Evaluación de las propiedades mecánicas y comportamiento estructural de elementos livianos en madera del tipo pinus caribaea (Pino Caribe), proveniente de la zona de Casanare

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(1)EVALUACION DE LAS PROPIEDADES MECANICAS Y COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE ELEMENTOS LIVIANOS EN MADERA DEL TIPO PINUS CARIBAEA (PINO CARIBE), PROVENIENTE DE LA ZONA DE CASANARE.. OSCAR ALEJANDRO VELEZ MARIN CODIGO 257660 JUAN FERNANDO HERNÁNDEZ MEDINA CÓDIGO 290205 ERWIN GONZALO CASTAÑEDA GUTIERREZ CÓDIGO 282571. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL VILLAVICENCIO 2014 1.

(2) EVALUACION DE LAS PROPIEDADES MECANICAS Y COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE ELEMENTOS LIVIANOS EN MADERA DEL TIPO PINUS CARIBAEA (PINO CARIBE), PROVENIENTE DE LA ZONA DE CASANARE.. OSCAR ALEJANDRO VELEZ MARIN JUAN FERNANDO HERNÁNDEZ MEDINA ERWIN GONZALO CASTAÑEDA GUTIERREZ. Monografía como requisito para optar al título de Ingeniero Civil. Asesor técnico Andrés Bustos Ing. Civil, Especialista en Estructuras y Suelos. Asesora metodológica Erika Vega Ing. sistemas, Especialista en gerencia de proyectos. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL VILLAVICENCIO 2014 2.

(3) AUTORIDADES ACADÉMICAS UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA. Dr. CÉSAR AUGUSTO PÉREZ GONZÁLEZ Rector Nacional. Dr. CÉSAR AUGUSTO PÉREZ LONDOÑO Director Académico Sede Villavicencio. Dr. RUTH MUÑOS Director Administrativo Sede Villavicencio. Ing. RAÚL ALARCÓN Decano Facultad de Ingeniería Civil. Dr. LUCRECIA RAMIREZ Coordinador Académico Facultad de Ingeniería Civil 3.

(4) Nota de aceptación. _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________. _____________________________________ Firma del presidente del jurado. ______________________________________ Firma del jurado. ______________________________________ Firma del jurado. Villavicencio, septiembre de 2014 4.

(5) DEDICATORIA. Juan Fernando Hernández Medina. Quiero agradecer a Dios y la Virgen por haberme bendecido con una maravillosa familia y por permitirme llegar a este momento tan importante en mi vida. También quiero agradecer a tres mujeres quienes son el pilar fundamental de mi existencia, mujeres quienes gracias a sus esfuerzos y apoyo incondicionales hacen que esto me sea posible: Mi abuelita Ligia Rubio, Mi madre Alexandra Medina y Mi hermanita Julieth Medina. En general a toda mi familia. Igualmente quiero agradecer a mi novia Lizeth Cárdenas por su apoyo, paciencia y comprensión. Oscar Alejandro Vélez Marín. Agradezco a esas personas importantes en mi vida, que siempre estuvieron listas para brindarme toda su ayuda, ahora me toca regresar un poquito de todo lo inmenso que me han otorgado. Con todo mi cariño este trabajo de grado se los dedico a ustedes: Rosa Aguirre, Fernando Vélez, y a toda mi familia. Erwin Gonzalo Castañeda Gutiérrez. Quiero agradecer a Dios por derramar sus bendiciones sobre mí y llenarme de su fuerza para vencer todos los obstáculos desde el principio de mi vida. A mi madre Martha Gutiérrez por todo el esfuerzo y sacrificio para brindarme todo el amor, la compresión, el apoyo incondicional y la confianza en cada momento y sobre todo en mis estudios universitarios. A mis hermanos que con su amor me han enseñado a salir adelante, gracias por estar en otro momento tan importante en mi vida. A mi esposa, Magali López que ha sido el impulso durante toda mi carrera y el pilar principal para la culminación de la misma, gracias por su paciencia, comprensión, apoyo constante y amor incondicional, por tu bondad y sacrificio me inspiraste a ser mejor para ti. A mi hijo Juan Esteban para quien ningún sacrificio es suficiente y quien con su luz ha iluminado mi vida y hace mi camino más claro. Agradecemos la colaboración de la ingeniera Claudia Pacheco, el ingeniero Andrés Bustos, maderas Aragón y el laboratorio NHSQ ingeniería por su orientación y colaboración para la realización de este proyecto.. 5.

(6) AGRADECIMIENTOS. ING. ANDRES BUTOS: Asesor técnico, quien nos orientó, Escuchó para llevar a feliz término el presente trabajo. MADERAS ARAGON: Comercializadora de maderas, por su ayuda en la consecución de recursos para el desarrollo de proyecto evaluación de propiedades físicas y mecánicas de madera del tipo Pinus Caribaea (pino caribe) proveniente de la zona de Casanare. LABORATORIO NHSQ INGENIERIA: Por facilitarme las áreas y equipos para el desarrollo y ejecución de los ensayos.. 6.

(7) TABLA DE CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14 2. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 15 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 16 RESUMEN ............................................................................................................. 17 ABSTRACT ............................................................................................................ 18 3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 19 4. ESTADO DEL ARTE .......................................................................................... 20 4.1 INVESTIGACIONES EN EL EXTRANJERO .................................................... 20 4.2 INVESTIGACIONES EN COLOMBIA .............................................................. 20 5. MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 21 5.1 PINUS CARIBAEA ........................................................................................... 21 5.1.1 Descripción ................................................................................................... 21 5.1.2 Origen. .......................................................................................................... 21 5.1.3 Hábitat........................................................................................................... 21 5.1.4 Importancia Ecológica ................................................................................... 22 5.1.5 Fenología ...................................................................................................... 22 5.1.6 Aspectos Fisiológicos.................................................................................... 22 5.1.7 Semilla .......................................................................................................... 23 5.1.8 Experiencias con la planta ............................................................................ 23 5.1.9 Cultivo ........................................................................................................... 23 5.1.10 Propagación ................................................................................................ 24 5.1.11 Efecto restaurador / servicio al ambiente .................................................... 24 5.1.12 Tolerancias ................................................................................................. 24 5.1.13 Desventajas ................................................................................................ 24 5.1.14 Interacción Biológica ................................................................................... 25 5.1.15 Usos ............................................................................................................ 25 5.2 PATOLOGÍAS DE LA MADERA ...................................................................... 25 5.2.1 Agentes bióticos destructores de la madera ................................................. 26 5.2.1.1 Causas biológicas ..................................................................................... 26 5.2.1.2 Hongos cromógenos. ................................................................................. 27 5.2.1.3 Hongos de pudrición .................................................................................. 27 5.2.1.4 Mohos. ....................................................................................................... 28 5.2.1.5 Insectos..................................................................................................... 29 5.2.2 Agentes abióticos de destrucción o degradación de la madera .................... 32 5.3 ESTRUCTURA DE LA MADERA ..................................................................... 34 5.3.1 EI Tronco. ..................................................................................................... 34 7.

