................................................8.2.3. rea de Terminaciones..................................................................................

8.3. Especificaciones.................................................................................................8.3.1. Especificaciones de Fabricacin...................................................................8.3.2. Especificaciones de Diseo Arquitectnico.................................................

8.3.3. Predimensionamiento....................................................................................8.4. Dimensiones............................................................................................................8.4.1. Espesores........................................................................................................8.4.2. Anchos............................................................................................................8.4.3. Radio de Curvatura......................................................................................

9. GRADOS DE CALIDAD DE LA MADERA ASERRADA DESTINADA A LAFABRICACIN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES LAMINADOS..............

9.1 Grados de Calidad............................................................................................9.1.1. Clasificacin Estructural Mecnica...........................................................9.1.2. Clasificacin Estructural Visual................................................................

9.2. Tensiones Admisibles para los Elementos Laminados Estructurales............

10. FACTORES DE MODIFICACIN PARA LA MADERA LAMINADA....10.1. Por contenido de Humedad.............................................................................10.2. Por Duracin de Carga....................................................................................10.3. Por Temperatura..............................................................................................10.4. Por Tratamiento Qumico...............................................................................10.5. Por Volcamiento...............................................................................................10.6. Por Esbeltez......................................................................................................10.7. Por condicin de Carga...................................................................................10.8. Por Razn Luz/Altura......................................................................................10.9. Por concentracin de Tensiones......................................................................10.10.Por curvatura....................................................................................................10.11.Por Altura..........................................................................................................

11. TENSIONES DE DISEO PARA ELEMENTOS LAMINADOS.................

12. PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN UN CALCULO ESTRUCTURAL DEELEMENTOS LAMINADOS............................................................................

12.1. Mtodo de Clculo para Estructuras de Madera Laminada........................a. Clculo de las Tensiones de Trabajo.........................................................b. Clculo de las Tensiones de Diseo...........................................................c. Verificacin de las Tensiones.....................................................................

Para Flexin............................................................................................Para Compresin Paralela.....................................................................Para Traccin Paralela...........................................................................Para Flexo-Compresin..........................................................................Para flexo Traccin..................................................................................

12.2. Ejemplo de Clculo Galpn Triarticulado de Madera Laminada................12.2.1.Memoria de Clculo......................................................................................12.2.2.Elevacin y Planta del Galpn a Calcular...................................................

158161166166169

169172172172172

178178178180182

189189189190190190190191191192192193

194

195195195195196196196196196196197197198


6/272

6

12.2.3.Diseo de las Costaneras...............................................................................12.2.4.Diseo del Marco...........................................................................................

13. SECADO DE LA MADERA................................................................................13.1. Introduccin.......................................................................................................

13.2. Razones para Secar la Madera.........................................................................13.3. Secado de la Madera.........................................................................................13.4. Defecto de secado y modo de Evitarlos...........................................................13.5. Mtodos de secado.............................................................................................

13.5.1.Secado al aire.................................................................................................13.5.2.Secado Artificial............................................................................................13.5.3.Proceso de Secado Artificial........................................................................13.5.4.Programas de Secado y su Aplicacin.........................................................13.5.5.Tipo de Secado Convencional ......................................................................13.5.6.Tiempo Requerido en el Secado...................................................................

14. PRESERVACIN DE LA MADERA................................................................14.1. Agentes Destructores de la Madera................................................................

14.1.1.Causas Biolgicas.........................................................................................14.1.1.a. Organismos Vegetales y xilfagos.......................................................14.1.1.b. Animales Xilfagos (Terrestres y Martimos) ...................................14.1.1.c. Accin del Hombre................................................................................

14.2. Durabilidad Natural de la Madera.................................................................14.2.1.Principios bsicos.........................................................................................14.2.2.Categoras de Maderas Comerciales segn durabilidad...........................14.2.3.Clasificacin de las Maderas.........................................................................

14.3. Proteccin de la Madera...................................................................................14.4. Tipos de Preservantes.......................................................................................

14.4.1.Preservantes Creosotados............................................................................14.4.2.Preservantes Solubles en Lquidos Orgnicos............................................14.4.3.Preservantes Hidrosolubles...........................................................................

14.5. Mtodos de Preservacin..................................................................................14.5.1.Mtodos sin Presin......................................................................................

14.5.1.1.Brocha o esparcidor.................................................................................14.5.1.2. Inmersin................................................................................................14.5.1.3.Inmersin Prolongada............................................................................14.5.1.4.Tratamiento Bao Caliente-Fro...........................................................14.5.1.5.Otros Tratamientos................................................................................

14.5.2.Mtodos con Presin....................................................................................14.5.2.1.Proceso Clula Llena..............................................................................14.5.2.2.Otros mtodos con Presin ....................................................................

14.6. Usos de la Madera Preservada.........................................................................14.6.1.Algunos Usos de la Madera Preservada.....................................................14.6.2.Uso del Pino radiata Preservado..................................................................

14.7. Parmetros a considerar en Madera Tratada.................................................14.7.1.Retencin........................................................................................................14.7.2.Penetracin....................................................................................................

199201

206206

207208210214214218219223224225

226226226229230232235235235235236236236236237238238238238238238239239240241242242244245246247


7/272

7

14.8. Inspeccin...........................................................................................................14.8.1.Extraccin de la Muestra..............................................................................14.8.2.aceptacin y Rechazo....................................................................................

15. MADERAS COMERCIALES............................................................................

15.1. Especies Madereras Nativas............................................................................15.1.1.Conferas........................................................................................................15.1.2.Latifoliadas....................................................................................................

15.2. Especies Madereras Exticas............................................................................15.2.1.Conferas........................................................................................................15.2.2.Latifoliadas.....................................................................................................

16. MADERAS RECONTITUIDAS.........................................................................16.1. Definicin...........................................................................................................16.2. Tableros de Fibras.............................................................................................

16.2.1.Dimensiones...................................................................................................16.2.2.Tipos de Tableros de Fibras.........................................................................16.2.3.Aplicacin de los Tableros de Fibras...........................................................16.2.4.Algunas Propiedades Fsicas y Mecnicas de los Tableros de Fibra........

16.3. Tableros de Partculas......................................................................................16.3.1.Definicin.......................................................................................................16.3.2.Proceso de Fabricacin..................................................................................16.3.3.Tipos de Tableros de Partculas...................................................................16.3.4.Algunas Propiedades Fsicas y Mecnicas de los Tableros de Partculas.16.3.5.Aplicacin de los Tableros de Partculas.....................................................

16.4. Tableros Contrachapados. ...............................................................................16.4.1.Dimensiones y Espesores...............................................................................16.4.2.Especies Madereras Utilizadas en la Fabricacin.......................................16.4.3.Algunas Especies Usadas en Chile................................................................16.4.4.Grado de Calidad de las Chapas..................................................................16.4.5.Tipos de Adhesivos Usados...........................................................................

248248248

249

249249251258258259

261261261261261262262263263263263264265265265266266266267


8/272

8

1. INTRODUCCIN

1.1 . IDENTIFICACION GENERAL DEL RECURSO FORESTAL.

Las especies forestales se clasifican en dos grandes grupos:

Latifoliadas y Conferas

An cuando las diferencias entre ambos grupos son de origen botnico,existe la creencia errnea que esta clasificacin puede ser aplicada al campo delas propiedades fsicas y mecnicas de la madera que de ellas se obtiene. Esteerror deriva probablemente de la denominacin inglesa de ambos grupos:Hardwood (maderas duras), para las latifoliadas, y Softwood (maderasblandas) para las conferas. Este concepto no es aplicable en absoluto a lasespecies forestales chilenas pues existen conferas con mejores propiedadesmecnicas y fsicas que muchas latifoliadas y viceversa.

Las conferas corresponden a una clasificacin de orden superior, queabarca a aquellas especies cuyos frutos son estructuras llamadas conos, aunqueen algunas conferas esta estructura no es tan evidente. Generalmente sus hojasposeen forma de agujas o bien alargadas; por lo general la madera es resinosa.Sus estructuras florales son relativamente simples y la fecundacin es realizadacomnmente por el viento o corrientes de aire.

