Madera

Virutas de madera

IntroducciónProbablemente la madera es la única materia renovable utilizada a gran escala, y su disponibilidad está asegurada a largo plazo siempre que las masas forestales sean gestionadas de la manera adecuada. Si se siguen los programas de reforestación, éstas no solo pueden ser conservadas sino que pueden aumentar, como de hecho sucede en muchos países del hemisferio norte.

La propia industria maderera debería ser la interesada en conservar los bosques, ya que de ello depende la sostenibilidad de los mismos así como la del negocio.

Para la construcción de templos japoneses según las tradiciones se necesitan, aún hoy, más de 100 ensambles de madera distintos, ya que hay que buscar el ensamble adecuado en función de la clase de madera utilizada en la construcción, de su sección transversal y de su posición en el edificio.

Detalle explosionado donde se puede ver la sofisticación constructiva de las uniones de madera típicas de la cultura japonesa tradicional.

Catálogo de las herramientas tradicionales de carpintería en Japón.

Se denomina madera al conjunto de tejidos del xilema que forman el tronco, las raíces y las ramas de los vegetales leñosos, excluida la corteza.

Características y propiedades

EstructuraCorteza exterior: protección contra daños externos.

Corteza interior: lleva los nutrientes a todas las partes del árbol.

Cambium: células que originan el crecimiento de la madera y la corteza.

Albura: conduce la savia desde las raíces hasta las hojas y almacena los nutrientes.

Duramen (madera de corazón): células inactivas después de haber aportado la conducción de savia; da resistencia al árbol.

Anillos de desarrollo: van desde la corteza hasta la médula interior; cada año se genera un nuevo anillo y hay que distinguir entre la madera de primavera y de verano.

ComposiciónCelulosa: constituye el 70% de la madera y es el ingrediente básico del papel.

Lignina: constituye del 18 al 28%, representa el adhesivo que le da resistencia y rigidez.

Extractivos: no son sustancias estructurales pero aportan propiedades como color, olor, sabor y resistencia al deterioro.

Minerales: constituyen del 0’2 al 1’0% de la madera y forman parte de la estructura; son los nutrientes del árbol y se convierten en ceniza cuando la celulosa y la lignina se queman.

DurabilidadLa durabilidad se mide hundiendo estacas de la madera a estudiar (de sección 50X50 mm) en el suelo (según investigaciones del Building Research Establishment, BRE). Se puede incrementar la durabilidad natural mediante los tratamientos de conservación adecuados.

- Perecedera: menos de 5 años.- No duradera: 5-10 años.- Moderadamente duradera: 10-15 años.- Duradera: 15-25 años.- Muy duradera: más de 25 años.

Otras características y propiedadesAnisotropía: las propiedades de la madera cambian en función del modo en que son aplicadas las cargas.

Humedad: afecta mucho a su comportamiento; cuando aumenta la humedad, se reducen la densidad, la resistencia, la durabilidad y las conductividades térmica y eléctrica.

Conductividad térmica: bajo coeficiente de conductividad térmica, lo que significa que es un buen aislante térmico.

Resistencia mecánica: elevada resistencia a compresión si la carga es paralela a las fibras, elevada a flexión si la carga es perpendicular a las fibras.

Contenido de humedadEl agua dentro de la madera puede encontrarse de tres maneras distintas:

Agua de constitución: forma parte de ella y su eliminaciónsupone la destrucción del material.

Agua de impregnación: está contenida en las paredes celulares; tiene mucha influencia en las propiedades físicomecánicas.

Agua libre: se encuentra llenando las cavidades de las células; no influye sobre las propiedades físicas y mecánicas.

HigroscopicidadEs la variación de la densidad de la madera cuando la humedad varía. La madera es un material higroscópico, de modo que siempre está intercambiando vapor de agua con la atmósfera que la rodea. Presencia de humedad adecuada en cada situación

- Obras hidráulicas: 30%.- Medios muy húmedos: 25-30.- Expuestas a la humedad (no cubiertas): 18-25.- Obras cubiertas pero abiertas: 16-20.- Obras cubiertas y cerradas: 13-17.- En local cerrado y calefactado: 12-14.- En local con calefacción continua: 10-12.

Higroscopicidad (continuación)Denominaciones del contenido de humedad de la madera.

