Tema 10: Maderas y materiales vegetales.

1. Microestructura y propiedades de las maderas.

2. Principales especies.

3. Procesos de corta y conversión.

4. Durabilidad y Protección de las maderas.

5. Productos y derivados de la madera.

6. Normativa, designación y aplicaciones.

7. Otros productos de origen vegetal.MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. GRADO EN F. ARQUITECTU RA Y U.

Curso 2018-2019. Escuela Técnica Superior de Arquit ectura.Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Objetivos Docentes:

• “Conocer la estructura y propiedades de lamadera, procesos de obtención y conversión,normativa, designación y aplicaciones comomaterial de construcción.”

• “Conocer los productos y derivados de lasmaderas y otros productos de origen vegetal quese utilizan como materiales de construcción.”

La madera

• Es el conjunto de tejidos que forman el tronco, lasraíces y las ramas de los árboles, excluida la corteza.

• Es un material no homogéneo y con comportamientoanisótropo, compuesto por fibras vegetales (celulosa).

• Tiene baja densidad y conductividad térmica, buencomportamiento acústico y mecánico.

• Es fácil de trabajar y conformar por corte y labra.

• Por otra parte, es combustible, de volumen inestable yatacable por insectos y ataques orgánicos (putrefacción)

• Hay muchas aplicaciones en construcción, en seccionesmacizas y como derivados (materiales compuestos).

Composición y Microestructura de la madera

• La madera está compuesta principalmente por carbono(50%), oxígeno (40 %) e hidrógeno (5 %).

• Estos elementos forman compuestos químicos:

Celulosa, lignina, resina grasa, cera, …

• Como ser vivo, tiene células con funciones especificas:

Células vasculares: forman vasos paralelos al troncoque transportan la savia.

Células de sostén: son pequeñas y alargadas. Formanlas fibras que proporcionan resistencia.

Células de nutrición: almacena los nutrientes. Formanradios medulares (perpendiculares al tronco)

Macroestructura de la madera

• El crecimiento de la madera se produce de dentro aafuera (el exterior es más joven que el núcleo).

• La parte exterior se denomina albura (más blanda) y lainterior duramen (madera madura).

• Se distinguen tres estructuras diferenciadas:

Fibras: conjunto de células de sostén orientadas en ladirección del eje.

Radios: Conjuntos de células de nutrición, orientadasperpendiculares al eje.

Anillos de crecimiento: estructuras anulares respecto aleje debidas al crecimiento del árbol.

Estructura de la madera

Anisotropía de la madera

• Debido a su estructura fibrosa, las propiedades físicas ymecánicas de la madera no son isótropas.

• La dirección considerada condiciona las característicasy el comportamiento de la madera.

• Se diferencian tres direcciones:

Axial: en la dirección de las fibras.

Radial: perpendicular a las fibras.

Tangencial: tangente a los anillos.

Axial

Tangencial

Radial

Humedad de la madera

• El contenido de humedad de la madera en estadonatural es alto (50-300 %, dependiendo de la especie).

• Se presenta en tres formas diferentes :

De constitución: forma parte de la madera.

De impregnación: adherida a las paredes de las fibras.Su eliminación produce variaciones de las propiedades.

Libre: situada en las cavidades de la madera. Sueliminación no produce variaciones de las propiedades.

• En el procesado de la madera se elimina una gran partedel agua, alcanzándose las características definitivas.

Parámetros hídricos de la madera

• La madera tiende a equilibrar su humedad con la delambiente.

• En este proceso, se producen cambios en lasdimensiones del material (higroscopicidad).

• Se distinguen tres:

Contenido de humedad de la madera (CH): relaciónpeso de agua/ peso de la madera (%).

Punto de saturación de las fibras (PSF): Contenido dehumedad del agua de impregnación (≅ 30%).

Humedad de equilibrio con el ambiente (CHE).

• Las características físicas y mecánicas varían con el CH

Propiedades físicas de la madera• Densidad: La estructura fibrosa confiere una alta

porosidad y baja densidad ( < 1 g/cm3, flotabilidad).

• Higroscopicidad: Desde seca hasta PSF aumenta devolumen (dirección radial y tangencial≅ 5-10 %).

• Conductividad térmica y eléctrica: Secas, tienen unbajo coeficiente de conductividad (Dieléctricas).

• Dilatación térmica: Es muy baja.

• Reacción al fuego: Es un material combustible.