Las latifoliadas, abarcan a muchas especies cuya caractersticaprincipal es poseer hojas anchas, aunque en esta clasificacin entran especies dehojas angosta y alargada. Los frutos se clasifican en estructuras ms variadas,

como nueces, bayas, etc. Las exudaciones en la madera pueden ser ltex ogomas. La mayor parte de las especies que pierden regularmente la hoja enforma estacional corresponden a este grupo. Las estructuras florales songeneralmente ms vistosas, como muchas especies que son polinizadas porinsectos o aves, aunque otras tienen formas ms simples de polinizacin.

1.1.1.- Segn el tipo de especie maderera. (Clasificacin Botnica.)

a) LATIFOLIADAS (HARDWOOD). :Hoja ancha y caduca.Frutos: Nueces, bayas, Estructura variada Exudaciones ltex o goma

Flores vistosas Polinizacin : Insectos o Aves.Crecen principalmente cerca del Ecuador.

Ejemplo : Roble Eucalipto

b) CONIFERAS (SOFTWOOD). :

Hojas en forma de agujas o alargadas y perenne.


9/272

9

Fruto : Cono Madera resinosa Estructura floral simple.Fecundacin : Viento o corrientes de aire.Crecen principalmente cerca de los trpicos (Cncer y Capricornio)

Ejemplo : Pino radiata Pino araucaria.

1.1.2.- Segn el origen de la especie maderera, pueden pertenecer al :

a) Bosque Nativo Natural o Autctono

En Chile pertenecen a este tipo : Olivillo Pino araucaria Ciprs de laCordillera Canelo Ulmo Alerce Tepa Laurel Raul Coige Lenga Lingue Mao Roble Tineo - Ciprs de las guaytecas.

b) Bosque Plantado Artificial Introducido Extico.

En Chile son de este tipo las especies madereras : Acacia AromoAustraliano Ciprs Macrocarpa Eucalipto Pino radiata Alamo Pinooregn Sauce Sequoia.


10/272

10

2 . MADERA. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

2.1 Clasificacin Botnica

2.1.1 Nombre cientfico.

La madera proviene de rboles que se pueden clasificar botnicamente,asignando un nombre cientfico a la especie cuya madera es de nuestro inters.Esto permite evitar la confusin que surge del uso y abuso de los nombrescomunes. Un nombre cientfico de una especie posee dos palabras. La primeradescribe el Gnero al que pertenece, mientras que la otra denota la especie en s.El conjunto de Gneros relacionados botnicamente entre s constituye unaFamilia. Estas palabras identifican una especie y ellas pertenecen al latn.

Ejemplo : El gnero NOTHOFAGUS est integrado por varias especies como:Nothofagus alpina (Raul), Nothofagus dombeyi (Coige), Nothofagus obliqua(Roble), etc.

El nombre cientfico lleva, adems, informacin sobre el investigadorque identific y asign un nombre a la especie. Ejemplo : Nothotagus alpina(POEPP ET ENDL.) KRASSER. En propiedad, el nombre cientfico debe irsubrayado.

Existen diversas ventajas al utilizar nombres cientficos paraindividualizar la especie de una madera.

Hay un solo nombre cientfico, de uso vigente, para cada especiemaderera y, un indefinido nmero de nombres comerciales o comunes en usopara esa misma madera . En segundo lugar, a diferencia de los nombrescomunes que, generalmente, nada indican acerca de la madera, el nombrecientfico de la especie, cuya madera es de inters, en algo orienta. Ejemplo :Los PINUS generalmente poseen fibra larga. Sin embargo, esto no es absoluto.El punto quizs ms importante es que el nombre cientfico es el mismo en todoslos pases y es nico.

En la Tabla 2.1 se incluyen algunas especies madereras comerciales,de uso corriente en la construccin o susceptibles de serlo, con sus nombrescientficos y comunes.


11/272

11

Tabla 2.1 Especies Forestales y Exticas En Chile. E s p e c i e s N a t i v a s

GENERO ESPECIE FAMILIA NOMBRECOMUNAextoxicon Punctatum

RPAVONAextoxicaceae Olivillo, Aceituno

Araucaria Araucana(MOL)C.KOCH Araucariaceae Pino Araucaria,PehunAustrocedrus Chilensis (D.DON)

FLORIN ETBOUTELJE

Cupressaceae Ciprs de la Cordillera

Drimys Winteri var.Chilensis (DC) A.GRAY

Winteraceae Canelo

Eucryphia Cordifolia CAV Eucryphiaceae Ulmo, MuermoFitzroya Cupressoides

(MOL.)JOHNSTON

Cupressaceae Alerce, laguen

Laurelia PhilippianaLOOSER q

Monimiaceae Tepa, Huahun

Laurelia Sempervirens(R.ET PAV.) TUL

Monimiaceae Laurel, Tihue

Nothotagus Alpina (OPEP ETENDL.) KRASSER

Fagaceaea Raul, Reul

Nothotagus Dombeyi (MIRB.)OERST

Fagaceaea Coige

Nothotagus Oblicua (MIRB.)OERST

Fagaceaea Roble Blanco

Nothotagus Pumilio (POEPPEX. ENDL. )KRASSER

Fagaceaea Lenga

Persea Lingue NEES Lauraceae LinguePodocarpus Saligna D.DON Podocarpaceae Maio Hoja LargaSaxegothaea Conspicua LINDL. Podocarpaceae Maio Hembra

Especies ExticasEucaliptus Globulus LABILL Myrtaceae Eucalipto.Pinus Radiata D.DON Pinaceae Pino insigne. Pino

radiataPopulus Alba L. Salicaceae Alamo BlancoPopulus Nigra L. Salicaceae Alamo NegroPseudotsuga Menziesii (MIRB.)

FRANCOPinaceae Pino oregn.


12/272

12

2.2 Estructura de la Madera

A travs de sus hojas los rboles absorben dixido de carbono del aire ypor medio de sus races toman agua y minerales del suelo. El agua y losminerales forman la savia, la cual asciende hacia las hojas y en ellas, mediante el

fenmeno denominado fotosntesis, se combina con el dixido de carbono paraformar compuestos bsicos de carbohidratos.

Estos compuestos bajan por el cambium, capa delgada ubicada debajode la corteza, desde donde proveen el alimento a las clulas o fibras las cualesconstituyen el material leoso de la madera.

Se considera como madera a los troncos, ramas y races de los rboles yarbustos, desprovistos de su corteza. Ver Figura 2.1

Figura 2.1 Terminologa de las partes de un rbol y la estructura de la

Madera

La madera es un material orgnico, no homogneo, compuesto declulas. Estas estn conformadas fundamentalmente, por celulosa y lignina. Lacelulosa constituye la estructura de las paredes celulares, mientras que la ligninaes el material ligante de las clulas entre s. Las clulas de madera son huecas yen las conferas tienen una longitud comprendida entre 3 a 5 mm de longitud y0,030 a 0,045 mm de espesor. En las latifoliadas son bastantes ms cortas. Aun


13/272

13

cuando la mayora de las clulas se orientan verticalmente en el rbol, algunas deellas se encuentran distribuidas horizontalmente en forma de radios en la seccintransversal del rbol. Esta conformacin celular es, en gran medida, laresponsable de las diferentes respuestas estructurales dadas por la madera,segn sea el sentido y caractersticas de la solicitacin (anisotropa).

Figura 2.2 Formas de las clulas

Figura 2.3 Estructura celular de la madera


14/272

14

Al analizar a simple vista la seccin transversal de un tronco de un rbol,confera o Latifoliada, es posible distinguir sectores bien definidos.

Ver Figura 2.4

Figura 2.4 Seccin Transversal de un rbol.

* Mdula : Tejido inactivo en el rbol adulto, que normalmente ocupauna posicin central. Tiene escasas cualidades mecnicas.

* Anillos de Crecimientos : Anillos concntricos a la mdula,presentes en especie donde las estaciones climticas son marcadas. Cada anilloest compuesto por una zona ms clara y otra ms oscura. Registra elcrecimiento estacional y permite en muchas especies determinar la edad mediantesu recuento. Existen anillos falsos provocados por otras causas que lasestacionales.

* Corteza: Capa exterior que cumple una labor de proteccin a losagentes climticos, patolgicos, etc. Por lo general es fcilmente distinguible delresto de la madera.

* Albura : Zona exterior de la madera, constituida por tejido vivo,encargado de la traslocacin del agua, con nutrientes hacia las hojas.Corresponde al xilema activo y en muchas especies es distinguible por tener uncolor ms claro, aunque a veces el color no es ndice fiel del xilema activo.