(8) 5.3.2 Estructura Anatómica. ................................................................................... 35 5.3.3 Estructura Macroscopica............................................................................... 37 5.3.4 Estructura Microscópica. ............................................................................... 38 5.3.5 Estructura Submicroscopica. ........................................................................ 41 5.3.6 Composición química de la madera .............................................................. 43 5.4 PROPIEDADES RESISTENTES DE LA MADERA .......................................... 50 5.4.1 Resistencia a la compresión paralela. .......................................................... 50 5.4.2 Resistencia a la compresión perpendicular................................................... 51 5.4.3 Resistencia a la tracción. .............................................................................. 51 5.4.4 Resistencia al corte. ...................................................................................... 53 5.5 PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA..................................................... 53 5.5.1 Modulo De Elasticidad (MOE). ...................................................................... 53 6. RESULTADOS................................................................................................... 55 6.1 ENSAYOS PARA DETERMINAR PROPIEDADES MECÁNICAS ................... 55 6.1.1 Compresión paralela a la fibra. ..................................................................... 55 6.1.2 Compresión perpendicular a la fibra. ............................................................ 56 6.1.3 Flexión perpendicular a la fibra. .................................................................... 57 6.1.4 Tracción perpendicular a la fibra. ................................................................. 58 6.1.5 corte tangencial y radial a la fibra ................................................................. 59 6.1.6 Tracción perpendicular a la fibra ................................................................... 60 6.1.7 Criterios para descartar o aprobar los datos experimentales. ....................... 60 6.2 RESULTADOS ENSAYOS DE CARACTERIZACION. .................................... 63 6.2.1 Compresión paralela a la fibra pino. ............................................................. 63 6.2.2 Compresión perpendicular a la fibra pino...................................................... 68 6.2.3 Flexión perpendicular a la fibra pino. ............................................................ 72 6.2.4 Tracción perpendicular a la fibra ................................................................... 77 6.2.5 Tracción paralela a la fibra ............................................................................ 79 6.2.6 Corte tangencial a la fibra del pino ................................................................ 81 6.2.7 Corte radial a la fibra del pino. ...................................................................... 84 7. Resultados ......................................................................................................... 88 7.1 Reconocimiento de las empresas que ofertan la madera industrial en Villavicencio Meta. ................................................................................................. 88 7.2 Diseño y desarrollo de dispositivos que permitan fallar las probetas de madera de tipo pinus caribaea. ............................................................................ 922 7.3 Realización de ensayos mecánicos sobre maderas tipo pino caribe (pinus caribaea), (flexión, compresión, tracción y corte). ......................... 103 CONCLUSIONES ................................................................................................ 113 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 115 ANEXOS .............................................................................................................. 116 8.

(9) LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Estructura anatómica de una especie conífera con hongos que se alimentan de la pared celular. ..................................................... 28 Figura 2. Partes del tronco ..................................................................................... 36 Figura 3. Estructura anatómica de las maderas latifoliadas (tropicales) ............... 38 Figura 4. Estructura anatómica de las maderas coníferas ..................................... 39 Figura 5. Estructura de la fibra .............................................................................. 42 Figura 6. Direcciones ortogonales de la madera ................................................... 50 Figura 7. Ensayo compresión paralela a la fibra probeta 101 ................................ 63 Figura 8. Ensayo compresión perpendicular a la fibra probeta 201 ....................... 69 Figura 9. Ensayo Flexión perpendicular a la fibra pino .......................................... 73 Figura 10. Ensayo Tracción perpendicular a la fibra pino ...................................... 77 Figura 11. Ensayo tracción paralela a la fibra probeta 505 .................................... 79 Figura 12. Ensayo corte tangencial a la fibra probeta 611 ..................................... 82 Figura 13. Ensayo corte radial a la fibra probeta 707 ............................................ 85 Figura 14. Diseño en auto CAD del dispositivo para el ensayo a tracción ............. 92 Figura 15. Diseño aditamento ensayo de corte..................................................... 98 Figura 16. Dimensiones de la probeta ................................................................. 107 Figura 17. Dimensiones de la probeta ................................................................. 110. 9.

(10) LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Estructura microscópica de la madera ..................................................... 41 Tabla 2. Equilibrio de Contenido de Humedad (ECH) para las principales ciudades de Colombia. ............................................................................ 45 Tabla 3. Conductividad térmica de materiales ....................................................... 48 Tabla 4. Velocidad de la propagación de ondas .................................................... 49 Tabla 5. Resultados generales de ensayo de compresión paralela a la fibra ........ 65 Tabla 6. Promedios aritméticos.............................................................................. 66 Tabla 7. Calculos estadisticos para compresión paralela a la fibra........................ 68 Tabla 8. Resumen esfuerzos compresión paralela a la fibra del pino .................... 68 Tabla 9. Resultados generales Ensayo de Compresion perpendicular a la fibra ... 70 Tabla 10. Media y desviación estándar esfuerzos compresión perpendicular a la fibra del pino ..................................................................................... 71 Tabla 11. Valores de diseño esfuerzos compresión perpendicular a la fibra del pino ................................................................................................... 72 Tabla 12. Resumen esfuerzos compresión perpendicular a la fibra del pino ......... 72 Tabla 13. Resultados generales ensayo Flexión perpendicular a la fibra pino ...... 74 Tabla 14. Promedios aritméticos............................................................................ 75 Tabla 15. Valor de diseño esfuerzo a flexión carga perpendicular a la fibra el pino ................................................................................................... 76 Tabla 16. Resumen esfuerzos flexión perpendicular a la fibra del pino ................. 76 Tabla 17. Valores esfuerzos tracción perpendicular a la fibra del pino. ................. 78 Tabla 18. Resumen esfuerzos flexión perpendicular a la fibra del pino ................. 78 Tabla 19. Valores esfuerzos tracción paralelo a la fibra del pino. .......................... 80 Tabla 20. Valores de diseño esfuerzos tracción paralela a la fibra del pino .......... 81 Tabla 20. Valores esfuerzos corte tangencial a la fibra del pino. ........................... 83 Tabla 21. Valor de diseño esfuerzo a corte tangencial a la fibra del pino .............. 84 Tabla 22. Resumen esfuerzos corte tangencial al grano del pino.......................... 84 Tabla 23. Valores esfuerzos corte radial a la fibra del pino ................................... 86 Tabla 24. Valor de diseño esfuerzo a corte radial a la fibra del pino...................... 86 Tabla 25. Resumen esfuerzos corte tangencial al grano del pino.......................... 87. 10.

(11) LISTA DE GRAFICAS Pág. Gráfica 1. Comportamiento de la madera frente a la acción del fuego. ................. 34 Grafica 2. Isotermas de Sorción............................................................................ 44 Grafica 3. Cambios dimensionales de la madera con el contenido de humedad ... 46 Grafica 4. Curvas esfuerzo-deformación para maderas latifoliadas....................... 52 Grafica 5. Distribución normal de la función (Spiegel, 1973) ................................. 61 Grafica 6. Distribución de Student Tomada de (Spiegel, 1973) ............................. 62 Grafica 7. Curva Carga-Alargamiento probeta 101 ................................................ 64. 11.

(12) LISTA DE IMAGENES Pág. Foto 1: Piezas de madera machihembrada de Pino Radiata, la que fue atacada por hongos cromógenos estando encastillada. ........................... 27 Foto 2. Piezas de madera atacada por hongo de pudrición. .................................. 29 Foto 3. Insecto cerambícido que ataca la madera. ................................................ 29 Foto 4. El líctido sólo ataca latifoliadas. ................................................................. 30 Foto 5. El anóbido se alimenta de celulosa y lignina. ............................................ 30 Foto 6. En la imagen se observan termitas subterráneas en pleno ataque a una solera de un tabique. ........................................................... 31 Foto 7. Comprensión paralela a la fibra ................................................................. 56 Foto 8. Comprensión perpendicular a la fibra ........................................................ 57 Foto 9. Flexión perpendicular a la fibra .................................................................. 58 Foto 10. Tracción perpendicular a la fibra .............................................................. 59 Foto 11. Corte paralelo y radial a la fibra ............................................................... 60 Foto 12. Tablas apiladas ........................................................................................ 88 Foto 13. Acopio madera rolliza .............................................................................. 88 Foto 14. Listones y tablas ...................................................................................... 89 Foto 15. Bodega Realizada en madera ................................................................. 89 Foto 16. Estructura para tanque elevado en madera ............................................. 90 Foto 17 Cabaña en madera ................................................................................... 90 Foto 18. Elaboración del molde de mordazas para el ensayo de tracción ............. 93 Foto 19. Mordazas para el ensayo de tracción ya fundidas en hierro .................... 95 Foto 20. Estructura del aditamento para el ensayo de tracción ............................. 96 Foto 21. Corte de las láminas que conforman el dispositivo para el ensayo de corte ..................................................................................................... 99 Foto 22. Se muestra es proceso constructivo del aditamento para el ensayo a corte......................................................................................... 99 Foto 23. Estructura inferior y base del aditamento............................................... 102 Foto 24. Platina superior ...................................................................................... 102 Foto 25. Elemento que transmite la carga desde el cilindro de compresión hasta la probeta de madera .................................................................. 102 Foto 26. Aditamento para ensayo de corte .......................................................... 103 Foto 27. Ensayo a compresión ............................................................................ 104 Foto 28. Sección de falla por compresión paralela a las fibras ............................ 105 Foto 29. Ubicación del deformimetro para ensayo de compresión perpendicular ........................................................................................ 106 Foto 30. Ubicación probeta en mordazas ............................................................ 108 Foto 31. Probeta y mordazas acopladas al dispositivo de tracción...................... 108 Foto 32. Dispositivo para ensayo de tracción ubicado en máquina de compresión............................................................................................ 109 Foto 33. Armado del dispositivo para ensayo de corte ........................................ 111 Foto 34. Procedimiento de ensayo para prueba de flexión .................................. 112 12.

