Propiedades Físicas y Mecánicas de la Madera

Propiedades

Fisicas

_y

Mecanicas

de

la

Madera

Por

mG. FROIL.\N CARRI!:NO J.

I. Generalidades.··

Las

_{investigaciones}

de caracter cientifico y tecnicas efectuadas en

los laboratorios sobre las

_propiedades

_{Fisicas y Mecanicas de la}

Madera,

coinciden en establecer que a _{pesar de} su

_{heterogeneidad}

en la estruc­ tura y en su

_{composicion quimica}

es

_susceptible

de estudios _que

_permi­

ten su

_comparacton

con la madera de diferentes

_tipos

de _{arboles que}

crecen en todos los

_continentes,

_y con los otros _{materiales que debida­}

mente elaborados tienen

_aplicaciones

similares a la madera.

Los

_{investigadores}

_{que han afrontado} este dificil

_problema

han es­

tablecido normas referentes al tamaiio de las

_probetas

_y a la forma espe­

cifica que estas deben tener. Esto tiene _por

_objeto,

hacer

_desaparecer

o _{disminuir la influencia que} estos factores

_puedan

tener en la resisten­

cia meeanica en

_cualquier

_tipo

de sollcitacion clastco _{indicado por la}

Resistencia de Materiales.

Ademas debe considerarse el _aspecto de la humedad en la madera

que tiene una influencia de

_importancia

fundamental en Ia resistencia

mecanica de ella.

Como por otra

_parte,

la

_averiguacion

de Ia resistencia

_mecanica,

debe efectuarse en

_maquina

de _{ensayo de tamaiios adecuados para ob­}

tener

_precision

en los

resultados,

este nuevo considerando

_influye

tam­

bien en la limitacion del tamaiio de las

_probetas.

El analisis de estas

_{consideraciones,}

ha inducido a nuestro Instituto de

_{Investigaciones}

y

Ensayes

de Materiales la conveniencia de

_adoptar

la norma norteamericana A.S.T.M. D. 143-49 para los ensayes de resis­

tencia mecanica de las maderas chilenas.

Esta consideracion tiene la

_ventaja

de

_poder

establecer una com­

paracion

entre las maderas chilenas y las

norteamericanas,

y entre

estas,

• _Publicado

(on autorizad6n de IDIEM.

•• _Redbidc

-

64-y todas las otras _que se _ensayan con _{probetas metodos determinados por}

esa norma.

Estas

_probetas

tienen la forma

_geornetrica

de un

_{paralelepipedo}

recto de base cuadrada. Las bases son cuadradas de 2" x _{2" y} las alturas varian de

4",

6" y 8". EI

eje

de simetria axial de estas

_probetas

es _pa­

ralelo al

_eje

vertical de crecimiento del

_tronco,

_{y los anillos anuales que}

se

destacan

en las bases

_quedan

orientados en forma

_{radial, tangencial}

o

_diagonal

con

_respecto

a los

_pianos

de simetria del

_prisma

_segun

sea el

tipo

de ensaye.

_, __

.

__ R nudos y sin fallas.

o sea, que las

probetas

ensa­

yadas

tienen como material la madera de la

_mejor

_{calidad que}

es

_posible

_{obtener y} en tal caso

las

_optimas.

Como ultimo deta­

Ile

_puede

mencionarse en este

breve resumen, que los estudios

del Forest Service mencionados

en Johnson's Materials of Construction _(Edicion de 1939) indican: _que se

producen

variaciones de resistencia debido a los

_siguientes

factores:

a) ubicaeion de la

_probeta

con _respecto a la seccion del

arbol;

b) can­

tidad de anillos anuales de crecimiento _por centimetre lineal con­

siderando la direccion de la

_probeta

ensentido radial; c) altura deltronco

en_{que ha sido sacada la}

_probeta;

_yd)

_proporcion

de la madera de verano.