15/272

15

* Duramen: Zona ms hacia el interior del tronco, constituida portejido similar a la albura, pero que est inactivo y ha sufrido un proceso dedepositacin de diversas sustancias en sus clulas, llamando duramenizacin.

La albura recibe el nombre comn de Hualle , principalmente en

referencia a los Nothotagus (roble, Coige, Raul, lengua, etc.). mientras que elduramen recibe el nombre vulgar de pelln . Para contenidos de humedadequivalentes, las propiedades mecnicas de la albura y duramen no tienendiferencias significativas y la madera provenientes de ambas zonas, tienen pesosespecficos similares. El duramen posee mayor resistencia a hongos e insectos,debido a la presencia de depsito de materias txicas a estos agentes (durabilidadnatural). Sin embargo si la madera ha de ser tratada, es preferible la presencia dealbura, debido a que el movimiento del preservante hacia el interior es mejor queen el duramen, confiriendo mayor proteccin. En general, el duramen es msoscuro que la albura pero, en algunas especies esta diferencia de color es apenasperceptible. La proporcin de albura respecto a la seccin transversal del rbolvara de especie en especie.

Otra clasificacin, basada en la anatoma y fisiologa de los distintos tejidosleosos, es la siguiente:

* Xilema: Porcin mayor de un corte transversal de un tronco,incluyendo desde la mdula hasta muy cerca de la corteza.

Sus tejidos tienen la funcin de sostn. La parte exterior del xilema semantiene activa con movimientos de agua y nutrientes (savia ) desde las races alas hojas, mientras que hacia el interior las clulas van muriendo.

Figura 2.5 Esquema de Corteza Interior y Exterior.


16/272

16

Cambium: Tambin denominado Cambio. Se encuentra adyacente alxilema y es el tejido generador de nuevas clulas. Hacia el interior del leose forman clulas xilemticas, mientras que hacia la corteza, clulas delfloema. Constituye una capa muy delgada, difcilmente distinguible asimple vista.

Floema o Corteza interior: Tejido comprendido entre el cambio y lacorteza. Su labor principal es trastocar la savia elaborada de las hojashacia el resto de los tejidos.

Corteza o Tejido exterior de un tronco: Cuya principal funcin es deproteccin. Tambin tiene una zona cambiar, donde se producen lasclulas que formarn la corteza.

En la mdula del rbol se inician anillos concntricos, que continanhacia la corteza. Cada anillo representa el crecimiento del rbol durante un ao.

Este crecimiento se verifica en el Cambium, de tal manera que la nueva maderase agrega inmediatamente al interior de esta capa y tiende a empujar la cortezahacia fuera. Cuando los rboles crecen en un clima variable, es posible distinguirun anillo de crecimiento de otro, porque las clulas que se forman en la estacinfra son diferentes de las que se forman en la estacin clida, originndosemadera de primavera y madera de verano . Cada anillo anual se divide en doscapas: La interior, llamada de primavera, se desarrolla durante la primera partede la estacin de crecimiento. Se compone de clulas grandes, de pared delgaday es generalmente ms clara en color que la madera de verano.

La capa exterior, llamada de verano, consiste en clulas ms pequeas,con paredes ms gruesas y es la parte oscura del anillo anual. Es ms pesada,

ms fuerte que la madera de primavera y tiene un efecto importante en determinarlas propiedades de resistencia de la mayora de las especies.


17/272

17

Figura 2.6 Esquema microscpico de un trozo de madera.

2.3 Propiedades Fsicas de la Madera

Definicin : Son aquellas que determinan su comportamiento en el medioambiente.

2.3.1 Contenido de Humedad.

Debido a que el rbol en pie contiene savia, la madera recin extradade l generalmente posee un alto contenido de humedad.

El contenido de humedad es la masa de agua presente en una pieza demadera, expresada como un porcentaje de la masa de la pieza anhidra.

La madera es un material higroscpico. Absorbe o entrega aguasegn sean las condiciones de temperatura y humedad relativa del ambiente quela rodea. En una primera etapa la madera se encuentra con sus cavidades yparedes celulares llenas de agua (savia). Esta propiedad hace que el contenidode humedad de la madera sea variable, dependiendo del ambiente en que seencuentre. Al iniciarse un proceso de prdida de humedad, la madera entrega alambiente el agua libre contenida en sus cavidades, hasta alcanzar un puntodenominado como punto de saturacin de la fibra, que corresponde a un estadoen el cual se ha eliminado el agua libre y las paredes celulares permanecensaturadas.

anhidrapiezaladeMasa

maderadepiezaunaencontenidaaguadeMasaH =


18/272

18

El contenido de humedad en el punto de saturacin de la fibra osimplemente punto de saturacin de la fibra (PSF), depende de diversosfactores y vara para las diferentes especies; sin embargo, se acepta un 28 % - 30% como promedio para la madera en general. Por debajo del punto de saturacinde la fibra y al continuar el proceso de evaporacin, la madera cede el agua

contenida en sus paredes celulares, hasta alcanzar un punto en el cual el procesose detiene. Este punto se conoce como Humedad de Equilibrio de la madera ydepende, fundamentalmente, de la especie, la temperatura y la humedad relativadel ambiente. La prdida de humedad por debajo de este estado de equilibrio slopodr conseguirse por medio de tratamientos especiales de secado en hornos oestufas. De esta manera es posible obtener la sequedad completa o maderaanhidra.

La Norma Chilena de Clculo de Construcciones en Madera (NCh 1198)define como madera en estado verde aqulla cuyo contenido de humedad essuperior al 30 % y como madera seca aqulla cuyo contenido de humedad no essuperior al 20 % En general no se recomienda el uso, con fines estructurales, depiezas de madera cuyo contenido de humedad est comprendido entre 20 y 30 %. Por otra parte, es deseable que la madera destinada a la construccin tenga uncontenido de humedad similar a la humedad de equilibrio del lugar en que ellapreste servicio.

El rango de humedad en la madera puede variar entre un 40 % - 400 %.Esto se da generalmente en especies de crecimiento rpido, por lo tanto de muybaja densidad, lo que implica pared celular delgadas y lmenes o cavidadescelulares muy anchas .

2.3.2 Medicin del Contenido de Humedad.

Existen dos mtodos normalizados para la determinacin de la humedad en lamadera y ellos son :

a) Mtodo Directo o Destructivo : En los cuales la humedad se separa delos otros componentes inherentes de la madera. Ejemplo : Mtodo deSecado en estufa, Mtodo de destilacin.

b) Mtodo Indirecto o no Destructivo : En los cuales las mediciones sonefectuadas a travs de alguna propiedad conocida de la madera y que estrelacionada con el contenido de humedad. Ejemplo : Mtodo delXilohigrmetro, basado en las propiedades elctricas de la madera.


19/272

19

2.3.2.1 Mtodo de secado en estufa :

Segn NCh 176/1 Of. 84 se debe disponer :

Horno elctrico con termostato y ventilador

Temperatura 103 3 C Tiempo de secado hasta peso constante, aproximadamente 20 a 60 horas,segn la especie, tamao y contenido de humedad inicial.

Balanza de precisin 0,1 gramos.

Tabla 2.2 Cuadro comparativo de ventajas y desventajas del secado enestufa.

VENTAJAS DESVENTAJASEl mtodo es atractivamente simple Es un mtodo destructivoDa resultados exactos Existe demora en la obtencin del

resultadoEs aplicable a especies con altocontenido de resinas o aceites voltilesa baja temperatura

El resultado debe ser calculado

No requiere de instrumentos muycostosos

El contenido de humedad correspondea una pequea muestra de la pieza,que puede ser no representativa.

Figura 2.7 Extraccin de una muestra de humedad.

2.3.2.2.- Mtodo del Xilohigrmetro :

Es el mtodo ms usado en la industria y la construccin. Se basa en laspropiedades elctricas de la madera. La resistencia elctrica de la maderaaumenta a medida que disminuye el contenido de humedad.


20/272

20

Figura 2.8 Comportamientos de la Resistencia Elctrica versusHumedad de la Madera

Cuando el C. de H es nulo la resistencia elctrica de la madera es 1 milln(10 6 ) de veces mayor que para un contenido de humedad del 28 %(P.S.F.)