(13) LISTA DE ANEXOS Pág.. Anexo A. Ficha Técnica Pino Caribe ................................................................... 116 Anexo B. Graficas Resultados ensayos compresión paralela a la fibra ............... 119 Anexo C. Graficas resultados ensayos compresión perpendicular a la fibra ....... 131 Anexo D. Graficas resultados ensayos flexión paralela a la fibra ........................ 143 Anexo E. Graficas resultados ensayo de tracción perpendicular a la fibra .......... 155 Anexo F. Graficas resultados ensayo de tracción paralela a la fibra ................... 167 Anexo G. Graficas resultados ensayo de corte tangencial a las fibras ................ 178 Anexo H. Graficas resultados ensayo de corte radial paralelo a las fibras .......... 190 Anexo I. Certificado de calibración………………………………………………...…201. 13.

(14) INTRODUCCIÓN. Interesados por la problemática actual debida al incremento de la contaminación en los últimos años, derivados del crecimiento tanto demográfico como urbanístico que se ha venido desarrollando, la demanda de materiales para la construcción como el acero y el concreto está en su punto máximo. Conscientes del gran impacto ambiental que se desencadena a raíz del desarrollo humano, se decidió optar por otro tipo de materiales que presentan un comportamiento estructural aceptable, como es el caso de la madera, específicamente el pino caribe o Caribaea. El uso de la madera de tipo industrial tiene la ventaja de generar un impacto ambiental mucho menor, esta desde el punto de vista energético requiere para su obtención hasta 3.2 veces menos energía que el acero y el concreto, desde el punto de vista estructural es entre 4 y 6 veces más liviano que el concreto y estructuras similares, postulando así la madera como un recurso renovable, amigable con el medio ambiente y más económica que los que se emplean en la actualidad. Inicialmente se realizó una visita a todas las empresas dedicadas a la comercialización de maderas, encontrando que la variedad más usada para construcción es el pino Caribaea. Es importante mencionar que esta industria en la ciudad de Villavicencio presenta poco interés en cuanto al apoyo de la investigación de las maderas que distribuyen, siendo maderas Aragón la única que se mostró dispuesta a patrocinar dicha investigación permitiendo una visita a su aserradero ubicado cerca de Yopal, donde se pudo observar el proceso desde que llegan los troncos recién cortados en las plantaciones que tiene Refocosta en el departamento del Casanare, pasando por el corte y posterior secado de las piezas constituidas de pino Caribaea. Maderas Aragón también suministro la madera con la cual se realizaron los ensayos. Se efectuaron ensayos donde se sometieron las probetas de madera de tipo pino Caribaea diferentes esfuerzos (compresión, flexión, tracción y corte), que permitieron conocer su comportamiento y propiedades mecánicas.. 14.

(15) 2. OBJETIVO GENERAL. Evaluar las propiedades mecánicas de elementos livianos en madera tipo pinus caribaea (Pino Caribe) comercializados en el departamento del Meta.. 15.

(16) 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS    . Reconocer las Empresas que ofertan la madera industrial en del departamento del Meta. Diseñar y desarrollar dispositivos que permitan fallar las probetas de madera de tipo Pinus Caribaea (Pino Caribe). Realizar Ensayos Mecánicos sobre Maderas tipo Pinus Caribaea (Pino Caribe), (Flexión, Compresión, Tracción y Corte). Elaborar una ficha técnica con los resultados obtenidos de los ensayos de laboratorio para la madera tipo Pinus Caribaea (Pino Caribe).. 16.

(17) RESUMEN. Motivados por el uso de materiales alternativos en la construcción y teniendo en cuenta la gran demanda del pino Caribaea en Villavicencio, se realizan ensayos que permitan evaluar su comportamiento mecánico. Actualmente Villavicencio no cuenta con laboratorios ni equipamiento especializados en la evaluación de las propiedades mecánicas de la madera, se diseñaron y construyeron dos dispositivos que permiten realizar ensayos para corte y tracción que se pueden adaptar a una máquina de compresión convencional para falla de cilindros de concreto. Para el desarrollo de los ensayos se prepararon 84 probetas de madera pinus Caribaea, las cuales estaban divididas en: 12 probetas para ensayo de compresión paralelo a las fibras NTC-784, 12 probetas para ensayo de compresión perpendicular a las fibras NTC-784, 12 probetas para ensayo de flexión perpendicular a las fibras NTC-663, 24 probetas para ensayo de tracción perpendicular y paralela (12 de cada una) a las fibras NTC-961, 24 probetas para ensayo de corte radial paralelo y corte tangencial (12 de cada una) a las fibras NTC-784. Para la caracterización de los materiales (probetas de Pinus Caribaea) por medio de ensayos, se tomó como referencia la NTC, NCH y NSR-10. Los resultados obtenidos en los diferentes ensayos están dentro de los rangos normales para dichos materiales.. 17.

(18) ABSTRACT. Motivated by the use of alternative materials in construction and considering the high demand Caribaea pine in Villavicencio, tests to assess their mechanical behavior are made. Currently Villavicencio not have laboratories or specialist equipment in evaluating the mechanical properties of wood, were designed and constructed two devices allow testing to shear and tension which can be adapted to a conventional compression machine to failure of cylinders concrete. Specimens for compression test parallel to the NTC-784 fiber, 12 test specimens perpendicular compression to NTC-784 fiber, 12: For the development of testing 84 specimens of wood Pinus Caribaea, which were divided into were prepared test specimens bending perpendicular to the NTC-663 fibers, 24 tensile test specimens perpendicular and parallel (12 each) to the NTC-961 fibers, 24 test specimens cut parallel radial and tangential section (12 of each one) to the NTC-784 fibers. For the characterization of materials (specimens of Pinus Caribaea) by testing, reference was made to the NTC, NCH and NSR-10. The results obtained in the various tests are within normal ranges for these materials.. 18.

(19) 3. JUSTIFICACIÓN Debido a la desenfrenada demanda energética como consecuencia del desarrollo y la expansión humana, los niveles de contaminación de nuestro planeta están en su punto más alto, la explotación de recursos para la obtención de estas materias primas llegaron a un punto crítico. Por ende hay que optar por materiales que generen un menor impacto, hoy en día se sigue empleando la madera como material idóneo para construcción desde zonas deprimidas empleando los métodos más rudimentarios, hasta estructuras con un mayor nivel de complejidad en países desarrollados, las cuales se rigen por estrictos códigos de seguridad. Nuestro país cuenta con un capítulo referido a maderas que se encuentra en la última actualización de la NSR-10 Titulo G, donde se muestran los criterios para el cálculo de este tipo de material, también están las normas NTC las cuales indican que tipo de ensayos se deben realizar para la evaluación de las propiedades mecánicas. La madera tiene muchas características que la convierten en un material adecuado para ser empleada en la construcción. Es un elemento que resalta por su belleza y estética, presenta excelentes propiedades como aislante térmico y acústico, es un elemento renovable que purifica el aire. Además puede adoptar diversas formas que a la hora de ser ensambladas alcanza altos niveles de rendimiento, asimismo presenta un buen comportamiento mecánico integrado a esto es un elemento muy ligero. Todos estos factores convierten la madera en un excelente candidato a tener en cuenta cualquier tipo de proyecto de construcción.. 19.