f

2·

�---2·---�

II. Variaciones de las contracciones.

Estas

_{descripciones}

_permiten

darse cuenta _{facil de que} estas

pequefias probetas pueden

obte­

nerse de zonas del tronco del

arbol que se estudia en los cua­

les

_{predomina el}

duramen _y ma­

dera de fibras rectas debiendo el resto de la madera estar sin

Como los elementos anatomicos de que esta constituida la madera

pueden

compararse con

_pequefios

tubos cilindricos 0 vasos llenos de agua en la madera

verde,

estas consideraciones nos llevan con facilidad a1 entendimiento del fenomeno que ocurre con las diferentes

_etapas

del ere­

cimiento de la madera. La

_humedad,

no solo llena el hueco 0 lumen de

estos vasos _{sino que} adernas

_impregna

las

_paredes

cilindricas de ellos. Para nuestra

_exposicion

no entra a considerarse el agua que en la com­

posicion

quimica

de la madera tambien esta

_presente,

la _que si no es

eliminada no afecta las

_propiedades

fisicas _y mecanlcas _que se estudian en este _{margen de} variaciones.

humedad de ella en el ambiente en _que se

_encuentra,

_pero

_siempre

ten­

dra

_capacidad

de absorber el exceso de humedad de la

_madera,

Esta absorci6n de humedad en las capas

superficiales,

provoca por Ia natural

_{higroscopicidad}

de la madera una

_gradiente

humedad que va

desde el centro del trozo _que se considere hasta la

_periferia,

y esto no se detendra hasta el momento en _{que exista} un

_equilibrio

entre la hu­

medad que en ese momento

_tenga

la probeta y la

capacidad

de absorcion del medio ambiente fisicamente estableeido _por el indice de Ia humedad relativa de el,

Durante el

_tiempo

_que ha transcurrido en este fenomeno se ha eli­

min ado en

_{primer lugar}

_{el agua} libre de los lumenes de los vasos hasta

llegar

al

_punto

denominado de saturacicn de las fibras.

A

_partir

_{de este pun}to, el _{progreso del seeamiento}

_empieza

a elimi­

nar _{el agua} de saturacion de las

_paredes

de _{los vasos,} los cuales se em­

piezan

a _{contraer y} deformar _y desde este momento en

_adelante,

la con­

traccion se

_generaliza

en todas las capas de fibras que han

llegado

a ese

estado de humedad.

Es

_Ioglco

_que este fenomeno no

_puede

ser simultaneo en todas

_partes

del interior de un trozo de madera _{de gran escuadria y que debe empezar}

por las capas

superficiales generalizandcse

hacia el interior. La intensi­

dad de estas contracciones

_sigue

una

_gradiente

_que acusa su maximo en

las capas

superficiales

y es minimo en el interior.

Los estudios efectuados en el IDIEM sobre el

_particular

en maderas

de

_Roble,

Rauli _y

_Coigiie

concuerdan en una

_ley

de variacion de COn­

tracciones en _{funcion del progreso} del _{secamiento que} tiene la misma

similitud. Pero es

_posible

_{suponer que, al} no tener un homo de

regula-cion de humedad _y

_temperatu­

ra, Ia variacion de las contrae­

ciones en Ia zona del

_punto

de saturacion de las fibras no

_sigue

ninguna

de las 2

_leyes

lineales

que

predorninan

en el

_grafico,

debido a Ia

_{irregularidad}

delse­

camiento. Como el

_preeio

de es­

tos homos es

_elevado,

_e� reco­

mendable en los laboratories

8

To"

12

Rodio'

...

que no

_disponen

de ese

_equipo

Ax ;01 iniciar estos estudios en

Invier-o

"==::;:=:::;==:;:::=:;:=:::;=

H

_%

no, en _{que el proceso del}

seea-20 60 lOa

0

miento este afectado de Ia len-titud que

permite

que sea

_homogeneo

en toda la masa de la

probeta

de

madera.

EI analisis de los

_graficos

_{permite rapidas interpretaciones:}

1)

La contraccion en sentido

_tangencial

a los anillos anuales es su­

perior

en

_magnitud

a las contracciones en el sentido radial.