Sobre el P.S.F. la resistencia elctrica es muy baja y grandes cambios delcontenido de humedad producen muy pocas variaciones de la resistenciaelctrica.

Entre un 7 % y un 28 % hay gran variacin de la resistencia elctrica paraincrementos pequeos de contenido de humedad.

Figura 2.9 .- Medidor de humedad


21/272

21

Tabla 2.3.- Cuadro corporativo de ventajas y desventajas del medidor dehumedad.-

VENTAJAS DESVENTAJASEs un mtodo no destructivo. Trabajan en un rango entre 7-28%

Puede ser usado en terreno y enmadera in situ Sobre 28 % no es preciso, solo indicaque la madera est verde.Son pequeos, porttiles y livianos. No puede ser aplicada en maderas

impregnadas.Entregan el resultado inmediatamente.

2.3.3 Requisitos para la Madera.

La norma de clculo NCh 1198 establece que la madera y los productosderivados de ella deben tener, en el momento de su utilizacin, un contenido de

humedad igual al correspondiente a la humedad de equilibrio del lugar donde ellaprestar servicio.

El contenido de humedad se controlar de acuerdo con los procedimientosestablecidos en NCh 176/1, aceptndose una tolerancia de 3 %.

No obstante, cuando por razones tcnicamente justificada no se puedecumplir con este requisito, se deben respetar las restricciones establecidas paralas tensiones admisibles y mdulos elsticos de la madera aserrada. Si en casoque dicha especie se utilice en ambientes que determinen una humedad deequilibrio menor que 12 % deber secarse, antes de uso, a un contenido mximo

de 15 %.

Se excluye de esta justificacin a las maderas de fcil secado como elPino radiata y Alamo.

2.3.4 Obtencin de la Humedad de Equilibrio de Servicio

En edificios o recintos cubiertos: La NCh 1198 establece que lashumedades de equilibrio para las condiciones de servicio en las que queda lamadera en un edificio, se puede estimar sobre la base de la informacin de la

Tabla 2.4


22/272

22

Tabla 2.4 Humedad De Equilibrio Para Maderas Ubicadas EnEdificios Con Distintas Condiciones De Servicio.

UBICACIN DE LAMADERA EN EL

EDIFICIO

HUMEDAD DEEQUILIBRIO

PROMEDIO PARA LASCONDICIONES DESERVICIOS

SEALADAS.

TOLERANCIA PARA ELCONTENIDO DE

HUMEDAD DE LAMADERA A USAR.

Recintos, Cubiertos,Abiertos Segn 2.3.3. Ms, menos, 3 %

Recintos cubiertoscerrados sincalefaccin ocalefaccionados

intermitentemente

12 % Ms, menos, 3 %

Recintoscontinuamentecalefaccionados.

9 % Mas, menos, 3 %

NOTA : Las tolerancias establecidas en Tabla 2.4, deben ser usadaspara aproximarse a la humedad de equilibrio del lugar geogrfico en el que seubica el edificio.

A la intemperie : La humedad de equilibrio de las maderas expuestas ala intemperie depende, en gran parte, de las caractersticas propias de cada

especie y de la escuadra de la madera en cuestin. Por esta razn, interesa msla determinacin emprica de su valor, lo cual se consigue solamente a travs deun ensayo.

La norma NCh 1079 clasifica la superficie del territorio nacional enzonas climticas habitacionales, a las cuales conviene asignar una humedad deequilibrio promedio que, si bien no es exacta ni contempla las diferentes especies,puede servir para una primera aproximacin en la determinacin del valor exacto.

La Tabla 2.5, proporciona la clasificacin climtica habitacional deChile, dada por la Norma NCh 1079


23/272

23

Tabla 2.5 Clasificacin Climtico Habitacional en Chile

ZONA LOCALIZACION PRINCIPALES CIUDADES

QUE INCLUYE

OBSERVACIONES

NORTE LITORAL NL. Desde el lmite con el Per

hasta la cuenca del roAconcagua y desde el

ocano hasta lmite de la

zona de influencia martima

(Cordillera de la Costa)

Arica Iquique Tocopilla

Antofagasta Taltal .Chaaral Caldera La

Serena Coquimbo Los

Vilos.

Zona desrtica con clima

dominante martimo

NORTE DESRTICA ND. Valle comprendido entre las

dos cordilleras y desde el

Limite con el Per hasta el

Norte de Copiap.

Quillagua Baquedano

(Refresco).

Zona desrtica que

comprende el gran desierto

de Atacama. La cruza el

ro Loa que forma en su

cuenca un angosto

microclima.

NORTE VALLETRANSVERSAL NVT.

Entre ambas cordilleras ydesde Copiap hasta la

cuenca del ri Aconcagua.

Copiap Vallenar-Vicua-Ovalle- Combarbal Illapel.

Zona de cordones y vallestransversales. Verano

largo (10 neses) y caluroso.

Microclima en los valles.

CENTRO LITORAL CL Desde la cuenca del ro

Aconcagua hasta el Itata y

desde el ocano hasta el

lmite de la zona de

influencia martima

(Cordillera de la Costa).

Quintero Concn Via

del mar Valparaso San

Antonio Pichilemu

Constitucin.

Zona con predominio de

clima martimo inviernos

cortos de 6 a 4 meses.

CENTRO VALLE

LONGITUDINAL CVL

Desde el ro Aconcagua

hasta la cuenca del Itata ydesde la cordillera de la

costa hasta faldeo de los

Andes.

Los Andes San Felipe

Santiago Curic Talca Linares Chilln

Zona de valle longitudinal,

cruzada por rosimportantes inviernos cortos

de 4 a 6 meses.

SUR LITORAL SL Desde el Itata hasta el

Canal de Chacao y desde el

ocano hasta el limite de la

zona incluencia martima

(cordillera de la costa).

Tom Talcahuano Angol

Los Angeles Arauco

Lebu Valdivia Puerto

Montt.

Zona de clima martimo y

lluvioso. Vientos fuertes

Inviernos de 6 a 8 meses.

SUR VALLE

LONGITUDINAL SVL

Desde la cuenca del ro

Itata hasta las proximidades

del Canal de Chacao ydesde la costa hasta los

primeros contrafuertes de

los andes.

Los Angeles Angol

Traigun Temuco

Loncoche La Unin Osorno Ro Bueno

Zona lluviosa y fra con

heladas frecuentes .

Veranos cortos de 4 a 6meses. Lagos y ros

numerosos

SUR EXTREMO SE. Desde el Canal de Chacao

hasta Tierra del Fuego.

Ancud Castro

Coyhaique Pto Natales

Punta Arena

Zonas de grandes lluvias

que disminuye de W a E

Clima martimo . Fuertes

viento. Alta nubosidad


24/272

24

Tabla 2.6 Humedad de Equilibrio de las Zonas ClimticasDefinidas En NCh 1079

ZONA CLIMTICOHABITACIONAL

DESIGNACION HUMEDAD DEEQUILIBRIO

PROMEDIOExperimental TericoNORTE LITORAL NL 14% 16%NORTE DESRTICO ND 7% 10%NORTE VALLETRANSVERSAL

NVT 15% 13%

CENTRO LITORAL CL 15% 16%CENTRO VALLELONGITUDINAL

CVL 13% 14%

SUR LITORAL SL 18% 17%SUR VALLE LONGITUDINAL SVL 18% 16%

SUR EXTREMO SE 18% 16%

NOTA: El valor experimental es considerado como ms exacto que el terico.

2.3.5 Densidad

La madera es un material poroso, celular y por lo tanto la cantidad desustancia slida que tiene un volumen de madera, es un buen indicador de suspropiedades resistentes y, en un menor grado, de la trabajabilidad, secado y

caractersticas trmicas.La densidad de un cuerpo, es el cuociente formado por la masa y suvolumen.

Debido a que tanto la masa como el volumen de una madera varansignificativamente de acuerdo con el contenido de humedad, es importanteexpresar la condicin bajo la cual la densidad es obtenida.

La Tabla 2.7 entrega los nombres que la norma NCh 176/2, asigna a ladensidad segn el contenido de humedad de la muestra en la cual se determina lamasa y el volumen.