(20) 4. ESTADO DEL ARTE. 4.1 INVESTIGACIONES EN EL EXTRANJERO Desde que los refugios naturales dejaron de ser aptos para la preservación de los primeros seres humanos, se vieron obligados a emplear ramas secas de los árboles para construir las primeras estructuras habitables imitando algunas especies de aves que hacían sus nidos en el suelo. Con el paso del tiempo empezaron a desarrollar elementos tales como cuchillos y hachas con la cuales podían cortar elementos de madera mucho más grandes y así fueron reforzando sus asentamientos. Hoy en día los países más desarrollados como Estados Unidos, Canadá, Europa, Japón, china India y Chile, tienen claro que la madera es excelente material para uso en construcciones, por lo que cuentan con grandes áreas de bosque en las que explotan maderas especiales de tipo industrial (arboles maderables). Un ejemplo plausible para nuestro continente Sur-Americano en materia de desarrollo e implementación de la madera como elemento constructivo es Chile quien se ha tomado muy en serio su rol como investigador, llegando al punto de tratar la madera a nivel microscópico.. 4.2 INVESTIGACIONES EN COLOMBIA En nuestro país la universidad nacional no es ajena y entiende el potencial que tiene la madera como elemento estructural y a lo largo del tiempo ha venido haciendo experimentos hasta llegar a crear su propio laboratorio dedicado al ensayo de las pruebas mecánicas de la madera. Importante tener claro que la madera es un material que tiene implícitos muchas variables dentro de las que están, contenido de humedad, estado de madera (verdeo anhidro), dirección de las fibras cuando se somete a las cargas, entre otras, sumado a esto también depende de la especie de madera lo que dificulta aún más la obtención de los valores exactos de resistencia como podría llegar a suceder en otros elementos como el acero o el concreto. Actual mente existe literatura que brinda algunos rangos y niveles aproximados de resistencia, los cuales se realizan a diferentes tipos de madera bajo condiciones específicas de cultivo. Se pretende caracterizar las propiedades mecánicas del pinus Caribaea que se cultiva bajo condiciones particulares en la zona de Casanare por la reforestadora Refocosta.. 20.

(21) 5. MARCO TEÓRICO 5.1 PINUS CARIBAEA1 5.1.1 Descripción  Forma. Árbol perennifolio, de 20 a 30 m (hasta 45 m) de altura con un diámetro a la altura del pecho de 50 a 80 cm y hasta 1.35 m.  Copa / Hojas. Copa de redonda a piramidal. Hojas en fascículos, de 3 a 4 raramente 2 ó 5, gruesas, rígidas, erectas, verde amarillentas, de 15 a 25 cm.  Tronco / Ramas. Tronco recto y bien formado. Ramas bajas largas, horizontales y caídas, ramas superiores ascendentes. No ramifica demasiado.  Corteza. Externa gruesa, café rojiza con placas ásperas y con fisuras profundas verticales y horizontales.  Flores. Flores masculinas en amentos cilíndricos, de 25 a 45 mm de largo.  Cono. Cono rojo pardusco o café, de forma cilíndrica a cónico ovoide, ocasionalmente oblicuo, de 5 a 12 cm de largo por 3 a 8 cm de ancho, crecen solos o en grupos; conteniendo de 30 a 60 semillas por cono.  Semilla. Semilla café, pequeña de 5 a 6 mm, el ala de 20 mm, articulada y cubre parcialmente a la semilla.  Raíz. Sistema radial amplio y profundo. Sexualidad. Monoica.. 5.1.2 Origen. Árbol originario de la zona tropical de Centroamérica. Es el Pino tropical de más amplia distribución geográfica, crece naturalmente en el litoral Atlántico del Istmo Centroamericano. Se le encuentra en Nicaragua, Colombia, Honduras, Belice, Guatemala, Islas Bahamas y Cuba; en plantaciones en todos los trópicos. 5.1.3 Hábitat. Prospera en cañadas profundas. Crece en áreas libres de heladas, en un clima cálido y uniforme. Las temperaturas medias oscilan entre 22 y 28 ºC, con máximas de 37 º C y mínimas esporádicas de 5 ºC. La precipitación fluctúa entre los (660) 1,000 a 1,800 mm y puede llegar hasta 3,900 mm. Suelos: franco o franco-arenoso, profundo, café-claro, arcillo-arenoso, con gran cantidad de grava, pobremente drenado, infértil y con buen drenaje, arenoso de reacción ácida, arcilloso, sílico-arcilloso con abundante hierro. Desarrolla en pH de 5 a 5.5.. 1. Pinus caribaea var. hondurensis (Sénécl.) W.H.G. Barrett et Golf. (1962). Publicado en: Caribbean Forester 23(2): 65. 1962. Disponible en internet en: ttp://www.conabio.gob.mx/conocimiento/info_especies/arboles/doctos/55-pinac2m.pdf. 21.

(22) 5.1.4 Importancia Ecológica. Especie secundaria. Pionera en la sucesión. Tipos de vegetación.    . Bosque tropical perennifolio. Bosque tropical subperennifolio. Bosque tropical caducifolio. Bosque tropical subcaducifolio.. Vegetación asociada. Haematoxylon sp., Curatella sp., Byrsonima crassifolia, Pinus oocarpa var. ochoterenai, Quercus spp., Curatella americana, Crescentia cujete, Calophyllum brasiliense, Vochysia hondurensis. Zonas ecológicas. Trópico húmedo. Trópico subhúmedo.. 5.1.5 Fenología Follaje. Perennifolio. Floración. Las flores femeninas son estacionales, mientras que las masculinas nacen durante todo el año. Fructificación. En su área de distribución natural los conos alcanzan su madurez entre junio y agosto. En otros sitios puede variar su madurez de mayo a junio. Polinización. Anemófila.. 5.1.6 Aspectos Fisiológicos Adaptación. No disponible. Competencia. Buena capacidad competitiva con las malezas pero no tolera la competencia de latifoliadas. Crecimiento. Ha tenido gran interés mundial debido a su rápido crecimiento; alcanza una altura de 6 a 8 m en 3 años; 35 m en 40 años; 40 cm de diámetro cuando tiene 25 años. Se hibridiza naturalmente con P. Descomposición. No disponible. Establecimiento. No disponible. Interferencia. No disponible. Producción de hojas, flores, frutos y/o semillas, se comienza a producir semilla a los 5 años. Regeneración. Agresiva, reemplaza a las latifoliadas después de los fuegos. La regeneración comúnmente es por semilla, a media luz, no siempre uniforme y debe ser complementada por reforestaciones. 22.

(23) 5.1.7 Semilla Almacenamiento / Conservación. Un registro de almacenamiento mostró el 67 % de viabilidad de las semillas después de 30 días de estar almacenadas a 7 % de contenido de humedad. En otra fuente se reporta que las semillas pueden ser almacenadas por periodos de entre 5 y 10 años sin que pierdan su viabilidad en forma significativa, siempre y cuando se mantengan a temperaturas de 3 y 4 ºC en envases herméticos con contenidos de humedad del 6 al 9 %. En condiciones ambientales no controladas, las semillas pueden permanecer viables por espacio de 4 a 6 semanas. En estas condiciones es aconsejable almacenar las semillas en bolsas de lona o algodón, para evitar que se estimule la transpiración de las mismas. Dispersión. Anemócora (viento). Germinación. El tiempo en que se alcanza el 50 % de germinación a temperatura óptima (23 ºC) es de 8 días y 30 días para alcanzar el 75%. El tiempo promedio en germinar es de 12 días. Porcentaje de germinación: 15 a 76 %. Número de semillas por kilogramo: 30,000 a 40,000 (59,000). Peso de la semilla: 0.0170 gramos. Recolección / Extracción. No disponible. Tratamiento pregerminativo. 1. Escarificación moderada. Los tratamientos regerminativos no son necesarios, aunque se puede lograr una germinación más rápida y uniforme sumergiendo las semillas en agua limpia durante 12 horas y estratificándolas por 2 ó 3 días a 4 ó 5 ºC antes de sembrarlas. 2. Cuando tienen más de 1 año de edad deben ser estratificadas de 2 a 4 semanas a 4 ºC. Viabilidad / Latencia / Longevidad. La semilla no posee ningún tipo de latencia. Pueden obtenerse semillas viables de plantaciones de 10 años y aún de 4 años de edad. Tipo de semilla. Ortodoxa.. 5.1.8 Experiencias con la planta Plantación Comercial / Productiva / Experimental. No disponible. Reforestación / Restauración. Especie con potencial para reforestación productiva en zonas secas y áridas. Arbol exitoso cuya semilla enfrenta gran demanda. Fuera de su hábitat nativo la producción de semilla es reducida. Sistema agroforestal. En Costa Rica se le encuentra creciendo en plantaciones de café. 5.1.9 Cultivo Aspectos del cultivo. Es fácil de trasplantar a raíz desnuda (diciembre a enero) antes de que aparezcan renuevos. Es esencial asegurar la inoculación con las 23.