• Aislamiento acústico: En secciones macizas, aíslan elruido por reflexión (absorción acústica≅ 10 %).

(Los compuestos de fibras absorben hasta el 90 %.)

Propiedades mecánicas de la madera

• Rigidez: Tiene bajo módulo de elasticidad ( direcciónde la fibra≅ 10 GPa, dirección perpendicular≅ 5 GPa).

• Resistencia: Alta a compresión y flexión en el eje de lafibra y baja en la dirección perpendicular y a cortante.

• Fluencia: La madera bajo carga aumenta sudeformación con el tiempo (tensiones > 40 % de Rest.)

• Dureza y hendibilidad: Resistencia a la penetración ytalla. Se clasifican en blandas, semiduras y duras.

• Fatiga: Sufre fractura a fatiga frente a acciones cíclicaspor encima del 50-75 % de la Resistencia.

Propiedades mecánicas de la madera

Ensayo a flexión

Durabilidad y protección de la madera• Como material orgánico puede deteriorarse por ataque

de diferentes agentes:• Abióticos: Son agentes ambientales (no son seres vivos)

FuegoHumedadRadiación solar y humedad (meteorización)

• Bióticos: Son seres vivos que se alimentan de madera.Insectos xilófagos (carcoma, termitas)Hongos

• Su efecto depende del CH y debe controlarse.• El CTE recoge 4 niveles de riesgo y tres métodos de

impregnación: superficial, medio y profundo

Trabajo de la madera

• Se distinguen varias fases:

Corta: Talado del árbol.

Transporte y almacenamiento

Procesado: Despiece y transformación del material.

Tratamiento superficial y de acabado: productos paraaplicaciones vistas (teñido, barnizado, encerado)

Mecanizado de Uniones: para algunas aplicaciones serequieren soluciones de unión de las diferentes piezas.

(ensambles, empalmes, acoplamientos, pletinas,adhesivos …)

Obtención de la madera

Procesado de la madera maciza

• Consta de varias etapas:

• Serrado: se realiza en instalaciones industriales(aserraderos) que pueden ser fijas o móviles.

Se obtienen piezas macizas por corte (escuadradas)

• Tratamiento: Se aplican productos protectores paraevitar daños por agentes externos y mejorar su acabado.

• Secado: Modificación de la humedad del material hastaque alcance el equilibrio con el ambiente (CHE).

Se puede realizar de manera natural (al aire) oacelerado (en hornos, según cédulas de secado).

• Mecanizado: conformación de productos.

Cortes de la madera

Secado de la madera

Horno de secado

Uniones de madera en construcción tradicional

Uniones actuales de

madera

Especies de madera usadas en construcción

• Por su orden botánico se dividen en dos grupos:

Coníferas (abetos, pinos, cedros,…)

Frondosas: boreales, australes y tropicales.

(roble, haya, olmo, encina, olivo, …)

• Por su velocidad de crecimiento, se distinguen:

Crecimiento rápido (blandas)

Crecimiento lento (semiduras y duras)

• Su aplicación en construcción depende de:

Las secciones que se pueden extraer

Sus propiedades mecánicas (dureza, resistencia, …)

Defectos de la madera• Reducen las prestaciones mecánicas del material.

• Pueden tener diferentes orígenes:

• Naturales: debidas al crecimiento del árbol.

Nudos

Agrietamiento y Rajaduras (fendas)

De forma (corazón excéntrico, oquedades)

De estructura (fibras onduladas, reviradas, entrelazadas)

• De secado: Debidas al procesado de la madera.

Agrietamiento y Rajaduras (fendas)

Deformación por tensiones (curvatura y alabeo)

Ataques de hongos e insectos

Defectos naturales de la madera

Defectos de la madera

Clasificación de la madera

• La calidad de la madera maciza se evalúa en función delos defectos que tiene.

• Las maderas se clasifican de acuerdo con su resistenciareal (resistencia teórica reducida por los defectos).

• Para aplicaciones estructurales se distinguen 4 clasesresistentes (UNE-EN 338).

• Para cada combinación de especie y calidad existe unaclasificación resistente.

• La clasificación puede ser visual (defectos) o medianteensayos normalizados de caracterización.

Productos y derivados de la madera

• Productos estructurales: Secciones escuadradas macizaso de madera laminada, contralaminada o prensada.