25/272

25

TABLA 2.7 Asignacin de Nombre a la Densidad de Acuerdo alContenido de Humedad que Tiene la Masa y el Volumen.

MASA VOLUMEN NOMBRE QUE TOMA LADENSIDAD

Anhidra ( H =0 % ) Anhidro ( H = 0 % ) AnhidraSeca ( H = 12 % ) Seco ( H = 12 % ) NormalAnhidra ( H = 0 % ) Verde ( H PSF ) Bsica

Anhidra ( H = 0 % ) Contenido Humedad (H)del ensayo ( H = 12 %)

Nominal

Contenido de Humedad(Hi) )

Contenido de Humedad(Hi)

Referencia

PSF : Punto de Saturacin de la Fibra.

Hi : Contenido de Humedad Cualquiera.

La Tabla 2.8 muestra los valores obtenidos para la densidad anhidra, bsicay nominal de las distintas especies madereras crecidas en Chile, de acuerdo aensayos realizados por los diferentes laboratorios del pas.


26/272

26

TABLA 2.8 Densidades de Especies Madereras Crecidas en Chile

ESPECIEDENSIDAD (Kg / m3)

Anhidra Bsica Nominal

AlamoAlerceAlgarroboAraucariaAvellanoCaneloCiprs de laCordilleraCoigueCoigue deMagallanes

EucalyptusglobulusLaurelLengaLingueLumaMaio de hojapunzanteOlivilloPino radiataPino oregnRaulRobleTamarugoTepaTineoUlmo

367460740565470

-474

464618

8005145455961080516

545454412508634975515696632

331405710483410

-424

515-

6234004644911050459

448429344463492875418555537

372436-

536430478462

594-

7204675275301150479

510459477531607

-478614612

Las frmulas que relacionan las diferentes densidades. Segn la NCh 176/2,son:

Si H < PSF :

Si H > PSF :HK

HH

+

+=

100

1000

100

1000

HH

+=


27/272

27

en que:

0 = Densidad anhidraH = Densidad de referencia al contenido de humedad H.H = Contenido de humedad, expresado como porcentaje.

K = Coeficiente de contraccin volumtrica para un cambio de 1 % de contenido

de humedad, calculado para cada especie, como la suma de los respectivos

coeficientes de contraccin lineal ( k ), radial y tangencial, que se incluyen en la Tabla

2.11

b = Densidad bsica.

Sino se conoce el coeficiente de contratacin volumtrica, usar:

(0,85*10-3 * o ) si la densidad se expresa en (Kg / m3 ) y, ( 0,85* o ) si la

densidad se expresa en (gr. / cm 3 ).

Cuando no se conocen valores experimentales, es posible usar lasrelaciones entre densidades que se incluyen en la Tabla 2.9 para contenidos dehumedad menor que el Punto de Saturacin de la Fibra y en la Tabla 2.10 paracontenidos de humedad mayor que el Punto de Saturacin de la Fibra.


28/272

28

PA

RA:

H

PSF

Variable

Dependiente

Variable

Independiente

o

H1

H2

PSF

o

H1

H2

PSF

PSF:Punto

desaturacindelafibraaproximadoaun

valorde28%.

Ejemplo:0=

H!

(100+K*H1)/(100+H1)

H

K

HH

1

1

0

01

0

0

1

1

+

+

H

K

HH

2

100 100

2

2

+

+

PSF

K

100

28

128

+

0

11

100

100

++

HK

H

0

22

100

100

++

HK

H

(

)

0

128

10028+

K

H

H H

K

H

K

H

1100

1

00

100

100

2 1

1 2

+ +

+

+

H

H

K

H K

1

128

100

100

10028

1

1

+

+

+

H

H H

KH

KH

1

100 100

100100

1 2

2 1

++

+

+

PSF

H

KKH

100 128

10028

100

1

1

+

+

+

PSF

H

K

KH

100 128

100

28

100

2

2

+

+

+

H

H

KH K

1

128100

10010028

2

2

+

+

+

Tabla2.9

RelacinEntreD

iferentesDensidades,Parau

nContenido

deH

umedadHPSF


29/272

29

H

P

SF

Variable

Dependiente

Variable

Independiente

o

H1

H2

PSF

b

H1

H2

PSF

H

H

1

100

100

1

+

PSF

10

0

12

8

H

H

2

2

100

100+

H

H H

1

100100

2 1

+ +

b

H

100 1

00

1

+

PSF

H

100 128

1

+

(

)

H

H H

2

1 2

100100

+ +

b

H

100 100

2

+

PSF

H

100 128

2

+

b

128,

H

H

2

128

10

0

2

+

H

H

1

128

100

1

+

TABL

A

2.10RelacinEntreDiferentesDensidades,ParaunC

ontenidodeHumedad

HPSF


30/272

30

2.3.6.1.- Medicin De La Densidad

a ) MEDICION DE LA MASA: Para la medicin de la masa basta con unabalanza de precisin de 0,1 gramo.

b ) MEDICION DEL VOLUMEN: Para la medicin del volumen de un cuerpo

slido como lo es la madera se conocen dos mtodos de uso comn. Mtodo Manual : Conociendo la expresin matemtica del volumen de un

cubo o paraleleppedo, se puede determinar su volumen siempre y cuando laprobeta presente superficies regulares y se puedan hacer medicionesexactas.

Para un cubo de lado a centmetros su volumen es : a 3 (cm 3 )Para un paraleleppedo de ancho a altura b y largo l su volumen ser :a *b (cm 3 ).

Mtodo de desplazamiento de un fluido: Se utiliza cuando la probeta nopresenta superficies regulares. Este mtodo utiliza el principio de

Arqumedes. El volumen se obtiene mediante la siguiente expresin :

Volumen : (Lectura Final Lectura Inicial ) x Area de la Pipeta.

Figura 2.10.- Medicin de volumen de una muestra de madera


31/272

31

2.3.7. Contraccin.

La norma NCh 176/3 define la contraccin normal, como ladisminucin de dimensiones que sufre la madera al perder humedad bajo elpunto de saturacin de las fibras, expresada como porcentaje de la dimensin dela madera en estado verde. Tambin define el colapso, como la disminucin

irregular de dimensiones que sufre la madera de algunas especies al perderhumedad en las primeras etapas de secado, sobre el punto de saturacin de lasfibras, y que se caracteriza por el aplastamiento de las paredes celulares.

La suma de la contraccin normal ms el colapso, es la contraccintotal.

La curva de contraccin tiene la forma que se indica en la Figura 2.11

Figura 2.11.- Curva de Contraccin Lineal

AB = Porcin recta de la curva, cuya pendiente corresponde al coeficiente decontraccin lineal k. (La porcin recta est comprendida aproximadamente entre 5% y 20 % de humedad).

La determinacin de las dimensiones que alcanza una pieza de madera

a contenidos de humedad inferiores a 20 % se obtiene mediante los coeficientesde contraccin lineal (k), determinados experimentalmente para las especies quese indican en la Tabla 2.11.-


32/272

32

Tabla 2.11.- Coeficiente de Contraccin Lineal (K) de Algunas Maderas deChile para una Variacin de 1 % del Contenido

de Humedad.

ESPECIE DIRECCIONCOEFICIENTE

CONTRACCIN LINEAL

(k)PINO RADIATA TR

0,290,20

TEPA TR

0,310,15

EUCALIPTO TR

0,420,24

COIGUE TR

0,300,15

ROBLE TR

0,290,18

OLIVILLO TR

0,300,15

ULMO TR

0,350,22

TINEO TR

0,360,18

(*) Ensayos Realizados por Universidad de Chile, Departamento Tecnologa de laMadera.

NOTA T = Tangencial

R = Radial

Figura 2.12.- Diferencias entre las contracciones.


33/272

33

La frmula que rige la variacin de dimensiones de las especiesmadereras debido a la contraccin, es la siguientes :

Dimensin

donde :H : Contenido de humedad (entre 20 y 0 %)

k : Coeficiente de contraccin lineal

H : Diferencia entre humedad 20 % y H

La contraccin longitudinal provocada por una variacin en el contenidode humedad de la madera alcanza valores muy reducidos y es perfectamentedespreciable en trminos prcticos .