-

66-3) EI progreso de las contracciones es lento cuando el secamiento

avanza desde el maximo hasta la zona de

40'/0

en _{maderas cuyo porcen­}

taje

de humedad es _{muy alto}

_{(Sobre 100)}

cuando estan en estado verde.

4) EI progreso de las contracciones es

_rapido,

cuando el secamiento

avanzadesde 20

_��

hasta el estado de madera seca al horno en _que la hu­

medad es de

_OjL

Esta consideracion tiene el

_siguiente

alcance: la madera en el estado llamado seco al

_aire,

tiene desde 15 a

₂₀₇₀

de humedad. En este estado deben encontrarse las maderas de los muebles y de todas las casas en­

tabladas,

etc. Adornos interiores _y

_{cualquier trabajo}

de

_carpinteria,

y

esto

_explica

_{que las variaciones de} contraccion son mas

_tangibles

en ese

estado cuando

_llega

el verano _y las

_expansiones

_mayores en el invierno.

Algunos

ensayes de laboratorio indican las

siguientes

cifras de con­

tracci6n _que se dan a contlnuacion:

CONTRACCION EN

7t'

Tangencia!

Radial Axia! Humedad

Roble

0-11%

0-4,5%

0,0970

0 -

60%

Rauli 0-

6,970

0-3,670

0,0470

0

-60%

Para el

_Coigiie

en 5 muestras de diferentes arboles los resultados

fueron:

Tangencia!

Radia! Axia! Humedad

Coigiie

219 0-

_11,57-

0-4,4%

0-0,370

0

_90%

Coigiie

220 0

14,3%

0-6,770

0 _0,270

_0-90%

Coigiie

221 0

14,0';;-

0-5,1%

0

_O,6��

0-90%

Coigiie

222 0 _11,071"' 0 -

4,2';';-)

0 0,2% 0 - 90%

Coigiie

223 0

_14,Ojc

_0-6,2%

0

_0,2'/0

_0-90/0

III. Variacion de la rcsistencia en

_funcion

de !a Humedad.

Los ensayes de resistencia a la

_comprension

efectuados con

_probetas

del mismo

_arbol,

han

_{podido permitir}

el conocimiento de _{que la madera} tiene una resistencia

variable

cuando se esta secando.

Los _{ensayes efectuados} en el

IDIEM,

han

_permitido

obtener datos que

guardan

una estrecha similitud con referencia a los obtenidos en e1

Forest Products

_Laboratory

de U. S. A. y en el Institute das

_Pesquises

Technologicas

de Sao Paulo - Brasil.

Los

_graficos

_{correspondientes}

al estudio del Roble y del

Rauli,

fue­

ron

_publicados

en el NQ 6 de la Revista de Caminos de 1934.

(Ano

VIII

noviembre y diciembre de 1934).

EI

_grafico

del

_{Coigiie (Nothoppagus}

_Dombeyi)

esta en la memoria

de Titulo sobre

_Propiedades

_{Fisicas y Mecanicas de las maderas chilenas}

(1938)

de Froilan Carreno J.

La

_{interpretacion}

de estos

graflcos

es la

_siguiente:

1) La madera no manifiesta _PO

variaciones de resistencia euan-do el_{secamiento progresa desde} el maximo contenido de hume­ dad (Madera

verde)

hasta el

puntadesaturacien de lasfibras

caracterizadas.

2) A

_partir

de este

_punto,

Ia ₎₀₀ resistencia

_empieza

a crecer ra­

pidamente,

y

!lega

al maximo cuando la madera esta seca al

Horno con un 070 de Humedad.

Puede verse _que la resistencia

de la madera seca al horno

_llega

a valores

_superiores

al doble de Ia

resistencia de la madera humeda.

3)

La resistenda de la madera en estado seeo al

aire,

es

_superior

ala resistencia de la madera humeda en una

_{proporcion superior}

_a1607o.

Como

_puede

verse a traves de las

_{interpretaciones}

_que

_permiten

esos

estudios,

existe una relacion bien definida entre el secamiento de la

rna:

dora, sus

_{contracciones,}

_{Ia Resistencia Meeimica y el Peso por} unidad

de Volumen.