- Madera empapada: >70%.- Madera verde: 30-70.- Madera saturada: 30.- Madera seca: 23-30.- Madera comercialmente seca: 18-22.- Madera seca al aire (bajo cubierta): 13-17.- Madera muy seca (cámara): <13.- Madera anhidra (estufa): 0.

DensidadLa densidad siempre debe referirse a un determinado contenido de humedad. Se expresa en kg/m3. Depende de la especie y es muy variable. Sus valores abarcan desde los 300 kg/m2 de las especies ligeras (balsa) hasta los 1.200 kg/m2 (guayacán o lapacho).

madera coníferas frondosasmuy ligera <400 <350ligera 400-490 350-500semipesada 500-590 510-700pesada 600-700 750-950muy pesada >700 >950

DurezaLa dureza de la madera puede considerarse como una característica física y mecánica. Se puede definir como la resistencia que opone a ser penetrada por cuerpos extraños o herramientas. La dureza está muy relacionada con la densidad, de modo que las maderas más duras son las de mayor densidad. Las maderas se clasifican como muy blandas, blandas, semiduras, duras y muy duras.

Conductividad térmica La madera es mala conductora del calor, de hecho se utiliza como material aislante térmico. Evita los puentes térmicos en los cerramientos.

Aislamiento acústico Una madera de 35 cm de espesor proporciona una reducción del ruido entre 15 y 16 dbA.

Propiedades mecánicasEl árbol produce una estructura tubular con una elevada eficacia para resistir los esfuerzos a los que va a estar sometida. Principalmente, los de flexión producidos por la acción del viento y, según las zonas, los de compresión por la acumulación de nieve. La resistencia se reduce cuanto mayor es la humedad.

- Resistencia a flexión muy elevada.- Tracción paralela a la fibra: elevada.- Tracción perpendicular a la fibra: muy baja (30 a 70 veces inferior a la anterior).- Compresión paralela a la fibra: elevada- Compresión perpendicular a la fibra: muy inferior a la anterior.

Factores que influyen sobre las propiedades mecánicasContenido de humedad: la resistencia de la madera se reduce cuando aumenta su contenido en humedad.

Duración de la carga: influye negativamente en la resistencia, pero en general la madera es eficiente ante las cargas dinámicas.

Calidad de la madera: se evalúa en función de los defectos que pueda tener; los que reducen la resistencia son nudos, desviación de la fibra, fendas, acebolladuras y gemas.

Fatiga: en general la madera se comporta bien ante la fatiga.

Temperatura: a temperaturas elevadas se reduce la resistencia, mientras que a 0º los valores de resistencia a flexión, compresión e impacto son mayores que a la temperatura normal.

Propiedades tecnológicasSecado: hay que considerar la velocidad, posibles problemas, proceso a seguir, codificación.

Aserrado: se refiere a la facilidad o dificultad de aserrado, equipos a utilizar, utilización de sistemas de aspiración, tipo de sierras.

Chapa por desenrrollo: aptitud para obtener chapas, pretratamientos necesarios.

Mecanizado: facilidad o dificultad, equipo necesario, sistemas de aspiración, útiles necesarios y desafilado.

Encolado: encolado fácil o difícil.

Clavado y atornillado: fácil o difícil (requiere taladros previos).

Acabado: aptitud para recibir tratamientos superficiales (pinturas, barnices, tintes, lacas, etc).

Propiedades sensorialesColor: cada madera tiene su color característico y estos son muy variables en función de la especie; aunque se puede alterar el color natural, es mejor aprovechar su expresividad inherente.

Veteado: las formas del veteado también son muy variables siendo muy frecuentes las líneas paralelas y las vetas concéntricas derivadas de los anillos de crecimiento.

Textura: esta puede variar enormemente en función del sistema de corte, grado de pulido, acabado superficial empleado (tipo barniz, goma laca, cera natural, etc); en general el tacto es agradable y cálido.

Olor: algunas maderas desprenden intensos o sutiles olores que puede ser empleados como estímulo olfativo (cedro, ciprés, sándalo, alcanforero, palo rosa, etc).

Aspectos desfavorablesComportamiento ante el fuego: se trata de un material combustible, lo que la hace vulnerable en caso de incendio. No obstante:

- Su baja conductividad térmica hace que la temperatura exterior no llegue rápidamente al interior.

- La carbonización superficial la protege de la posterior combustión.