Con respecto al fenmeno de dilatacin (Hinchamiento), es decir elincremento dimensional producido en una madera seca al aumentar su contenidode humedad se puede suponer, sin gran margen de error, que su comportamientoes regulado por las mismas relaciones que rigen la contraccin, por consiguientese puede aplicar los valores dados en la Tabla 2.11.-

Durante la vida til de una estructura de madera, sta se encuentrasometida a contracciones e hinchamientos continuos debido a las variaciones detemperatura y humedad ambientales. Este fenmeno se conoce como trabajo ojuego de la madera.

2.4 Propiedades Elctricas.

La madera es un excelente aislador elctrico, perdiendo esta cualidadcon el aumento de la humedad, siendo altamente conductora con el aumento dehumedad por sobre el Punto de Saturacin de la Fibra (P.S.F).

Para un cierto grado de humedad la resistencia elctrica depende de laespecie, direccin de la fibra y de su densidad. Es cuatro veces mayor en elsentido longitudinal que en el sentido transversal (radial y tangencial), y aumentasu resistencia con la densidad de la madera.

Algunos valores de resistividad en megaomh/cm segn el grado dehumedad, en el sentido longitudinal, se indican en la Tabla 2.12

( )mmHK

DimensinH

=100

120


34/272

34

TABLA 2.12 VALORES DE RESISTIVIDAD DE LA MADERA PARA

DIFERENTES CONTENIDOS DE HUMEDAD

Humedad%

ResistividadMegaohms/cm

7101525

22000600400.5

En estado anhidro y a temperatura ambiente la resistencia elctrica esde aproximadamente, 1016 Ohms-metro decreciendo a 104 Ohms-metro cuandola madera esta en estado verde. Esta gran diferencia que se produce cuando sucontenido de humedad vara entre un = 70 a 30 %, es la base para el diseo delos instrumentos que miden la humedad (xilohigrmetros) en forma no destructiva.Sin embargo, desde el punto de saturacin de las fibras hasta el estado desaturacin total de la madera, su resistencia elctrica slo decrece en 105 Ohms-

metro, lo cual es bastante poco en comparacin los 10 12 veces que disminuyeentre humedad comprendidas entre 0 % y 30 %. Lo anterior explica la razn porla cual estos instrumentos proporcionan slo una estimacin general delcontenido de humedad por sobre el P. S. F.

2.5 Propiedades Acsticas.

La acstica es la ciencia de todos los sonidos audibles, necesarios oinnecesarios para el hombre.

El control de los sonidos necesarios para el hombre, en el interior de unahabitacin se denomina acstica de tal habitacin.

El control de los sonidos innecesarios para el ser humano en el interiorde un edificio es denominado como aislacin de tal edificio.

Una propiedad acstica importante de la madera es su capacidad paraamortiguar las vibraciones sonoras. Su estructura celular porosa transforma laenerga sonora en energa calrica debido al roce. Esto hace que la maderaabsorba el sonido y reduzca la tendencia, que en general tienen las estructuras,de transmitir las vibraciones a grandes distancias.

La propagacin del sonido a travs de la madera es un fenmeno muydifcil de determinar. Por su constitucin y caractersticas de anisotropa, la

madera es un buen conductor del sonido a pesar de su porosidad.

La relacin de la propagacin del sonido segn la diferentes direccioneses:

V/ / 14 = V r/ 5 = V t / 3


35/272

35

Los diferentes valores de velocidad de propagacin del sonido, para losmateriales que a continuacin se sealan, son :

Aire (t = 20 C ) 343 (m/seg)Agua 1450 (m/seg)

Madera 4130 (m/seg)Acero 5050 (m/seg)

2.6 Propiedades Trmicas

Las propiedades trmicas de la madera al igual que otros materialesdependen de los siguientes aspectos.

A. Conductividad: Es la capacidad que tiene un material para transmitirel calor y se representa por el coeficiente de conductividad interna, elcual se define como la cantidad de calor que atraviesa por hora, en

estado de equilibrio, un cubo de 1 metro de arista desde una de suscaras a la opuesta, cuando existe una diferencia de temperatura de 1 C. Se expresa en watt por metro cuadrado, por grado Celsius para unmilmetro (w/m 2 * C mm).

La conductividad est directamente relacionada con la densidad de lamadera. Las maderas con baja densidad conducen menos calor quelas de densidad alta. (Mayor volumen de cavidades celulares enrelacin con la sustancia slida de la pared celular).

La conductividad trmica es afectada tambin por el contenido dehumedad de la madera. La madera con un C. de H. menor a 12 %tiene una conductividad menor que aquella con mayor contenido dehumedad. (El agua libre y la de la pared celular contribuyennotablemente a la transmisin del calor).La conductividad trmica obtenido para el Douglas Fir. (Pino oregnNorteamericano), a 12% de humedad es, aproximadamente 5 vecesms bajo que el obtenido para ladrillos, 14 veces menor que elcorrespondiente al hormign y 370 veces menor que el del acero.La conductividad trmica a lo largo de las fibras es dos a tres vecesmayor que en el sentido perpendicular a las fibras.

B. Calor Especfico de la madera : Se define como la cantidad de calornecesaria para aumentar en 1 C la temperatura de 1 gramo demadera.Existen estudios que han demostrado que el calor especfico de lamadera no depende de las especies madereras, ni de su densidad,pero se vara con la temperatura.El calor especfico de la madera es un 50 % ms alto que elcorrespondiente al aire y 4 veces mayor que el del cobre. Adems seincrementa cuando la madera contiene agua (mayor humedad).


36/272

36

C. Dilatacin Trmica : La madera al igual que otros materiales deconstruccin, se dilata o contrae al aumentar o disminuir la temperatura.La dilatacin es menor que la de otros materiales convencionales perono es despreciable. El coeficiente de dilatacin para la madera seca,en direccin paralelas a las fibras, vara entre 3 x 10-6 y 5 x 10-6 mm porcada grado Celsius. Estos valores son aproximadamente 1/3 del que

se obtiene en el acero, 1/6 del correspondiente al aluminio.


37/272

37

2.7.- Propiedades Mecnicas

Son aquellas que indican la capacidad de los materiales para resistirfuerzas externas, de acuerdo a esta capacidad sern los usos a que losmateriales son destinados y las secciones transversales necesarias para aseguraruna adecuada estabilidad estructural en las construcciones. Conforme a la

amplia gama de solicitaciones a los cuales puede estar expuesto un materialdurante su uso, se han definido diversas propiedades mecnicas.

La metodologa de ensayo para ellos, son

2.7.1.- Flexin Esttica:

El ensayo de flexin esttica mide la resistencia que opone una viga auna carga puntual aplicada en el centro de la luz o distancia entre apoyos,aplicada en la cara tangencial ms cercana a la mdula de la probeta. Eldiagrama de ensayo es el que indica la Figura 2.13

Figura 2.13 Ensayo de Flexin Esttica

Los parmetros que se determinan en el ensayo de flexin esttica son :

Tensin en el lmite de Proporcionalidad ( f,lim ) : Corresponde a latensin unitaria mxima en flexin a que se puede someter el material sin quese produzcan deformaciones permanentes.

( )2cmKgW

Mf

/.limlim, =


38/272

38

Donde :

Mlm = Momentos resistente en el lmite de proporcionalidad (Kg * cm)

W = Mdulo resistente de la probeta (cm3)

Pero :

L = Distancia entre apoyos o luz de la probeta, en cm.b = Ancho de la probeta, en cm.h = Altura de la probeta, en cm.

Luego reemplazando :

Mdulo de Ruptura (Rf) : Corresponde a la tensin unitariamxima en flexin que soporta un material, antes que se produzca la falla.Cualquier incremento adicional de carga sobre el material provocar la ruptura deste.

Siguiendo idntico procedimiento al indicado para la tensin en el lmite deproporcionalidad, se determina el Mdulo de Ruptura obtenindose la relacinsiguiente :

Q = Carga de ruptura en Kgb, h y L = Definidos en 2.7.1

Mdulo de Elasticidad en Flexin (Ef)

Es la medida de la rigidez del material. Su clculo se basa en la razn entre elesfuerzo por unidad de superficie y la deformacin por unidad de longitudexperimentada por una probeta sometida a flexin. Constituye un valor indicativode la rigidez y es aplicable solamente a condiciones de trabajo de la zona dentrode la zona elstica de la curva versus deformacin.

==

22

51

cmKg

hbLP

WM lmlm

lmf..