(24) micorrizas específicas. La fertilización forestal requiere de fertilizantes de lenta solubilidad. La deficiencia de Boro en las plantaciones de pino está relacionada con deformaciones durante el crecimiento del árbol, tales como “líderes múltiples”, “tallos torcidos”, “esc obas de bruja” o “colas de zorro”. La poda de raíz y el endurecimiento de las plantas son actividades que aseguran un alto porcentaje en el establecimiento. Se pueden sembrar grupos de 5 semillas en una distribución de 3 x 3 ó 3 x 4 m si se desea producir madera para aserrar o de 2.5 x 2.5 m en la producción de árboles para pulpa. 5.1.10 Propagación Reproducción asexual. 1. Cultivo de tejidos. Se hace cultivo in vitro aun cuando la inducción del proceso de enraizamiento no es muy eficiente (30 a 40 %). Mejora con el uso de sustancias anti estrés (50 %). Reproducción sexual. 1. Semilla (plántulas). 2. Siembra directa. Es posible hacer seimbra directa si pueden controlarse las malezas. 5.1.11 Efecto restaurador / servicio al ambiente Efecto(s) restaurador(es). 1. Mejora la fertilidad del suelo / Barbecho. 2. Drenaje de tierras inundables. 3. Conservación de suelo / Control de la erosión. 4. Acolchado / Cobertura de hojarasca. 5. Recuperación de terrenos degradados (suelos químicamente degradados). Se ha empleado esta planta para rehabilitar sitios donde hubo explotación minera. 6. Estabiliza bancos de arena. Servicio(s). 1. Barrera rompevientos. 2. Ornamental. 3. Sombra / Refugio. 4. Cerca viva en los agrohábitats. 5.1.12 Tolerancias Demandante de. 1. Luz. Firme al. Viento. Resistente a. 1. Sequía. 2. Resiste los fuegos aún superficiales si no son muy severos cuando son muy jóvenes. Tolerante a. 1. Suelos someros. 2. Inundaciones periódicas o temporales. 3. Suelos arcillosos. 4. Suelos con mal drenaje. 5. Suelos compactados. 6. Suelos arenosos. 7. Exposición constante al viento. 5.1.13 Desventajas Intolerante a. 1. No tolera la sombra total por lo que no se le encuentra en bosques de latifoliadas. 2. Fuego (plántula). 3. Suelos calcáreos. 4. Suelos ácidos. Las plantaciones en suelos ácidos y arenosos se ponen amarillas y el crecimiento se detiene, situación que ha sido corregida adicionándo superfosfatos. 24.

(25) Sensible / Susceptible a. 1. Pudrición (madera). La madera se trata con creosota u otro preservativo para que dure muchos años en contacto con la humedad del suelo. 2. Suelos fuertemente alcalinos. 3. Suelos arcillosos. 4. Daño por viento. 5. Daño por termitas (madera cosechada). 6. Daño por hongos (raíz, tallo). 7. Daño por insectos (hoja, tronco). Dendroctonus sp, Ips sp., pulgón del pino, hormigas. 8. Daño por ramoneo. 5.1.14 Interacción Biológica Interacción biológica. Se asocia con las siguientes micorrizas: Pisolithus tinctorius, Cenococcum graniforme y Boletus sp. 5.1.15 Usos Combustible [madera]. Leña. Construcción [madera]. Construcción rural (vivienda y casa de tabaco), construcción pesada y construcción de barcos. Industrializable [exudado (resina)]. Producción de resina; pulpa y fabricación de papel (Nicaragua y Honduras). Rendimiento: 21 a 43 m3 por hectárea (hasta los 13 años). La resina provee de materia prima a un bue.n número de industrias nacionales que producen bienes de consumo como son jabones, desinfectantes, barnices, fármacos, hules y pinturas. Maderable [madera]. Muebles, postes, cercas, ensambladura de interiores, chapa, tableros de partículas y de fibra sin comprimir, parket para pisos, láminas para contrachapados. Los mayas hacían antorchas con la madera de este pino. Medicinal [exudado (resina)]. Enfermedades respiratorias.. Pinus caribaea var. hondurensis es el pino caribeño de más amplia distribución geográfica; ha sido el más utilizado en el desarrollo de proyectos de producción forestal y forma parte de aproximadamente el 80 % de las plantaciones a nivel mundial.2 5.2 PATOLOGÍAS DE LA MADERA3 Los factores que afectan a la madera por el hecho de ser materia orgánica, susceptible al ataque de seres vivos que pueden provocar su total degradación, a la acción de agentes bióticos que pueden destruirla o degradarla y al tratamiento necesario en función de los requerimientos de durabilidad a la cual estará 2. Pinus caribaea var. hondurensis (Sénécl.) W.H.G. Barrett et Golf. (1962). Publicado en: Caribbean Forester 23(2): 65. 1962. Disponible en internet en: http://www.conabio.gob.mx/conocimiento/info_especies/arboles/doctos/55-pinac2m.pdf 3 CORMA. Corporación Chilena de la Madera. Patologías de la madera.. 25.

(26) expuesta en servicio o encastillada para ser montada y formar parte de una estructura de una vivienda de madera. Por estas razones, la imagen generalizada que se tiene de la madera es de un material poco durable. La verdad es que sólo en parte se puede afirmar que es así, ya que si se analiza que frente al oxígeno del aire la madera no reacciona, como sucede con los metales que se oxidan, o que es muy poco sensible a la luz que degrada los plásticos, se puede concluir que la madera es prácticamente inalterable por los agentes físicos del medio ambiente. Por otro lado, con respecto a la presencia de insectos y hongos (agentes bióticos), la madera no es susceptible de ser atacada en todas las condiciones, existen soluciones arquitectónicas que permiten evitarlo, entre otras formas. La idea de durabilidad que se tiene de otros materiales es difícil compararla con la de la madera. Si bien la madera se degrada, se debe tener presente en qué condiciones esto ocurre, ya que existen un sinnúmero de protectores que garantizan su durabilidad. Basta recordar los cientos de años que se han mantenido las estructuras de innumerables catedrales en Europa e iglesias de la isla grande de Chiloé en el Sur de Chile, por el simple hecho de haber previsto mantenimientos periódicos para proteger la estructura contra la humedad del ambiente. 5.2.1 Agentes bióticos destructores de la madera La degradación de la madera se puede deber a diferentes causas y es importante saber en cada caso, el principal agente causante de dicha degradación, lo que permitirá elegir el modo de proteger la madera. 5.2.1.1 Causas biológicas Para que los agentes biológicos se desarrollen y subsistan se requiere que existan ciertas condiciones como son: • Fuente de material alimenticio para su nutrición. • Temperatura para su desarrollo. El intervalo de temperatura es de 3º a 50º, siendo el óptimo alrededor de los 37 ºC. • Humedad entre el 20 % y el 140 %, para que la madera pueda ser susceptible de ataques de hongos. Por debajo del 20 %, el hongo no puede desarrollarse y por sobre 140 % de humedad, no existe el suficiente oxígeno para que pueda vivir. • Una fuente de oxígeno suficiente para la subsistencia de los micro-organismos. Al existir las condiciones descritas, el ataque biológico es factible que ocurra, pudiendo producir alteraciones de importancia en la resistencia mecánica de la madera o en su aspecto exterior. 26.