- La dilatación térmica es despreciable.

- Los gases de combustión no son tóxicos.

Ataques de xilófagos: por su naturaleza orgánica es vulnerable a ellos, pero puede ser protegida adecuadamente.

Enfermedades y defectos

Sistemas de corte

Aplicaciones y propiedades requeridasRecubrimientos decorativos y tableros contrachapados

- Veteado y colores atractivos- Madera blanda o semidura- Facilidad de encolado.- Aptitud para el desenrrollo y chapa a la plana.

Tableros contrachapados estructurales

- Madera blanda o semidura.- Grandes diámetros de troncos.- Facilidad de encolado.- Resistencia mecánica.- Escaso alabeo ni fendas superficiales.- Densidad inferior a 800 kg/m3.- Aptitud para el desenrrollo.

Aplicaciones y propiedades requeridasCarpintería exterior- Coeficientes de dilatación reducidos.- Coeficientes de contracción radial y tangencial próximos.- Fibra recta.- Densidad y dureza medias.- Resistencias mecánicas de medias a elevadas.- Durabilidad natural o facilidad de impregnación.Carpintería interior (similar pero sin tanta resistencia a la intemperie)Suelos- Contracción de baja a mediana.- Resistencia a la abrasión y productos de limpieza.- Dureza mayor o igual a 2’5.- Densidad superior a 400 kg/m3.- Fibra recta, grano fino.- Fácil mecanizado y acabado.- Facilidad de clavado y atornillado.

Aplicaciones y propiedades requeridasMobiliario y ebanistería- Buenas características de acabado- Bajo coeficiente de contracción- Coeficientes de contracción radial y tangencial próximos- Apariencia, color, veteados y figuras atractivos- Fácil de trabajar- Facilidad de encolado- Facilidad de curvado- Resistencia al arranque de tornillos- Resistencia a la raja y a la hiendaTornería, escultura y talla- Maderas homogéneas con grano fino- Estabilidad dimensional- Fácil mecanizado e inastillables- Buena apariencia estética- Dureza- Buenas características de acabado

Aplicaciones y propiedades requeridasElementos deportivos y mangos de herramientas

- Resistencia a la flexión dinámica- Resistencia a la raja- Dureza- Rigidez- Resistencia al curvado - Valores estéticos y decorativos

Postes

- Fibra recta- Rectitud del fuste- Pocos nudos- Resistencias medias-elevadas- Durabilidad natural o facilidad de impregnación

Clasificación: gruposSe estima que existen unas 16.000 especies de madera diferentes, de las cuales sólo unas 2.000 tiene carácter comercial.

Coníferas (unas 500 de las 2.000): pertenecen al orden de las coniferales (abetos, piceas, alerces, cedros, pinos, etc).

Frondosas (unas 1.500 de las 2.000): especies leñosas pertenecientes al orden de las angiospermas dicotiledóneas (robles, haya, olmo, encina, etc).

En España se comercializan una 150 especies procedentes de otras partes del mundo, 100 son frondosas y 50 coníferas.

Clasificación general de los productos madererosMadera maciza natural (C14, 16, 18, 20, 22, etc)

- Madera sin labrar (rollos, trozas, troncos)- Madera labrada o escuadrada (vigas, tablones, tablas)- Tableros machihembrados- Chapas (espesor de 0’2 a 5 mm)

Madera artificial

- Tableros aglomerados de partículas (P4, P5,P6, P7, etc)- Tableros aglomerados de fibras (tablex, MDF, HDF)- Tableros de virutas orientadas (OSB/2, 3 o 4)- Tableros contrachapados- Tableros alistonados- Madera laminada encolada (GL24h, GL28c, etc)- Tableros baquelizados

Madera maciza

Secciones más usuales para madera maciza

ChapasSe denomina chapa a una lámina delgada de madera cuyo grosor oscila entre 0’2 y 5 mm, que se utiliza para revestimientos mediante encolado.

Cuando este grosor va de 4 a 10 mm se denomina regrueso.

Tableros

Definición general

Un tablero de madera es una pieza en la que predominan la longitud y la anchura sobre el espesor, y en el que el elemento constitutivo general es la madera.