• Productos de carpintería: puertas, ventanas, cercos , …

• Tableros: Macizos y derivados (de partículas, devirutas, de fibras, contrachapados, fenólicos, …)

• Paneles laminados: Constituidos por láminas de maderay de otros materiales (sándwich), para cerramientos yparticiones.

• Productos para revestimiento: Para interior y exterior.

• Productos para pavimentos: Parquet, tarima sobrerastreles y flotante, …

Aplicaciones estructurales de la madera

Madera laminada

Madera laminada

Madera laminada (Efecto del fuego)

(V. P. Silva 2006)

Viguetas prefabricadas

de Madera laminada

Tableros de madera

• Son productos derivados de la madera en los quepredominan la longitud y la anchura frente al espesor.

• Razones de su existencia:

Escasez de maderas de calidad

Reducción del peso propio y el coste

Requisitos de confort y aislamiento en los edificios

Criterios de Sostenibilidad y reciclaje.

• Por su constitución se clasifican en:

Tableros de madera maciza

Tableros derivados de la madera.

Tableros de madera maciza

Tipos de tableros TMM Tableros Ensamblados

Tableros de Alma Enlistonados

Tableros Alistonados

TDM Tableros de Chapas Tablero Contrachapado

Tablero Laminado

Tableros de partículas (Aglomerados)

Tablero de Partículas

Tablero de virutas 1. Waferboard.

Tablero de virutas orientadas. OSB

Tableros de Fibras Tablero de fibras Duros

Tablero de fibras de densidad media

Tableros de madera-cemento

Paneles (Tableros Mixtos) Tablero compuesto

Tablero alveolado

Tableros y paneles de madera

Aplicaciones de tableros de madera

Aplicaciones de la madera en construcción

Normativa de la madera

• La madera estructural está regulada en el CTE DB-SE-M(Eurocódigo 5: Estructuras de madera)

• Algunos productos de madera requieren Marcado CE:

Tableros derivados de maderaUNE-EN 13986 (S1/2+/3/4)

Productos aislantes derivados de madera: Lana de madera (WW)UNE EN 13168y fibra de maderaUNE EN 13171(WF)

Madera laminada encoladaUNE-EN 14080 (S1)

Madera estructural con sección rectangularUNE-EN 14081 (S2+)

Elementos estructurales (Conectores para elementos de madera)

Suelos de madera (parquet y tarima)UNE EN 14342 (S 3/4)

• Distintivos de calidad: Sellos AITIM.

Otros productos de origen vegetal

• Corcho: Se obtiene del alcornoque. Tiene muy bajadensidad y conductividad térmica.

• Caucho: Se obtiene por coagulación de resinas dealgunos árboles tropicales. Tiene un comportamientoelastomérico.

(Actualmente se utilizan cauchos sintéticos)

• Fibras vegetales: Utilizadas como refuerzo demateriales compuestos o para tejer (telas).

• Linóleo: Tela fuerte e impermeable compuesta por untejido impregnado con aceite de linaza y corchoprensado.

Tema 10: Maderas y materiales vegetales.

1. Microestructura y propiedades de las maderas.

2. Principales especies.

3. Procesos de corta y conversión.

4. Durabilidad y Protección de las maderas.

5. Productos y derivados de la madera.

6. Normativa, designación y aplicaciones.

7. Otros productos de origen vegetal.

Glosario de conceptos del Tema

•Madera •Propiedades físicas •Uniones en madera

•Componentes •Higroscopicidad •Especies de madera

•Tipos de células •Propiedades mecánicas •Defectos de la madera

•Macroestructura •Humedad y propiedades •Defectos Naturales

•Fibras •Durabilidad •Defectos de procesado

•Anillos •Protección •Clases de madera

•Anisotropía •Trabajo de la madera •Productos de madera

•Humedad de la madera •Procesado •Derivados de madera

•Presentación humedad •Serrado •Aplicaciones

•Parámetros hídricos •Tratamiento •Normativa

•Contenido de humedad •Secado •Otros productos vegetales

•PSF •Mecanizado

Bibliografía de consulta recomendada

• Guindeo, A. y otros;Especies de madera paracarpintería, construcción y mobiliario, AITIM,1997.

• Hornbostel, C.;Materiales para construcción.Tipos, usos y aplicaciones, Ed. Limusa Wiley,2002.

• http://infomadera.net/home/index.php(AITIM)• http://www.cscae.com/area_tecnica/aitim/activid

ades/act_paginas/libro/productos_de_madera_para_la_arquitectura.pdf(CSCAE)