Anatomía y Estructura de la Madera
El Cambium
Capa prácticamente inapreciable a simple vista, causante del crecimiento del espesor. Sus células se desdoblan: una de ellas permanece en el **cambium** y la otra se transforma en **xilema** o **líber** (floema).
El Líber (Floema)
Es la corteza. Envuelve al tronco y lo protege de los cambios extremos de temperatura, de la sequía y de las agresiones mecánicas. Se encuentra en la parte **externa e interna**.
El Xilema
Parte interna del tronco. Sus funciones son el **sostén** del propio árbol y la **conducción de la savia bruta**.
Anillos de Crecimiento
Son la alternancia de una madera más clara y otra más oscura, producidos en los periodos de desarrollo. Son elementos anatómicos que se aprecian en la pieza de madera con una apariencia que dependerá del corte efectuado:
- Si el corte es **transversal**, aparecen en forma de círculos concéntricos, con origen en la médula.
- Si el corte es **longitudinal radial**, aparecen como líneas paralelas, en dirección longitudinal.
- Si el corte es **longitudinal tangencial**, se aprecian en forma de V invertida.
Cada anillo corresponde al crecimiento anual y consta de dos zonas claramente diferenciadas:
- Madera de primavera: Color claro, pared delgada y fibras huecas y blandas.
- Madera de verano: Color oscuro, denso y fibras de paredes gruesas.
El Duramen
Madera formada por el paso de los años, de tonos más oscuros. Pierde el contenido de humedad y se incrementan las resinas y las grasas. Son **células muertas** cuya función es el soporte mecánico del árbol. Tiene mayores **resistencias mecánicas** y mayor **durabilidad** que la albura.
Radios Leñosos
Son bandas o láminas delgadas de un tejido, cuyas células se desarrollan en dirección radial. Ejercen una función de **trabazón**. Almacenan y difunden las materias nutritivas que aporta la savia elaborada. Contribuyen a que la deformación de la madera sea menor en dirección radial que en la tangencial. Son más blandos que el resto de la masa leñosa, por lo que constituyen las zonas de rotura a compresión cuando el esfuerzo se ejerce paralelamente a las fibras.
Propiedades Físicas de la Madera
Anisotropía
La madera **no es un material homogéneo**. Dado que está formada por fibras orientadas en una misma dirección, es un material **anisótropo**. Esto significa que ciertas propiedades físicas y mecánicas no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado, sino que varían en función de la dirección en la que se aplique el esfuerzo.
- En la dirección **longitudinal** se producirán las menores deformaciones y las resistencias mecánicas serán máximas.
- En la dirección **transversal** las resistencias mecánicas serán mínimas y las deformaciones serán máximas.
Higroscopicidad
Propiedad por la que se establece un intercambio de humedad con el ambiente. La madera es un material muy **higroscópico**: absorbe o desprende humedad, según el medio ambiente en que esté situada. Acumula humedad, aumentando así de peso y volumen. Es un fenómeno reversible, por lo que sus paredes se contraen cuando se elimina el agua (**merma**). Una madera seca absorberá agua hasta alcanzar un equilibrio con el ambiente, quedando la madera con una humedad llamada: **humedad de equilibrio higroscópico**.
Humedad en la Madera
El agua que contiene la madera puede presentarse de tres maneras:
- Agua Líquida (Agua Libre): Circula por los vasos, rellenando total o parcialmente los lúmenes celulares. No puede captarse por la atmósfera. Es absorbida por capilaridad. No influye en las propiedades físicas ni mecánicas.
- Vapor de Agua: Agua contenida en el aire que se encuentra en los lúmenes celulares.
- Agua Higroscópica (Agua de Impregnación): Se introduce dentro de la pared celular, siendo la causa de la contracción de la madera cuando la pierde (**desorción**) y de su expansión o hinchamiento cuando la recupera (**sorción**). Se puede eliminar por evaporación. Tiene gran influencia sobre las propiedades físico-mecánicas. A **menos humedad, más resistencia mecánica**.
Influencia de la Humedad en las Propiedades
La humedad es la propiedad que más influye en las demás características. Por ello, las demás propiedades se expresarán siempre respecto a una humedad fija (12% aproximadamente). Es un factor determinante en su **durabilidad**, **resistencia**, **peso** y, sobre todo, en sus **dimensiones**, que cambian grandemente con las variaciones de humedad.