(27) 5.2.1.2 Hongos cromógenos. Se caracterizan por alimentarse de las células vivas de la madera. El efecto importante que producen es un cambio de coloración, la madera toma un color azulado, pero en general no afecta a su resistencia, dado que no altera la pared celular. Foto 1: Piezas de madera machihembrada de Pino Radiata, la que fue atacada por hongos cromógenos estando encastillada.. . Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). Según lo expuesto, una madera azulada no debería depreciarse más que por su aspecto, pero la realidad es que el hecho de presentar dicha coloración, es signo de que la madera ha estado expuesta a condiciones favorables para el desarrollo de hongos de pudrición, y si bien todavía no es visible su ataque, probablemente éste se ha producido en alguna medida.. 5.2.1.3 Hongos de pudrición. En este caso los hongos se alimentan de la pared celular, causando una severa pérdida de resistencia, impidiendo cualquier tipo de aplicación, ya que la madera puede desintegrarse por la simple presión de los dedos. En un ataque de pudrición se suelen desarrollar muchos tipos de hongos, cada uno de los cuales actúa en un determinado intervalo de degradación, dependiendo si el hongo se alimentó de la lignina o de la celulosa.. 27.

(28) Figura 1. Estructura anatómica de una especie conífera con hongos que se alimentan de la pared celular.. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). La pudrición blanca es causada por hongos que se alimentan de la lignina, dejando la celulosa de color blanco. En este caso la madera se rompe en fibras, por lo que también se denomina pudrición fibrosa. La pudrición parda es causada por hongos que se alimentan de la celulosa dejando la lignina, caracterizada por su color pardo. La madera se desgrana en cubos, por lo que también se le conoce como pudrición cúbica. 5.2.1.4 Mohos. Son hongos que tienen una apariencia de algodón fino. La extensión de estos depende fundamentalmente de la temperatura y de una humedad abundante. Afectan a la madera en su aspecto superficial y se pueden eliminar cepillando la pieza, no causan daños a la resistencia ni a otras propiedades. Si no se eliminan oportunamente puede que la pieza de madera sea fácilmente atacada por hongos de pudrición, ya que el crecimiento de mohos estimula su desarrollo.. 28.

(29) Foto 2. Piezas de madera atacada por hongo de pudrición.. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). 5.2.1.5 Insectos. Existe una gran cantidad de insectos que usan la madera para reproducirse y vivir y se alimentan de la celulosa que ésta contiene. El daño se produce debido a que sus larvas, orugas y adultos abren galerías en la madera para obtener alimento y protección. Dentro de estos insectos figuran los siguientes: . Coleópteros.. Los coleópteros xilófagos pueden ser agrupados en tres categorías: a) Insectos que requieren un contenido de humedad en la madera mayor al 20%, siendo la familia más importante los Cerambícidos, cuyas larvas se alimentan de almidón, azucares y substancias albuminoideas de la madera. La mayoría ataca a los árboles en pie y un número reducido de especies invade la madera que se encuentra encastillada, tanto de coníferas como latifoliadas. Foto 3. Insecto cerambícido que ataca la madera.. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). 29.

(30) b) Insectos que atacan maderas parcialmente secas (menos del 18 % de humedad), siendo la albura habitualmente la zona afectada. A este grupo pertenecen los Líctidos, que se caracterizan porque las larvas se alimentan del almidón contenido en la pared celular, para lo cual practican galerías de alrededor de 1 mm de diámetro, destruyendo la madera y dejando tras de sí un aserrín muy fino. No atacan a las coníferas, solamente a las latifoliadas. Foto 4. El líctido sólo ataca latifoliadas.. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). c) Insectos que atacan a las maderas secas, tanto coníferas como latifoliadas, y que pertenecen a la familia de los Anóbidos, comúnmente llamados Carcoma, que se alimentan a expensas de la celulosa y lignina. Foto 5. El anóbido se alimenta de celulosa y lignina.. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). 30.

(31) Su tamaño es relativamente pequeño, con una longitud desde 2,5 mm hasta 8,5 mm y practica galerías de unos 2 a 3 mm de diámetro, dejando tras de sí un aserrín un poco menos fino que el de los Líctidos. . Termitas.. Son los ataques de estos insectos los que pueden causar mayores daños a la estructura de madera de una vivienda. Foto 6. En la imagen se observan termitas subterráneas en pleno ataque a una solera de un tabique.. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). La termita subterránea, especie norteamericana introducida a nuestro país a mediados de los años 80 en embalajes de madera, no vive en la madera, sino en termiteros que se ubican normalmente al interior del suelo y árboles (caso no muy común). Las obreras se dirigen a la zona donde existe celulosa para alimentarse, construyendo galerías por el interior del suelo, y por muros exteriores, las que pueden llegar a medir centenares de metros. Son capaces de introducirse entre los cimientos, sobre cimientos, radiares y muros de las edificaciones taladrando el hormigón, aprovechando las grietas, las cañerías y ductos que atraviesan estas estructuras o practicando galerías exteriores a base de una argamasa extraordinariamente dura. Las colonias están conformadas por distintas castas como son las reproductoras, soldados y obreras, estas últimas son las que buscan el alimento celulósico y alimentan al resto de la colonia. Las obreras desarrollan galerías en dirección de la fibra, dejándolas libres de aserrín, dado que todos los días deben volver a su termitero. Las huellas de ataque son tubos de barro, sin embargo, es usual ver el daño sólo cuando la 31.

(32) madera falla por falta de resistencia. Estos insectos requieren de humedad para poder vivir, elementos que se encuentran en el suelo y las áreas húmedas de la estructura, pero atacan maderas secas. 5.2.2 Agentes abióticos de destrucción o degradación de la madera 5.2.2.1 Degradación por la luz. El espectro ultravioleta de la luz descompone la celulosa de la madera produciendo su degradación. La acción de la luz es lenta y a medida que trascurre el tiempo la degradación no aumenta, dado que los primeros milímetros afectados sirven de protección al resto. Así, los efectos de la luz se hacen visibles entre el primer y el séptimo año y la madera cambia de color, oscureciéndose o aclarándose, según el grado de exposición en que se encuentre. La degradación afecta los primeros milímetros de la madera, con mayor intensidad en las zonas de primavera que las de otoño. La degradación por la luz es más rápida si se combina con el deslavado que puede producir la lluvia, que arrastra la celulosa descompuesta de la superficie, produciendo la degradación denominada “madera meteorizada”. El espectro infrarrojo afecta en la medida que calienta la madera, aumentando su incidencia cuanto mayor sea su exposición al sol y más oscura sea. Este calor puede producir secado y con ello merma de la madera, y por ende, agrietamientos en dirección de las vetas por las cuales penetra la humedad, favoreciendo la invasión de los hongos xilófagos. 5.2.2.2 Humedad atmosférica. La humedad atmosférica produce deterioro por los repetidos cambios de dimensiones que se producen en las capas superficiales de las piezas que se encuentran a la intemperie. Cabe recordar que la madera es una sustancia higroscópica, influida por los cambios de las condiciones de humedad atmosférica, produciéndose absorción de agua en las superficies que quedan expuestas, hinchándose con clima húmedo y lluvioso y contrayéndose en los períodos de sequía. La penetración de agua por las razones expuestas es relativamente lenta y no se producen cambios en el contenido de humedad o en el volumen de la pieza, siempre que no haya una condición especial, en que el estado de humedad o sequedad se exceda de lo normal. Se puede concluir que el daño esperado se concentra en las capas externas de la madera, ya que se producen tensiones alternas de compresión y dilatación que se traducen en una desintegración mecánica de las capas superficiales. 32.