,

64

2hbW

LPM lm

lm

==

=

22

51

cm

Kg

hb

LQR

f

..


39/272

39

La frmula matemtica que permite calcular el Mdulo de Elasticidad enflexin se obtiene del anlisis estructural de una viga simplemente apoyada concarga aplicada al centro de la luz, resultando lo siguiente:

En que :

I = Momento de Inercia de la probeta, cm4L = Distancia entre apoyos de la probeta, en cm.P/ = Pendiente de la curva carga versus deformacin en el rango elstico, enKg./cm

Pero

Luego , reemplazando se obtiene la expresin siguiente:

Pero

2.7.2 Compresin Paralela

Es la resistencia que opone una viga a una carga aplicada en el mismosentido de la direccin de la fibra.

La norma Chilena NCh 973, establece para la realizacin de este ensayo,probetas de seccin transversal 5*5 cm y 20 cm de longitud, segn se indica en laFigura 2.14

=2

3

48 cm

Kg

I

LP

Ef.

12

3hbI

=

=

23

3

4 cm

Kg

hb

LPE

f

.


40/272

40

Figura 2.14 Probeta de Compresin Paralela

Los valores calculados para los diferentes ensayos de compresin paralela,son vlidos para piezas de madera cuya longitud no arriostrada, sea inferior aonce veces la dimensin menor de su seccin transversal. Esto se debe a que enla prctica se ha visto que para columnas mayores, la falla se produce porinestabilidad lateral (pandeo), antes de alcanzar la resistencia total a lacomprensin.

Del ensayo de compresin paralela se determinan los parmetros siguientes:

Tensin en el lmite de Proporcionalidad (cp,lim)

donde:

P = Carga mxima aplicada en el lmite elstico, en Kg.A = Seccin transversal de la probeta, en cm2

= 2cm

KgAPlmcp .,


41/272

41

Tensin Mxima o de Ruptura (Rcp)

donde:Q = Carga de ruptura, en Kg.A = Seccin transversal de la probeta, en cm2

Mdulo de Elasticidad en Compresin Paralela (Ecp)

donde :

= Deformacin unitariacp, lim = Definido anteriormente

Pero se sabe que:

en que:

P = Carga en el limite de proporcionalidad, en Kg. =Acortamiento total de la probeta, en el limite de proporcionalidad,

en cmL = Longitud total de la probeta, en cm.

luego reemplazando:

=2cm

kg

A

QR

cp

.

=2cm

kgE cp

cp

.

=2cm

kg

A

Pcp

.

L=

=

2cmkg

ALPE

cp.


42/272

42

2.7.3 Cizalle Paralelo a la Direccin de las Fibras:

Es la capacidad que tiene la madera para resistir fuerzas que tienden acausar el deslizamiento de una seccin sobre otra adyacente a la anterior.

Esta solicitacin puede presentarse tanto en sentido paralelo como

perpendicular a las fibras. Sin embargo debido a la alta resistencia de la maderaa este ltimo esfuerzo, no se considera el cizalle perpendicular en el estudio delas propiedades mecnicas. De todas formas dicha alta resistencia le otorga unaseguridad total ante cualquier condicin de uso.

En el ensayo de cizalle paralelo a las fibras, se distinguen dos tipos desolicitaciones, segn la ubicacin del plano de falla respecto a las anillos decrecimientos.

Figura 2.15. Probetas de Cizalle Paralelo

En la Figura 2.15 se presenta ambas solicitaciones: Cizalle Paralelo Radialy Cizalle Paralelo Tangencial.

El parmetro que se mide para ambos casos es la tensin de ruptura porCizalle Paralelo (R cz ) a las fibras, la cual se calcula de acuerdo a la siguientefrmula .

En que:

Q = Carga de Ruptura, en KgA = Area total del plano de falla, en cm2

Rcz

= Tensin de ruptura por cizalle, en (Kg/cm2 )

=2cm

kg

A

QR

CZ

.


43/272

43

2.7.4 Clivaje

Es la resistencia que ofrece la madera a una solicitacin que intentarajarla en la direccin paralela a las fibras. Este ensayo entrega antecedentesacerca de la capacidad de unin entre las clulas que conforman la madera.

En el ensayo de cizalle paralelo a las fibras, se distinguen dos tipos de

solicitaciones segn la ubicacin del plano de la falla respecto a los anillos decrecimiento.

Clivaje Tangencial (Rclt ) : La probeta es sometida a una solicitacin quegenera un plano de falla tangente a los anillos de crecimiento.

Clivaje Radial (Rclr ) : La probeta es sometida a una solicitacin que generaun plano de falla perpendicular a los anillos de crecimiento.

Figura 2.16 Probeta de Clivaje Tangencial y Clivaje Radial

Los parmetros que este ensayo entrega son la tensin de ruptura por clivaje (Rcl ) tanto tangencial como radial, ambos se calculan de la misma forma y deacuerdo a la siguiente relacin:

Donde

R cl = Tensin de Ruptura por Clivaje, en Kg / cmQ = Carga de ruptura, en KgA = Ancho de falla, en cm

A

QR

cl=


44/272

44

2.7.5 Traccin

El ensayo de traccin entrega antecedentes respecto a la resistenciaque opone una probeta de madera al ser sometida a cargas de efectotraccionante que provocan un estiramiento en ella.

Dependiendo de la direccin de aplicacin de la carga se distinguendos tipos de solicitaciones en traccin :

2.7.5.1 Traccin Paralela a la Fibra:

Es la resistencia que opone una probeta de madera a una carga detraccin aplicada en la direccin a las fibras.

En la prctica, realizar un ensayo de traccin paralela en una probetalibre de defecto y lograr su ruptura por esfuerzo de traccin, es prcticamenteimposible.

El motivo de esto, es el hecho que la probeta antes de alcanzar la tensin deruptura por traccin paralela, falla en los apoyos por el cizalle horizontalprovocado por las tenazas que estn traccionndola desde sus extremos. Poreste motivo los antecedentes de traccin paralela son relativamente escasos,adems los altos valores obtenidos en los ensayos que aisladamente se hanrealizado, entregan una seguridad que la madera fallar por otros esfuerzos antesque el de traccin paralela.

2.7.5.2 Traccin Normal a la Fibra:

Es la resistencia que opone una probeta de madera a una carga detraccin con direccin perpendicular a las fibras de la madera. Dependiendo de laposicin del plano de falla respecto a los anillos de crecimiento, se distinguen dostipos de solicitaciones de traccin normal.

Figura 2.17 Probeta de Traccin Normal.


45/272

45

Traccin Normal Tangencial (R tnt ) : Es aquella en la cual el plano de fallase dispone tangente a los anillos de crecimiento.

Traccin Normal Radial (R tnr) : Es aquella en la cual el plano se disponeperpendicular al los anillos de crecimiento.

Los parmetros que este ensayo entrega son la tensin de ruptura porTraccin Normal (R tn ), tanto tangencial como radial, ambos se calculan de lamisma forma y de acuerdo a la siguiente relacin:

Donde

R tn = Tensin de Ruptura por Traccin Normal, en Kg,/cm2

Q = Carga de ruptura, en Kg.

A = Area solicitada a la Traccin Normal, en cm2

2.7.6 Dureza (Janka)

La dureza determina la resistencia que ofrece la madera a lapenetracin de cuerpos de mayor solidez y consistencia que ella.

Para la realizacin de este ensayo se debe conectar a la mquina deensayo, un dispositivo que posee una esfera de acero de 11,3 mm de dimetro, lacual se hace penetrar a una probeta normalizada, segn la norma Chilena NCh978.

La esfera se introduce hasta la mitad de su dimetro en cada una de lasseis caras de la probeta. Una vez que ha penetrado la mitad de dimetro de laesfera, se activa una alarma electrnica conectada al dispositivo, instante en elcual se detendr el ensayo y se registrar la carga de penetracin soportada.

Figura 2.18 Dispositivo de ensayo de Dureza Janka

=2cm

kg

A

QR

tn

.


46/272

46

Tal como se dijo anteriormente, la esfera debe penetrar en cada una delas seis caras, sin embargo la solicitacin en cuatro caras ser normal a ladireccin a las fibras y en dos caras ser, paralela a la direccin de las fibras, espor ello que ambos parmetros se miden separadamente de acuerdo a losiguiente:

Dureza Paralela (R dp ) :

Es un parmetro que indica la resistencia que ofrece la madera a lapenetracin con carga aplicada en sus cabezales o extremos de la probeta. Paracalcularla se aplica la carga en uno y otro extremo consecutivamente y la durezaparalela ser el promedio aritmtico de ambos.