Existe

_ademas,

una

_ventaja

en

_emplear

Ia madera en el estado mas

seeo _que sea

_posible

_obtenerla,

_{por cuanto} en esa condicion es mas livia­

na _{y tiene mayor} resistencia a toda

clase

de solicitaciones.

A esto se _{agrega el} conocimiento _que se tiene _{de que} la

_mayorfa

de los insectos,

larvas,

hongos

y otros

_{micro-organismos}

_que atacan Ia

madera,

producen

su _{efecto destructor y} herrumbre cuando la madera

tiene un estado de humedad acentuado.

Roul;

RDbl,

OL-�--�---r--�--,---H

30 110 tOO

IV. PROGRAMA DE TRABAJO DE IDIEM EN RELACION CON LA RESISTENCIA DE MADERAS NACIONALES

El IDIEM realiza estudios slstematicos de la Resistencia de las si­

guientes

maderas:

Lingue

Maiiio macho

Manio hembra Ulmo :

Laurel

Aromo Australiano

Tenlo Canelo

Pino

_insigne

Persea

_Lingue

Saxegothasa

conspicua

Podocarpus nubigenus

Eucryphia

cordifolia

Fytzroya

Patagonica

..

Acacio

Melanoxjlia

Weinmaunia

trichosperma

Drimys

winteri

-88-EI

Roble, Rauli, Coigiie

y Pino Araucaria que

figura

en el cuadro

fueron

_ensayados

antes del afio 1935.

Las

_especies

Aromo _{Australiano y Pino}

_Insigne

son de

_origen

extran­

[ero

y han sido

adaptados

a nuestro clima,

Los _ensayes a _que se han sometido las

_probetas

de madera son los

siguientes:

1) CizaUe

_{simple tangencial;}

2) Cizalle

_{simple radial;}

3) Cizalle

_{simple diagonal;}

4) Traccion normal

_tangencial;

5) Traccion normal

_radial;

6)

Clivaje

tangencial

sistema

_americano;

7) Cli

_vaje

radial sistema

_americano;

8)

_Clivaje

tangeneial

sistema

aleman;

9)

_Clivaje

radial sistema

_aleman;

10) Dureza

_tangencial,

_{radial y}

_axial;

11)

_{Cornpresion paralela}

a las

_fibras;

12)

Compresion

normal a las

_fibras;

13) Traccion

_paralela

a las

_fibras,

_y 14) Flexion estatica sistema americano.

Las

_experiencias

_cizalle,

traccion

_{normal, clivaje}

_{y dureza}

_tangencial,

radial y

diagonal

indican que la direccion de la carga en _{el ensaye de la}

probeta

es

_paralela

al

_eje

de crecimiento del

arbol,

0 sea

_paralela

a las

fibras,

y el

plano

de accion de la carga esta

aplicado

en las probetas ell una

_posicion

_tal,

_que resulte

_tangente

0 radial con _respecto a los

ani-1I0s anuales de crecimiento de la madera.

Puede observarse que en

_general,

las resistencias de todas las soli­ citaciones de carga que actuan en sentido

_tangencial

a los anillos anua­

les son

_superiores

en

_magnitud

a las que _operan en sentido radial. La

causa de esta diferencia

_puede

encontrarse en la existencia de los

_Rayos

Medulares _que son haces de fibras _que crecen radialrriente desde el cen­

tro del tronco hacia la

_periferia.

Estos rayos medulares deben ser cortados normaImente a su

_eje

de

crecimiento cuando actua el

_dispositivo

_{de carga} en las

_probetas

de ci­

zaUe

_{simple tangcncial,}

traccion normal

_tangencial

a las fibras y

clivaje

tangencial;

en cambio por su orientacion dentro de la constitucion del

tejido

de la

_madera,

no _oponen

_ninguna

resistencia cuando el

_plano

de

accion de la carga actua en sentido

_radial,

0 sea, normal a Ia

_tangente

de los aniIlos anuales de crecimiento de la madera.