Tableros (tipos)De madera maciza

- Ensamblados o machihembrados- Alistonado- De alma alistonada

Derivados de la madera

- De chapas: contrachapados, laminados- De partículas: partículas, virutas, virutas orientadas (OSB) y virutas (Waterboard)- De fibras: de fibras duros, de fibras de densidad media- Melaminados y con laminados plásticos (PVC y poliéster)- De madera-cemento- Tableros mixtos: compuestos, baquelizados, alveolados

Clasificación general de tableros y sus respectivas aplicaciones

Tableros ensamblados o machihembrados

Tableros alistonadosFormados por un alma de listones iguales o diferentes, encolados entre sí. El alma puede estar cubierta por una o más chapas encoladas a contramalla.

Aplicaciones más frecuentes: encofrados y fabricación de muebles

Adhesivos utilizados: melamina-formol y acetato de polivinilo

Dimensiones más usuales:

longitudes: 970, 1.000, 1.970, 2.000 mm ancho: 500 mm grueso: 22, 27 mm

Ejemplos de tableros con alma alistonada y revestidos.

Tableros contrachapadosFormados por chapas de madera encoladas de modo que las fibras de dos chapas (grosor <7mm) consecutivas formen un cierto ángulo (generalmente de 90º).

Tableros contrachapadosAplicaciones: tablero de cubierta, entrevigado, cerramiento de muros, divisiones interiores, tabiques, vigas mixtas, revestimientos, encofrados, muebles, cajas de carga para camiones, suelos de autobuses.

Tipos:

WBP y BR: para ambiente exterior no cubierto.MR: ambiente exterior bajo cubierta.NT: ambiente exterior seco.

Especies: hay, nogal, roble, chopo, pino, abedul, okume, embero, tropicales (mansonia, mongoy, mukaly, perigota, samba, sapely, ukola).

Adhesivos: urea formol, fenol formaldehído (exteriores).

Dimensiones: 122X244 mm, grosor entre 4 y 30 mm, número dechapas (siempre impar) entre 3 y 24.

Tablero laminado encolado

Formados por chapas de madera encoladas pos sus caras, con las fibras orientadas siempre en la misma dirección.

Diferentes maneras de obtener un elemento estructural mediante madera laminada encolada.

Imagen general de cubierta con estructura realizada con madera laminada encolada.

Detalle de estructura de madera laminada encolada.

Tableros de partículas (general)Fabricados mediante la aplicación de presión y calor sobre las partículas de madera (astillas, partículas, virutas, etc) y otros materiales lignocelulósicos en forma de partículas (cáñamo, lino, bagazo, etc).

También llamados tableros aglomerados. La denominación más precisa sería tableros aglomerados de partículas de madera.

Aplicaciones: puertas, muebles, divisorias y mamparas, bases de cubiertas, divisiones interiores, tabiques, falsos techos, prefabricados, bases de suelos, encofrados, vigas cajón, rodapiés, zócalos.

Tableros de partículas Tipos según acabado superficial:

- Tablero de partículas desnudo.- Tablero de partículas recubierto (rechapado madera, laminado poliéster, PVC, melaminados, barnizados, etc).

Según tratamientos recibidos:

- Tablero resistente a la humedad (hidrofugado).- Tablero resistente al fuego (ignifugado M-1, M-2, M-3).

Otros:

- Bajos en formaldehído, resistentes a humedad y al fuego, contra agentes biológicos.

Dimensiones:

- Longitudes desde 2.050 hasta 4.880 mm, anchuras desde 1.220 hasta 2.500 y espesores desde 2’5 hasta 40 mm.

Tablero de virutas y de virutas orientadas

Formados por virutas de madera aglomeradas entre sí mediante un adhesivo y presión a la temperatura adecuada.

A diferencia del anterior, en este tablero el 70% de las virutas de las caras están orientadas siguiendo alternativamente direcciones perpendiculares (OSB).

Composición: virutas de madera y adhesivos.

OSB: fibras de longitud entre 80 y grosor <1 mm.

Waferboard: longitud 30 mm y grosor 1 mm.

Adhesivos: urea-formol, urea-melamina-formol y fenol-formaldehído.

Dimensiones: longitud típica 2.440X1.220 mm y grosores de 6 a 28’5 mm.

Tableros de fibrasDe fibras duros

Formados por fibras de madera u otro material leñoso cuya densidad varía entre 0’8 y 1 g/cm2. Pueden contener adhesivo o no según el procedimientos de fabricación. El grosor no suele ser superior a 5 mm.