Deformabilidad
Las deformaciones son debidas a la diferencia entre las variaciones dimensionales en las direcciones radial y tangencial al cortar un tronco verde, y esto también dependerá de la orientación de la pieza. Las deformaciones pueden ser de cuatro tipos:
- De canto
- De plano
- Acanalado
- De alabeo
Densidad
Es la relación entre su masa y el volumen que ocupa. Ambas variables cambian en función de la humedad. La densidad puede variar en función de:
- La parte del tronco que se tome y de la posición dentro del árbol.
- El grado de humedad de la madera.
- Las condiciones de crecimiento (del suelo, temperatura y luz).
- La época del apeo.
Clasificación y Comportamiento Térmico
Características de Maderas Ligeras y Densas
Las **maderas ligeras** son de tonos claros, blandas, poco resistentes pero elásticas, poco durables, muy fáciles de trabajar y con tacto basto. Las **maderas densas** son oscuras, duras, muy resistentes pero frágiles, muy durables, difíciles de trabajar y con tacto muy fino.
Combustibilidad de la Madera
Las maderas son muy combustibles y arden con facilidad. Sin embargo, su **baja conductividad** hace que el proceso degradativo de sus propiedades mecánicas se retrase, manteniendo su capacidad portante mucho más tiempo que los elementos metálicos. Esto se acrecienta por el contenido de humedad de la madera que, al evaporarse, absorbe energía, rebajando el calor al que está expuesta la superficie. La disminución que se produce en el contenido de la humedad origina un incremento de la resistencia mecánica. En pocos minutos se forma en la parte exterior una **capa carbonizada** muy aislante térmicamente que actúa como barrera de protección. Los elementos estructurales de madera convenientemente dimensionados resisten después del incendio las cargas para las que fueron diseñados.
Es crucial dimensionar adecuadamente su sección, de forma que la sección residual que quede pasado el tiempo de resistencia al fuego programado sea suficiente para soportar las solicitaciones que se consideren.
Propiedades Mecánicas
Dureza
Es la oposición a ser rayada, penetrada o desgastada. Depende fundamentalmente de la especie. Dentro de la misma especie, varía dependiendo de:
- Densidad: A mayor densidad, mayor dureza.
- Situación en el tronco: Duramen > Albura. Madera de verano > Madera de primavera.
- Edad: A mayor edad, mayor dureza.
- Dirección: Sección transversal > Radial = Tangencial.
- Anchura de los anillos de crecimiento: Frondosas (++) y coníferas (+-).
- Sustancias: Las maderas resinosas son más duras.
- Temperatura: La baja temperatura rigidiza las fibras, disminuyendo la elasticidad.
- Humedad: A mayor humedad, menor dureza.
Resistencia a Tracción
La madera, a igualdad de peso, posee la mayor resistencia a tracción. El inconveniente es la dificultad de transmisión de los esfuerzos, lo que ha limitado su empleo en ese sentido. El carácter **anisótropo** influye muchísimo en su resistencia a tracción, según la dirección considerada:
- Tracción paralela a la fibra: La resistencia es grande. La relación tensión/deformación es lineal hasta su rotura. En dirección de las fibras, la deformación es menor y la resistencia mucho mayor que en dirección transversal a ellas. Las fibras se contraen transversalmente y se adhieren entre ellas.
- Tracción perpendicular a la fibra: La resistencia es muy baja.
Los factores que influyen en la resistencia a tracción son: humedad (-); dirección máxima (axial/paralela a la fibra); situación en el tronco (+ duramen); densidad y dureza (+++); defectos y enfermedades.
Resistencia a Compresión
Depende de la especie. Puede variar por:
- Humedad: A mayor humedad, menor resistencia.
- Dirección: Es máxima en dirección axial.
- Situación en el tronco: + Duramen.
- Densidad y dureza: +++.
- Número de fibras: ++.
- Presencia de radios leñosos: ++.
- Defectos (nudos), enfermedades, condiciones de crecimiento (clima y tipo de desarrollo).
Al someter una probeta de madera a la acción de una prensa, tiende a producir separación entre fibras, generando grietas longitudinales y formando colmillos.
Hendibilidad
Es una propiedad característica y exclusiva de la madera, que da idea de la facilidad con que puede romperse una madera a lo largo de sus fibras, por separación de estas, mediante esfuerzos de **tracción transversal**. Intervienen conjuntamente la dureza y la resistencia a tracción perpendicular a las fibras. Cuanto más húmeda, blanda y ligera sea la madera, más hendible será.
- En sentido **radial** siempre es más hendible.
- En sentido **tangencial** el esfuerzo es mucho mayor.
En dirección perpendicular a las fibras no existe hendibilidad.