La forma de aplicar la carga que introduce la esfera en el ensayo dedureza paralela es la indicada en la Figura 2.18. y 2.19

Figura 2.19 Ensayo de Dureza Paralela

Dureza Normal (Rdn ):

Es un parmetro que indica la resistencia que ofrece la madera a lapenetracin en sentido perpendicular a la direccin de las fibras. Se expresacomo el promedio aritmtico de la resistencia obtenida en las caras tangenciales yradiales de la probeta, de acuerdo a lo indicado en la Figura 2.20


47/272

47

Figura 2.20 Ensayo de Dureza Janka Normal a la Fibra.

2.7.7 Extraccin de Clavo

Esta propiedad mecnica tiene por objeto entregar una medidaindicativa del grado de sujecin existente entre la madera y los elementos deunin ms usados, como es el clavo. Esta resistencia se mide por la fuerzanecesaria para extraer un clavo de la madera.

Las especificaciones que regulan este ensayo estn dadas en la NormaChilena NCh 979, respecto a la geometra de la probeta y a la ubicacin de losclavos. Se especifica lo indicado en la figura 2.21

Figura 2.21 Forma y Dimensiones de la Probeta de Extraccin de Clavo.


48/272

48

Igual que en otros, en este caso se distinguen dos tipos desolicitaciones dependiendo de la orientacin del clavo respecto a las fibras de laprobeta.

Resistencia Normal a las Fibras (Rcnf)

Este parmetro indica la resistencia que opone la madera a laextraccin de un clavo ubicado en su eje en el sentido perpendicular a ladireccin de las fibras.

Para obtener este valor se realiza la extraccin del clavo en cada unade las cuatro caras de la probeta P1, P2, P3, y P4 y el valor de extraccin Normalser el promedio aritmtico de estas cuatro resistencias.

Resistencia Paralela a las Fibras (Rcpf)

Indica la resistencia que opone la madera a la extraccin de un clavo

ubicado en su eje en el sentido paralelo a la direccin de las fibras.

La determinacin de este parmetro se realiza obteniendo la resistenciaa la extraccin paralela en ambos cabezales de la probeta, luego la resistenciarepresentativa de esta probeta se obtendr promediando aritmticamente losvalores resultantes para cada cabezal P5 , P6

2.8 Propiedades Mecnicas de Especies Madereras Crecidas en Chile

Las propiedades mecnicas de especies madereras crecidas en Chile,en estado verde, son las incluidas en la Tabla 2.13.

Las propiedades mecnicas de especies madereras crecidas en Chile,en estado seco, son las incluidas en la Tabla 2.14

La relacin entre las propiedades mecnicas y los usos especficos quelas maderas pueden tener se sealan en la Tabla 2.15


49/272

49

2.9 Factores que afectan las Propiedades Mecnicas

La madera tiene una compleja estructura natural diseada para servirlas necesidades funcionales de una planta en vida. No siempre resulta evidenteel por qu las probetas de una especie maderera determinada, extradas dediferentes rboles o de un mismo rbol muestran una pronunciada diferencia en

su densidad y en su resistencia. La variabilidad entre rboles y de la mismaespecie responde a diferencia genticas, de ambiente o de ambas.

En un mismo rbol el crecimiento es irregular. Existe adems,diferencias en las propiedades mecnicas, debido al tratamiento de la maderadurante su elaboracin. Los factores que inciden sobre la variabilidad de laspropiedades mecnicas son:

a) Defectos : Recibe este nombre cualquier irregularidad fsica, qumica ofsico qumica de la madera, que afecta su aspecto, resistencia odurabilidad, determinando generalmente, una limitacin en su uso o

aplicacin. Los defectos que mayormente inciden sobre las propiedadesmecnicas o resistentes de la madera son: Nudos, grietas, rajaduras,granos o fibra desviada, pudricin, perforacin y colapso. Otros defectosque inciden en la resistencia, pero, en menor grado, son: Bolsillo decorteza o resina, acebolladuras, alabeos, mdula y canto muerto.

Debido a lo anterior es que la determinacin de las propiedadesmecnicas se realiza en probetas libres de defectos.

b) Densidad: Aparte de los ensayos de resistencia, la densidad o pesoespecfico de una pieza de madera, es el criterio ms satisfactorio paradeterminar su resistencia. Las clulas que constituyen finalmente lamadera, estn ligadas por la lignina. La pared celular est compuestaprincipalmente por celulosa, encontrndose adems holocelulosa y lignina.Las diferencias de composicin, entre especies y dentro de ellas, es laprimera causa de la variacin de la densidad. El grosor de las paredescelulares y el tamao de las porosidades tambin es variable, aadiendouna nueva causa de variabilidad. La densidad de la madera vara andentro del mismo rbol. En la Figura 2.22 se indican dos relaciones enpropiedades mecnicas y densidad.


50/272

50

Tab

la2.13PropiedadesMecnicasdeEspeciesMadererasC

hilenasEnEstadoVerde

FLEXION

TENACIDAD

COMPRESION

TRAC

CION

NOR

MAL

DUREZA

CIZALLE

CLIVAJE

EXTRACCION

CLAVO

Tang

encial

Radial

Paralela

Normal

Tangen

cial

Radial

Nor

mal

Para

lela

Tangen

cial

Radial

T

ange

n

cial

RadialNormal

Parale

la

Peso

Espe

cifico

Tens

in

enel

Limite

Prop

orc.

Modul

odeRuptu

ra

Modulo

deElasti

cidad

Resist

Mx.

Resist

Mx.

Tensin

Limite

Proporc

Tensin

Mx

Modulo

deElastic.

Tensin

Limite

Proporc

Tensin

Mx

Tensin

Rotura

Tensin

Max

Carga

Max.

Carga

Max

Tensin

Rotura

Tensin

Rotura

T

ensi

n

R

otur

Tensi

nRotur

Carga

Max.

Carga

Max.

Especie

Kg/m3

d

f

Kg/m2

Rf

Kg/m2

Ef

Ton/cm

2

Tf

Ncm

Tf

Ncm

f

Kg/m

2

Rf

Kg/m2

Ecp

Kg/m

2

cp

Kg/m2

Rca

Kg/m

2

Rtat

Kg/m2

Rtar

Kg/m

2

Rda

Kg/m2

Rdp

Kg/m

2

Rczt

Kg/m2

Rczr

Kg/m2

Rcvt

K

g/m

2

Rcvr

Kg/m2

Rcln

Kg/m

2

Rclp

Kg/m

2

ALERCE

424

38

0

649

57.7

1598

1359

293

435

39.7

76

121

15

15

200

220

55

55

36

36

76

53

ALGARROBO

690

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

ARAUCARIA

474

28

2

450

83.8

2880

4196

170

230

67.2

42

85

58

24

256

264

72

58

50

32

75

55

AVELLANO

-

23

6

407

68.0

-

-

151

194

98.0

26

-

-

-

208

227

64

48

-

-

-

-

ALAMO

302

18

8

353

50.6

2898

2443

78

162

68.5

17

40

52

35

100

129

48

40

42

33

-

CANELO

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

CIPRESDELA

CORDILLERA

435

26

6

422

50.7

2596

2587

177

223

58.7

46

75

32

28

255

344

67

61

32

31

86

46

COIGUE

493

31

5

522

83.3

3187

3641

198

258

92..5

108

160

70

54

397

394

98

75

75

65

109

74

COIGUEDE

MAGALLANES

-

-

560

95.9

-

-

-

46

-

-

-

-

-

240

299

73

62

-

-

-

-

EUCALYPTUS

GLOBULUS

624

38

6

778

120.2

-

-

242

363

141.6

74

178

84

80

365

408

128

98

95

72

-

-

LAUREL

400

22

5

392

66.0

-

-

147

189

81.8

21

-

24

24

200

220

55

55

-

-

-

-

LENGA

464

25

2

497

79.4

-

-

159

216

87.9

35

71

39

24

255

317

74

63

51

37

76

38

diseño estructural pino

Documents