De fibras de densidad media

Formados por fibras lignocelulósicas aglomeradas con resinas sintéticas u otro adhesivo adecuado y prensado en caliente. Densidad entre 600 y 800 kg/cm2.

Tableros de fibras duros

Formados por fibras de madera o de otro material leñoso, cuya densidad varía entre 0’8 y 1 g/cm2. Puede contener adhesivo o no según procedimiento. Si el procedimiento es húmedo la unión se realiza por las propias sustancias de la madera, si es seco se añaden adhesivos.

Aplicaciones: muebles (traseras de cajones y de aparatos eléctricos), industria del automóvil, puertas planas.

Dimensiones: longitud 2.440 y anchuras 1.220, 1.250 y 1,500 mm; longitud 2.750 y anchura de 1.220 mm; grosores entre 2’5 y 8 mm.

Aditivos: ceras para aumentar resistencia humedad, ignífugos, insecticidas, fungicidas, endurecedores.

Tableros de fibras de densidad media (MDF)

Aplicaciones: puertas, muebles, muebles de cocina y de baño,muebles divisorios, divisiones interiores, tabiques, prefabricados, bases de suelos, molduras.

Tipos:

- Tableros de densidad media desnudos.- Tableros de densidad media recubiertos (chapa madera, laminado poliéster, PVC, melaminas, lacas, barnices).

Otros: resistentes a la humedad (hidrófugos), bajo contenido formaldehído, resistentes humedad y fuego, contra agentes biológicos.

Composición: fibras de madera, adhesivos, recubrimientos, aditivos.

Adhesivos: urea-formol, urea-melamina-formol, fenol-formaldehído.

Tableros fibras de densidad media (continuación)

Acabados superficiales:- Desnudo- Melamina 2 caras- Melamina 1 cara- Chapa sintética barnizada- Chapa sintética barnizable- Papel lacado- Rechapado con chapa de madera- Papel fenólico- Pintado- LacadoDimensiones usuales: longitud 3.660, anchura 1.830 y grosores desde 3 mm hasta 50.

Tableros melaminadosSe imprime una capa de papel imitando la textura de madera u otros materiales, y después se impregna con la resina. A continuación se aplica sobre la superficie del tablero (generalmente aglomerado), sin capa de adhesivos al actuar la melamina como tal. Después se aplica una capa de protección de laca.

Tableros laminados de PVCLos laminados de PVC (policloruro de vinilo) se obtienena partir de mezclas homogéneas de:

- Resina (PVC)- Estabilizantes- Lubricantes- Plastificantes- Otros aditivos (cargas, pigmentos, estabilizantes, ignifugantes, agentes antichoque, etc)

Las aplicaciones más usuales son las siguientes: muebles de música, cajas de televisión, traseras, interiores y laterales de muebles, molduras y perfiles, cantos.

Tableros laminados de poliésterLos laminados de poliéster están constituidos por una o varias capas de material fibroso impregnados en resinas de poliéster insaturado, con una capa superior de barniz a base del mismo material, endurecidos mediante calor y catalizadores. Su estructura típica es:

- Barniz- Papel decorativo con resina de poliéster- Papeles de refuerzo impregnados con poliéster- Reverso lijado

Las aplicaciones típicas son: rechapado plano de tableros, rechapado curvo (postformado)

Tableros de madera-cemento Fabricados bajo presión a base de partículas de madera u otros materiales vegetales, ligadas mediante cemento hidráulico en general con aditivos incorporados.

Tableros baquelizados

Suelos

Aspectos sociales y mediomedioambientales

Ventajas ecológicas de la maderaCon independencia de su procedencia geográfica, la madera es globalmente el material más ecológico por las razones siguientes:

- Es renovable

- Es biodegradable

- Tiene una intensidad energética baja comparativamente

- La energía para “fabricar” los árboles es nula (energía solar)

- En general es un material saludable

- Es reciclable (fabricación de tableros aglomerados, compost, etc.)

- Su diversidad, calidez y naturaleza orgánica son difícilmente sustituibles por otros materiales

Intensidad energéticaEl consumo de energía en las diversas fases productivas, comparativamente con otros materiales:

- 1 Tm de madera 430 Kwh

- 1Tm de acero 2.700 Kwh

- 1 Tm de aluminio 17.000 Kwh

Impactos sociales y medioambientales asociados a la madera