(33) 5.2.2.3 Efecto hielo – deshielo. La humedad contenida en las cavidades celulares se transforma a estado sólido, aumentando el volumen (anomalía del agua) de las fibras leñosas de la madera en estado verde, produciendo un daño en la integridad física del material, lo que puede traducirse en la destrucción de las células ubicadas en la superficie. Si este fenómeno es repetitivo puede afectar la resistencia de la pieza. 5.2.2.4 Fuego. Es uno de los agentes destructores que ningún material puede tolerar indefinidamente sin presentar algún deterioro. La reacción al fuego de las maderas depende de: • Espesor de la pieza de madera • Contenido de agua de la madera • Densidad de la madera (especie) Comportamiento de la madera frente al fuego: La madera está formada fundamentalmente por celulosa (aproximadamente un 44%) y lignina, materiales ricos en carbono, admitiéndose que la madera contiene aproximadamente un 48 % de carbono. La temperatura de inflamabilidad de la madera, en circunstancias favorables, es aproximadamente 275°C, siendo un factor importante el tiempo durante el cual es calentada. Por debajo de 100°C, casi no se escapa de la madera más que el vapor de agua, incluso si la temperatura externa es superior a 100°C, la de la madera queda igual a 100°C si el agua no se ha desprendido del todo. De 100°C a 275°C se desprenden gases: CO2 incombustible, CO combustible y piroleñosos. Hacia los 275°C la reacción es exotérmica. Los gases se desprenden en abundancia, la proporción de CO2 disminuye rápidamente y aparecen los hidrocarburos. La madera adquiere un color achocolatado. Por encima de los 350°C los desprendimientos gaseosos son menos abundantes, pero son todos combustibles. Más allá de los 450°C el hidrógeno y los carburos constituyen la mayor parte de los gases desprendidos, siendo el residuo sólido carbón de madera, susceptible de quemarse con desprendimiento de gases combustibles. La temperatura de la madera en el curso de su combustión está comprendida entre los 400°C y 500°C aproximadamente. Esta temperatura es la mínima necesaria para continuar la combustión, por supuesto si existe suficiente oxígeno. Por otro lado, se ha encontrado que en edificaciones realizadas con el sistema constructivo de poste y viga, las vigas de grandes secciones transversales atacadas por el fuego sólo han comprometido una superficie carbonizada de pequeño espesor, que cubre y protege la madera no afectada por el fuego. La explicación es la baja conductibilidad térmica de la madera, que transmite una pequeña proporción del calor hacia el interior de ella. 33.

(34) Gráfica 1. Comportamiento de la madera frente a la acción del fuego.. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). 5.3 ESTRUCTURA DE LA MADERA4 5.3.1 EI Tronco. En un árbol maduro, la sección transversal del trono presenta las siguientes partes (Fig.2): Corteza exterior (a), Es la cubierta que protege al árbol de los agentes atmosféricos, en especial de la insolación; está formada por un tejido llamado floema que cuando muere forma esta capa. Corteza interior (b), Es la capa que tiene par finalidad conducir el alimento elaborado en las hojas hacia las ramas, tronco y raíces, está constituido por el tejido floemático vivo, llamado también líber. Cambium (C), Es el tejido que se encuentra entre la corteza interior y la madera. Las· células del cambium tienen la capacidad de dividirse y conservan esa facultad hasta cuando el árbol muere. EI cambium forma células de madera hacia el interior y floema o líber hacia el exterior. La Madera o xilema (d), Es la parte maderable o leñosa del tronco, se puede distinguir en ella la albura, el duramen y la medula. 4. Acuerdo de Cartagena. Junta. Manual de diseño para maderas del Grupo Andino. 1984. Disponibel en internet en: http://www.comunidadandina.org/public/libro_3.htm. 34.

(35) La albura (e), Es la parte exterior del xilema cuya función principal es la de conducir el agua y las sales minerales de las raíces a las hojas; es de color claro y de espesor variable según las especies. La albura es la parte activa del xilema. EI duramen (f), Es la parte inactiva y tiene como función proporcionar resistencia para el soporte del árbol. Se forma como se describe a continuación. Con el tiempo la albura pierde agua y sustancias alimenticias almacenadas y se infiltra de sustancias orgánicas distintas, tales como aceites, resinas, gomas, taninos, sustancias aromáticas y colorantes. La infiltración de estas sustancias modifica la consistencia de la madera que toma un color más oscuro y adquiere un mejor comportamiento frente al ataque de hongos e insectos, esto último distingue particularmente al duramen de la albura. Médula (g), Es la parte central de la sección del tronco y está constituida par tejido parenquimático. 5.3.2 Estructura Anatómica. La parte maderable del árbol tiene tres funciones básicas que son las siguientes: conducción de agua, almacenamiento de sustancias de reserva y resistencia mecánica. Para cumplir con estas funciones en la madera se distinguen tres tipos de tejidos: Tejido vascular (de conducción), tejido parenquimático (de almacenamiento) y tejido fibroso (de resistencia). Se llaman elementos prosenquimáticos todas aquellas células alargadas y de paredes engrosadas, principalmente relacionadas con la conducción y la resistencia mecánica; en cambio, se llaman elementos parenquimáticos a aquellas células cortas y de paredes relativamente delgadas que tienen la función del almacenamiento y distribución de las sustancias de reserva. En el tronco existen dos grandes sistemas de elementos xilemáticos. El sistema longitudinal, formado por elementos prosenquimáticos (elementos vasculares, fibras o traqueidas) y elementos parenquimáticos; y el sistema transversal, constituido principalmente por elementos parenquimáticos.. 35.

(36) Figura 2. Partes del tronco Duramen. Médula. Albura. Madera o Xilema Cambiu m Corteza. a. Corteza exterior (células muertas de floema) flfloemadededededededededeffffffffffffloema b. Corteza interior (células vivas de floema o líber) flfloemadededededededededeffffffffffffloema Cambium. d. Medula. d. Xilema xilemaum. Albura Durame n. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). 36.

(37) Según el grado de apreciación visual de los tejidos, podemos diferenciar el estudio de la estructura anatómica en tres niveles: macroscópico, microscópico y submicroscópico. Planos de la Madera Para una mejor comprensión de los elementos xilemáticos, es necesario tener una idea de los distintos planos o secciones. Se entiende por sección transversal, el corte practicado perpendicularmente al eje principal del tronco, cuando el corte se efectúa en forma paralela a dicho eje, se obtendrá una sección longitudinal, que será tangencial si corre paralela a los anillos de crecimiento y a la corteza y perpendicular a los radios. La sección radial es perpendicular a los anillos y se extiende de la medula a la corteza. Se sobrentiende que en cualquiera de esas secciones o planos podrían verse todos los elementos celulares que forman la madera, pero la importancia de las mismas reside en el hecho que presentan aspectos diferentes según el corte considerado. (Fig. 3 y 4). 5.3.3 Estructura Macroscópica. Es observada a simple vista o con la ayuda de una lupa de 10 aumentos; se observan las siguientes características: (Fig. 3 y 4). Anillos de crecimiento. Son capas de crecimiento que tienen la forma de una circunferencia, el último anillo siempre se extiende desde el extremo inferior del árbol hasta la copa. En las zonas templadas, en las cuales las estaciones son bien marcadas, todos los arboles tienen anillos bien definidos. En la primavera cuando empieza el crecimiento el cambium produce células largas con paredes delgadas y lumen amplio para la conducción de agua. En el otoño, la conducción del agua disminuye por lo que el cambium produce células pequeñas, de paredes engrosadas y el lumen pequeño. Debido a la diferencia de las células producidas, además de su color, se pueden ver fácilmente los anillos de crecimiento. En las zonas tropicales, en donde las estaciones no son muy marcadas, los anillos de crecimiento no siempre se distinguen claramente debido al crecimiento casi continuo del árbol. Radios medulares. Los radios son líneas que van desde el interior hacia el exterior del árbol, siguiendo la dirección de los radios del círculo definido por el tronco, formando el sistema transversal del tronco. Los radios están constituidos por células parenquimáticas, es por ello que son líneas débiles de madera y durante el secado se producen grietas a lo largo de ellos. El ancho de los radios varía según la especie, con una lupa de 10 X se pueden identificar claramente. Parénquima longitudinal. Formado por tejido parenquimático constituye parte del sistema longitudinal del tronco, su disposición tiene importancia en la identificación de la especie. El parénquima longitudinal tiene un color más claro que el tejido fibroso. Las maderas con mayor porcentaje de tejido parenquimático son maderas de baja resistencia mecánica y más susceptibles al ataque de hongos e insectos. 37.