Madera humeda y seea.

La

_posibilidad

de efectuar

_{investigaciones}

sobre la resistencia me­

canica simultaneamente en madera humeda

_(verde)

_{y madera} seea ha

quedado

circunscrita en nuestro estudio al

_Coigiie

y Pino Araucaria y

en escala mas

_restringida

como

_puede

verse en el cuadro

_general

al Ro­

En las otras

_especies

_{que aparecen} en la lista fue necesario atenerse

a la madera existente encastillada en los subterraneos de la Escuela de

Ingenieria

hasta el afio

1948,

que

despues

fue trasladada al edificio del IDIEM. Esta madera estaba ya muy seca.

Los estudios de la variacion de resistencia a la

_compresien

en fun­ cion de la

_humedad,

indican en forma clara _que la resistencia mecanica

de la madera se incrementa eficazmente cuando la madera se seca mas

alla del limite

_designado

como seco al aire, 0 sea cuando Ia humedad de

Ia madera es inferior al 15

%.

Los valores medios de Ia resistencia en los diferentes ensayes que

aparecen en el cuadro, confirman en Ia

_mayoria

de los casos esta ase­

veracion.

Estos antecedentes

_permiten

suponer que si hubiese sido

posible

dis­

poner de madera en estado humedo en las diferentes

especies

ensayadas

en estado seco, los resultados

correspondientes

serian inferiores.

CUADRO DE VALORES DE ENSAYES

EI cuadro _{de valores de los ensayes de resisteneia mecanica que}

acompafia

a este

_trabajo

_{establece las cifras que} se han obtenido en

IDIEM,

como termino medio de tres arboles por

espeeie

y cuatro pro­

betas por cada arbol. Los valores individuales detallados de los ensayes, han

_aparecido

0

_apareceran

en otras

_{publicaciones.}

Trabajos futuros.

Las

_{especies ensayadas representan}

_{las maderas de mayor}

_explota­

cion actual.

_Seguramente

_{esta de relieve el hecho de que la activa} ex­

plotaci6n

de las reservas forestales de

_Chile,

_{esta raleando y}

_agotando

la existencia del _{Roble y}

_Rauli,

10 cual

exige

la

_explotacion

de otras maderas,

Considerando esta idea se ha iniciado en diferentes zonas del

_pais

la

_plantaci6n

de

_Alamo,

Pino

_Insigne,

_Eucaliptus

_y Aromo Australiano. Nuestro IDIEM ha

_podido

ensayar el Aromo Australiano y

Eucalip­

tus _{y los resultados revelan que el}

_primero

es una

madera

de condicio­ nes

_superiores

en cuanto a resistencia mecanica a las otras maderas

ensayadas.

Es

_posible

_{suponer que el}

_{Eucaliptus tenga}

asimismo una

_mejor

_per­

formance,

con la madera de su

_especie,

en estado seeo al aire y correc­

tamente

_secada,

es decir sin

_grietas

ni

_rajaduras.

Este

_problema

esta en nuestro IDIEM en estudio por cuanto la ma­

dera de esta

_especie

se contrae en forma extraordinaria y las consecuen­

cias de estas contracciones son

_{grietas profundas,}

_{que alteran totalmente}

las condiciones de continuidad del material.

Podemos por 10 tanto senalar, que en el futuro se debera continuar

con el estudio de las

_especies

utilizables -0 maderables como se suele

-70-Algunas

de elias son de earacter arbustivo como es el caso de la Luma_{y otros} como_{el �ir�e y la}

_Lenga

_{que estan}

_ampliamente

disemina­ das en los

_bosques

australes y

patagonicos.

INSTITUTO

DE

INVESTIGACIONES

Y

ENSAYES

DE

MATERIALES.

UNIVEASIDAD

DE

CHILE.

RESISTENCIA

MECANICA DE

MADERAS

CHILENAS.-SEaUN NORMA

A.SJ.M.

N!.D.143-49.

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