(38) 5.3.4 Estructura Microscópica. En la estructura microscópica se consideran las características de los diferentes tejidos de la madera. En cambio la estructura microscópica trata de los diferentes tipos y características de las células que forman estos tejidos. Según la estructura celular, las especies maderables se dividen en dos grandes grupos: las maderas latifoliadas y las maderas coníferas. Figura. 3. Estructura anatómica de las maderas latifoliadas (tropicales) Corteza. Albura. Duramen. Médula. Anillos de crecimiento. Sección transversal Sección radial. Sección tangencial. Corte transversal de una madera latifoliada. Parénquima longitudinal. 38.

(39) Canal gomífero. Poros (vasos). Fibra s Vasos. Radio Medular. Radial. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). Figura 4. Estructura anatómica de las maderas coníferas Corteza. Albura. Médula. Duramen. Sección transversal Sección radial. Sección tangencial Corte transversal de una madera conífera. Anillos de crecimiento. 39.

(40) Canal resinífero Parénquima longitudinal. Radio Medular. Parénquima radial. Traqueidos. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). Maderas latifoliadas. (Fig. 3). La madera tiene una estructura anatómica heterogénea, constituida por diferentes células leñosas, tales como: los vasos o poros que tienen la función de conducción del agua y sales minerales. Estas células forman del 6% al 50% o más del volumen total de la medra, siendo este porcentaje mayor en las maderas blandas y porosas. También existen fibras que son células adaptadas a la función mecánica y que forman el 50% o más del volumen de la madera; a mayor porcentaje de fibras mayor densidad y por tanto mayor resistencia mecánica. Así mismo se observan células de parénquima que tienen la función de almacenamiento de sustancias de reserva y forman un tejido leñoso blando; en muchas especies tropicales superan el 50% del volumen total. Maderas coníferas. (Fig. 4). La madera tiene una estructura anatómica homogénea y está constituida por elementos leñosos llamados traqueidas; estas forman parte del 80% al 90% del volumen total de la madera y tienen la función de resistencia y conducción. Asimismo, presenta células de parénquima en menor proporción.. 40.

(41) Tabla 1. Estructura microscópica de la madera Sistema Elementos Latifoliadas Prosenquimáticos Vasos, Fibras Longitudinal Parénquima Parenquimáticos longitudinal Prosenquimáticos No tiene Transversal Parenquimáticos Parénquima radial. Coníferas Traqueídas Parénquima longitudinal Traqueídas Parénquima radial. 5.3.5 Estructura Submicroscopica. En la Fig. 4 se puede observar la estructura de la fibra o célula leñosa. Esta presenta una cavidad central denominada lumen, delimitada por la pared celular propiamente dicha. La pared presenta tres capas: Lamina media. Llamada capa intercelular porque tiene células adyacentes y está compuesta principalmente de lignina (60% a 90% de la pared celular) y pectina. Pared primaria. Es la capa exterior de la célula compuesta principalmente de lignina y pectina distinguiéndose de la lámina media por la presencia de un 5% de la celulosa en forma de fibras. Pared secundaria. Compuesta principalmente por celulosa o fibrillas, llegando a alcanzar el 94%. Está formada por tres capas que se distinguen por la orientación de las fibrillas. La capa central es la de mayor espesor y sus fibrillas se orientan casi paralelamente al eje de la célula (entre 10º y 30º de desfase). Consecuentemente esta orientación es fundamental en la resistencia de la fibra. Las fibrillas están formadas por la unión de microfibrillas. Las fibrillas están compuestas de micelas o cristalinos, las mismas que están constituidas por cadenas moleculares de celulosa.. 41.

(42) Figura 5. Estructura de la fibra Lumen Pared celular Lignina. Corte A-A transversal a la fibra. Fuente: Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino (Junta Del Acuerdo De Cartagena). 42.

(43) 5.3.6 Composición química de la madera La madera está constituida por los siguientes elementos: Carbono (C) 49%; Hidrogeno (H) 6%; Oxigeno (O) 44%; Nitrógeno (N) y minerales 1%. La combinación de estos elementos forman los siguientes componentes de la madera: Celulosa (10-60%), Hemicelulosa (5-25%) y la Lignina (20-40%). 5.3.7 Características físicas de la madera 5.3.7.1 Contenido de humedad. La madera contiene agua bajo tres formas: agua libre, agua higroscópica y agua de constitución. El agua libre se encuentra llenando las cavidades celulares. El agua higroscópica se halla contenida en las paredes celulares. El agua de constitución se encuentra formando parte integrante de la estructura molecular. Cuando se expone la madera al medio ambiente, empieza a perder agua iniciándose el proceso de secado. En el transcurso del secado se pierde primero el agua libre y después el agua higroscópica, el agua de constitución solo se pierde por combustión de la madera. En función de la cantidad de agua que contenga la madera pueden presentarse tres estados: verde, seco y anhidro. Se dice que la madera esta verde cuando ha perdido parte del agua libre, será madera seca cuando ha perdido la totalidad del agua libre y parte del agua higroscópica, finalmente, será madera anhidra cuando ha perdido la totalidad del agua libre y toda el agua higroscópica. El contenido de humedad (CH) es el porcentaje en peso, que tiene el agua libre más el agua higroscópica con respecto al peso de la madera anhidra. Para una muestra de madera el CH será:. (. ). (5-1). El peso anhidro es conseguido mediante un horno a 103 ± 2 º C, también se llama peso seco al horno. Existen dos valores del CH que son particularmente importantes, al primero se le llama Punto de Saturación de las Fibras (PSF) y es el CH que tiene la madera cuando ha perdido la totalidad del agua libre y comienza a perder el agua higroscópica. Al segundo CH se le llama Contenido de Humedad de Equilibrio (CHE) cuando la madera expuesta al aire, pierde parte del agua higroscópica hasta alcanzar un CH en equilibrio con la humedad relativa del aire. (Fig. 5). El PSF varía de 25% a 35%. Cuando el CH es menor que el PSF la madera sufre cambios dimensionales; también varían sus propiedades mecánicas. 43.

(44) Equilibrio de contenido de humedad Como se presenta en la figura 5. se puede deducir que para cada condición del medio ambiente existe una cierta cantidad de agua sorbida en la madera y por consiguiente un contenido de humedad en la madera. Así se puede deducir que existe una relación entre los conjuntos de valores de temperatura, humedad relativa y contenido de humedad de la madera que corresponde al Equilibrio de Contenido de Humedad y que se define como la humedad máxima que puede adquirir la madera en un medio ambiente de condiciones higrotérmicas fijadas. Grafica 2. Isotermas de Sorción. Fuente: Norma sismo resistente colombiana (NSR-10). Toda madera expuesta a condiciones ambientales, aún desde el momento en que se corta el árbol, empieza a perder humedad y se equilibra con el ambiente. Así mismo si el contenido de humedad de una madera está por encima o por debajo del punto de equilibrio perderá o ganará humedad hasta alcanzar dicho punto. En la tabla 2 se presenta el Equilibrio de Contenido de Humedad (ECH) para las principales ciudades de Colombia. El concepto de ECH tiene mucha importancia industrial ya que su conocimiento permite: - Determinar las condiciones de marcha de los secaderos. - Fijar hasta que contenido de humedad debe ser secada una madera para su posterior utilización. - Permite el uso de tablas de Temperatura, Humedad Relativa y Equilibrio de contenido de humedad. Por otra parte cuando la condensación capilar se ha producido en todos los capilares existentes en la pared celular, cuyos radios son compatibles con las 44.

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